Стандарт PCI Express является одной из основ современных компьютеров. Слоты PCI Express уже давно занимают прочное место на любой материнской плате декстопного компьютера, вытесняя другие стандарты, например, такие как PCI. Но даже стандарт PCI Express имеет свои разновидности и отличающийся друг от друга характер подключения. На новых материнских платах, начиная примерно с 2010 года, можно увидеть на одной материнской плате целую россыпь портов, обозначенных как PCIE или PCI-E , которые могут отличаться по количеству линий: одной x1 или нескольких x2, x4, x8, x12, x16 и x32.
Итак, давайте выясним почему такая путаница среди казалось бы простого периферийного порта PCI Express. И какое предназначение у каждого стандарта PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32?
Что такое шина PCI Express?
В далеких 2000-х, когда состоялся переход с устаревающего стандарта PCI (расш. - взаимосвязь периферийных компонентов) на PCI Express, у последнего было одно огромное преимущество: вместо последовательной шины, которой и была PCI, использовалась двухточечная шина доступа. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и установленные в него карты, могли в полной мере использовать максимальную пропускную способность не мешая друг другу, как это происходило при подключении к PCI. В те времена количество периферийных устройств, вставляемых в карты расширения, было предостаточно. Сетевые карты, аудио карты, ТВ-тюнеры и так далее - все требовали достаточное количество ресурсов ПК. Но в отличие от стандарта PCI, использовавшего для передачи данных общую шину с подключением параллельно нескольких устройств, PCI Express, если рассматривать в общем, является пакетной сетью с топологией типа звезда.
PCI Express x16, PCI Express x1 и PCI на одной плате
С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК в качестве небольшого магазина с одним, двумя продавцами. Старый стандарт PCI был как гастроном: все ожидали в одной очереди, чтобы их обслужили, испытывая проблемы со скоростью обслуживания с ограничением в лице одного продавца за прилавком. PCI-E больше похож на гипермаркет: каждый покупатель движется за продуктами по своему индивидуальному маршруту, а на кассе сразу несколько кассиров принимают заказ.
Очевидно, что гипермаркет по скорости обслуживания выигрывает в несколько раз у обычного магазина, благодаря тому, что магазин не может себе позволить пропускную способность больше чем один продавец с одной кассой.
Также и с выделенными полосами передачи данных для каждой карты расширения или встроенными компонентами материнской платы.
Влияние количества линий на пропускную способность
Теперь, чтобы расширить нашу метафору с магазином и гипермаркетом, представьте, что каждый отдел гипремаркета имеет своих кассиров, зарезервированных только для них. Вот тут-то и возникает идея нескольких полос передачи данных.
PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы обычно используют уже 3 версию стандарта, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, а версия 5 ожидается в 2019 году. Но разные версии используют одни и те же физические соединения, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах: x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютерах).
Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству одновременных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линиями . Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, а другая для приема.
Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.
Возвращаясь к нашей метафоре: если речь идёт об одном продавце в магазине, то полоса x1 и будет этим единственным продавцом, обслуживающим одного клиента. У магазина с 4-мя кассирами - уже 4 линии х4 . И так далее можно расписать кассиров по количеству линий, умножая на 2.
Различные карты PCI Express
Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32
Для версии PCI Express 3.0 общая максимальная скорость передачи данных составляет 8 ГТ/с, В реальности же скорость для версии PCI-E 3 чуть меньше одного гигабайта в секунду на одну полосу.
Таким образом, устройство, использующее порт PCI-E x1, например, маломощная звуковая карта или Wi-Fi-антенна смогут передавать данные с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.
Карта, которая физически подходит в более крупный слот - x4 или x8 , например, карта расширения USB 3.0, сможет передавать данные в четыре или восемь раз быстрее соответственно.
Скорость передачи портов PCI-E x16 теоретически ограничивается максимальной полосой пропуская в размере около 15 Гбит/с. Этого более чем достаточно в 2017 года для всех современных графических видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.
Большинство дискретных видеокарт используют слот PCI-E x16
Протокол PCI Express 4.0 позволяет использовать уже 16 ГТ/с, а PCI Express 5.0 будет задействовать 32 ГТ/с.
Но в настоящее время не существует компонентов, которые смогли бы использовать такое количество полос с максимальной пропускной способностью. Современные топовые графические карты обычно используют x16 стандарта PCI Express 3.0. Нет смысла использовать те же полосы и для сетевой карты, которая на порту x16 будет использовать только одну линию, так как порт Ethernet способен передавать данные только до одного гигабита в секунду (что, около одной восьмой пропускной способности одной PCI-E полосы - помните: восемь бит в одном байте).
На рынке можно найти твердотельные накопители PCI-E, которые поддерживают порт x4, но они, похоже, скоро будут вытеснены быстро развивающимся новым стандартом M.2. для твердотельных накопителей, которые также могут использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такие как RAID-контроллеры, используют сочетание форматов x4 и x8.
Размеры портов и линий PCI-E могут различаться
Это одна из наиболее запутанных задач по PCI-E: порт может быть выполнен размером в форм-факторе x16, но иметь недостаточное количество полос для пропуска данных, например, всего например x4. Это связано с тем, что даже если PCI-E может нести на себе неограниченное количество отдельных соединений, все же существует практический предел пропускной способности полосы пропускания чипсета. Более дешевые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут иметь только один слот x8, даже если этот слот может физически разместить карту форм-фактора x16.
Кроме того, материнские платы, ориентированные на геймеров, включают до четырех полных слотов PCI-E с x16 и столько же линий для максимальной пропускной способности.
Очевидно, это может вызывать проблемы. Если материнская плата имеет два слота размером x16, но один из них имеет только полосы x4, то подключение новой графической карты снизит производительность первой аж на 75%. Это, конечно, только теоретический результат. Архитектура материнских плат такова, что Вы не увидите резкого снижения производительности.
Правильная конфигурация двух графических видео карт должна задействовать именно два слота x16, если Вы хотите максимального комфорта от тандема двух видеокарт. Выяснить сколько линий на Вашей материнской плате имеет тот или иной слот поможет руководство на оф. сайте производителя.
Иногда производители даже помечают на текстолите материнской платы рядом со слотом количество линий
Нужно знать, что более короткая карта x1 или x4 может физически вписаться в более длинный слот x8 или x16. Конфигурация контактов электрических контактов делает это возможным. Естественно, если карта физически больше, чем слот, то вставить ее не получится.
Поэтому помните, при покупке карт расширения или обновления текущих необходимо всегда помнить как размер слота PCI Express, так и количество необходимых полос.
ВведениеРаньше массового покупателя интересовало главным образом лишь два типа твердотельных накопителей: либо высокоскоростные модели премиального уровня вроде Samsung 850 PRO, либо выгодные по соотношению цены и производительности предложения, такие как Crucial BX100 или SanDisk Ultra II. То есть, сегментация рынка SSD была крайне слабой, а конкуренция между производителями хоть и разворачивалась по направлениям производительности и цены, разрыв между решениями верхнего и нижнего уровня оставался достаточно небольшим. Такое положение дел было отчасти обусловлено тем, что технология SSD сама по себе существенно улучшает ощущения пользователя от работы с компьютером, и поэтому вопросы конкретной реализации для многих отходят на второй план. По этой же причине потребительские твердотельные накопители были вписаны в старую инфраструктуру, которая изначально ориентировалась на механические жёсткие диски. Это существенно облегчило их внедрение, однако заключило SSD в достаточно узкие рамки, которые во многом сдерживают как рост пропускной способности, так и снижение латентности дисковой подсистемы.
Но до определённых пор такое положение дел всех устраивало. Технология SSD была в новинку, и пользователи, переходящие на твердотельные накопители, оставались довольны своим приобретением даже несмотря на то, что по сути они получали продукты, которые на самом деле работают далеко не на пределе своих возможностей, а их производительность сдерживается искусственными барьерами. Однако к сегодняшнему дню SSD, пожалуй, можно считать уже самым настоящим мэйнстримом. Любой уважающий себя владелец персонального компьютера если и не имеет хотя бы один SSD в своей системе, то очень серьёзно настроен на его приобретение в самое ближайшее время. И в этих условиях производители просто вынуждены задумываться о том, чтобы развернуть, наконец, полноценную конкуренцию: разрушить все барьеры и перейти к выпуску более широких линеек продукции, принципиально различающихся по предлагаемым характеристикам. Благо для этого подготовлена вся необходимая почва, и, в первую очередь, большинство разработчиков SSD имеют желание и возможности для того, чтобы заняться выпуском продуктов, работающих не через наследственный SATA-интерфейс, а через куда более производительную шину PCI Express.
