今天我們想談談我們的新產品之一 - 希捷 FireCuda 520 SSD 硬碟。但不要急於進一步滾動瀏覽提要，並想著“好吧，該品牌的小工具的另一個值得稱讚的評論” - 我們試圖使材料有用且有趣。 在切入點下，我們首先關注的不是裝置本身，而是它所使用的 PCIe 4.0 介面。 我們將告訴您對它的期望、為什麼它好以及它可能對誰有用。
說實話：PCI Express 4.0 並不是那麼新鮮。 第一批支援其的設備去年夏天出現在消費市場。 為此，我們應該對 AMD 說一聲：正是該公司創建了第一個能夠接受 PCI Express 4.0 設備的平台，並且自己也製造了此類設備 - 這些是具有 RDNA 架構的基於 GPU 的顯示卡。
增加頻寬總是會帶來很大的希望，但事實證明，顯示卡幾乎沒有從切換到更快的介面中獲得任何好處。 至少在遊戲負載方面是如此。 大量獨立測試表明，即使是支援 PCI Express 4.0 的最快卡（主要是 Radeon RX 5700 XT），在使用新的快速介面以及連接到經典 PCI Express 3.0 總線時也能表現出相同的性能。
但對於固態硬碟來說，情況就完全不同了。 透過 PCI Express 3.0（例如 Seagate FireCuda 510）運作的高效能 NVMe SSD 在線性負載下的運作速度明顯受到介面頻寬的限制。 因此，擴大頻寬限制必然會對新一代磁碟子系統的功能產生正面影響。
頻寬永遠不夠的事實的一個很好的例證是，當我們談論第一批支援 PCI Express 4.0 的設備時，PCI 特別興趣小組 (PCI-SIG) 已經批准了 PCI Express 5.0 規範，該規範需要它在提高現代處理器與外部設備通訊的介面速度方面又向前邁進了一步。 不過，今天 PCI Express 4.0 已提上議程。
PCI Express 4.0 有什麼好處？
PCIe（週邊組件互連 Express）規範標準化了圖形加速器、音訊控制器、網路適配器以及最後的 NVMe SSD 等擴充卡與構成 PC 平台的底層組件的通訊方式。 PCIe規範的版本越高，提供的吞吐量越高。 另外，在談論PCIe插槽時，除了規格版本外，還談論通道數，指定為x1、x2、x4、x8或x16。 由於總線擴展，更多數量的線路還提供了更高的吞吐量，並且代表了另一種提高介面速度特性的廣泛方法。 但如果我們談論 NVMe SSD，那麼這種方法就很難應用在其中。 PC SSD 採用緊湊型 M.2 外形尺寸，可使用兩個或最多四個通道，而對最多 16 個通道的支援僅限於全尺寸 PCIe 卡。 正因如此，新版PCIe標準的推出被認為是效能SSD市場的關鍵事件。
PCIe 規範的所有版本均向後相容。 面向 PCIe 4.0 的驅動器也可以在僅支援 PCIe 3.0 的平台上工作，並且具有 PCIe 4.0 插槽的主機板可以輕鬆安裝按照 PCIe 3.0 標準運行的組件。 然而，在這兩種情況下，系統都將以 PCIe 3.0 速度運行，這是雙方都支援的標準的初級版本。
PCIe 4.0 的主要創新是單線頻寬加倍。 對於已發生的變化的數值估計有不同的選擇，但如果我們談論理論值和峰值，PCIe 4.0 規範假設每個方向的一條線上的最大傳輸速度為 1,97 GB/s，而在 PCIe 3.0 中，最大速度限制為0,98 GB/s。 在某些來源中，您可能會發現兩倍高的數字，但這是因為它們表示兩個方向的總資料傳輸速度。
正如我們上面所說，這種介面速度的提高實際上對於顯示卡來說並不是很有用（或者更確切地說，幾乎完全沒有用）。 同時，透過四個 PCIe 通道運行的 NVMe 驅動器能夠在四通道總線上提供高達 7,88 GB/s（理想情況下）的速度，這為效能改進開闢了廣闊的空間。
