[Перевод] Обзор Western Digital WD Black 3D NAND SSD: EVO встретил равного

Производитель компьютерной электроники Western Digital пополнил линейку 3D NAND SSD хай-энд сегмента двумя новыми SSD-накопителями NVMe с 64-слойной 3D-флеш-памятью SAND NAND от SanDisk. Еще при выпуске SATA SSD (Western Digital впервые вывела 3D-NAND на рынок розничных потребителей) компания представила один и тот же накопитель от имени двух брендов с идентичным аппаратным обеспечением: WD и SanDisk.

Названия находятся на слуху: WD Black и SanDisk Extreme PRO. Напомним, что WD Black SSD стал первым NVMe для розничного рынка от Western Digital. В нем использовался контроллер Marvell и 15-нм планарный TLC NAND, в итоге устройство «затерялось» на последних местах в рейтинге производительности среди SSD-накопителей NVMe, к тому же попытка разглядеть в нем существенные преимущества перед SSD-накопителями SATA при более тяжелых рабочих нагрузках тоже не увенчалась успехом. Название SanDisk Extreme PRO давно уже не встречалось, но между тем оно обладает богатым наследием: оригинальный SanDisk Extreme PRO был SATA SSD-накопителем с MLC NAND в хай-энд сегменте, и выступал достойным конкурентом Samsung 850 PRO. SATA SanDisk Extreme PRO вышел на рынок перед 850 PRO и стал первым SSD-накопителем на потребительском рынке с 10-летней гарантией от производителя, что в свою очередь вынудило Samsung дать такую же гарантию на свой 850 PRO.

Повторное использование названий без какого-либо четкого индикатора поколений или года выпуска модели запросто приведет к путанице. Western Digital по крайней мере позаботилась, чтобы новые диски отличались емкостью от своих предшественников: WD Black первого поколения — 256 ГБ и 512 ГБ, оригинальный Extreme PRO — 240 ГБ, 480 ГБ и 960 ГБ, а новые WD Black и SanDisk Extreme PRO — 250 ГБ, 500 ГБ и 1000 ГБ. Тем не менее выпущенный в прошлом году WD Black будет соседствовать на рынке с моделью этого года еще несколько месяцев, хотя по сути это совершенно разные продукты.

Новые твердотельные диски WD Black и SanDisk Extreme PRO основаны на той же платформе, что и SS7 Western Digital SN720, объявленный ранее в этом году. В дополнение к переходу от 15-нм планарного TLC NAND к 64-слойному BiCS 3D NAND, новые SSD оснащены новым SSD-контроллером Western Digital, вместо контроллера Marvell. Это серьезный сдвиг в сторону вертикальной интеграции для Western Digital / SanDisk, можно сказать лучшая стратегия компании по дифференциации своих продуктов. Рынок сейчас переполнен десятками брендов, которые используют контроллеры, а то и весь дизайн накопителей, полученный от весьма небольшой группы поставщиков.

Согласно заявленным техническим характеристикам WD Black и SanDisk Extreme PRO, перед нами высокопроизводительный накопитель с последовательной скоростью чтения 3+ ГБ/с даже на модели емкостью 250 ГБ, а также с высокими показателями произвольного доступа на моделях емкостью 500 ГБ и более. Рейтинги выносливости записи тоже на достаточно высоком уровне: это 0,3-0,4 в день в течение пяти лет. MSRP позиционируют WD Black как непосредственного конкурента Samsung 960 EVO, он обходит большинство новейших SSD-накопителей NVMe. Стоит заметить, твердотельные накопители начального уровня, работающие по протоколу NVMe занимают самый быстрорастущий сегмент рынка, на нем и сосредоточены производители различных брендов.

Новый WD Black способен (по крайней мере, на мгновение) достигнуть пределов мощности формфактора M.2. Что важно, вместо радиатора Western Digital использует необычную «конструкцию»: контроллер размещен в середине планки и окружен флеш-памятью NAND с обеих сторон. Такое расположение микросхем предотвращает от перегрева.

Первоначально накопители будут предлагаться емкостью от 250 ГБ до 1 ТБ, хотя версии под брендом SanDisk исключают наличие модели на 250 ГБ. Поставки должны начаться к концу месяца. Хотя Western Digital и не упомянула о своих планах по выпуску 2 ТБ моделей, при необходимости накопители такой емкости увидят свет, тем более компания ранее уже анонсировала выпуск SN720 емкостью 2 ТБ.