Поскольку пропускная способность SATA ограничена величиной 6 Гбит/с, максимальная скорость флагманских SATA SSD не выходит за величину порядка 500 Мбайт/с. Тем не менее, современные накопители, основанные на флеш-памяти, способны на гораздо большее: ведь если задуматься, то они имеют больше общего с системной памятью, нежели с механическими жёсткими дисками. Что же касается шины PCI Express, то сейчас она активно применяется в качестве транспортного уровня при подключении графических карт и прочих дополнительных контроллеров, нуждающихся в обмене данными с высокой скоростью, например, Thunderbolt. Одна линия PCI Express второго поколения обеспечивает пропускную способность на уровне 500 Мбайт/с, а линия PCI Express 3.0 может развивать скорость до 985 Мбайт/с. Таким образом, интерфейсная карта, устанавливаемая в слот PCIe x4 (с четырьмя линиями), может обмениваться данными на скорости до 2 Гбайт/с в случае PCI Express 2.0 и до почти 4 Гбайт/с – при использовании PCI Express третьего поколения. Это отличные показатели, которые вполне подходят и для современных твердотельных накопителей.
Из сказанного закономерно следует, что на рынке помимо SATA SSD должны постепенно находить распространение высокоскоростные накопители, использующие шину PCI Express. И это действительно происходит. В магазинах можно найти несколько моделей потребительских твердотельных накопителей от ведущих производителей, выполненных в виде карт расширения или M.2-плат, которые используют разные варианты шины PCI Express. Мы решили собрать их вместе и сравнить между собой по производительности и другим параметрам.
Участники тестирования
Intel SSD 750 400 ГбайтНа рынке твердотельных накопителей компания Intel придерживается довольно-таки нестандартной стратегии и разработке SSD для потребительского сегмента уделяет не слишком серьёзное внимание, концентрируясь на продуктах для серверов. Однако её предложения от этого не становятся неинтересными, особенно если речь идёт о твердотельном накопителе для шины PCI Express. В данном случае Intel решила адаптировать для использования в высокопроизводительном клиентском SSD свою самую прогрессивную серверную платформу. Именно таким образом и родился Intel SSD 750 400 Гбайт, который получил не только впечатляющие характеристики быстродействия и ряд технологий серверного уровня, отвечающих за надёжность, но и поддержку новомодного интерфейса NVMe, о котором несколько слов стоит сказать отдельно.
Если говорить о конкретных улучшениях NVMe, то в первую очередь упоминания заслуживает снижение накладных расходов. Например, пересылка наиболее типичных 4-килобайтных блоков в новом протоколе требует подачи лишь одной команды вместо двух. А весь набор управляющих инструкций упрощён настолько, что их обработка на уровне драйвера снижает загрузку процессора и возникающие при этом задержки как минимум вдвое. Второе важное нововведение – поддержка глубокой конвейеризации и многозадачности, заключающаяся в возможности параллельно создавать множественные очереди запросов вместо имевшейся ранее единой очереди на 32 команды. Интерфейсный протокол NVMe способен обслуживать до 65536 очередей, причём каждая из них может содержать до 65536 команд. Фактически какие-либо ограничения ликвидируются вообще, и это очень важно для серверных сред, где на дисковую подсистему может возлагаться огромное количество одновременных операций ввода-вывода.
Но несмотря на работу через интерфейс NVMe, Intel SSD 750 – это всё же не серверный, а потребительский накопитель. Да, почти такая же аппаратная платформа, как в этом накопителе, используется в SSD серверного класса Intel DC P3500, P3600 и P3700, но в Intel SSD 750 применена более дешёвая ординарная MLC NAND, а кроме того модифицирована прошивка. Производитель считает, что благодаря таким изменениям получившийся продукт понравится энтузиастам, поскольку он сочетает высокую мощность, принципиально новый интерфейс NVMe и не слишком пугающую стоимость.
Intel SSD 750 представляет собой PCIe x4 карту половинной высоты, которая может задействовать четыре линии стандарта 3.0 и развивать последовательные скорости передачи данных до 2,4 Гбайт/с, а скорость случайных операций – до 440 тысяч IOPS. Правда, наибольшей производительностью отличается наиболее ёмкая модификация на 1,2 Тбайт, полученная же нами на тесты версия объёмом 400 Гбайт немного помедленнее.
Плата накопителя полностью закрыта бронёй. С лицевой стороны это алюминиевый радиатор, а с оборотной – декоративная металлическая пластина, которая на самом деле с микросхемами не соприкасается. Следует отметить, что применение здесь радиатора – необходимость. Основной контроллер интеловского SSD выделяет немало тепла, и при высокой нагрузке даже оснащённый таким охлаждением накопитель может разогреваться до температур порядка 50-55 градусов. Но благодаря предустановленному охлаждению никаких намёков на троттлинг не наблюдается – производительность остаётся постоянной даже в процессе непрерывного и интенсивного использования.
В основе Intel SSD 750 лежит контроллер серверного уровня Intel CH29AE41AB0, который работает на частоте 400 МГц и обладает восемнадцатью (!) каналами для подключения флеш-памяти. Если учесть, что большинство контроллеров для потребительских SSD располагают либо восемью, либо четырьмя каналами, становится понятно, что Intel SSD 750 действительно может прокачивать по шине значительно больше данных, чем привычные модели SSD.
Что касается используемой флеш-памяти, то в этой части Intel SSD 750 не проводит никаких инноваций. Он основывается на обычной MLC NAND интеловского же производства, выпущенной по 20-нм техпроцессу и имеющей ядра объёмом и 64, и 128 Гбит вперемежку. Следует заметить, что большинство прочих производителей SSD достаточно давно отказались от подобной памяти, перейдя на чипы, сделанные по более тонким нормам. Да и сама Intel начала перевод на 16-нм память не только своих потребительских, но и серверных накопителей. Однако несмотря на всё это, в Intel SSD 750 устанавливается более старая память, которая предположительно имеет более высокий ресурс.
Серверное происхождение Intel SSD 750 прослеживается ещё и в том, что общий объём флеш-памяти у этого SSD составляет 480 ГиБ, от которых пользователю доступно лишь около 78 процентов. Остальное отводится на подменный фонд, сборку мусора и технологии защиты данных. В Intel SSD 750 реализована традиционная для флагманских накопителей RAID 5-подобная схема на уровне кристаллов MLC NAND, что позволяет успешно восстанавливать данные даже в том случае, когда один из чипов полностью выходит из строя. Кроме того, интеловский SSD обеспечивает полную защиту данных от перебоев питания. На Intel SSD 750 имеется два электролитических конденсатора, и их ёмкости хватает для штатного завершения работы накопителя в автономном режиме.
Kingston HyperX Predator 480 Гбайт
Kingston HyperX Predator – это куда более традиционное по сравнению с Intel SSD 750 решение. Во-первых, работает оно через протокол AHCI, а не NVMe, а во-вторых, для подключения к системе этому SSD требуется более распространённая шина PCI Express 2.0. Всё это делает вариант Kingston несколько медленнее – пиковые скорости при последовательных операциях не превышают 1400 Мбайт/с, а случайные – 160 тысяч IOPS. Но зато HyperX Predator не накладывает никаких специальных требований на систему – он совместим с любыми, в том числе и старыми платформами.
Вместе с этим, накопитель имеет не совсем простую двухкомпонентную конструкцию. Сам SSD представляет собой плату в форм-факторе M.2, которая дополнена PCI Express переходником, позволяющим подключать M.2-накопители через обычные полноразмерные PCIe слоты. Переходник выполнен в виде PCIe x4 карты половинной высоты, задействующей все четыре линии PCI Express. Благодаря такой конструкции Kingston продаёт свой HyperX Predator в двух вариантах: как PCIe SSD для десктопов и как M.2-накопитель для мобильных систем (в этом случае переходник в поставку не включается).
Kingston HyperX Predator базируется на контроллере Marvell Altaplus (88SS9293), который с одной стороны поддерживает четыре линии PCI Express 2.0, а с другой – имеет восемь каналов для подключения флеш-памяти. На данный момент это – самый быстрый серийно выпускаемый SSD-контроллер фирмы Marvell с поддержкой PCI Express. Однако вскоре у Marvell появятся и более быстрые последователи с поддержкой NVMe и PCI Express 3.0, которой у чипа Altaplus нет.
Поскольку сама компания Kingston не производит ни контроллеров, ни памяти, собирая свои SSD из элементной базы, закупаемой у других производителей, нет ничего странного в том, что в основе HyperX Predator PCIe SSD лежит не только сторонний контроллер, но и 128-гигабитные 19-нм чипы MLC NAND компании Toshiba. Такая память имеет невысокую закупочную цену и ставится сейчас во многие продукты Kingston (и других фирм), и в первую очередь в ширпотребные модели.
