Idag vill vi prata om en av våra nya produkter - Seagate FireCuda 520 SSD-enheten. Men skynda dig inte att bläddra vidare genom flödet med tankarna "ja, ännu en lovande recension av en gadget från märket" - vi försökte att göra materialet användbart och intressant. Under snittet kommer vi först och främst inte fokusera på själva enheten, utan på PCIe 4.0-gränssnittet som den använder. Och vi berättar vad du kan förvänta dig av den, varför den är bra och vem den kan vara användbar för.
Låt oss vara ärliga: PCI Express 4.0 är inte så nytt. De första enheterna med dess stöd dök upp på konsumentmarknaden förra sommaren. Tack för detta bör vi säga till AMD: det var företaget som skapade de första plattformarna som är kapabla att acceptera enheter med PCI Express 4.0, och även tillverkade sådana enheter själv - det här är GPU-baserade grafikkort med RDNA-arkitektur.
Att öka bandbredden ger alltid upphov till stort hopp, men som det visar sig vinner grafikkort nästan ingen nytta av att byta till ett snabbare gränssnitt. Åtminstone när det kommer till spelmängder. Som många oberoende tester har visat, presterar även de snabbaste korten som stöder PCI Express 4.0, i första hand Radeon RX 5700 XT, detsamma både när man använder det nya och snabba gränssnittet och när de är anslutna till den klassiska PCI Express 3.0-bussen.
Men med solid-state-enheter är det en helt annan sak. Driftshastigheten för högpresterande NVMe SSD:er som arbetar via PCI Express 3.0 (till exempel Seagate FireCuda 510) under linjär belastning är tydligt begränsad av gränssnittets bandbredd. Därför kommer en utvidgning av bandbreddsgränserna helt enkelt att ha en positiv inverkan på kapaciteten hos nya generationens diskundersystem.
En bra illustration av det faktum att det aldrig finns tillräckligt med bandbredd är det faktum att medan vi talar om de första enheterna som stöder PCI Express 4.0, har PCI Special Interest Group (PCI-SIG) redan godkänt PCI Express 5.0-specifikationen, vilket tar det är ett steg längre mot att öka hastigheten på gränssnitt genom vilka moderna processorer kommunicerar med externa enheter. Men om detta någon annan gång, idag står PCI Express 4.0 på agendan.
Vad är bra med PCI Express 4.0?
PCIe-specifikationen (Peripheral Component Interconnect Express) standardiserar hur expansionskort som grafikacceleratorer, ljudkontroller, nätverksadaptrar och slutligen NVMe SSD:er kommunicerar med de underliggande komponenterna som utgör PC-plattformen. Ju högre version av PCIe-specifikationen, desto högre genomströmning ger den. Dessutom, när man talar om PCIe-slots, förutom specifikationsversionen, talar de också om antalet banor, som är betecknade som x1, x2, x4, x8 eller x16. Ett större antal linjer ger också en flerfaldig högre genomströmning på grund av bussexpansion och representerar ett annat, omfattande sätt att förbättra gränssnittets hastighetsegenskaper. Men om vi pratar om NVMe SSD:er är det här tillvägagångssättet svårt att tillämpa i dem. Tillgänglig i den kompakta formfaktorn M.2, PC SSD:er kan använda två eller maximalt fyra banor, medan stöd för upp till 16 banor är begränsat till PCIe-kort i full storlek. Det är av denna anledning som introduktionen av nya versioner av PCIe-standarden anses vara en viktig händelse för prestanda-SSD-marknaden.
Alla versioner av PCIe-specifikationen är bakåtkompatibla. PCIe 4.0-orienterade enheter kan också fungera på plattformar som endast stöder PCIe 3.0, och moderkort med PCIe 4.0-platser kan enkelt installera komponenter som fungerar i enlighet med PCIe 3.0-standarden. Men i båda fallen kommer systemet att fungera med PCIe 3.0-hastigheter, en juniorversion av standarden som stöds på båda sidor.