Архитектура Western Digital NVMe — NAND & Controller

Заслуживающие внимания аспекты WD Black 3D NAND SSD — новый SSD-контроллер собственного производства и новейшая 64-слойная BiCS 3D NAND в одном из SSD-накопителей NVMe. 64-слойная 3D-NAND (BiCS 3) представляет собой третье поколение 3D-NAND SanDisk / Toshiba. Первые два поколения имели 24 и 48 слоев соответственно, но были выпущены в «скромных» масштабах. Ни одно из предыдущих поколений не производилось в количестве, достаточном для вытеснения планарного NAND Toshiba / SanDisk 15 нм. Чего нельзя сказать о производстве 64-слойной версии, которое наращивается ударными темпами. Western Digital уже использовала 64-слойную NAND в SSD-накопителях SanDisk Ultra 3D и WD Blue 3D SATA в конце прошлого года.

Технология BiCS (Bit Cost Scalable) позволяет увеличить плотность упаковки в 1.4 раза и повысить количество слоев до 64, построена на ячейках с ловушкой заряда – сложный дизайн, который устраняет почти все недостатки планарного NAND. Плотность бит может увеличиваться от одного 3D поколения к следующему, за счет прогнозируемого масштабирования как по вертикали, так и по горизонтали. Наличие большего количества электронов на ячейку NAND в дизайне с зарядовой ловушкой по сравнению с конструкцией плавающих затворов в планарном NAND (при очень малых геометриях) гарантирует высокий уровень надежности и долговечность ячейки 3D NAND по сравнению с лучшими образцами планарного NAND. Недостатком является высокая стоимость апгрейда оборудования 2D NAND под производство 3D-NAND-пластин.

Хотя объемы производства BiCS 4 (96-слойная) стремительно наращиваются, в этом году место фаворита от Western Digital займет 64-слойный BiCS 3 NAND, он то и является предметом этого обзора.

Что касается контроллеров, Western Digital решила перейти от продукта Marvell к собственному дизайну. Основная причина — создание архитектуры, которая будет оптимизирована под BiCS flash: контроллеру не нужно будет поддерживать NAND от других поставщиков, он будет сконструирован с учетом развития линейки BiCS. NVD SSDs имеют пределы производительности, потому так важно найти способ извлечь каждый возможный бит производительности из доступного NAND. Неудивительно, что почти все производители флеш-памяти на своих флагманских SSD-накопителях NVMe имеют собственный контроллер. Samsung использует собственные контроллеры на всех своих SSD-устройствах, Intel использует собственный контроллер для SSD-900p (Optane). Даже обычные и низкопроизводительные SSD-устройства от топовых поставщиков, хотя и используют приобретенную микросхему контроллера, поставляются со встроенным микропрограммным обеспечением, разработанным внутри компании. Вертикальная интеграция (начиная с изготовления флеш-памяти и сборки IC до системной интеграции в виде SSD-накопителей NVMe или SATA) позволяет продавцам оптимизировать производительность своей продукции.

Новый контроллер имеет трехъядерную архитектуру (возможно, с использованием ядер Arm Cortex-R), изготовленную по 28-нм техпроцессу. Он задуман и разработан масштабируемым — текущий контроллер может взаимодействовать с хостом, используя PCIe 3.0 x4 link или x2-link, как в Western Digital SN520. Архитектура контроллера позволит будущим продуктам (с использованием вариаций контроллера) выйти на рынок быстрее и дополнит их новыми функциями. Western Digital теперь может сегментировать свой стек продуктов NVMe. Контроллер в Western Digital Black 3D NAND SSD оптимизирован под клиентские рабочие нагрузки, включая компьютерные игры и высокопроизводительные коммерческие приложения. Компания уверена, что новая архитектура контроллера будет существовать, по крайней мере, до тех пор, пока SSD NVMe не перейдут за пределы интерфейсов PCIe 3 x4.

В отличие от других производителей контроллеров NVMe SSD, Western Digital меньше внимания уделила прошивке и больше аппаратным ускорителям для обеспечения обмена данными между хостом и флеш-памятью (обработка команды NVMe и передача данных с flash на хост). Управление питанием и контроль тепловыделения выполняются без помощи процессорных ядер. Прошивка используется только для выборочной обработки команд (например, выборки данных S.M.A.R.T, алгоритма слоя флеш-перевода (FTL) и обработки исключений). Если не использовать процессор для всех критически важных задач, контроллер не будет испытывать недостатка питания.

Для повышения производительности, архитектура SSD WD NVMe реализует многоуровневое кэширование (nCache). WD Black 3D NAND NVMe SSD использует nCache 3.0 (по сравнению с nCache 2.0 содержит множество обновлений).

Прежде чем вдаваться в подробности, интересно взглянуть на то, как развивалась технология nCache на протяжении прошлых лет. В своем первом поколении технология nCache была разработана для кэширования таблицы отображения NAND и небольших записей (менее 4 КБ) в сегменте SLC на матрице. Во второй версии (впервые представленной в SanDisk Ultra II) все операции записи перехватывались в кэш псевдо-SLC, объем которого был увеличен до 5ГБ на каждые 120ГБ емкости накопителя, а прямое копирование данных из SLC-буфера в TLC было реализовано на уровне чипов в обход контроллера, что позволило использовать более экономичную модель контроллера без потерь в производительности. nCache 2.0 разместил таблицу отображения NAND в области кэша SLC.