Однако использование подобной памяти породило парадокс: несмотря на то, что по своему формальному позиционированию Kingston HyperX Predator PCIe SSD – это продукт премиального класса, на него даётся всего лишь трёхлетняя гарантия, а заявленное среднее время наработки на отказ значительно меньше, чем у флагманских SATA SSD других производителей.
Никаких особенных технологий защиты данных в Kingston HyperX Predator также не предусматривается. Но накопитель имеет сравнительно большую скрытую от глаз пользователя область, размер которой составляет 13 процентов от полной ёмкости накопителя. Входящая в неё резервная флеш-память используется для сборки мусора и выравнивания износа, но в первую очередь расходуется на подмену вышедших из строя ячеек памяти.
Остаётся лишь добавить, что в конструкции HyperX Predator не предусмотрено никаких специальных средств для отвода тепла от контроллера. В отличие от большинства прочих высокопроизводительных решений, радиатора у этого накопителя нет. Тем не менее, к перегреву этот SSD совершенно не склонен – его максимальное тепловыделение лишь немного превышает 8 Вт.
OCZ Revodrive 350 480 Гбайт
OCZ Revodrive 350 с полным правом можно назвать одним из самых старых потребительских твердотельных накопителей с интерфейсом PCI Express. Ещё в те времена, когда никто из прочих производителей о выпуске клиентских PCIe SSD даже не задумывался, в модельном ряду компании OCZ имелся RevoDrive 3 (X2) – прообраз современного Revodrive 350. Однако уходящие в прошлое корни PCIe-накопителя OCZ делают его несколько странным предложением на фоне актуальных конкурентов. В то время как большинство производителей высокопроизводительных накопителей для ПК пользуются современными контроллерами с врождённой поддержкой шины PCI Express, в Revodrive 350 реализована очень замысловатая и явно неоптимальная архитектура. Он базируется на двух или четырёх (в зависимости от объёма) контроллерах SandForce SF-2200, которые собраны в RAID-массив нулевого уровня.
Если говорить о принявшей участие в этом тестировании модели OCZ Revodrive 350 объёмом 480 Гбайт, то в её основе, фактически, лежат четыре SATA SSD ёмкостью по 120 Гбайт, каждый из которых базируется на собственном чипе SF-2282 (аналоге широко распространённого SF-2281). Затем эти элементы объединены в единый четырёхкомпонентный RAID 0-массив. Однако для этой цели используется не совсем привычный RAID-контроллер, а фирменный процессор виртуализации (VCA 2.0) OCZ ICT-0262. Впрочем, очень похоже на то, что под этим именем скрывается перелицованная микросхема Marvell 88SE9548, представляющая собой четырёхпортовый RAID-контроллер SAS/SATA 6 Гбит/с с интерфейсом PCI Express 2.0 x8. Но даже если и так, то инженеры OCZ написали для этого контроллера собственную прошивку и драйвер.
Уникальность программной составляющей RevoDrive 350 заключается в том, что в нём реализован не совсем классический RAID 0, а некое его подобие с интерактивной балансировкой нагрузки. Вместо разбиения потока данных на блоки фиксированного размера и последовательной их передачи на разные контроллеры SF-2282, технология VCA 2.0 предполагает анализ и гибкое перераспределение операций ввода-вывода в зависимости от текущей занятости контроллеров флеш-памяти. Поэтому RevoDrive 350 выглядит для пользователя как монолитный твердотельный накопитель. В его BIOS нельзя зайти, а обнаружить, что в недрах этого SSD скрывается RAID-массив, без подробного знакомства с аппаратной начинкой невозможно. Более того, в отличие от обычных RAID-массивов, в RevoDrive 350 поддерживаются все типичные функции SSD: SMART-мониторинг, TRIM и операция Secure Erase.
RevoDrive 350 выпускается в виде плат с интерфейсом PCI Express 2.0 x8. Несмотря на то, что все восемь линий интерфейса реально используются, заявленные показатели производительности заметно ниже их суммарной теоретической пропускной способности. Максимальная скорость последовательных операций ограничивается величиной 1800 Мбайт/с, а производительность произвольных операций не превышает 140 тысяч IOPS.
Стоит отметить, что выполнен OCZ RevoDrive 350 в виде PCI Express x8 платы полной высоты, то есть этот накопитель физически больше, чем все остальные участвующие в тестировании SSD, и поэтому он не может быть установлен в низкопрофильные системы. Лицевая поверхность платы RevoDrive 350 закрыта декоративным металлическим кожухом, по совместительству выступающим радиатором для базовой микросхемы RAID-контроллера. Контроллеры SF-2282 расположены на оборотной стороне платы и какого-либо охлаждения лишены.
Для формирования массива флеш-памяти OCZ воспользовалась микросхемами своей материнской компании – Toshiba. Используются чипы, производимые по 19-нм техпроцессу и имеющие ёмкость 64 Гбит. Общий объём флеш-памяти в RevoDrive 350 480 Гбайт составляет 512 Гбайт, но 13% зарезервировано под внутренние нужды – выравнивание износа и сборку мусора.
Стоит отметить, что архитектура RevoDrive 350 не уникальна. На рынке представлены ещё несколько моделей подобных SSD, работающих по принципу «RAID-массив из SATA SSD на базе контроллеров SandForce». Однако все такие решения, как и рассматриваемый PCIe-накопитель OCZ отличаются неприятным недостатком – их производительность на операциях записи деградирует со временем. Связано это с особенностями внутренних алгоритмов контроллеров SandForce, операция TRIM у которых не возвращает скорость записи до первоначального уровня.
Тот бесспорный факт, что RevoDrive 350 стоит на ступеньку ниже PCI Express накопителей нового поколения подчёркивается и тем, что на этот накопитель даётся всего трёхлетняя гарантия, а его гарантируемый ресурс записи составляет лишь 54 Тбайт – в разы меньше, чем у конкурентов. Более того, несмотря на то, что RevoDrive 350 основывается на том же дизайне, что и серверный Z-Drive 4500, никакой защиты от перепадов напряжения питания он не имеет. Однако всё это не мешает OCZ с присущей ей дерзостью позиционировать RevoDrive 350 в качестве премиального решения уровня Intel SSD 750.
Plextor M6e Black Edition 256 Гбайт
Сразу же необходимо отметить, что накопитель Plextor M6e Black Edition является прямым последователем хорошо известной модели M6e . Похожесть новинки на предшественницу прослеживается почти во всём, если говорить о технической, а не эстетической составляющей. Новый SSD точно так же имеет двухкомпонентную конструкцию, включая в себя собственно накопитель в формате M.2 2280 и переходник, который позволяет устанавливать его в любой обычный слот PCIe x4 (или более скоростной). В его же основе лежит восьмиканальный контроллер Marvell 88SS9183, общающийся с внешним миром по двум линиям PCI Express 2.0. Так же, как и в прошлой модификации, в M6e Black Edition используется MLC-флеш-память компании Toshiba.
И это значит, что несмотря на то, что M6e Black Edition в сборе выглядит как карта половинной высоты с интерфейсом PCI Express x4, на самом деле этот SSD пользуется лишь двумя линиями PCI Express 2.0. Отсюда и не слишком впечатляющие скорости, которое лишь немного превышают быстродействие традиционных SATA SSD. Паспортная производительность на последовательных операциях ограничивается величиной 770 Мбайт/с, а на произвольных – 105 тысяч IOPS. Стоит отметить, что работает Plextor M6e Black Edition по наследственному AHCI-протоколу, и это обеспечивает его широкую совместимость с различными системами.
Несмотря на то, что Plextor M6e Black Edition, как и Kingston HyperX Predator, представляет собой комбинацию из PCI Express переходника и «ядра» в формате M.2-платы, с лицевой стороны определить это невозможно. Весь накопитель спрятался под фигурным чёрным алюминиевым кожухом, в центре которого врезан красный радиатор, который должен отводить тепло от контроллера и чипов памяти. Расчёт дизайнеров понятен: подобное цветовое решение повсеместно применяется в различном игровом железе, поэтому Plextor M6e Black Edition будет гармонично смотреться рядом со многими геймерскими материнскими платами и видеокартами большинства ведущих производителей.
Массив флеш-памяти в Plextor M6e Black Edition набран 19-нм чипами MLC NAND компании Toshiba второго поколения с ёмкостью 64 Гбит. На резерв, используемый для подменного фонда и работы внутренних алгоритмов выравнивания износа и сборки мусора отведено 7 процентов от общего объёма. Всё остальное – доступно пользователю.