Den huvudsakliga innovationen som ingår i PCIe 4.0 är den fördubblade bandbredden för en enkel linje. Det finns olika alternativ för numeriska uppskattningar av de förändringar som har inträffat, men om vi talar om teoretiska värden och toppvärden så antar PCIe 4.0-specifikationen en maximal överföringshastighet på 1,97 GB/s på en linje i varje riktning, medan i PCIe 3.0 maximal hastighet var begränsad till 0,98 GB/s. I vissa källor kan du hitta dubbelt så höga siffror, men det beror på att de anger den totala dataöverföringshastigheten i båda riktningarna.
Som vi sa ovan är en sådan ökning av gränssnittshastigheten i praktiken inte särskilt användbar (eller snarare nästan helt värdelös) för grafikkort. Samtidigt kan NVMe-enheter som fungerar via fyra PCIe-banor pumpa upp till 7,88 GB/s (helst) över en fyrfilig buss, vilket öppnar upp för stora möjligheter till prestandaförbättringar.
Förutom att öka bandbredden introducerar PCIe 4.0-standarden även andra innovationer. Den innehåller till exempel nya funktioner för att minska strömförbrukningen, samt mer omfattande funktioner för enhetsvirtualisering. Men den huvudsakliga riktningen som utvecklarna rörde sig i var fortfarande en ökning av hastigheten, och nästan allt gjordes i första hand för dets skull. Till exempel syftar ett antal förbättringar i den nya versionen av gränssnittet till att förbättra integriteten hos signaler och tillförlitligheten av deras överföring. Med andra ord, för de flesta konsumenter innebär PCIe 4.0 högre bandbredd och inget mer.
Hur är det med plattformar som stöder PCI Express 4.0?
Tyvärr, trots att själva PCI Express 4.0-specifikationen godkändes redan 2017, finns det fortfarande inte många riktiga plattformar på marknaden som stödjer den. Detta innebär att om du vill använda en högpresterande solid-state-enhet av den nya generationen, måste du inte bara oroa dig för att hitta en sådan enhet själv, utan också för att välja en plattform som kan frigöra sin potential fullt ut.
Faktum är att det nya PCIe 4.0-gränssnittet hittills endast har stöds av AMD, och även då bara i fragment. Den är implementerad i några av dess processorer byggda på Zen 2-arkitekturen, och mer specifikt i Ryzen 3000-serien för stationära datorer och i den högpresterande Threadripper 3000-serien, men till exempel inte i den mobila Ryzen 4000-serien. om PCIe 4.0-stöd är tillgängligt i alla Socket sTR4-moderkort för tredje generationens Threadripper, kommer Ryzen 3000-processorer att kunna interagera med PCIe 4.0 kringutrustning i fullhastighetsläge endast i moderkort byggda på X570-chipset, där signallinjerna är designade med hänsyn till ökade krav på skärmning och minimering av elektriskt brus.
Den goda nyheten här är att potentiella Ryzen 3000-ägare snart kommer att kunna lägga vantarna på en annan klass av mer prisvärda moderkort med stöd för PCIe 4.0-grafikkort och enheter. De kommer att byggas på den nya B550-chipset, som bör släppas inom de närmaste månaderna.
När det gäller Intel-plattformar har de ännu inte stöd för PCIe 4.0 alls. Dessutom kommer Comet Lake-S stationära processorer som kommer ut inom en snar framtid, som kommer att ta med sig både den nya LGA 1200-processorsockeln och de nya 4.0-seriens systemlogikuppsättningar, inte heller att ta emot PCIe 4.0. Om vi pratar om massiva Intel-skrivbordssystem, kan stöd för detta gränssnitt visas endast med lanseringen av Rocket Lake-processorer, men detta kommer att hända runt början av nästa år. Men det här gränssnittet kan komma till mobila system tidigare: enligt planerna har stöd för PCIe 4.0 deklarerats för Tiger Lake-processorer, vars formella tillkännagivande kan ske i sommar. Dessutom kan det inte uteslutas att högpresterande HEDT-datorer går över till PCIe XNUMX även i år: detta kommer att bli möjligt om Intel beslutar sig för att erbjuda Ice Lake-X i detta segment - analoger till servern Ice Lake-SP.