Кроме того для продуктов нового поколения производительность 3D TLC приемлемее, по сравнению с планарной TLC, если речь идет о длительных сессиях записи. Такая же картина и с выносливостью. Вместо отправки всего через кэш SLC, как было в nCache 2.0, nCache 3.0 позволяет запись в пространство TLC после заполнения сегмента SLC.

Еще одним преимуществом nCache 3.0 перед nCache 2.0 является отсутствие функции On Chip Copy, использовавшаяся в плоских TLC-матрицах. Учитывая, что 3D TLC обеспечивает прямой доступ во время длительной записи, дополнительная функция On Chip Copy, ранее отвечающая за перенос данных из SLC-кэша в TLC больше не нужна.

Наконец, nCache 3.0 Western Digital по-прежнему использует кэш-память SLC с фиксированным размером. Western Digital не раскрывает размеры SLC-кэшей для WD Black, но, похоже, наши тестовые образцы 1ТБ имеют около 20 ГБ кэша SLC.

Как и полагается хорошему и современному контроллеру SSD, новая архитектура Western Digital предусматривает несколько уровней коррекции ошибок. Первые три уровня — это разные коды коррекции ошибок в стиле LDPC для обработки количества битовых ошибок, рост которых приводит к увеличению потребления энергии и снижению производительности. Базовый уровень коррекции ошибок — это код LDPC, контроллеры с поддержкой LDPC увеличивают вероятность правильного считывания данных из TLC NAND в несколько раз. Код коррекции ошибок LDPC заметно улучшает распознавание хранимых в ячейках данных по сравнению с базовым механизмом коррекции ошибок BCH, который использовался почти во всех SSD до появления TLC NAND. Этот уровень коррекции ошибок является единственным необходимым для нормальной работы накопителя в течение большей части срока его службы. Второй и третий уровни коррекции предназначены для обработки увеличенной частоты появления ошибок, которая возникает уже на последних сроках использования SSD. Эти коды полностью обрабатываются выделенным оборудованием на контроллере, не используя ресурсы процессорных ядер.

Для восстановления серьезной потери данных, что не подвластно трем уровням LDPC, в контроллере предусмотрено на подобии традиционного RAID5 восстановление данных по XOR-сегментам. Хотя этого недостаточно, чтобы выдержать «сбой» всей матрицы NAND. Память с коррекцией ошибок ECC обеспечивает целостность данных в SRAM контроллера и внешней DRAM.

Тест накопителей AnandTech — The Destroyer

The Destroyer — это чрезвычайно длительный тест, который показывает как ведет себя SSD при интенсивных рабочих нагрузках с большим объемом ввода-вывода. The Destroyer является неотъемлемой частью набора тестов Anandtech на протяжении почти двух лет, он призван «разрушать все тепличные условия», нагружая систему в поиске SSD c наилучшей характеристикой производительности. Как и в реальных условиях, накопителям давалось время на передышку, дабы очистить от собранной коллекции мусора и почистить кэш, вот только периоды простоя сокращены были до 25 мс, потому и результаты мы получили не через неделю. Тесты AnandTech Storage Bench (ATSB) не включают в себя запуск реальных приложений, которые генерируют рабочие нагрузки, поэтому показатели почти не изменятся при изменениях в производительности ЦП и ОЗУ, а вот переход на более новую версию Windows и свежие драйвера могут отразиться на «картине» теста.

Оценка производительность этого теста зависит от средней пропускной способности накопителя, средней задержки операций ввода-вывода и общей энергии, потребляемой приводом во время проведения теста.

Средняя скорость передачи данных нового WD Black во время теста The Destroyer почти так же высока, как у TLC 960 EVO от Samsung и его новом накопителе PM981 OEM. И если оригинальный WD Black NVMe SSD был явно одним из медленных NVMe-накопителей и показывал результаты на уровне SATA SSD во время нашего теста, новый WD Black выглядит довольно-таки конкурентоспособным среди самых быстрых моделей.

Средняя задержка на WD Black примерно на уровне TLC-накопителей от Samsung, а по результатам p99 задержки – перед нами лучший результат, что мы видели на любом SSD-накопителе на основе флеш-памяти с такой вместимостью.

Средние задержки чтения от WD Black на The Destroyer так же хороши, как у любого другого SSD на базе флеш-памяти, который мы тестировали. Средняя задержка записи рекордно мала, но топовые диски от Samsung явно быстрее.

Что касается p99 задержек считывания, WD Black показывает лучшие результаты, уступая только менее вместительному Intel Optane SSD 900P. А вот по показателю p99 задержек записи, продукты WD оказываются на втором месте.