Из-за использования достаточно слабого контроллера Marvell 88SS9183 с внешней шиной PCI Express 2.0 x2 накопитель Plextor M6e Black Edition стоит считать достаточно медленным PCIe SSD. Однако это не мешает производителю относить этот продукт в верхнюю ценовую категорию. С одной стороны, он всё-таки быстрее SATA SSD, а с другой – обладает неплохими характеристиками надёжности: имеет продолжительное время наработки на отказ и покрывается пятилетней гарантией. Впрочем, никаких специальных технологий, способных защитить M6e Black Edition от перепадов напряжения или увеличить его ресурс, в нём не реализовано.
Samsung SM951 256 Гбайт
Samsung SM951 – самый неуловимый накопитель в сегодняшнем тестировании. Дело в том, что изначально это – продукт для сборщиков компьютеров, поэтому в розничной продаже он представлен достаточно блекло. Тем не менее, при желании, купить его всё-таки возможно, поэтому отказываться от рассмотрения SM951 мы не стали. Тем более, если судить по характеристикам, это – весьма быстродействующая модель. Она ориентирована на работу по шине PCI Express 3.0 x4, использует протокол AHCI и обещает впечатляющие скорости: до 2150 Мбайт/с на последовательных операциях и до 90 тысяч IOPS – на произвольных. Но самое главное, при всём при этом Samsung SM951 дешевле многих прочих PCIe SSD, так что его поиски в продаже могут иметь под собой вполне конкретное экономическое обоснование.
Ещё одна особенность Samsung SM951 заключается в том, что поставляется он в M.2-виде. Изначально это решение ориентировано на мобильные системы, поэтому никаких переходников для полноразмерных слотов PCIe в комплекте с накопителем не прилагается. Тем не менее, это вряд ли можно считать серьёзным недостатком – большинство флагманских материнских плат имеют на своём борту и интерфейсные слоты M.2. Кроме того, необходимые платы-переходники широко представлены в продаже. Сам же Samsung SM951 представляет собой плату форм-фактора M.2 2280, разъём которой имеет ключ типа M, указывающий на потребность SSD в четырёх линиях PCI Express.
В основе Samsung SM951 лежит исключительно мощный контроллер Samsung UBX, разработанный производителем специально для SSD c интерфейсом PCI Express. Он базируется на трёх ядрах с ARM-архитектурой и в теории способен работать как c AHCI-, так и с NVMe-командами. В рассматриваемом SSD в контроллере включён лишь AHCI-режим. Но NVMe-версию данного контроллера в скором времени можно будет увидеть в новом потребительском SSD, который Samsung должен запустить этой осенью.
Из-за OEM-направленности для рассматриваемого накопителя не сообщается ни сроков гарантии, ни прогнозируемой выносливости. Декларировать эти параметры должны сборщики систем, в которые будет установлен SM951, либо продавцы. Однако следует отметить, что трёхмерная V-NAND, которая сейчас активно продвигается Samsung в потребительских SSD как более быстродействующая и надёжная разновидность флеш-памяти, в SM951 не используется. Вместо этого в нём применена обычная планарная Toggle Mode 2.0 MLC NAND, производимая, предположительно, по 16-нм технологии (некоторые источники предполагают 19-нм техпроцесс). Это означает, что ожидать от SM951 столь же высокой выносливости, как у флагманского SATA-накопителя 850 PRO, явно не следует. По этому параметру SM951 ближе к обычным моделям среднего уровня, к тому же на резервирование в этом SSD отводится только 7 процентов от массива флеш-памяти. Нет в Samsung SM951 и каких-то особых технологий серверного уровня для защиты данных от сбоев питания. Иными словами, акцент в этой модели сделан исключительно на скорости работы, а всё остальное отсечено для снижения стоимости.
Стоит отметить и ещё один момент. При высокой нагрузке Samsung SM951 демонстрирует достаточно серьёзный нагрев, который в конечном итоге может даже приводить ко включению троттлинга. Поэтому в высокопроизводительных системах для SM951 желательно организовать как минимум обдув, а лучше – закрыть его радиатором.
Сравнительные характеристики протестированных SSD
Вопросы совместимости
Как и всякая новая технология, твердотельные накопители с интерфейсом PCI Express пока не могут похвастать 100-процентной беспроблемной работоспособностью с любыми платформами, особенно старыми. Поэтому выбирать подходящий SSD приходится не только исходя из потребительских характеристик, но и с оглядкой на совместимость. И здесь важно иметь в виду два момента.В первую очередь, разные SSD могут использовать разное количество линий PCI Express и разные поколения этой шины - 2.0 или 3.0. Поэтому перед покупкой PCIe накопителя нужно убедиться в том, что в системе, куда его планируется установить, есть свободный слот с нужной полосой пропускания. Конечно, более скоростные PCIe SSD имеют обратную совместимость с медленными слотами, однако в этом случае приобретение высокоскоростного SSD имеет не слишком много смысла – он попросту не сможет раскрыть весь заложенный в него потенциал.
Наиболее широкой совместимостью в этом смысле обладает Plextor M6e Black Edition – он требует всего две линии PCI Express 2.0, и такой свободный слот наверняка найдётся на практически любой материнской плате. Для Kingston HyperX Predator нужно уже четыре линии PCI Express 2.0: такие слоты PCIe тоже есть на многих платах, но некоторые дешёвые платформы лишними слотами с числом линий PCI Express четыре или более могут и не обладать. Особенно это касается материнок, построенных на чипсетах нижнего уровня, общее число линий у которых может быть урезано до шести. Поэтому перед приобретением Kingston HyperX Predator обязательно проверьте, что в системе есть свободный слот с четырьмя или большим числом линий PCI Express.
OCZ Revodrive 350 задаёт задачку посложнее – ему уже требуется восемь линий PCI Express. Такие слоты обычно реализуются уже силами не чипсета, а процессора. Поэтому оптимальным местом применения такого накопителя являются LGA 2011/2011-3-платформы, где PCI Express контроллер процессора располагает избыточным числом линий, позволяющим обслуживать более чем одну видеокарту. В системах же с LGA 1155/1150/1151-процессорами OCZ Revodrive 350 будет уместен лишь в том случае, если используется встроенная в CPU графика. В противном случае в пользу твердотельного накопителя придётся отнять половину линий у GPU, переведя его в режим PCI Express x8.
Intel SSD 750 и Samsung SM951 в чём-то похожи на OCZ Revodrive 350: их тоже предпочтительнее использовать в слотах PCI Express, питаемых от процессора. Однако причина тут не в количестве линий – им требуется всего четыре линии PCI Express, а в поколении этого интерфейса: оба эти накопителя способны задействовать увеличенную пропускную способность PCI Express 3.0. Однако есть и исключение: новейшие интеловские наборы системной логики сотой серии, предназначенные для процессоров семейства Skylake, получили поддержку PCI Express 3.0, поэтому в новейших LGA 1151-платах их без зазрений совести можно устанавливать и в чипсетные PCIe-слоты, к которым подведено как минимум четыре линии.
У проблемы совместимости есть и вторая часть. Ко всем ограничениям, связанным с пропускной способностью различных вариаций слотов PCI Express добавляются ещё и ограничения, связанные с используемыми протоколами. Наиболее беспроблемными в этом смысле являются SSD, которые работают через AHCI. Благодаря тому, что в них эмулируется поведение обычного SATA-контроллера, они могут работать с любыми, даже старыми, платформами: они видятся в BIOS любых материнских плат, могут быть загрузочными дисками, а для их работы в операционной системе не требуется и никаких дополнительных драйверов. Иными словами, Kingston HyperX Predator и Plextor M6e Black Edition – это два самых беспроблемных PCIe SSD.
А что же другая пара AHCI-накопителей? С ними ситуация немного сложнее. OCZ Revodrive 350 работает в операционной системе через собственный драйвер, но даже несмотря на это проблем с тем, чтобы сделать этот накопитель загрузочным, нет никаких. Хуже дело обстоит с Samsung SM951. Хотя этот SSD и общается с системой посредством наследственного протокола AHCI, он лишён собственного BIOS, и поэтому его инициализацию должен проводить BIOS материнской платы. К сожалению, поддержка данного SSD есть далеко не во всех материнках, в особенности старых. Поэтому с полной уверенностью можно говорить лишь о его совместимости с платами на базе последних интеловских чипсетов девяностой и сотой серии. В остальных случаях он может попросту не видеться материнской платой. Конечно, это не помешает использовать Samsung SM951 в операционной системе, где его легко инициализирует AHCI-драйвер, но в таком случае о возможности загрузки со скоростного SSD придётся забыть.