Som ett resultat, trots att PCIe 4.0 kommer att bli utbredd på medellång sikt, har förespråkare för snabba NVMe SSD:er just nu få alternativ när de väljer plattform. Den mest uppenbara av dem är ett Socket AM4-system baserat på en Ryzen 3000-processor och ett moderkort baserat på X570-chipset.
Hur går det med enheter som kör PCI Express 4.0?
Om man tittar på utbudet av NVMe SSD:er med PCIe 4.0-stöd som presenteras på butikshyllorna kan man få känslan av att marknaden är överfull av olika alternativ för nya generationens höghastighetslösningar. Men i verkligheten är detta intryck vilseledande. Trots att PCIe 4.0-specifikationen har funnits i flera år har utvecklare av hårdvaruplattformar ännu inte lyckats ta med ett tillräckligt antal alternativ till massproduktionsstadiet.
Den enda kontroller som SSD-tillverkare nu kan använda för sina produkter är Phison PS5016-E16. Dessutom, i verkligheten, kan denna kontroller inte kallas en fullfjädrad utveckling av en ny generation. Detta är snarare en övergångslösning baserad på ett annat, tidigare PS5012-E12-chip, där funktionsblocket som ansvarar för den externa bussen helt enkelt ersattes.
För slutanvändaren betyder detta två saker. För det första så skiljer sig inte alla NVMe-enheter på marknaden med PCIe 4.0-stöd för mycket från varandra, åtminstone när det kommer till prestanda. Och om du ser att högre nominella hastigheter plötsligt deklareras för en viss produkt, beror detta med största sannolikhet på marknadsförarnas list, och inte på några verkliga fördelar, för i slutändan använder båda produkterna samma kontroller. För det andra kan dagens PCIe 4.0-enheter ännu inte skryta med att använda den nya bussens fulla bandbredd – de maximala hastigheterna som utlovas av Phison PS5016-E16-chippet ligger på nivån 5 GB/s med linjär avläsning och 4,4 GB/s med rekord.
En viktig konsekvens följer av ovanstående: i framtiden kan NVMe SSD:er göra ytterligare ett språng i prestanda även utan att gå till nästa version av PCI Express-specifikationen. Du behöver bara vänta på utseendet av nyare kontroller med en omdesignad kärna anpassad till funktionerna i PCIe 4.0. Och sådana lösningar utvecklas redan. Utseendet på en liknande produkt förväntas åtminstone från Samsung, dessutom arbetar oberoende ingenjörsteam också på mer avancerade kontroller: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) och till och med de inte särskilt bra -känd firma Innogrit (IG5236).
Det enda problemet är att all denna prakt kanske inte dyker upp särskilt snart. Utveckling av kontroller är en lång process, och allvarliga förseningar uppstår ofta i slutskedet - under förberedelse av firmware eller under validering. Dessutom har hela branschen nu påverkats kraftigt av coronavirus-pandemin, vilket är anledningen till att nya produktsläpp har skjutits tillbaka till ett senare datum.
Med andra ord kan du vänta länge på något bättre, men om högre prestanda för diskundersystemet behövs nu, är det vettigt att hålla fast vid det som redan finns tillgängligt - enheter på Phison PS5016-E16-kontrollern. Även om de inte väljer hela bandbredden av fyra PCIe 4.0-banor, kan de skryta med ganska bra prestanda för småblocksoperationer, som enligt utvecklarna når 750 tusen IOPS. Detta säkerställs både av utformningen av kontrollern, som är baserad på en dual-core 32-bitars ARM Cortex R5-processor, och av en uppsättning proprietära knep: dynamisk SLC-cache och CoXProcessor 2.0-teknik – hårdvaruacceleration av typiska driftkedjor.
Varför Seagate FireCuda 520?