Потребляемая мощность нового WD Black резко снизилась по сравнению с предыдущим SSD, носящим то же название. Новая модель потребляет менее половины энергии по сравнению с прошлой, что выводит ее на лидирующее первое место, немного позади — Toshiba XG5.

Тест накопителей AnandTech – Heavy

Наш тест «Heavy» в отличие от «Разрушителя» рассчитан продемонстрировать работу SSD при тяжелых нагрузках за менее короткий отрезок времени. Общий объем записанных данных во время Heavy теста не заполнит диск, что не приведет SSD в устойчивое состояние; на результаты теста значимо влияет производительность накопителя в течение периодов пиковой нагрузки. Подробные данные о Heavy тесте можно найти в соответствующей статье на AnandTech. Этот тест запускается дважды, один раз на полностью очищенном накопителе, и один раз после заполнения накопителя продолжительной записью.

Средние скорости передачи данных нового WD Black SSD в тесте Heavy очень близки к Samsung 960 EVO. Премиум продукты, такие как Samsung 960 PRO и Intel Optane SSD 900P, работают быстрее, но и твердотельные накопители WD Black и SanDisk Extreme PRO NVMe совершенно спокойно можно отнести к high-end сегменту.

Оценка средних и р99 задержек WD Black во время Heavy дает одни из лучших результатов на любом твердотельном накопителе в основе с флеш-памятью. К тому же, р99 показатель задержек записи WD Black показывает гораздо меньшую потерю производительности на заполненном приводе, чем Toshiba XG5 или Samsung 960 EVO.

WD Black является одним из лучших приводов по средней задержке чтения, а средняя задержка записи немного выше, чем у Samsung 960 EVO. Потеря производительности, получаемая при тестировании на заполненном диске, примерно такая, как у большинства дисков на основе MLC.

Новая архитектура контроллера Western Digital обеспечивает отличное QoS для операций чтения, причем задержки 99-го процентиля ниже, чем у любого из конкурирующих флеш-накопителей. 99-й процентиль задержки записи также вверху рейтинга, но уже не выделяется так очевидно среди чемпионов скорости.

WD Black и SanDisk Extreme PRO становятся в один ряд с Toshiba XG5 и еще несколькими твердотельными накопителями NVMe, у которых очень низкое потребление энергии, сравнимое с хорошими SSD-накопителями SATA. Общая энергия, используемая во время Heavy теста, немного выше, чем у Crucial MX500 и дисков SATA от Western Digital с той же 64L 3D TLC NAND.

Тест накопителей AnandTech — Light

Наш тест для накопителей «Light» имеет относительно больше последовательных сессий и меньшую глубину очереди, чем The Destroyer или Heavy, это самый короткий тест. Он основан в основном на приложениях, которые не сильно зависят от производительности накопителя, поэтому его результаты скорее отображают время запуска приложений и загрузки файлов. Этот тест можно рассматривать как сумму всех небольших задержек в повседневном использовании, но при сокращении простоев до 25 мс, для его проведения требуется менее получаса. Подробные сведения о Light тесте можно найти в соответствующей статье на AnandTech. Как и в случае теста ATSB Heavy, этот тест запускается дважды: на приводе, который был полностью очищен, и после заполнения накопителя последовательной записью.

Во время запуска теста на пустом накопителе средняя скорость передачи данных привода WD Black немного ниже, чем у Samsung 960 EVO, и наоборот, когда привод заполнен. Samsung PM981 — единственный накопитель, который имеет преимущество, хотя и не особо весомое, в обоих случаях. Даже при самых худших показателях производительность нового WD Black на голову выше, чем лучшие показатели прошлогоднего WD Black.

Средние задержки WD Black во время теста Light так же низки, как и у большинства современных SSD. Результат 99-го процентиля задержек немного хуже, чем у самых быстрых приводов Samsung, за исключением того, что производительность заполненного привода лучше, чем у 960 EVO.

Существует довольно много SSD-накопителей со средним показателем задержки чтения, близким к WD Black, и даже низкоуровневые SSD-накопители NVMe имеют среднюю задержку чтения размером в доли миллисекунды (согласно нашему тесту Light). По показателям средней задержки записи WD Black заслуженно разделяет первое место с приводом от Samsung.

WD Black показывает невероятно низкую задержку записи (99-го процентиль) на тесте Light, поскольку его кэш SLC никогда не заполняется. Задержка чтения (99-го процентиль) не показывает такого рекордного значения, но все же результат на заполненном приводе очень хорош.

Как и в случае с тестом Heavy, единственным тестируемым NVMe SSD, который может сравниться с энергоэффективностью WD Black, является Toshiba XG5. Эти накопители работают намного быстрее, чем SATA, при этом потребляют меньше энергии.