除了增加頻寬之外，PCIe 4.0標準還引入了其他創新。 例如，它包含降低功耗的新功能，以及更廣泛的裝置虛擬化功能。 但開發人員的主要方向仍然是提高速度，幾乎所有事情都是為了速度而做的。 例如，新版本介面的多項改進旨在提高訊號的完整性及其傳輸的可靠性。 換句話說，對大多數消費者來說，PCIe 4.0意味著更高的頻寬，僅此而已。
支援 PCI Express 4.0 的平台怎麼樣？
不幸的是，儘管 PCI Express 4.0 規範本身早在 2017 年就已獲得批准，但市場上仍然沒有太多真正的平台來支援它。 這意味著，如果你想使用新一代的高效能固態硬碟，你不僅要擔心找到這樣的硬碟本身，還要擔心選擇一個能夠充分發揮其潛力的平台。
事實是，迄今為止，新的 PCIe 4.0 介面僅由 AMD 支持，而且即便如此，也只是部分支援。 它在一些基於 Zen 2 架構的處理器中實現，更具體地說，在桌面 Ryzen 3000 系列和高效能 Threadripper 3000 系列中實現，但在行動 Ryzen 4000 系列中則沒有實現。如果第三代Threadripper的任何Socket sTR4.0主機板都支援PCIe 4，則Ryzen 3000處理器將只能在X4.0晶片組上構建的主機板上以全速模式與PCIe 570外設交互，其中信號線是這樣設計的考慮到屏蔽和最小化電噪聲的更高要求。
好消息是，潛在的 Ryzen 3000 用戶很快就能獲得另一類更實惠的主機板，支援 PCIe 4.0 顯示卡和驅動器。 它們將基於新的 B550 晶片組構建，該晶片組將在未來幾個月內發布。
至於Intel平台，目前還不支援PCIe 4.0。 此外，即將推出的Comet Lake-S桌上型電腦處理器將帶來新的LGA 1200處理器插槽和新的4.0系列系統邏輯集，也不會接受PCIe 4.0。 如果我們談論大眾英特爾桌上型電腦系統，對該介面的支援可能只有在 Rocket Lake 處理器發佈時才會出現，但這將在明年初左右發生。 但該介面可能會更早進入行動系統：在計劃中，Tiger Lake 處理器宣布支援 PCIe 4.0，正式宣布可能會在今年夏天進行。 此外，不能排除高效能 HEDT 桌上型電腦今年也將轉向 PCIe XNUMX：如果英特爾決定在這一領域提供 Ice Lake-X（伺服器 Ice Lake-SP 的類似產品），這將成為可能。
因此，儘管 PCIe 4.0 將在中期普及，但目前快速 NVMe SSD 的支持者在選擇平台時幾乎沒有選擇。 其中最明顯的是基於 Ryzen 4 處理器的 Socket AM3000 系統和基於 X570 晶片組的主機板。
運行 PCI Express 4.0 的驅動器進展如何？
如果您查看商店貨架上展示的一系列支援 PCIe 4.0 的 NVMe SSD，您可能會感覺到市場上充斥著各種新一代高速解決方案的選擇。 然而，實際上這種印像是具有欺騙性的。 儘管 PCIe 4.0 規範已經存在多年，但硬體平台開發商尚未設法將足夠數量的替代品帶入量產階段。
SSD製造商現在唯一可以在其產品中使用的控制器是Phison PS5016-E16。 而且，實際上，這個控制器還不能稱為新一代的全面開發。 這是一個基於另一個早期 PS5012-E12 晶片的過渡解決方案，其中負責外部總線的功能塊被簡單地替換了。
對於最終用戶來說，這意味著兩件事。 首先，市場上所有支援 PCIe 4.0 的 NVMe 驅動器彼此之間沒有太大差異，至少在性能方面是如此。 如果您發現某個產品突然宣布更高的額定速度，這很可能是由於行銷人員的狡猾，而不是任何真正的優勢，因為最終，兩種產品都使用相同的控制器。 其次，當今的 PCIe 4.0 驅動器還不能誇耀使用新總線的全部頻寬 - Phison PS5016-E16 晶片承諾的最高速度為線性讀取 5 GB/s 和記錄 4,4 GB/s 的水平。
