Обзор и тестирование SSD PCI-E Gen 4x4 NVMe накопителя GOODRAM IRDM Ultimate X 500GB

Выход процессоров AMD Ryzen Matisse и чипсетов Х570, поддерживающих интерфейс PCI Express 4.0, позволил производителям твердотельных накопителей значительно увеличить их потенциальные скоростные характеристики чтения и записи. Начался новый виток гонки за скоростями; что это - только маркетинг или реальная прибавка в производительности для пользователей, нам еще предстоит понять со временем, когда подобных моделей и совместимых платформ будет больше.

А пока рассмотрим одну из первых ласточек - IRDM Ultimate X объемом 500 ГБ. Также в этой серии выпускаются модели на 1 и 2 ТБ. Разрабатывалась модель компанией Wilk Elektronik (бренд GOODRAM) в сотрудничестве с AMD.

Этот накопитель имеет интерфейс PCI-E Gen 4x4 NVMe. Данная поддержка обеспечена новым контроллером Phison E16 – на сегодня это практически единственный контроллер в массовом сегменте, который поддерживает PCI-E 4.0. Построен накопитель на 96-слойной памяти BiCS4 TLC NAND Kioxia (бывший Toshiba).

Технические характеристики

• Модель: IRX-SSDPR-P44X-500-80;
• Форм-фактор: M.2 2280, ключ M-Key;
• Интерфейс: NVMe 1.3 (PCI-E 4.0 ×4);
• Тип памяти - 3D TLC NAND;
• Скорости последовательного чтения/записи - до 5000/2500 МБ/с;
• Чтение случайных блоков 4 Кбайт (QD32) – 550 000 IOPS;
• Запись случайных блоков 4 Кбайт (QD32) – 400 000 IOPS;
• Среднее время наработки на отказ: 1 700 000 ч;
• Рабочая температура: от 0°С до 70°С;
• Размеры: 80×22×3,5 мм;
• Гарантия: 5 лет.

Упаковка и комплектация

Накопитель поставляется в картонной коробке с цветной полиграфией. Упаковка запечатана в целлофан. На лицевой стороне расположено изображение накопителя, наименование и основные характеристики (общие для всей линейки).

Объем конкретной модели указан на наклейке с обратной стороны, здесь же идет серийный номер и дата выпуска – 20.08.2020.

В коробке в поролоновой форме зафиксирован сам накопитель и фирменный металлический радиатор. Также имеется иллюстрированная инструкция пользователя по установке.

Под формой ненавязчивое приглашение в команду GOODRAM: «We want you in our team».

Внешний вид

Накопитель собран на стандартной пластине черного текстолита форм-фактора М.2 размером 2280 с ключом M-Key.

Все элементы с двух сторон заклеены информационными бумажными стикерами, которые перед эксплуатацией следует удалить.

Сняв стикеры, мы видим, что кристаллы памяти расположены с обеих сторон текстолита, что очень редко встречается в накопителях М.2.

Но это не сказывается значительно на толщине самого накопителя, тем более что для установки в ПК это не имеет значения.

Память промаркирована как TA7AG65AWV – это разработки Toshiba на базе 96-слойной 3D TLC BiCS4 с интерфейсом Toggle NAND Mode 3.0, который работает со скоростью 667-800 Мбит/с при напряжении 1,2 В.

Для SLC-кэширования используется оперативная память объемом 512 Мбайт DDR4-1600 SDRAM производства SK Hynix – HSAN4G8N8JR. Это должно способствовать более высокому потенциалу при последовательной записи большего объема данных на максимально заявленной скорости.

Еще мы видим микросхему IC Phison PS6106, осуществляющую управление питанием и защиту по току.

Контроллер Phison PS5016-E16 закрыт собственной металлической теплоотводящей пластиной. Пластина здесь не лишняя - несмотря на напряжение, уменьшенное до 1,2 В, тепловыделение кристалла под нагрузкой составляет 6,7 Вт.

Это - восьмиканальный контроллер на 28-нм техпроцессе, который обеспечивает пропускную способность до 8 ГБ/с. Он имеет скорость последовательного чтения до 5000, последовательной записи - до 4400 МБ/с. Кроме стандартных функций (технология ускоренной записи, алгоритм LDPC-кодирования и исправления ошибок четвёртого поколения, аппаратное шифрование по схеме AES256), контроллер способен контролировать температуру, что позволяет избежать троттлинга.

Для эффективного отведения тепла в комплекте имеется металлический радиатор со сложным рисунком ребер.

В центральной части верхняя площадка ребер выполнена в виде логотипа IRDM и окрашена в красный цвет. На контактной площадке наклеен термоскотч.

Высота радиатора - 8 мм. Если слот PCI-E находится под видеокартой, то радиатор установить не получится. Но чаще всего он может вообще не понадобиться.

