Intel SSD 750 является первым потребительским твердотельным накопителем, который перешел на перспективный интерфейс NVMe. По результатам проведенного тестирования стало известно, что это не смогло сделать его наиболее быстрым десктопным SSD.

Введение: что следует знать о NVMe

Твердотельные накопители считаются уже самым настоящим мэйнстримом. Каждый владелец персонального компьютера, даже не имея хотя бы один SSD в собственной системе, достаточно серьёзно настроен на его покупку. Правда, довольно тяжело назвать рынок систем хранения данных, которые основаны на использовании флеш-памяти, полностью оформившимся и устоявшимся.

Сейчас он регулярно пополняется новыми технологиями. Это означает, что впереди таится масса всего интересного. Ближайшей инновацией, выступающей лейтмотивом достаточно крупных изменений в области потребительских SSD, наверняка, станет технология, имеющая название Non-Volatile Memory Express, или NVMe. Она представляет собой перспективный интерфейсный протокол, который создан специально для высокоскоростных SSD консорциумом из известных отраслевых разработчиков, в том числе Intel, Samsung, SanDisk, Dell и Seagate.

Те, кто постоянно следит за прогрессом в области твердотельных накопителей, наверняка, знает, что им в собственном развитии пришлось столкнуться с довольно серьёзной преградой, которая представляет собой устаревшие шины. Serial ATA и Serial Attached SCSI (SAS) предлагают хорошую полосу пропускания, предназначенную для механических жёстких дисков, однако SSD, обладающие большей скромностью, останавливают свой выбор на всем их потенциале. Так как пропускная способность SATA имеет ограничения по величине, составляющие 6 Гбит/с, максимальная скорость флагманских SATA SSD не достигает 500 Мбайт/с. Современные накопители, которые основаны на флеш-памяти, обладают гораздо большими возможностями.

Такой тупик, по сути, не был неожиданностью для индустрии, так как о нём было известно уже вначале. Твердотельные накопители обладают схожестью больше с системной памятью, чем с механическими жёсткими дисками. Таким образом. в определенный момент они все равно должны были превысить возможности интерфейсов, которые традиционно использовались для подключения HDD. До недавнего момента встраивать SSD в существующую инфраструктуру было проще и лучше с целью популяризации новой технологии. На сегодняшний же день скорость твердотельных накопителей намного увеличились. В результате негативное влияние старых интерфейсов стало игнорировать вообще невозможно. Это означает только одно: пришло время от них отказаться.

Стоит отметить, что подходящая для применения SSD высокоскоростная шина уже давно изобретена. Это и есть PCI Express. На сегодняшний день она активно используется при подключении графических карт и других дополнительных контроллеров, которые т требуют обмена данными на высокой скорости. К примеру, Thunderbolt.

Одна линия PCI Express второго поколения гарантирует пропускную способность 500 Мбайт/с, а линия PCI Express 3.0 способна развивать скорость вплоть до 985 Мбайт/с. Итак, интерфейсная карта, которая устанавается в слот PCIe x4, производит обмен данных на скорости до 2 Гбайт/с в случае PCI Express 2.0 и практически до 4 Гбайт/с при использовании PCI Express третьего поколения. Стоит отметить, что это достойные показатели. Они являются подходящими для современных твердотельных накопителей.

Таким образом, на рынке доступны как потребительские SATA SSD, так и распространяются варианты для шины PCI Express. В тестировании участвовали модели OCZ RevoDrive, Kingston HyperX Predator и Plextor M6e. Все они характеризуются тем, что при использовании для транспортировки данных прогрессивной шины PCI Express, продолжают взаимодействие с системой через старые SCSI- или SATA-протоколы. Данный подход не только неправильный методологически, но и просто не даёт возможности полностью раскрыться сильным сторонам скоростных твердотельных накопителей. Другими словами, существует надобность осуществления принципиально нового подхода, которым и является специализированный логический интерфейс NVMe. Он наложен на транспорт PCI Express.

NVMe отличается от известных интерфейсов SCSI или SATA, созданных в предшествующую SSD эпоху, тем, что он спроектирован для извлечения достоинств из уникальных свойств твердотельных накопителей. Они, взяв за основу энергонезависимую флеш-память, имеющую произвольный доступ, обладают достаточно низкими задержками и дают возможность выполнять глубокую конвейеризацию операции чтения и записи.