Det sades ovan att alla befintliga NVMe-diskar för konsumenter med PCIe 4.0-stöd är byggda på samma grund - Phison PS5016-E16-kontrollern. Detta betyder dock inte att det är en bra idé att hämta den första PCIe 4.0 SSD du stöter på i en butik. Här skulle vi rekommendera att du uppmärksammar Seagate FireCuda 520, men inte alls eftersom du läser den här artikeln på Seagates företagsblogg.
Djävulen ligger i detaljerna och, om du börjar förstå, kan Seagate FireCuda 520 visa sig vara mer attraktiv än många alternativ baserade på samma Phison PS5016-E16-chip. Det finns flera anledningar till detta, men de kokar alla ner till en sak - flashminnet installerat i FireCuda 520.
Formellt använder alla enheter med Phison PS5016-E16-kontrollern samma flashminne: 96-lagers BiCS4 (TLC 3D NAND) tillverkad av Kioxia (tidigare Toshiba Memory). Det faktiska minnet kan dock variera. Beroende på vilka prioriteringar en viss tillverkare har valt för sig själv, kan minnet hamna i helt olika kvalitetsgrader. Till exempel, i produkter från företag på tredje nivå, finns ofta flashminne för "media"-ändamål, som generellt sett är avsett för flash-enheter och minneskort, men inte för SSD.
Med Seagate-enheter är detta helt omöjligt. Företaget köper inget flashminne på den öppna marknaden utan har ett långsiktigt direktavtal med Kioxia, som slöts vid en tidpunkt då Toshiba höll på att göra sig av med minnesproduktion. Tack vare detta får vi NAND-chips, som man säger, från första hand och har tillgång till kisel av bästa kvalitet.
Detta återspeglas oundvikligen i tillförlitlighetsparametrarna. Representanter för Seagate FireCuda 520-serien är utrustade med fem års garanti, och den installerade resursen låter dig skriva om hela kapaciteten på enheten 1800 gånger, det vill säga i genomsnitt en gång om dagen. Dessa är mycket höga uthållighetsindikatorer, enligt vilka Seagate-erbjudandet till exempel är tre gånger överlägset den mest populära Samsung 970 EVO Plus.
Och då är det dags att visa hur Seagate FireCuda 520 ser ut från utsidan. Detta är ett M.2-kort av den traditionella 2280-formfaktorn med chips placerade på båda sidor.
Det finns inga speciella kylåtgärder här som andra tillverkare gillar att stapla på sina enheter, på grund av att nästan hundra procent av moderkort med PCIe 4.0-stöd har egna kylsystem för M.2-platser.
Annars liknar enheten andra produkter baserade på Phison PS5016-E16-kontrollern, men med en märkbar skillnad - kontrollerchippet bär Seagate-märkningen. Detta beror på att kontrollerna till FireCuda 520 inte heller köptes på den öppna marknaden utan tillverkades på specialbeställning. Detta betyder dock inte så mycket för slutanvändaren, utan det som verkligen är viktigt är användningen av modifierad firmware, som innehåller vissa optimeringar som skiljer Seagate-disken från andra SSD:er med liknande hårdvara.
Det är tydligt att mikroprogrammet sannolikt inte kommer att väsentligt ändra hastighetsegenskaperna hos styrenheten, men det tillåter något. Till exempel har FireCuda 520 implementeringen av dynamisk SLC-cache, medan enheter baserade på Phison-kontroller som släppts tidigare använde en statisk SLC-cache av en ganska begränsad storlek. Den nya metoden låter dig spela in mycket större mängder information på FireCuda 520 i hög hastighet.
Det fungerar väldigt enkelt: all data som kommer in i enheten skrivs till TLC-flashminnet i ett mycket snabbt enbits SLC-läge. Cellerna som används på detta sätt överförs till TLC-tillståndet antingen senare, när användaren inte längre kommer åt enheten, eller vid behov, om poolen av rena celler är uttömd under skrivprocessen. Med andra ord kan en tredjedel av det lediga utrymmet på FireCuda 520 fyllas kontinuerligt med maximal hastighet, men då kommer prestandan att minska. Men om du väntar lite kan en tredjedel av det återstående lediga utrymmet återigen användas i höghastighetsläge.