Но самые большие неудобства способен причинить Intel SSD 750, работающий через новый интерфейс NVMe. Драйверы, которые необходимы для поддержки твердотельных накопителей, работающих по этому протоколу, присутствуют только в новейших операционных системах. Так, в Linux поддержка NVMe появилась в версии ядра 3.1; «врождённый» драйвер NVMe имеется в микрософтовских системах, начиная с Windows 8.1 и Windows Server 2012 R2; а в OS X совместимость с NVMe-накопителями была добавлена в версии 10.10.3. Кроме того, NVMe SSD поддерживается далеко не всеми материнскими платами. Для того чтобы такие накопители можно было использовать в качестве загрузочных, BIOS материнской платы должен тоже располагать соответствующим драйвером. Однако производители встроили необходимую функциональность лишь в самые последние версии прошивок, выпущенные для наиболее свежих моделей материнок. Поэтому поддержка загрузки операционной системы с NVMe-накопителей есть лишь на самых современных платах для энтузиастов, основанных на наборах логики Intel Z97, Z170 и X99. В более старых и дешёвых платформах пользователи смогут воспользоваться NVMe SSD лишь как вторыми дисками в ограниченном наборе ОС.
Несмотря на то, что мы постарались описать все возможные комбинации платформ и PCI Express накопителей, основной вывод из сказанного таков: совместимость PCIe SSD с материнскими платами – вопрос далеко не такой очевидный, как в случае с SATA SSD. Поэтому перед приобретением любого высокоскоростного твердотельного накопителя, работающего через PCI Express, обязательно уточните его совместимость с конкретной материнской платой на сайте производителя.
Тестовая конфигурация, инструментарий и методика тестирования
Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.Используемые приложения и тесты:
Iometer 1.1.0
Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды - без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных чтений и записей блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемыми в два независимых потока и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.
CrystalDiskMark 5.0.2
Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
PCMark 8 2.0
Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
Тесты копирования файлов
В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, при архивации и разархивации – архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO – набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program – набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work – набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.
В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4690K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключается к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Накопители с интерфейсом PCI Express устанавливаются в первый полноскоростной слот PCI Express 3.0 x16. Используется драйверы Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.5.2.1000 и Intel Windows NVMe driver 1.2.0.1002.
Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).
Помимо пяти главных героев этого теста – клиентских твердотельных накопителей с интерфейсом PCI Express, мы добавили к ним в компанию и самый быстрый SATA SSD – Samsung 850 PRO.
В результате, список протестированных моделей приобрёл следующий вид:
Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV10135);
Kingston HyperX Predator PCIe 480 Гбайт (SHPM2280P2H/480G, прошивка OC34L5TA);
OCZ RevoDrive 350 480 Гбайт (RVD350-FHPX28-480G, прошивка 2.50);
Plextor M6e Black Edition 256 Гбайт (PX-256M6e-BK, прошивка 1.05);
Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
Samsung SM951 256 Гбайт (MZHPV256HDGL-00000, прошивка BXW2500Q).
Производительность
Последовательные операции чтения и записи
Новое поколение твердотельных накопителей, переведённых на шину PCI Express, должно в первую очередь выделяться высокими скоростями последовательного чтения и записи. И именно это мы видим на графике. Все PCIe SSD оказываются производительнее лучшего SATA SSD – Samsung 850 PRO. Однако даже такая простая нагрузка как последовательное чтение и запись показывает огромные различия между SSD различных производителей. Причём, вариант используемой шины PCI Express не имеет определяющего значения. Лучшую производительность здесь может выдать PCI Express 3.0 x4 накопитель Samsung SM951, а на втором месте – Kingston HyperX Predator, работающий через PCI Express 2.0 x4. Прогрессивный же NVMe-накопитель Intel SSD 750 оказался лишь на третьем месте.
Случайные операции чтения
Если же говорить о случайном чтении, то как видно из диаграмм, PCIe SSD не особенно отличаются по скорости от традиционных SATA SSD. Причём, это касается не только AHCI-накопителей, но и того продукта, который работает с протоком NVMe. Фактически лучшую, чем Samsung 850 PRO производительность при случайных операциях чтения на небольших очередях запросов могут продемонстрировать лишь три участника этого теста: Samsung SM951, Intel SSD 750 и Kingston HyperX Predator.
Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не свойственны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.
По графику хорошо видно, насколько решения, работающие через PCI Express 3.0 x4, могут превосходить все другие SSD. Кривые, соответствующие Samsung SM951 и Intel SSD 750 находятся существенно выше графиков других накопителей. По приведённой диаграмме можно сделать и ещё одно заключение: OCZ RevoDrive 350 – это позорно медленный твердотельный накопитель. На случайных операциях чтения он где-то вдвое отстаёт от SATA SSD, что обусловлено его RAID-архитектурой и использованием устаревших контроллеров SandForce второго поколения.
В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит скорость случайного чтения от размера блока данных:
Здесь картина немного иная. С ростом размера блоков операции начинают походить на последовательные, поэтому роль начинает играть не только архитектура и мощность контроллера SSD, но и пропускная способность используемой ими шины. На блоках больших размеров лучшую производительность обеспечивают Samsung SM951, Intel SSD 750 и Kingston HyperX Predator.
Случайные операции записи
Где-то преимущества интерфейса NVMe, обеспечивающего низкие латентности, и контроллера Intel SSD 750 с высоким уровнем параллелизма должны были проявиться. К тому же имеющийся в этом SSD вместительный DRAM-буфер позволяет организовать очень эффективное кеширование данных. И в результате Intel SSD 750 выдаёт непревзойдённую скорость произвольной записи даже в том случае, если очередь запросов имеет минимальную глубину.
Более явно увидеть, что происходит с производительностью случайной записи при увеличении глубины очереди запросов, можно на следующем графике, показывающем зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:
Масштабирование производительности Intel SSD 750 происходит до тех пор, пока глубина очереди не достигнет 8 команд. Это – типичное поведение для потребительских SSD. Однако новинка Intel отличается тем, что её скорости при случайной записи значительно выше, чем у любых других твердотельных накопителей, в том числе и у быстрейших PCIe-моделей вроде Samsung SM951 или Kingston HyperX Predator. Иными словами, при случайной нагрузке в виде записи данных Intel SSD 750 предлагает принципиально лучшую производительность, чем любые другие SSD. Иными словами, переход на использование интерфейса NVMe позволяет прокачать скорость случайной записи. И это – безусловно важная характеристика, но в первую очередь для серверных накопителей. Собственно, Intel SSD 750 как раз и является близким родственником таких моделей как Intel DC P3500, P3600 и P3700.
Следующий график отражает зависимость производительности случайных записей от размера блока данных.
По мере увеличения размеров блоков Intel SSD 750 теряет своё безоговорочное преимущество. Примерно такую же производительность начинают выдавать Samsung SM951 и Kingston HyperX Predator.
По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться одновременно. Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки последовательных операций, поступающих вперемежку. Следующая пара диаграмм демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.
При последовательной смешанной нагрузке с преобладающими операциями чтения, что характерно для обычных персональных компьютеров, наилучшую производительность выдают Samsung SM951 и Kingston HyperX Predator. Случайная смешанная нагрузка оказывается более тяжёлым испытанием для SSD и оставляет в лидерах Samsung SM951, но на второе место выдвигает Intel SSD 750. При этом Plextor M6e Black Edition, Kingston HyperX Predator и OCZ RevoDrive 350 вообще оказываются заметно хуже обычного SATA SSD.
Следующая пара графиков даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.
Всё сказанное выше хорошо подтверждается и на приведённых графиках. При смешанной нагрузке с последовательными операциями лучшее быстродействие показывает Samsung SM951, который чувствует себя как рыба в воде при любой работе с последовательными данными. При произвольных смешанных операциях ситуация немного отличается. Оба накопителя компании Samsung, и работающий через PCI Express 3.0 x4 SM951, и обычный SATA 850 PRO, в этом тесте выдают очень хорошие результаты, обходя по производительности почти все остальные SSD. Противостоять им в отдельных случаях может лишь Intel SSD 750, который благодаря системе команд NVMe отлично оптимизирован под работу со случайными записями. И когда в потоке смешанных операций доля записей возрастает до 80 процентов или выше, он резко вырывается вперёд.
Результаты в CrystalDiskMark
CrystalDiskMark - это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. Полученные в нём показатели производительности должны дополнить подробные графики, построенные нами на основании тестов в IOMeter.