NVMe имеет множество усовершенствований, которые направлены на снижение паразитных латентностей во время работы с данными, если сравнивать с интерфейсом SATA и AHCI-протоколом. В последнем случае данному вопросу специального внимания не уделяли. Стоит также отметить, что в NVMe учтена многопоточная природа современных платформ. Они идеально сочетаются с архитектурой известных моделей SSD.

При рассмотрении улучшений, которые нашли место в NVMe, стоит отметить стремление к уменьшению накладных расходов. Допустим, передача самых типичных 4-килобайтных блоков в новом протоколе нуждается в подаче только одной команды, а не двух. Полноценный набор управляющих инструкций настолько прост, что их обработка на уровне драйвера дает возможность снизить загрузку процессора, а также возникающие задержки в два раза.

В число еще одного важного нововведения входит поддержка глубокой конвейеризации и многозадачности, которая заключается в возможности одновременного создания множественных очередей запросов вместо существующей ранее общей очереди на 32 команды. Интерфейсный протокол NVMe позволяет обслужить до 65536 очередей, при этом каждая из них способна включать в себя до 65536 команд.

Таким образом, любые ограничения удаляются вообще, что очень важно для серверных сред, в которых на дисковую подсистему возлагается большое число одновременных операций ввода-вывода. Что касается персональных компьютеров, для них это новшество не является слишком критичным, однако при одновременной работе нескольких приложений, которые активно общаются с накопителем, загрузка процессора за счет NVMe немного снижается.

Следует отметить, что технология NVMe на момент своего выхода оказалась достаточно хорошо проработанной как на теоретическом, так и на практическом уровне. Драйверы, требуемые для поддержки твердотельных накопителей, функционирующих по данному протоколу, на сегодняшний день присутствуют во всех основных операционных системах. В Linux осуществляется поддержка NVMe в версии ядра 3.1. «Врождённый» драйвер NVMe существует в операционных системах Windows 8.1 и Windows Server 2012 R2. Совместимость с NVMe-накопителями стала предусмотрена и в OS X 10.10.3.

К сожалению, NVMe SSD поддерживается не всеми материнскими платами. Чтобы такие накопители могли быть использованы в качестве загрузочных, UEFI материнской платы также должен иметь соответствующий драйвер. Правда, разработчики встроили требуемый микрокод только в последние версии прошивок, которые были выпущены для самых последних моделей материнских плат. Таким образом, оказывается поддержка загрузки операционной системы с NVMe-накопителей только на платах для энтузиастов, которые были выпущены совсем недавно и основаны на наборах логики Intel Z97 и Intel X99. В достаточно устаревших и дешёвых платформах можно использовать NVMe SSD только в качестве вторых дисков.

Существует ещё одна проблема переходного периода, которая состоит в отсутствии в имеющихся системах требуемых коннекторов, предназначенных для подключения NVMe-накопителей. Таким образом, на первом этапе многие SSD с данным интерфейсом будут выпущены в форме простых PCIe- или M.2-плат, нуждающихся в подключении к шине PCI Express 3.0 для работы.

Правда, для нового поколения SSD существует и специальный разъём U.2, который не так давно был известен под названием SFF-8639. Такой разъём предусматривает более стандартное кабельное соединение и позволяет SSD с высокой производительностью сохранить привычное 2,5-дюймовое исполнение. Сегодня порты U.2 существует возможность отыскать только на единичных системных платах. Стоит отметить, что преимущественно они находятся в серверной направленности. Хотя, в перспективе U.2 будет повсеместным решением. Он совмещает в себе следующее:

• четыре линии PCI Express 3.0;
• два наследственных SATA-порта;
• 3,3- и 12-вольтовые линии питания.

Таким образом, можно говорить об универсальности. Таким образом, U.2 должен легко вытеснять интерфейс SATA Express, который так и не получил популярности и предлагает довольно скудные возможности.