Тест «Рандомного чтения»

Наш первый тест на производительность при рандомном чтении использует очень короткие всплески операций, выполняемые по одной за раз, без очереди. Накопители получают достаточное время простоя между такими «всплесками», чтобы обеспечить общее время рабочего цикла 20%, поэтому термическое регулирование невозможно. Каждый пакет имеет размер из 32 МБ, прочитанных из случайных 4 килобайтных блоков, из 16 ГБ диапазона диска. Общее количество данных составляет 1 ГБ.

Показатель производительности чтения случайных блоков WD Black не бьет рекорды, но он все же получше прошлогоднего WD Black SSD, и лишь немного отстает от Samsung 960 EVO.
Наш тест производительности чтения аналогичен тесту из набора 2015 года: проверяются глубины очередей от 1 до 32, а средняя производительность и энергоэффективность в QD1, QD2 и QD4 определяют основные баллы теста. Каждая глубина очереди проверяется одну минуту или 32 ГБ передаваемых данных, что быстрее. После проверки глубины очереди привод отключается на время до одной минуты для охлаждения, чтобы на большую глубину очереди не повлияло накопление тепла. Отдельные операции чтения по-прежнему работают с блоками 4кБ и охватывают 64-гигабайтный интервал привода.

Показатель производительности при случайном чтении WD Black немного улучшен по сравнению с прошлогодней моделью. Но этого все равно недостаточно, чтобы догнать Samsung. Кроме того, недавно вышедший Intel 760p немного опережает WD Black.

Энергоэффективность WD Black во время операций случайного чтения лучше, чем у любого другого привода TLC. Его потребление ненамного выше, чем у диска SATA, что видно из проводимых «испытаний».

Western Digital WD Black 1TB (3D NAND)

Intel SSD 760p 512GB

Samsung 960 EVO 1TB

Samsung 960 PRO 1TB

Patriot Hellfire 480GB

Samsung PM981 1TB

OCZ RD 400 1TB

ADATA XPG SX8000 512 GB

Western Digital WD Black 512GB (2D NAND)

SanDisc Extreme PRO 1TB

Toshiba XG5 1TB

Samsung 860 EVO 2TB M.2

Crucial MX500 1TB

SanDisc Ultra 3D 1TB

Intel Optane 900P 280GB

Western Digital WD Black 7200RPM 1TB

На более глубоких уровнях очереди диски Samsung незначительно превосходят WD Black, но большинство других дисков по мере увеличения глубины очереди заметно отстают.

Производительность при рандомной записи

Тест на производительность случайной записи данных спланирован аналогично тесту чтения, но каждый пакет составляет теперь всего 4 МБ, а общая длина записи — 128 МБ. Операции случайной записи по 4 КБ распределяются по 16-гигабайтному диапазону накопителя, и выдаются одна за одной, без очереди.

Наш образец WD Black внезапно показал намного лучший результат при случайной записи, чем SanDisk Extreme PRO, хотя это, по сути, одно и то же устройство. Хотя показатели обоих дисков находятся в верхней части диаграммы.

Как и в случае с тестом на чтение, наш тест постоянной 4 КБ случайной записи длится до одной минуты или 32 ГБ на каждую глубину очереди, охватывая 64 ГБ диапазона диска. Приводу также предоставляется до 1 минуты времени простоя между глубинами очереди, что делает возможной постоянную перезапись кэшей и позволяет избежать перегрева.

Новый WD Black показывает просто чемпионскую производительность в ходе теста случайной записи, значительно опережая нынешние розничные предложения Samsung, и очень близок к результатам OEM-привода PM981, который является базой для будущего поколения накопителей Samsung. Прошлогодний WD Black был ненамного быстрее, чем диски SATA.

Полная переработка NAND и контроллера подняла WD Black со дна диаграммы эффективности (где находится прошлогодняя модель) к самой вершине, в итоге превосходя даже Toshiba XG5 и Samsung 960 PRO.

Western Digital WD Black 1TB (3D NAND)

Intel SSD 760p 512GB

Samsung 960 EVO 1TB

Samsung 960 PRO 1TB

Patriot Hellfire 480GB

Samsung PM981 1TB

OCZ RD 400 1TB

ADATA XPG SX8000 512 GB

Western Digital WD Black 512GB (2D NAND)

SanDisc Extreme PRO 1TB

Toshiba XG5 1TB

Samsung 860 EVO 2TB M.2

Crucial MX500 1TB

SanDisc Ultra 3D 1TB

Intel Optane 900P 280GB

Western Digital WD Black 7200RPM 1TB

Производительность случайной записи WD Black насыщается на уровне QD4, в то время как диски Samsung и некоторые другие модели показывают прирост и дальше, и могут достигать более высоких уровней производительности при большей глубине очереди. Тем не менее WD Black обладает прекрасными характеристиками при произвольной записи, при более важных – низких глубинах очереди.