Материнские платы на чипсете Х570, как правило, комплектуются собственными радиаторами над слотами M.2.

Тестирование

Тестовая система:

• Материнская плата: ASRock X570 Extreme 4;
• Процессор: AMD Ryzen 7 3700X;
• Оперативная память: XPG Spectrix D80 DDR4 RGB Red Edition;
• Видеокарта: ZOTAC GeForce GTX 1070 Mini;
• Накопитель: Goodram PX500 NVMe PCIe Gen 3×4 на 512 ГБ;
• Блок питания: Thermaltake Toughpower DPS G RGB 850W Gold;
• Операционная система: Windows 10 Pro 64-bit, версия 2004, сборка 20215.1000.

Задача нашего тестирования - определить максимальные скоростные показатели чтения/записи и их соответствие заявленным производителем, рассмотреть изменение скоростей в различных условиях. Также нас интересуют температурные показатели накопителя и их влияние на производительность.

Накопитель установлен на материнскую плату ASRock X570 Extreme 4 в первый слот М.2, в котором он прикрывается радиатором, конструктивно общим с чипсетом, и имеет активное охлаждение. Данный слот является «процессорным» PCI-E.

Техническую информацию о накопителе нам покажет утилита CrystalDiskInfo. Как видим, температура без нагрузки - всего 35°С. Конфигурация поддерживает максимальный скоростной режим.

Максимально температура накопителя во время тестирования поднималась всего до 47°С – это отличный результат. Радиатор материнской платы справляется отлично.

Утилита SSD-Z мало информативна, информацию о контроллере и памяти прочитать не способна.

Для тестирования будут использоваться следующие утилиты:

• ATTO Disk Benchmark для демонстрации максимальных скоростных показателей;
• CrystalDiskMark 7.0.0 – тестирование записи и чтения данных различного объема;
• AIDA64 построит графики чтения и записи по всей поверхности накопителя;
• AS SSD Benchmark и AJA Video System Test покажут нам реальные скорости работы в приложениях.

Утилита ATTO Disk Benchmark демонстрирует максимально возможные показатели, именно их, как правило, приводят производители в спецификациях.

Максимальные значения чтения 5 623 МБ/с и записи 2 646 МБ/с, что даже выше, чем заявлено для 500 ГБ модели – соответственно 5 000 и 2 500 МБ/с.

CrystalDiskMark 7.0.0 при тесте нулями также демонстрирует максимально идеальные результаты - чтения 5 622 МБ/с и записи 2 513 МБ/с, что также соответствует заявленным значениям.

Дальнейшие тесты в этой утилите будут на накопителе, заполненном на 40%, в настройках установлены случайные данные по три прогона.

Данная программа работает «поверх» файловой системы и за счет небольших тестовых файлов демонстрирует высокие результаты, не зависящие от кэша.

Программа измерит скорость последовательной и случайной записи сжимаемых данных различного объема.

Значения, полученные в CrystalDiskMark 7.0.0, для удобства восприятия мы покажем в виде графиков.

SEQ1M Q8Т1: последовательная запись/чтение (один поток, глубина очереди = 8, размер блока = 1 Мб)

SEQ1M Q1Т: последовательная запись/чтение (один поток, глубина очереди = 1)

RND4K Q32T16: случайная запись/чтение (размер блока = 4 Кб, глубина очереди = 32)

RND4K Q1T1: случайная запись/чтение (размер блока = 4 Кб, один поток, глубина очереди = 1)

На графиках мы видим высокие равномерные скорости, значительных проседаний при линейном чтении и записи с повышением объема мы не наблюдаем.

Программа AIDA64 Disk Mark выстраивает графики работы накопителя на всем объеме. И здесь нас больше всего интересует график линейной записи, он наиболее наглядно показывает зависимость записи от SLC-кэширования.

В ускоренном SLC-режиме накопитель записывает до 40% от всего объема, а это - около 200 Гбайт данных. Запись идет на скорости 2430 МБ/с, что соответствует заявленному в спецификации значению.

Затем свободное место заканчивается, и запись переходит в медленный TLC-режим. Причём одновременно с записью контроллер накопителя вынужден освобождать место и уплотнять данные в ячейках, записанных в SLC-режиме. В результате производительность падает до 355 МБ/с. Это все еще довольно большая скорость для твердотельных накопителей.

Такие результаты демонстрируются благодаря прогрессивному динамическому алгоритму SLC-кэширования, впервые примененному разработчиками Phison в контроллере E-16. Информация записывается на накопитель в SLC-режиме до тех пор, пока это позволяет свободное место, а перевод ячеек TLC 3D NAND в штатный трёхбитовый режим происходит в моменты простоя.

На практике вы с такой просадкой не столкнётесь, единовременный перенос на 500-гигабайтный накопитель более 200 Гбайт данных – это редкий случай.