Приведённые четыре диаграммы представляют лишь теоретическую ценность, показывая пиковую производительность, не достижимую в типичных клиентских задачах. Глубины очереди запросов в 32 команды в персональных компьютерах никогда не бывает, но в специальных тестах она позволяет получить максимальные показатели производительности. И в этом случае лидирующее быстродействие с большим отрывом выдаёт Intel SSD 750, который имеет архитектуру, унаследованную от серверных накопителей, где большая глубина очереди запросов – вполне в порядке вещей.
А вот эти четыре диаграммы представляют уже практический интерес – на них отображена производительность при нагрузке, которая характерна для персональных компьютеров. И здесь лучшую производительность выдаёт уже Samsung SM951, который отстаёт от Intel SSD 750 лишь при случайных 4-килобайтных записях.
PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования
Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив - основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах, и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.
Тест PCMark 8 2.0, оценивающий производительность систем хранения данных в реальных приложениях, недвусмысленно говорит нам о том, что существует лишь два PCIe-накопителя, скорость которых принципиально выше, чем у привычных моделей с SATA-интерфейсом. Это - Samsung SM951 и Intel SSD 750, которые побеждают и во многих других тестах. Другие же PCIe SSD, например, Plextor M6e Black Edition и Kingston HyperX Predator отстают от лидеров более чем в полтора раза. Ну а OCZ ReveDrive 350 демонстрирует откровенно плохое быстродействие. Он медленнее лучших PCIe SSD более чем вдвое и при этом уступает по скорости даже Samsung 850 PRO, который работает через SATA-интерфейс.
Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разной нагрузке флеш-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.
О каком бы приложении ни шла речь, в любом случае наивысшую производительность выдаёт один из SSD с интерфейсом PCI Express 3.0 x4: либо Samsung SM951, либо Intel SSD 750. Что интересно, остальные PCIe SSD в ряде случаев вообще выдают скорость лишь на уровне SATA SSD. Фактически, преимущество тех же Kingston HyperX Predator и Plextor M6e Black Edition над Samsung 850 PRO можно увидеть лишь в Adobe Photoshop, Battlefield 3 и Microsoft Word.
Копирование файлов
Имея в виду, что твердотельные накопители внедряются в персональные компьютеры всё шире и шире, мы решили добавить в нашу методику измерение производительности при обычных файловых операциях – при копировании и работе с архиваторами – которые выполняются «внутри» накопителя. Это – типичная дисковая активность, возникающая в том случае, если SSD исполняет роль не системного накопителя, а обычного диска.
В тестах копирования в лидерах оказываются всё те же Samsung SM951 и Intel SSD 750. Однако если речь идёт о больших последовательных файлах, то конкуренцию им может составить Kingston HyperX Predator. Надо сказать, что при простом копировании почти все PCIe SSD оказываются быстрее Samsung 850 PRO. Исключение лишь одно – Plextor M6e Black Edition. А OCZ RevoDrive 350, который в остальных тестах стабильно оказывался в положении безнадёжного аутсайдера, неожиданно обходит не только SATA SSD, но и самого медленного PCIe SSD.
Вторая группа тестов проведена при архивации и разархивации директории с рабочими файлами. Принципиальное отличие этого случая заключается в том, что половина операций выполняется с разрозненными файлами, а вторая половина – с одним большим файлом архива.
Похожая ситуация и при работе с архивами. Отличие лишь в том, что тут Samsung SM951 удаётся уверенно оторваться от всех конкурентов.
Работа TRIM и фоновой сборки мусора
Испытывая различные твердотельные накопители, мы всегда проверяем то, как они отрабатывают команду TRIM и способны ли они собирать мусор и восстанавливать свою производительность без поддержки со стороны операционной системы, то есть в такой ситуации, когда команда TRIM не передаётся. Такое тестирование было проведено и в этот раз. Схема этого испытания стандартна: после создания длительной непрерывной нагрузки на запись данных, которая приводит к деградации скорости записи, мы отключаем поддержку TRIM и выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт собственного алгоритма сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM - и после небольшой паузы скорость измеряется ещё раз.Результаты такого тестирования приведены в следующей таблице, где для каждой протестированной модели указано, реагирует ли она на TRIM очисткой неиспользуемой части флеш-памяти и может ли она заготавливать чистые страницы флеш-памяти под будущие операции, если команда TRIM на неё не подаётся. Для накопителей, которые оказались способны осуществлять сборку мусора и без команды TRIM, мы также указали тот объём флеш-памяти, который был самостоятельно освобождён контроллером SSD под будущие операции. Для случая эксплуатации накопителя в среде без поддержки TRIM это - как раз тот объём данных, который можно будет сохранить на накопитель с высокой первоначальной скоростью после простоя.
Несмотря на то, что качественная поддержка команды TRIM стала отраслевым стандартом, некоторые производители считают допустимым продавать накопители, в которых эта команда не отрабатывается в полной мере. Такой отрицательный пример демонстрирует OCZ Revodrive 350. Формально TRIM он понимает, и даже что-то пытается сделать при получении этой команды, но о полном возвращении скорости записи к первоначальным значениям говорить не приходится. И в этом нет ничего странного: в основе Revodrive 350 лежат контроллеры SandForce, которые отличаются своей необратимой деградаций производительности. Соответственно присутствует она и в Revodrive 350.
Все же остальные PCIe SSD работают с TRIM как и их SATA-собратья. То есть, идеально: в операционных системах, которые подают эту команду на накопители, производительность остаётся на неизменно высоком уровне.
Однако мы хотим большего – качественный накопитель должен уметь проводить сборку мусора и без подачи команды TRIM. И здесь выделяется Plextor M6e Black Edition – накопитель, который способен самостоятельно освободить под предстоящие операции значительно больше флеш-памяти, чем его конкуренты. Хотя, конечно, в той или иной мере автономная сборка мусора работает у всех протестированных нами SSD, за исключением Samsung SM951. Иными словами, при обычном использовании в современных средах производительность Samsung SM951 деградировать не будет, однако в тех случаях, когда TRIM не поддерживается, применять этот SSD не рекомендуется.
Выводы
Начать подводить итоги, наверное, следует с констатации факта, что потребительские SSD с интерфейсом PCI Express – это уже не экзотика и не какие-то экспериментальные продукты, а целый рыночный сегмент, в котором играют наиболее быстродействующие твердотельные накопители для энтузиастов. Естественно, это же и означает, что с PCIe SSD уже давно нет никаких проблем: они поддерживают все функции, что есть в SATA SSD, но при этом более производительны и порой обладают некоторыми новыми интересными технологиями.В то же время рынок клиентских PCIe SSD не столь переполнен, и войти в когорту производителей таких твердотельных накопителей пока смогли лишь компании, обладающие высоким инженерным потенциалом. Это связано с тем, что у независимых разработчиков массовых контроллеров SSD пока нет решений-конструкторов, позволяющих приступить к выпуску PCIe-накопителей с минимальными инженерными усилиями. Поэтому каждый из представленных в настоящее время на полках магазинов PCIe SSD по-своему самобытен и уникален.
В этом тестировании нам удалось собрать вместе пять самых популярных и наиболее распространённых PCIe SSD, ориентированных на эксплуатацию в составе персональных компьютеров. И по результатам знакомства с ними становится понятно, что покупателям, желающим перейти на пользование твердотельными накопителями с прогрессивным интерфейсом, никакие серьёзные муки выбора пока не грозят. В большинстве случаев выбор будет однозначным, настолько сильно отличаются по своим потребительским качествам протестированные модели.
В целом, наиболее привлекательной моделью PCIe SSD оказался Samsung SM951 . Это – блестящее решение от одного из лидеров рынка, работающее через шину PCI Express 3.0 x4, которое не только оказалось способно обеспечить наивысшую производительность в типичных общеупотребительных нагрузках, но и к тому же заметно дешевле всех остальных PCIe-накопителей.
Однако Samsung SM951 всё же не идеален. Во-первых, в нём нет никаких специальных технологий, ориентированных на повышение надёжности, а в продуктах премиального уровня их всё-таки хотелось бы иметь. Во-вторых, этот SSD достаточно тяжело найти в продаже в России – по официальным каналам он в нашу страну не поставляется. К счастью, мы можем предложить обратить внимание и на неплохую альтернативу – Intel SSD 750 . Этот SSD тоже работает через PCI Express 3.0 x4, и всего лишь немного отстаёт от Samsung SM951. Зато он является прямым родственником серверных моделей, а потому имеет высокую надёжность и работает по протоколу NVMe, что позволяет ему демонстрировать непревзойдённую скорость на операциях случайной записи.