Производительность последовательного чтения

Наш первый тест производительности последовательного чтения использует короткие всплески по 128 МБ, исполняемые как операции блоками по 128 КБ без очередей. Тест усредняет производительность по восьми всплескам для всего 1 ГБ данных, читаемых с диска, содержащего 16 ГБ данных. Время простоя привода между каждым всплеском достаточно, чтобы общий рабочий цикл составил 20%.

Как мы видим, скорость последовательного считывания WD Black в несколько раз выше, чем в прошлогодней модели, но все же далека от того, чтобы ставить рекорды.

Тест последовательного чтения использует глубину очереди от 1 до 32, при этом показатели производительности и мощности вычисляются как среднее значение QD1, QD2 и QD4. Каждая глубина очереди проверяется одну минуту или 32 ГБ (что быстрее), с диска, содержащего 64 ГБ данных.

При тестировании последовательного чтения диски Samsung NVMe определенно имеют преимущество над WD Black.

Что касается энергоэффективности последовательного чтения, WD Black намного ближе к вершине, заметно уступает лишь Samsung 960 PRO.

Western Digital WD Black 1TB (3D NAND)

Intel SSD 760p 512GB

Samsung 960 EVO 1TB

Samsung 960 PRO 1TB

Patriot Hellfire 480GB

Samsung PM981 1TB

OCZ RD 400 1TB

ADATA XPG SX8000 512 GB

Western Digital WD Black 512GB (2D NAND)

SanDisc Extreme PRO 1TB

Toshiba XG5 1TB

Samsung 860 EVO 2TB M.2

Crucial MX500 1TB

SanDisc Ultra 3D 1TB

Intel Optane 900P 280GB

Western Digital WD Black 7200RPM 1TB

Производительность при последовательном чтении WD Black стартует очень посредственно в QD1, но неуклонно растет вплоть до QD16, здесь она превосходит всех, кроме SSD Optane. Toshiba XG5 демонстрирует аналогичное поведение масштабирования, но соревноваться с новым WD Black не может.

Производительность последовательной записи

Тест на производительность последовательной записи данных аналогичен предыдущему – тесту последовательного чтения. Каждый пакет записывает 128 МБ данных в виде операций по 128 КБ, выпущенных в QD1, в общей сложности 1 ГБ данных, записанных на диск, содержащий 16 ГБ данных.

Как и в случае теста случайной записи, наши диски — близнецы показывают удивительное различие в скоростях при последовательной записи. WD SanDisk Extreme делит второе место с Samsung 960 EVO, в то время как WD Black идет наравне с Samsung PM981 (который пришел на смену 960 Evo, прирост скорости записи по сравнению с SSD 960 Evo составляет порядка 40 %).

Тест продолжительной последовательной записи структурирован идентично тесту последовательного чтения, за исключением направления передачи данных. Глубина очереди варьируется от 1 до 32, и каждая глубина проверяется одну минуту или 32 ГБ, после чего наступает минута простоя, отведенная для корректной отработки технологии сборки мусора, такой перерыв дает приводу возможность охладиться. Тест ограничивается 64-гигабайтным диапазоном привода.

Производительность постоянной последовательной записи WD Black не на первом месте, однако намного опережает все, кроме лучших дисков от Samsung и Intel. WD Black почти в два раза быстрее, чем Toshiba XG5, который использует по существу ту же flash.

Несмотря на то, что тестируемый продукт не показал топовой производительности при тестировании последовательной записи, WD Black является явным победителем в показателях энергоэффективности. При потребляемой мощности чуть более 4 Вт он совершенно не испытывает недостатка питания. В этом направлении была проделана такая большая работа, что в тестировании эффективности накопитель смог превзойти всех конкурентов.

Western Digital WD Black 1TB (3D NAND)

Intel SSD 760p 512GB

Samsung 960 EVO 1TB

Samsung 960 PRO 1TB

Patriot Hellfire 480GB

Samsung PM981 1TB

OCZ RD 400 1TB

ADATA XPG SX8000 512 GB

Western Digital WD Black 512GB (2D NAND)

SanDisc Extreme PRO 1TB

Toshiba XG5 1TB

Samsung 860 EVO 2TB M.2

Crucial MX500 1TB

SanDisc Ultra 3D 1TB

Intel Optane 900P 280GB

Western Digital WD Black 7200RPM 1TB

Скорость последовательной записи WD Black довольно устойчива в широком диапазоне глубин очереди, и показывает небольшое увеличение от QD1 до QD2, без признаков ухудшения из-за чрезмерной сборки мусора после заполнения кэша SLC.