由此得出一個重要的推論：未來，即使不升級到下一版的 PCI Express 規範，NVMe SSD 也能實現效能的另一個飛躍。 您只需等待具有重新設計的核心以適應 PCIe 4.0 功能的新型控制器的出現。 此類解決方案已經在開發中。 類似產品的出現至少是三星所期待的，此外，獨立工程團隊也在研發更先進的控制器：Phison (PS5018-E18)、Silicon Motion (SM2267)、Marvell (88SS1321) 甚至還有不太好的控制器-知名公司Innogrit（IG5236）。
唯一的麻煩是，這一切輝煌可能不會很快出現。 控制器開發是一個漫長的過程，在韌體準備或驗證期間的最後階段經常會發生嚴重的延遲。 此外，整個行業現在都受到了冠狀病毒大流行的巨大影響，這就是新產品發布被推遲的原因。
換句話說，您可以等待很長時間才能獲得更好的東西，但如果現在需要更高效能的磁碟機系統，那麼堅持使用現有的東西- Phison PS5016-E16 控制器上的磁碟機是有意義的。 雖然他們沒有選擇四個 PCIe 4.0 通道的全部頻寬，但他們在小塊操作方面可以擁有相當不錯的性能，據開發人員稱，可以達到 750 萬 IOPS。 基於雙核心 32 位元 ARM Cortex R5 處理器的控制器設計和一組專有技巧確保了這一點：動態 SLC 快取和 CoXProcessor 2.0 技術（典型操作鏈的硬體加速）。
為什麼選擇希捷 FireCuda 520？
上面說過，所有支援 PCIe 4.0 的現有消費性 NVMe 驅動器都建立在相同的基礎上 - Phison PS5016-E16 控制器。 然而，這並不意味著您在商店中購買第一塊 PCIe 4.0 SSD 就是一個好主意。 在這裡，我們建議您關注希捷 FireCuda 520，但完全不要關注，因為您正在希捷公司部落格上閱讀這篇文章。
細節決定成敗，如果您開始了解，Seagate FireCuda 520 可能會比許多基於相同 Phison PS5016-E16 晶片的替代品更具吸引力。 造成這種情況的原因有很多，但都歸結為一件事：FireCuda 520 中安裝的快閃記憶體。
從形式上來說，所有配備Phison PS5016-E16控制器的驅動器都使用相同的快閃記憶體：Kioxia（原始東芝記憶體）製造的96層BiCS4（TLC 3D NAND）。 但是，實際記憶體可能會有所不同。 根據特定製造商為自己選擇的優先級，記憶體可以分為完全不同的品質等級。 例如，在三線公司的產品中，經常會出現「媒體」用途的閃存，一般來說，它是用於閃存驅動器和記憶卡的，而不是用於SSD的。
對於希捷硬碟來說，這是完全不可能的。 該公司並不在公開市場上購買閃存，而是與 Kioxia 簽訂了長期直接協議，該協議是在東芝擺脫內存生產時簽訂的。 正因為如此，正如他們所說，我們能夠獲得第一手的 NAND 晶片，並能夠獲得最優質的晶片。
這不可避免地反映在可靠性參數中。 希捷FireCuda 520系列的代表配備五年保修，安裝的資源可讓您重寫驅動器的全部容量1800次，即平均每天一次。 這些都是非常高的耐用指標，根據這些指標，希捷提供的產品比最受歡迎的三星 970 EVO Plus 高出三倍。
現在是時候展示 Seagate FireCuda 520 的外觀了。 這是傳統 2 外形尺寸的 M.2280 板，晶片位於兩側。
這裡沒有提供其他製造商喜歡在其驅動器上堆砌的特殊冷卻措施，因為幾乎 4.0% 支援 PCIe 2 的主機板都有自己的 M.XNUMX 插槽冷卻系統。
在其他方面，該硬碟與基於 Phison PS5016-E16 控制器的其他產品類似，但有一個明顯的區別 - 控制器晶片帶有 Seagate 標記。 這是因為 FireCuda 520 的控制器也不是在公開市場上購買的，而是按特殊訂單製造的。 然而，這對最終用戶來說意義不大，但真正重要的是使用修改後的固件，其中包含某些優化，可以將希捷硬碟與具有類似硬體的其他SSD區分開來。