В принципе, на фоне Samsung SM951 и Intel SSD 750 остальные SSD с интерфейсом PCIe смотрятся достаточно слабо. Однако всё-таки существуют ситуации, когда предпочесть им придётся какую-то другую модель PCIe SSD. Дело в том, что передовые накопители Samsung и Intel совместимы лишь с современными материнскими платами, построенными на интеловских чипсетах девяностой или сотой серии. В более же старых системах они способны работать лишь в роли «второго диска», а загрузка с них операционной системы окажется невозможной. Поэтому для модернизации платформ прошлых поколений ни Samsung SM951, ни Intel SSD 750 не подойдут, и выбор придётся остановить на накопителе Kingston HyperX Predator , который с одной стороны может обеспечить неплохую производительность, а с другой – гарантированно не имеет никаких проблем совместимости со старыми платформами.
PCI Express, полное техническое название "Peripheral Component Interconnect Express", но зачастую воспринимаемый сокращенной аббревиатурой PCIe или PCI-E, это стандартный тип подключения для внутренних девайсов, такие как видеокарты, звуковые карты, wifi адаптеры и прочих периферийных устройств на персональном компьютере.
Разбираемся в различиях PCI-E разъема.
Как правило, данный высокоскоростной порт относится к фактическим слотам расширения на материнской плате, которые принимают платы расширения на основе традиционного PCIe и типы карт расширения.
Старая видеокарта с интерфейсом AGP
PCI Express практически заменил и PCI, оба из которых заменили старейший широко используемый тип соединения, называемый ISA. Хотя пк могут содержать различные слоты расширения, PCI Express считается стандартным внутренним интерфейсом самого быстрого разъема. Сегодня многие материнские платы для персональных компьютеров производятся только с разъемами PCI Express.
Как работает PCI Express?
Подобно старым стандартам, таким как PCI и AGP, устройство на базе Express физически переходит в высокоскоростной разъем на материнской плате.
Интерфейс этого разъема обеспечивает высокоскоростную связь между устройством и , а также другим оборудованием.
Хотя это не очень распространено, также существует внешняя версия высокоскоростного порта, что неудивительно называется External PCI Express, но часто сокращается до PCIe. Для устройств ePCIe, являющихся внешними, требуется специальный кабель для подключения любого внешнего устройства PCIe к пк через порт PCIe, обычно расположенный на задней панели пк, поставляемый либо материнской платой, либо специальной внутренней PCIe-картой.
Какие типы карт PCI Express существуют?
Благодаря требованию более быстрых, реалистичных видеоигр и инструментов редактирования видео, видеокарты были первыми типами компьютерной периферии, чтобы воспользоваться преимуществами, предлагаемыми непосредственно PCIe.
В то время как видеокарты по-прежнему остаются наиболее распространенным типом PCIe-карты, вы обнаружите, что другие девайсы, которые значительно быстрее подключаются к системной плате, процессору и ОЗУ. Также все чаще производятся PCIe-соединения вместо обычного PCI. Например, многие высококачественные звуковые карты теперь используют высокоскоростной порт, а также повышают количество проводных и беспроводных сетевых интерфейсных карт.
Карты контроллера жесткого диска могут быть наиболее полезными для PCI-E после видеокарты. Подключение высокоскоростного SSD-накопителя к этому высокоскоростному интерфейсу позволяет значительно быстрее считывать, потом записывать диск. Некоторые контроллеры жестких дисков PCIe даже включают встроенный SSD, сильно изменяя, как устройства хранения традиционно подключены внутри пк.Конечно, замена PCIe на PCI и AGP полностью на более новые системные платы, почти каждый тип внутренней карты расширения, основанной на старых интерфейсах, перестраивается для возможности использования шины PCI Express. Это включает в себя такие вещи, как карты расширения , карты Bluetooth и т.д.
Каковы различные форматы PCI Express?
Показаны различные контроллеры на материнской плате
Express x1 ... Express 3.0 ... Express x16. Что означает «х»? Как узнаете, поддерживает ли ваш пк? Если есть карта PCI Express x1, и есть только разъем Express x16, совместимо ли это работает? Если нет, каковы ваши варианты?
Часто не совсем понятно, когда вы покупаете карту расширения для своего компьютера, такую как новая видеокарта, какая из различных технологий PCIe работает с вашим пк лучше, чем другая. Однако, насколько это сложно, все выглядит довольно просто, как только вы поймете две важные части информации о высокоскоростном порте: часть, описывающую физический размер, и часть, описывающую технологическую версию, как описано ниже.
Размеры PCIe: x16, x8, x4, и x1
Как следует из заголовка, число после x указывает физический размер платы PCI-E или слота, причем x16 самый большой, а x1 наименьший.
Вот как формируются различные размеры:
Независимо от размера высокоскоростного порта или карты, ключевой вырез, это небольшое место в карте или слоте, всегда находится на выводе 11. То есть, длина вывода 11 продолжает увеличиваться по мере перехода от PCIe x1 к PCIe x16. Это позволяет гибко использовать карты одного размера вместе со слотами другого.
Карты PCIe подходят в любом слоте высокопроизводительного порта на системной плате, который по крайней мере такой же большой. Например, карта PCIe x1 будет входить в любой слот PCIe x4, PCIe x8 или PCIe x16. Карта PCIe x8 будет входить в любой слот PCIe x8 или PCIe x16. PCIe-карты, размер которых больше, чем слот PCIe, могут входить в меньший слот, но только если этот слот PCI-E открытый (т.е. Не имеет пробки в конце гнезда).
Видеокарта Radeon с интерфейсом PCI-Express x16
В целом, большая плата Express или слот поддерживает большую производительность, предполагая, что две карты или слоты, которые сравниваете, поддерживают одну и ту же версию PCIe.
Версия PCIe: 4.0, 3.0, 2.0 и 1.0
Любое число после PCIe, которое вы найдете на устройстве или системной плате, указывает номер последней версии используемой спецификации PCI Express.
Вот как сравниваются различные версии контроллера PCI Express:
Все версии высокоскоростного порта совместимы в обратном и обратном направлении, что означает независимо от того, какую версию поддерживает плата PCIe или ваша материнская плата, они должны работать вместе, по крайней мере, на минимальном уровне. Как можно заметить, основные обновления стандарта порта резко увеличивают пропускную способность каждый раз, значительно увеличивая потенциал того, что может сделать связанное оборудование.
Улучшения версии также устраняют ошибки, добавленные функции и улучшенное управление питанием, но увеличение полосы пропускной способности это самое важное изменение для заметок от версии к версии.
Максимизация совместимости совместно с PCIe
Как вы читаете в разделах размеров и версий выше, использует практически любую конфигурацию, которую вы можете себе представить. Если он физически подходит, он вероятно, работает... это здорово. Однако важно знать, что для увеличения пропускной способности (которая обычно соответствует максимальной производительности) вам нужно выбрать самую высокую версию PCIe, поддерживаемую вашей материнской платой, и выбрать самый большой размер данного порта, который будет соответствовать.
Например, графическая карта на высокоскоростном порту 3.0 x16 даст вам максимальную производительность, но только если материнская плата поддерживает высокоскоростной порт версии 3.0 и имеет свободный высокоскоростной порт x16. Если модель системной платы использует исключительно PCIe 2.0, карта будет работать только с поддерживаемой скоростью (например, 64 Гбит/с в слоте x16).
Большинство материнских плат и персональных компьютеров, выпущенных в 2013 году или позже, вероятно, поддерживают Express v3.0. Если вы не уверены, проверьте руководство по материнской плате или пк. Если не получается найти какую-либо окончательную информацию о версии PCI, возможности использования вашей материнской платой, я рекомендую купить самую большую и последнюю версию PCIe-карты, если она подойдет, конечно.
Что заменит PCIe?
Очки виртуальной реальности VR
Разработчики видеоигр всегда ищут игры, которые становятся все более реалистичными, но могут сделать это только в том случае, если они смогут передавать больше данных из своих игровых программ в гарнитуру VR или на экран пк, и для этого требуются более быстрые интерфейсы. Из-за этого PCI Express никак не будет продолжать господствовать над своими лаврами. PCI Express 3.0 удивительно быстрый, но мир стремится сделать невероятно быструю передачу.
PCI Express 5.0, который должен быть завершен к 2019 году, будет использовать пропускную способность 31,504 гигабит в секунду на полосу (3938 мегабайт в секунду), что в два раза больше, чем предлагается у высокоскоростного разъема версии 4.0. Существует ряд других стандартов интерфейса, отличных от PCIe, на которые смотрит технологическая индустрия, но поскольку для них потребуются серьезные аппаратные изменения, PCIe, похоже останется лидером в течение некоторого, очень продолжительного времени как самый быстрый из существующих когда-либо.
Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 - просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель - хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).
Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы - или все-таки на практике можно поступиться принципами ? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься... А пока вкратце ознакомимся с теорией.
PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность
Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка-точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).
Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко - и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении - лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию - в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки - от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме - RAID-контроллеры или SSD.
Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед - интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась - теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто... не нужна. А где нужна - работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 - это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть - много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.
Методика тестирования
Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий - сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом - есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.
Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X - родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c) ). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения - нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй - PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.
В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.
В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ . Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет - результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.
Результаты тестов
Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев - в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы:) Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 - это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 - вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 - еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.
Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет : максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1 . Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый - разве что не вреден.
А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд - принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер - плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти - она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме:)
На записи положение дел принципиально не изменилось - во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться...
При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма - наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики - дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.
Итого
Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным - по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.
Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то - за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки - как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.
В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности - лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 - и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 - даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.
В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза - теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы - их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.
USB - наиболее популярный современный интерфейс для подключения внешней периферии. Конкретно стандарт USB 2.0 обеспечивает скорость передачи данных до 480 Мбит/с. Он считается устаревшим и в свете появления более быстрых и продвинутых версий - 3.0 и 3.1. Тем не менее, возможностей USB 2.0 вполне достаточно для периферийных устройств, не требующих высокой скорости обмена данными или мощного питания - клавиатур, мышей, веб-камер, «флешек» и т. п.; а обходится данный интерфейс недорого. Так что разъемы этого типа все еще продолжают широко применяться в компьютерной технике, и навряд ли ситуация в ближайшее время изменится.
USB 3.2 gen1
USB - наиболее популярный современный интерфейс для подключения внешней периферии. USB 3.2 gen1 (ранее маркировка была USB 3.1 gen1 и USB 3.0) является следующим, после 2.0, поколением данного интерфейса. В этой версии скорость передачи данных была увеличена до 4,8 Гбит/с, также возросла мощность питания, которое может подаваться на разъем.
USB 3.2 gen2
USB - наиболее популярный современный интерфейс для подключения внешней периферии. Версия 3.2 gen2 (прежнее название USB 3.1 gen2 и USB 3.1) обладает скоростью передачи данных до 10 Гбит/с.
USB C 3.2 gen1
ESATA представляет собой специализированный интерфейс для подключения внешних накопителей. Он обеспечивает скорость передачи данных в 2.4 Гбит/с (в 5 раз выше, чем по стандарту USB 2.0). Также подключение по eSATA удобно тем, что накопитель не занимает порт USB, который может пригодиться для другой периферии. С другой стороны, периферийных устройств с таким разъемом выпускается сравнительно немного.
COM-порт
Под термином «COM-порт» обычно подразумевается интерфейс RS-232. Это служебный разъем, в наше время применяемый в основном для подключения различного специализированного оборудования - станков с ЧПУ, источников бесперебойного питания, программируемых логических контроллеров, некоторых моделей роутеров и т п. Помимо этого, данный интерфейс может применяться для прямого соединения между двумя компьютерами, а также для управления настройками телевизоров, проекторов, аудиоресиверов и другой аудио- и видеотехники. COM-порт редко устанавливается в современные компьютеры при первоначальной сборке, так что для использования данного интерфейса обычно требуется установка PCI-контроллера.
LPT-порт
LPT - устаревший интерфейс для подключения к компьютеру периферийных устройств. Применялся преимущественно для принтеров, сканеров и внешних накопителей, однако технически может использоваться и с другими устройствами - начиная от модемов и джойстиков и заканчивая узкоспециализированным оборудованием и прямым соединением между двумя компьютерами. Новая периферия под LPT практически не производится, однако существует немало работоспособных старых устройств; в свете этого PCI-контроллеры с подобными портами продолжают выпускаться.
Отметим, что LPT имеет довольно крупные размеры, поэтому предусмотреть более двух таких разъемов в PCI-контроллере проблематично. Впрочем, на практике чаще всего достаточно и одного порта.
SAS (SFF-8088)
SFF-8088 является одним из типов разъемов, применяемых для подключения внешних накопителей по интерфейсу SAS. Такое подключение обеспечивает скорость передачи данных до 12 Гбит/с, что особенно удобно при работе с большими объемами данных. В то же время периферии с таким разъемом выпускается сравнительно немного, поэтому и разъемы этого типа встречаются довольно редко.
USB 2.0
Количество внутренних портов USB 2.0, предусмотренное в контроллере.
Подробнее о самом интерфейсе см. «USB 2.0» выше. А внутренние порты располагаются непосредственно на плате контроллера и направлены, в соответствии с названием, внутрь корпуса. Они хорошо подходят для периферийных устройств, которые нужно держать постоянно подключенными к системе и которые можно спрятать в корпус; в качестве примера подобных устройств можно привести Wi-Fi и Bluetooth адаптеры. Преимуществами подключения к внутреннему USB является то, что устройство не торчит из корпуса и не занимает наружных портов, которые могут пригодиться для другой периферии.
USB 3.2 gen1
Количество внутренних портов USB 3.2 gen1 (прежнее название USB 3.1 gen1 и USB 3.0), предусмотренное в контроллере.
Подробнее о самом интерфейсе см. «USB 3.2 gen1» выше. А внутренние порты располагаются непосредственно на плате контроллера и направлены, в соответствии с названием, внутрь корпуса. Они хорошо подходят для периферийных устройств, которые нужно держать постоянно подключенными к системе и которые можно спрятать в корпус; в качестве примера подобных устройств можно привести Wi-Fi и Bluetooth адаптеры. Преимуществами подключения к внутреннему USB является то, что устройство не торчит из корпуса и не занимает наружных портов, которые могут пригодиться для другой периферии.
USB 3.2 gen2
Количество внутренних портов USB 3.2 gen2 (прежнее название USB 3.1 gen2 и USB 3.1), предусмотренное в контроллере.
Подробнее о самом интерфейсе см. «USB 3.2 gen2» выше. А внутренние порты располагаются непосредственно на плате контроллера и направлены, в соответствии с названием, внутрь корпуса. Они хорошо подходят для периферийных устройств, которые нужно держать постоянно подключенными к системе и которые можно спрятать в корпус; в качестве примера подобных устройств можно привести Wi-Fi и Bluetooth адаптеры. Преимуществами подключения к внутреннему USB является то, что устройство не торчит из корпуса и не занимает наружных портов, которые могут пригодиться для другой периферии.
SATA
При оценке количества коннекторов стоит учитывать, что один коннектор может быть выведен на два USB-порта.
Объем кэш-памяти
Объем кэш-памяти, предусмотренной в контроллере.
Кэш-память применяется в контроллерах RAID (см. «Тип»). Она служит для хранения данных, которые наиболее часто используются в процессе работы устройства: кэш обеспечивает высокую скорость доступа к этим данным, улучшая таким образом общее быстродействие контроллера. Чем объемнее кэш - тем больше данных может в нем храниться и тем быстрее может работать устройство; с другой стороны, большие объемы памяти соответствующим образом сказываются на стоимости.
Дополнительное питание
Тип коннектора для подключения дополнительного питания , на который рассчитан контроллер.
- Molex . Характерный четырехконтактный разъем питания, имеющий довольно крупные размеры. Довольно универсален, применяется для питания самых разнообразных компонентов системы
- SATA . Разъем питания, выпущенный одновременно с соответствующим интерфейсом передачи данных (см. выше) специально для жестких дисков; однако может использоваться и для других комплектующих. Имеет 15-контактный штекер.
- Molex/SATA . Возможность подключения к контроллеру питания при помощи любого из описанных выше коннекторов. Такая конструкция является максимально универсальной, она сводит к минимуму вероятность того, что в блоке питания не найдется подходящего коннектора. С другой стороны, подобная универсальность сказывается на габаритах и цене устройства.
Занимаемых слотов
Количество стандартных слотов на задней панели, которое занимает контроллер. Данная информация необходима для того, чтобы оценить, хватит ли в корпусе места для установки платы. Обычно контроллеры занимают , или слота.
Низкопрофильная
Данная особенность означает, что плата контроллера имеет небольшую высоту; а высота в данном случае - это то, насколько плата выступает над «материнкой», в которую она установлена.
Низкопрофильные комплектующие рассчитаны в основном на использование в корпусах компактных форм-факторов, где нет места для полноразмерных плат. Впрочем, ничто не мешает установить такую плату и в более крупный корпус.
Длина платы
Общая длина контроллера - от планки, закрепляемой на задней стенке корпуса ПК, до противоположного конца платы. Данная информация позволяет оценить, хватит ли в корпусе места для установки данного компонента.