Нужно заметить, что некоторые разработчики материнских плат начали предлагать переходники со слота M.2 на разъём U.2. Но в M.2 отсутствуют линии 12 В, потому данные переходники нуждаются в подключении внешнего питания. К тому же, необходимо помнить, что многие существующие на современных материнских платах слоты M.2 подключаются к южному мосту набора системной логики, а не к процессору. Таким образом, они имеют только две линии PCI Express 2.0. Как результат, U.2 NVMe-накопители, которые присоединены при использовании переходников, как правило, не способны продемонстрировать максимальную производительность, предусмотренную в них.

На сегодняшний день на рынке доступно лишь несколько модификаций твердотельных накопителей, имеющих интерфейс NVMe. Прежде всего, это серверные Intel DC P3500, P3600 и P3700, Samsung MZ-WEIT10, которые не заинтересуют обыкновенных пользователей. До момента выхода широкого ассортимента U.2 NVMe SSD ситуация c востребованностью нового разъёма способно измениться в лучшую сторону. Что касается первых решений потребительского уровня, которые ориентированы на радикальных энтузиастов, смогут обойтись и простыми слотами PCIe или M.2.

Технические характеристики

В первую очередь, стоит отметить, что Intel придерживается достаточно интересной стратегии, которая состоит в том, что производству SSD для потребительского сегмента уделено очень мало внимания. Главные усилия направлены на модели, которые ориентированы на корпоративный и серверный сегменты. Именно в них у Intel и получилось прочно закрепиться на лидерских позициях. Таким образом, пользователи персональных компьютеров за последние несколько лет получили только побочные продукты.

Однако они продолжают пользоваться большой востребованностью, которая обеспечена в большей мере репутацией производителя, чем высокими характеристиками. Правда, с технологической точки зрения данные модификации не вызывают большого интереса. К примеру, совсем недавно этот ассортимент интеловских потребительских SSD включал в себя несколько моделей, которые использовали устаревший контроллер SandForce SF-2281.

Стоит отметить, что Intel совсем недавно не хотела тратить много сил на производство моделей SATA SSD, предназначенных для персональных компьютеров. Однако это не означает, что у компании данный рыночный сегмент перестал вызывать интерес. Просто она приняла решение осуществлять все действия по-своему. Компания захотела дождаться подходящего момента, чтобы произвести принципиально новое флагманское решение, заведомо превосходящее по технологической насыщенности все конкурирующие варианты. В начале апреля Intel показала миру свой новый SSD 750-й серии, который стал первым потребительским твердотельным накопителем с интерфейсом NVMe, доступным на рынке.

Необходимо заметить, что платформа, которая дает возможность создавать NVMe SSD, у компании уже была заготовлена довольно давно. Правда, до выпуска Intel SSD 750 она использовалась только в SSD высокой производительности, предназначенных для дата-центров. Сегодня компания Intel приняла решение внедрить такую же платформу в основанные на обыкновенной MLC-флеш-памяти накопители для энтузиастов. Они должны включать в себя высокую мощность и новый интерфейс NVMe с выгодной стоимостью. Так свет увидел Intel SSD 750.

Нужно отметить, что Intel SSD 750 является не простой адаптацией серверного продукта, как наблюдалось в ситуации с Intel SSD 730. В этом случае производители использовали более ответственный подход. Таким образом, на основе изначально серверной платформы был разработан совершенно другой накопитель, где проведена детальная оптимизация микропрограммы, предназначенной под клиентские задачи. В Intel SSD 750 большая роль отдана высокому быстродействию в процессе работы с 4-килобайтными блоками.

Показатели скоростей последовательного чтения и записи в данном случае немного пострадали, однако, как утверждают изготовители, усреднённая производительность во время типичной десктопной нагрузки возросла. Кроме того, беспокоиться о минусах определенного аспекта мощности в Intel SSD 750 не приходится. Платформа, которая задействована в таком продукте, сильна настолько, что других SSD для персональных компьютеров с аналогичными установленными скоростями не имеется.

Правда, серверные корни Intel SSD 750 находят свое отражение в характеристиках. Таким образом, данный накопитель предлагается в двух вариантах объёма − 400 Гбайт и 1,2 Тбайт. Стоит отметить, что в данном случае выбор не самый удобный. К сожалению, отсутствует даже промежуточная ёмкость. При этом можно утверждать, что более востребованной версией является Intel SSD 750 400 Гбайт. Ее рекомендованная стоимость составляет $389. Это несколько дороже флагманских SATA SSD, однако она является достаточно выгодным предложением, особенно с учетом ее новаторства и высоких скоростей случайных операций.