Смешанная случайная производительность

Тест смешанных случайных чтений и записей состоит из миксов, которые варьируются от чистого чтения до чистой записи с шагом 10%. Каждый микс тестируется до 1 минуты, или 32 ГБ переданных данных. Тестирование проводится с глубиной очереди 4 и ограничено 64-гигабайтным диапазоном привода. Между миксами привод простаивает до одной минуты, так чтобы общий рабочий цикл составлял 50%.

WD Black показал отличную производительность смешанного случайного ввода-вывода, но он все еще медленнее, чем лучшие диски от Samsung, а вот Optane SSD — в совершенно другой лиге.

Эффективность энергопотребления WD Black при смешанном случайном тестировании ввода-вывода примерно равна Samsung 960 PRO, и немного уступает SSD Optane, несмотря на огромную разницу в абсолютном уровне производительности.

Western Digital WD Black 1TB (3D NAND)

Intel SSD 760p 512GB

Samsung 960 EVO 1TB

Samsung 960 PRO 1TB

Patriot Hellfire 480GB

Samsung PM981 1TB

OCZ RD 400 1TB

ADATA XPG SX8000 512 GB

Western Digital WD Black 512GB (2D NAND)

SanDisc Extreme PRO 1TB

Toshiba XG5 1TB

Samsung 860 EVO 2TB M.2

Crucial MX500 1TB

SanDisc Ultra 3D 1TB

Intel Optane 900P 280GB

Western Digital WD Black 7200RPM 1TB

Производительность WD Black растет очень медленно при смещении нагрузки от чтения к записи, но ближе к концу теста хорошая реализация кэширования записи SLC делает WD Black победителем. Потребляемая мощность составляет менее 2 Вт для большей части теста, и не достигает показателя 4 Вт в самом конце.

Смешанная последовательная производительность

Наш тест смешанных последовательных чтения и записи, в отличие от предыдущего теста ввода-вывода, выполняет последовательные обращения размером 128 КБ (вместо 4 КБ в случайных местах), а также проводится на глубине очереди 1. Диапазон тестируемых миксов не изменился, сроки и ограничения на передачу данных те же, что описаны выше.

Производительность смешанных последовательных рабочих нагрузок WD Black на удивление высока, и едва уступает SSD Optane, намного опережая остальные флеш-накопители.

WD Black потребляет примерно ту же мощность, что и другие SSD, во время смешанного последовательного теста, что в сочетании с отличной производительностью приводит накопитель к лидерству в энергоэффективности.

Western Digital WD Black 1TB (3D NAND)

Intel SSD 760p 512GB

Samsung 960 EVO 1TB

Samsung 960 PRO 1TB

Patriot Hellfire 480GB

Samsung PM981 1TB

OCZ RD 400 1TB

ADATA XPG SX8000 512 GB

Western Digital WD Black 512GB (2D NAND)

SanDisc Extreme PRO 1TB

Toshiba XG5 1TB

Samsung 860 EVO 2TB M.2

Crucial MX500 1TB

SanDisc Ultra 3D 1TB

Intel Optane 900P 280GB

Western Digital WD Black 7200RPM 1TB

График изменения производительности WD Black в смешанном последовательном тесте выглядит весьма странно. Многие диски показывают вогнутую кривую с максимальной производительностью на обоих концах теста, когда рабочая нагрузка – либо чистая запись, либо только чтение, а наихудшую производительность в середине теста. Напротив, у WD Black график производительности начинается с нижних позиций, но быстро прирастает в течение первой половины теста, и держится максимального значения на протяжении всей второй половины.

Управление энергопотреблением

В реальном мире режим нагрузки домашних накопителей оставляет SSD бездействующими большую часть времени. Это значит, что измерения активной мощности, представленные ранее в этом обзоре, показывают лишь часть того, как определить качество привода при использовании питания от батареи. При малонагруженном использовании эффективность энергопотребления SSD определяется тем, насколько он может экономить электроэнергию в режиме ожидания.

SATA SSD тестируются при отключении управления питанием SATA, чтобы измерить их потребление активного ожидания, а далее оценить потребление глубокого ожидания и задержку пробуждения. Наш тестовый стенд, как и любая десктопная система, не может запускать самое глубокое состояние бездействия DevSleep (режим наиболее низкого потребления энергии).

Управление потреблением в состоянии бездействия для SSD-накопителей NVMe намного сложнее, чем для SSD-накопителей SATA. NVMe SSD имеют различные состояния простоя, они отличаются друг от друга уровнями энергопотребления и задержками, которые возникают при возвращении компонента в активное состояние. Накопитель WD Black поддерживает технологию APST (Автономное изменение состояния питания).

Мы измеряем потребление бездействия двумя путями. Активное ожидание представляет собой работу типичного десктоп-PC, в котором не используется ни одна из усовершенствованных функций энергосбережения PCIe или NVMe, и привод сразу готов к обработке новых команд. Показатель энергопотребления в режиме ожидания измеряется с включенным питанием Power Status L1.2 PCIe и поддержкой NVMe APST.