Här är till exempel hur grafen för linjär inspelning till blank ser ut på en FireCuda 520 med en kapacitet på 2 TB.
För de första 667 GB utförs inspelning med en hastighet av 4,1 GB/s, sedan minskar hastigheten radikalt till 0,53 GB/s, men du bör förstå att med normal användning av enheten kommer du inte att stöta på sådant beteende - detta kräver en lång och kontinuerlig registrering av enorma mängder information.
Förutom firmware är FireCuda 520 också intressant i sin medföljande mjukvara. Det egenutvecklade SeaTools SSD-verktyget är mycket bekvämare för att övervaka statusen för en SSD än tredjepartsprogram. Dessutom låter den dig uppdatera firmware, testa prestanda och utföra några ytterligare operationer som avancerad diagnostik eller säker radering.
Det är också värt att nämna att FireCuda 520-ägare kan ladda ner programmet DiscWizard från Seagate-webbplatsen för en smidig migrering från tidigare diskenheter, överföra all data och operativsystemet.
Och går det verkligen snabbt?
Det återstår att säkerhetskopiera allt som har sagts om fördelarna med PCI Express 4.0-gränssnittet och enheten med dess stöd med några praktiska resultat. Och detta är inte särskilt svårt, eftersom FireCuda 520 verkligen har märkbart högre prestanda, vilket inte är tillgängligt för tidigare generationers enheter. Trots att det finns välgrundade klagomål på Phison PS5016-E16-kontrollern på grund av att den fortfarande inte utnyttjar hela bandbredden för PCIe 4.0, är hastighetsprestandan för Seagate FireCuda 520 uppenbarligen högre än för enheter för PCIe 3.0.
Följande tabell jämför egenskaperna hos Seagate FireCuda 520 med egenskaperna hos FireCuda 510, Seagates tidigare flaggskepp NVMe SSD-modell, som är designad för PCIe 3.0 x4-gränssnittet. Till exempel är jämförelsen begränsad till de rymligaste och snabbaste SSD-alternativen med en kapacitet på 2 TB, men om vi jämför modifieringar av andra kapaciteter blir bilden ungefär densamma.
Men passegenskaper är en sak, men det verkliga livet är en annan. Därför tog vi helt enkelt dessa två enheter – FireCuda 520 2 TB och FireCuda 510 2 TB – och jämförde dem i tester.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
CrystalDiskMarks resultat kräver några kommentarer. Den nya PCIe 4.0 SSD visade sig vara märkbart snabbare än sin föregångare när det gäller linjära hastigheter: fördelen når nästan en och en halv gånger storleken och kan ses både med djupa och med minimala förfrågningsköer. FireCuda 520 är överlägsen den tidigare versionen av Seagate NVMe SSD i småblocksoperationer, även om samma imponerande genombrott inte observeras här: allt beror på att kontrollerlogiken förblir densamma. Som sådan kommer FireCuda 520 att lysa främst under sekventiella arbetsbelastningar. När det gäller operationer med godtyckliga små block, kan PCI Express 4.0-gränssnittet naturligtvis inte göra något liknande Optane från en flashminnesenhet.
Men det faktum att linjära höghastighetsoperationer är en mycket kraftfull tillgång för FireCuda 520 kan inte förnekas. Detta kan ses mer i detalj i ATTO Disk Benchmark-resultaten: så snart blocken som används för att utbyta data får en volym på 128 KB eller mer, blir det omöjligt att hänga med FireCuda 520 även i teorin (även Optane är inte det kapabla till detta), eftersom datautbyteshastigheterna går över gränsen , som ställs in av PCIe 3.0 x4-gränssnittsbandbredd.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
I syntetiska tester blir allt mer än övertygande, men hur är det i verkligheten? PCMark 10 kan svara på denna fråga - den innehåller scenarier som återger den typiska belastningen på enheter under användarens dagliga arbete.