Модель Intel SSD 750 доступна в двух разных форм-факторах:

• в форме карты расширения с интерфейсом PCI Express 3.0 x4;
• в виде 2,5-дюймового накопителя, однако с увеличенной 15-миллиметровой толщиной.

Причем 2,5-дюймовая модификация нуждается для своей интеграции в системе «правильного» интерфейса U.2, что представляет её первым потребительским накопителем, который рассчитан на применение разъёмов нового типа. Говоря о десктопах, прямое подключение данной разновидности SSD в настоящее время можно осуществить только через конвертеры. Учитывая существование U.2-переходников, а также накопителя Intel SSD 750, созданного в форме PCIe-карты, необходимо помнить, что установить его существует возможность не к каждую систему.

В данном случае это связано не с ограниченной поддержкой NVMe в BIOS материнских плат предыдущих поколений. Intel SSD 750 требует четыре линии PCI Express 3.0, которые суммарно способны обеспечить пропускную способность в размере до 4 Гбайт/с. Таким образом, для Intel SSD 750 являются подходящими лишь такие слоты и разъёмы, питающиеся от процессорного PCI Express-контроллера. В результате можно сделать вывод, что идеальной платформой, предназначенной для Intel SSD 750, являются системы с LGA2011-v3-процессорами, располагающие PCI Express-контроллером с оптимальным числом линий PCI Express 3.0.

Правда, использование контроллера с высоким уровнем параллелизма обладает и собственными негативными сторонами. Стоит отметить, что по своему тепловыделению и энергопотреблению он превосходит другие чипы аналогичного назначения. Наибольшее тепловыделение старшей версии Intel SSD 750 в процессе проведения операций записи способно достигать 25 Вт, что нуждается в отдельной заботе о теплоотводе.

Внешний вид и внутреннее устройство

Для тестирования был использован PCIe-вариант Intel SSD 750, ёмкость которого достигает 400 Гбайт. Данная версия обладает самыми ходовыми сочетаниями объёма и исполнения, однако, в то же время, её скорости несколько ниже, чем у 1,2-Тбайт модели. Это связано с меньшим параллелизмом массива флеш-памяти. Плата накопителя обладает половинной высотой, что дает возможность монтировать её не только в стандартные десктопы, а также в 2U-серверы. Требуемая для этого укороченная планка задней панели включена в комплект поставки.

Данный накопитель целиком закрыт бронёй. Лицевая сторона является алюминиевым радиатором. Оборотная сторона представлена декоративной металлической пластиной, которая с микросхемами даже не соприкасается. Необходимо заметить, что использование радиатора является необходимостью. Главный контроллер интеловского SSD отдает значительное количество тепла, поэтому при высокой нагрузке оснащённый таким охлаждением накопитель способен разогреваться до температур 50-55 градусов. Однако за счет радиатора никаких намёков на троттлинг не существует. Таким образом, производительность постоянна даже в ходе непрерывного и интенсивного применения.

Дизайн печатной платы Intel SSD 750 способен вызвать большое удивление. Она включает большое число микросхем флеш-памяти. Такого количества вполне может хватить минимум на четыре обычных SSD 480-гигабайтного объёма. Правда, Intel приняла решение отказаться от распространенных чипов, имеющих большой ёмкостью с несколькими полупроводниковыми кристаллами, находящимися внутри.

Хорошо, что площадь платы это позволяет. При суммировании ёмкости всех микросхем, выходит, что общий объём флеш-памяти в Intel SSD 750 400 Гбайт достигает 480 ГиБ. Из них пользователь сможет воспользоваться только 78 процентами. Остальное предусмотрено на подменный фонд, сборку мусора, а также технологии защиты данных. В модели Intel SSD 750 используется стандартная для флагманских накопителей RAID 5 схема на уровне кристаллов MLC NAND. Это дает возможность с успехом восстанавливать данные даже тогда, когда один из чипов выходит из строя полностью.