Как и большинство накопителей SSD NVMe, WD Black имеет достаточно высокое потребление в режиме ожидания – это цена поддержки активной шины PCIe 3×4. Потребление активного ожидания немного выше, чем у предыдущего WD Black SSD, но соответствует приводам от Samsung, Toshiba и Phison.

Включение всех расширенных функций управления питанием PCIe и NVMe не оказывает желаемого эффекта на исследуемый диск WD Black. Потребление снижается всего на половину (даже меньше), а ожидался «спад» хотя бы на порядок. Прошлая модель WD Black SSD использовала агрессивное управление питанием независимо от того, запросила ли его операционная система. Новый WD Black, похоже, оказался неспособен сэкономить много энергии на нашем десктопном стенде, вне зависимости от запрашиваемой мощности системой. Мы будем работать с Western Digital, чтобы попытаться определить причину этого ненормального поведения. WD Black не является единственным накопителем NVMe, у которого проблемы в управлении питания возникают с «коробки», Intel и Samsung смогли создать диски, которые обеспечивают очень низкое потребление в режиме ожидания, как мы видим по результатам тестирования.

Поскольку WD Black явно не в состоянии задействовать все возможности управления питанием на нашем стенде, неудивительно, что его задержка пробуждения довольно мала. Это не минимальные ~ 15 мкс, что мы наблюдаем у дисков, которые не пытаются экономить электроэнергию в принципе, но ~ 230 мкс все еще очень быстрое время пробуждения.

Вывод

Из прошлогодних тестов мы узнали о дисках SATA от Western Digital и Toshiba XG5, где 64-слойная 3D-TLC показала огромный скачок в сравнении с планарным NAND, и, возможно, была самой быстрой и энергоэффективной TLC NAND. Теперь очевидно, что эти диски даже не пытались использовать на полную возможности новой flash. С новым контроллером на борту, Western Digital BiCS 3 TLC сверкает, как бриллиант. Новый WD Black и SanDisk Extreme PRO — это, несомненно, высококачественные SSD-накопители NVMe, которые соответствуют уровню Samsung 960 EVO, а иногда даже превосходят 960 PRO.

Кроме нескольких разочаровывающих моментов в результатах тестов WD Black, не может не радовать тот факт, что даже тогда, когда накопитель не находится на первых или вторых местах, он на голову превосходит низкоуровневые накопители NVMe. Две самые большие проблемы — это плохой старт в тесте последовательного чтения, и ряд ошибок управления энергопотреблением NVMe, которые, возможно, удастся решить со временем. Многие диски NVMe начинают «вести себя дивно», когда дело доходит до управления мощностью бездействия, согласитесь, резкий контраст с почти универсальной и безупречной поддержкой среди дисков SATA, по крайней мере, для состояния сна, а также DevSleep (который не может использоваться на десктопных компьютерах).

Энергоэффективность WD Black под нагрузкой превосходна, можно смело заявить — контроллер Western Digital NVMe не является пожирателем энергии. По результатам тестов WD Black неожиданно превзошел все наши ожидания, особенно во время смешанного последовательного теста ввода-вывода: ни один из тестируемых накопителей не смог с ним сравниться.

Samsung занимал лидирующие позиции на раннем этапе гонки среди NVMe SSD, и все еще продолжает удерживать первые места. За это время многие бренды пытались внедрить высокопроизводительные SSD-накопители NVMe с планарной NAND, а то и с неудачными Intel / Micron 3D NAND первого поколения. К неудачным попыткам можно отнести и оригинальный WD Black NVMe SSD прошлого года, который использовал 15-нм планарный TLC и едва ли мог превзойти приличный диск SATA.

MSRP (рекомендуемая розничная цена) WD Black примерно совпадает с текущими розничными ценами на Samsung 960 EVO, который и является прямым конкурентом тестируемого устройства. Ни один из этих накопителей не обладает явным преимуществом производительности при емкости в 1ТБ, WD Black имеет скромное преимущество по показателю энергоэффективности (несмотря на обнаруженные проблемы в состоянии бездействия). Intel 760p оказался в этом ценовом диапазоне, но он явно неконкурентоспособен.

Plextor M9Pe стал доступен для покупателей после официального запуска в начале этого года. В нем Toshiba 64L TLC и контроллер Marvell, он в точности отображает то, чем бы мог быть новый WD Black без внедрения собственного внутреннего контроллера Western Digital. Скоро у нас появятся предварительные результаты по M9Pe.

Долгие годы трудов Western Digital по разработке 3D-NAND и их нового контроллера NVMe окупились. Они снова заслуживают быть в высшей лиге, да и их последние SATA SSD также показывают себя с неплохой стороны. В этом году рынок SSD имеет серьезную конкуренцию почти в каждой ценовой категории.

Спасибо, что остаетесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?