Случайная запись идет на среднем уровне 1250 МБ/с – от 2000 до 1100 до 80% объема, и от 1100 до 460 на остальном объеме.

График линейного чтения получился равномерный, среднее значение было на уровне 4790 МБ/с. Случайное чтение на среднем уровне 2100 МБ/с, что соответствует показателям CrystalDiskMark.

Следующие утилиты демонстрируют скорости, реально приближенные к работе с приложениями и данными. Программы AS SSD Benchmark и AJA Video System Test работают с несжимаемыми файлами на всей поверхности накопителя и наглядно демонстрируют изменения скорости в зависимости от объемов тестовых файлов.

AS SSD Benchmark показывает среднюю скорость чтения 2295 МБ/с, записи - 2366 МБ/с. Максимальные скорости соответственно 3628 и 20629 МБ/с. Особенно радуют показатели записи – сказывается наличие отдельного чипа оперативной памяти.

Реальные скорости копирования различных данных составили от 132 до 1575 МБ/с.

Дополнительно выстраивается график работы со сжатыми файлами. Чтение на уровне от 4200 до 4800 МБ/с, запись - от 2000 до 2500 МБ/с. Скорость записи просаживается через каждые 20% объема – это опять же специфика работы SLC-кэширования.

Утилита AJA Video System Test, имитирующая реальную нагрузку при видеокодировании, также подтверждает ранее полученные данные.

Вне зависимости от объема тестового файла скорость записи остается на высоком уровне около 2390 МБ/с, графики становятся все более ярко выраженной зубчатой формы, но без падения общей скорости.

Графики скорости чтения идеально равномерные, с увеличением размера тестового файла снижается скорость незначительно и остается на уровне 4100 МБ/с.

При анализе тестов мы заметили две закономерности:

Скорости записи во всех тестах плюс/минус идентичны и находятся на уровне 2400-2500 МБ/с, здесь мы видим преимущества нового восьмиканального контроллера с отличным алгоритмом SLC-кэширования. Скорость не зависит от идеального бенчмарка, работающего поверх файловой системы, или реального приложения, работающего на всей поверхности накопителя.

Скорость чтения в бенчмарках отличается от скоростей в реальных приложениях. Разброс от 5600 до 4000 МБ/с. Сказывается известная оптимизация контроллеров Phison для демонстрации больших цифр в бенчмарках – файлы после записи на накопитель остаются в кэше, что дает преимущество измерения их чтения.

Это заметно даже в программе CrystalDiskMark, если сравнивать тест нулями и случайными данными, также это заметно при мелкоблочном чтении – график без типичного падения скорости с увеличением объема данных.

В реальных задачах скорости линейного чтения будут на уровне 4000 – 4200 МБ/с, что все равно является очень высоким результатом.

Заключение

Несомненно, скоростные способности GOODRAM IRDM Ultimate X впечатляют. Возможности нового и пока единственного контроллера, работающего с интерфейсом PCI-E 4.0 ×4, проявляются в тестах на платформе AMD на достойном уровне. Особенно нам понравились стабильные результаты скоростей записи вне зависимости от условий.

Но стоит учитывать и прочие факторы, влияющие на приобретение данного накопителя именно сейчас.

Платформа Phison E16 – это все еще массовое и недорогое решение, не способное раскрыть весь потенциал шины PCI Express 4.0 x4. В реальной работе накопитель может проигрывать флагманским решениям на шине PCI Express 3.0 x4.

Если это будет нивелироваться его стоимостью, то здесь нет ничего страшного. Но при цене больше, чем просят за тот же Samsung 970 EVO Plus, покупка IRDM Ultimate X сомнительна. На сегодня модель на 500 ГБ стоит около 11000 рублей против 8000 за 970 EVO Plus на 500 ГБ. У последнего при этом выше скорость записи, а скорость чтения немногим меньше реальных скоростей Ultimate X. Это так же справедливо и для накопителей на основе E16 от прочих брендов.

Следующий фактор – платформа с шиной PCI-E 4.0 все еще мало распространена, и прочие производители контроллеров для SSD видимо ждут, когда её будут поддерживать чипсеты и процессоры Intel. А отсутствии конкуренции, как всегда, сказывается на покупателях.

С другой стороны, кто раньше всех начал осваивать современные инновации и обкатывать технологии, тот и продвинется дальше всех в будущем.

Плюсы:

• Современный инновационный контроллер;
• Использование интерфейса PCI-E 4.0 x4 NVMe 1.3;
• Массивный радиатор в комплекте;
• Высокие скорости чтения и записи;
• Эффективность алгоритма SLC-кэширования для операций записи;
• Пятилетняя гарантия.

Минусы:

• Высокая цена по сравнению с флагманами на интерфейсе PCI-E 3.0;
• Реальные скорости чтения ниже, чем демонстрируются максимальные в бенчмарках.