Och i det här fallet är FireCuda 520 upp till 30 % snabbare än sin föregångare. Dessutom uttrycks denna fördel inte bara i en ökning av hastigheten för skivoperationer, utan också i en märkbar minskning av svarstiden för skivundersystemet. Detta mönster kan ses när du använder en SSD som den enda och universella enheten (se Full System Drive Benchmark). Och i fallet när SSD endast spelar rollen som en systemenhet där operativsystemet och programvaran är installerade (se Quick System Drive Benchmark). Och även när SSD används som en "fildump" (se Data Drive Benchmark), även om detta, ärligt talat, händer mycket sällan.
Hastighetsfördelarna med FireCuda 520 är lätta att se när du kopierar filer normalt. Diagrammet nedan visar resultaten av DiskBench-testet vid kopiering av en arbetskatalog med olika filer med en total volym på cirka 20 GB inuti enheten. Naturligtvis observeras inte en sådan ökning som i syntetiska tester här, men övergången till PCIe 25 ger sina ytterligare 30-4.0% i prestanda utan att det finns några frågor.
För variation kan du också titta på hur mycket snabbare en PCIe 4.0-enhet låter dig ladda spelapplikationer. Som ett exempel, nedan är nivåns laddningstid i Final Fantasy XIV StormBlood (valet av just detta spel beror på de praktiska övervakningsverktygen som är inbyggda i det). Här är vinsten som FireCuda 520 ger över FireCuda 510 drygt en sekund, vilket inte är så signifikant, men ändå märkbart.
Men under belastningar som är typiska för arbetsstationer är PCI Express 4.0, som man säger, ett måste. Faktum är att datorer som syftar till professionellt innehållsskapande är utrustade med mycket kraftfulla flerkärniga processorer och snabbt minne. Och i det här fallet kan flaskhalsar i systemet lätt uppstå i diskundersystemet. Till exempel, medan många videoproffs tidigare föredrog att bygga RAID-arrayer från SSD-enheter, kan de nu möta sina behov med FireCuda 520, som hanterar data i hastigheter över 4 GB/s på egen hand.
Alla dessa argument kan enkelt stödjas av resultaten från SPECworkstation 3-testet, som mycket tydligt visar vikten av en enhet med ett modernt gränssnitt: FireCuda 520 klarar av hårda scenarier för professionell diskbelastning i genomsnitt 22 % snabbare jämfört med FireCuda 510 .
Men särskild uppmärksamhet bör ägnas åt de allmänna driftsindikatorerna (den vanliga hastigheten att arbeta med filer vid arkivering och kopiering, såväl som vid utveckling av programvara) och produktutveckling (visar arbetshastigheten i CAD/CAD-system och vid lösning av beräkningsvätska dynamikproblem). Här avslöjas den potential som finns i FireCuda 520 särskilt övertygande.
Sammanfattning
Exemplen som ges räcker för att inte lämna några tvivel om att PCIe 4.0-enheter verkligen låter dig få högre prestanda och bättre lyhördhet när du löser resurskrävande uppgifter. Därför, när du bygger ett högpresterande system på AMD Ryzen 3000 eller Threadripper 3000-processorer med flera kärnor, bör du helt klart inte försumma användningen av de modernaste NVMe SSD:erna. Seagate FireCuda 520 kan vara ett lämpligt val här: det finns definitivt inget snabbare i butik för tillfället.
Naturligtvis kommer en PCIe 4.0-enhet att kosta lite mer än samma FireCuda 510, men orsakerna till detta är väl förstått. Och det viktigaste är att priset på FireCuda 520 är ganska marknadspris, eftersom denna SSD kostar nästan lika mycket som alternativa PCIe 4.0-enheter från tredje nivåstillverkare.
Några ord om testplattformen: Prestandatestning utfördes på ett Ryzen 9 3900X-baserat system baserat på ett ASRock X570 Creator-moderkort och utrustat med 16 GB DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Operativsystem Windows 10 Professional 1909 med standard NVMe-drivrutin Standard NVM Express Controller 10.0.18362.1.
Källa: will.com