很明顯，微程式不太可能顯著改變控制器的速度特性，但是，它允許做一些事情。 例如，FireCuda 520 擁有動態 SLC 快取的實現，而基於早期發布的 Phison 控制器的驅動器則使用大小相當有限的靜態 SLC 快取。 新方法可讓您在 FireCuda 520 上高速記錄大量資訊。
它的工作原理非常簡單：進入磁碟機的任何資料都會以非常快速的一位 SLC 模式寫入 TLC 快閃記憶體。 以這種方式使用的單元會在以後（當使用者不再存取驅動器時）或根據需要（如果在寫入過程中乾淨單元池耗盡）轉移到 TLC 狀態。 換句話說，FireCuda 520上三分之一的可用空間可以持續以最大速度填滿，但隨後效能會下降。 但如果稍等一下，剩餘的可用空間的三分之一可以再次在高速模式下使用。
例如，這裡是容量為 520 TB 的 FireCuda 2 上線性記錄到空白的圖表。
對於前 667 GB，記錄速度為 4,1 GB/s，然後速度急劇下降至 0,53 GB/s，但您應該明白，正常使用驅動器時不會遇到這種情況 - 這需要長期且連續地記錄大量資訊。
除了韌體之外，FireCuda 520 的捆綁軟體也很有趣。 專有的 SeaTools SSD 實用程式比第三方程式更方便地監控 SSD 的狀態。 此外，它還允許您更新韌體、測試效能並執行一些附加操作，例如進階診斷或安全性擦除。
另外值得一提的是，FireCuda 520 用戶可以從希捷網站下載 DiscWizard 程序，以便從先前的磁碟機平滑遷移，傳輸所有資料和作業系統。
而且真的很快嗎？
仍然需要一些實際結果來支援有關 PCI Express 4.0 介面及其支援的驅動器的優勢的所有內容。 而且這並不是特別困難，因為 FireCuda 520 確實具有明顯更高的效能，這是上一代硬碟所不具備的。 儘管群聯 PS5016-E16 控制器因仍未充分利用 PCIe 4.0 的全部頻寬而飽受詬病，但希捷 FireCuda 520 的速度表現明顯高於硬碟。PCIe 3.0。
下表將希捷 FireCuda 520 的特性與希捷之前的旗艦 NVMe SSD 型號 FireCuda 510 的特性進行了比較，FireCuda 3.0 是針對 PCIe 4 x2 介面設計的。 例如，比較僅限於容量為 XNUMX TB 的最寬敞、最快的 SSD 選項，但如果我們比較其他容量的修改，情況將大致相同。
然而，護照特徵是一回事，現實生活又是另一回事。 因此，我們簡單地使用了這兩個驅動器 - FireCuda 520 2 TB 和 FireCuda 510 2 TB - 並在測試中對它們進行了比較。
FireCuda 520 2TB
FireCuda 510 2TB
CrystalDiskMark 的結果需要一些評論。 事實證明，新款 PCIe 4.0 SSD 的線性速度明顯快於其前代產品：優勢幾乎達到大小的一倍半，並且在深度隊列和最小請求隊列中都可以看到。 FireCuda 520 在小塊操作方面優於先前版本的希捷 NVMe SSD，儘管這裡沒有觀察到同樣令人印象深刻的突破：這一切都歸結為控制器邏輯保持不變。 因此，FireCuda 520 將主要在連續工作負載下表現出色。 至於任意小塊的操作，PCI Express 4.0介面自然無法完成與快閃磁碟機中的Optane類似的操作。
但不可否認的是，高速線性運算是 FireCuda 520 的一個非常強大的資產。 這可以在 ATTO 磁碟基準測試結果中更詳細地看到：一旦用於交換資料的區塊的容量達到 128 KB 或更多，即使在理論上也無法跟上 FireCuda 520（甚至 Optane 也不是）。能夠做到這一點），因為資料交換速度超出了PCIe 3.0 x4 介面頻寬設定的限制。
FireCuda 520 2TB
FireCuda 510 2TB
在綜合測試中，一切都令人信服，但在現實生活中呢？ PCMark 10 可以回答這個問題 - 它包含重現使用者日常工作期間磁碟機上的典型負載的場景。
在這種情況下，FireCuda 520 比其前身快了 30%。 而且，這項優勢不僅表現在磁碟操作速度的提高，也表現在磁碟子系統回應時間的顯著縮短。 當使用 SSD 作為唯一的通用磁碟機時，可以看到此模式（請參閱完整系統磁碟機基準）。 當 SSD 專門充當安裝作業系統和軟體的系統磁碟機時（請參閱快速系統磁碟機基準測試）。 即使 SSD 被用作「檔案轉儲」（請參閱資料磁碟機基準），但坦白說，這種情況很少發生。
正常複製檔案時，FireCuda 520 的速度優勢顯而易見。 下圖顯示了在磁碟機內複製包含不同檔案、總體積約 20 GB 的工作目錄時的 DiskBench 測試結果。 當然，這裡沒有觀察到像綜合測試中那樣的增長，但毫無疑問，向 PCIe 25 的過渡使其性能額外提高了 30-4.0%。
為了獲得多樣性，您還可以查看 PCIe 4.0 驅動器加載遊戲應用程式的速度有多快。 作為一個例子，以下是《最終幻想 XIV StormBlood》中的關卡載入時間（選擇這個特定遊戲是因為它內建了方便的監控工具）。 在這裡，FireCuda 520 相對於 FireCuda 510 提供的增益僅超過一秒，雖然不是那麼顯著，但仍然很明顯。
但正如他們所說，在工作站的典型負載下，PCI Express 4.0 是必備的。 事實上，用於專業內容創作的電腦配備了非常強大的多核心處理器和快速記憶體。 在這種情況下，系統的瓶頸很容易出現在磁碟子系統中。 例如，雖然許多視訊專業人士以前更喜歡使用 SSD 驅動器建立 RAID 陣列，但現在可以使用 FireCuda 520 來滿足自己的需求，FireCuda 4 本身可以以超過 XNUMXGB/s 的速度處理資料。
所有這些論點都可以很容易地得到SPECworkstation 3 測試結果的支持，該測試非常清楚地表明了具有現代介面的驅動器的重要性：與FireCuda 520 相比，FireCuda 22 處理重型專業磁碟負載場景的速度平均快510% 。
但應特別注意一般操作指標（歸檔和複製以及開發軟體時處理文件的通常速度）和產品開發（顯示 CAD/CAD 系統中以及解決計算流體時的工作速度）動力學問題）。 FireCuda 520 的內在潛力在這裡得到了特別令人信服的展現。
總結
給出的範例足以讓人毫無疑問地認為，PCIe 4.0 驅動器確實可以讓您在解決資源密集型任務時獲得更高的效能和更好的反應能力。 因此，在多核心 AMD Ryzen 3000 或 Threadripper 3000 處理器上建立高效能係統時，您顯然不應忽視最現代的 NVMe SSD 的使用。 希捷 FireCuda 520 可能是個合適的選擇：目前商店中絕對沒有更快的產品。
當然，PCIe 4.0 驅動器的價格會比相同的 FireCuda 510 貴一點，但原因眾所周知。 最重要的是，FireCuda 520 的價格相當市場價格，因為這款 SSD 的成本幾乎與三線製造商的替代 PCIe 4.0 驅動器相同。
關於測試平台的一些話： 效能測試是在基於 Ryzen 9 3900X 的系統上進行的，該系統基於華擎 X570 Creator 主機板並配備 16GB DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32)。 作業系統 Windows 10 Professional 1909，附標準 NVMe 驅動程式 標準 NVM Express 控制器 10.0.18362.1。
來源： www.habr.com