Статья: Обзор SSD-накопителя Silicon Power Slim S55: версия 2017, c 3D-эффектами

Рынок твердотельных накопителей переживает сейчас не лучшие времена. NAND-память в дефиците, и цены на неё растут уже четвёртый квартал подряд, что, с одной стороны, приводит к проблемам с поставками потребительских SSD, а с другой — влечёт за собой их удорожание. В конечном итоге всё это сказывается и на интересе к твердотельным накопителям со стороны покупателей. Неудивительно, что со второй половины прошлого года продажи SSD практически не увеличиваются, а в первом квартале 2017 был даже зафиксирован некоторый спад. Ещё бы, рост средней цены накопителей не добавляет покупателям энтузиазма, тем более что его масштабы более чем заметны: только за последний квартал SSD на базе MLC-памяти стали дороже на 12-16 процентов, а TLC-накопители прибавили в цене 10-16 процентов.

Положение осложняется ещё и тем, что никто не ждёт быстрого улучшения ситуации. Вслед за наступившим сейчас периодом относительного затишья производители SSD ожидают новой волны проблем с недопоставками NAND-памяти, которая, согласно прогнозам, придёт в третьем квартале вместе с массовым обновлением модельных рядов флагманских смартфонов, включая и Apple iPhone. Облегчения же дефицита флеш-памяти и возвращение ценовых тенденций к привычному и логичному положению дел можно ждать не ранее конца года, когда основные производители флеш-памяти смогут наконец наладить полномасштабные поставки 3D NAND второго поколения.

В сложившихся условиях одним из приоритетов в разработке новых моделей SSD стало стремление к их удешевлению. Большинство массовых моделей накопителей, которые пришли на рынок в последнее время, основываются на ультрабюджетных платформах, что даёт возможность производителям хоть как-то удерживать цены конечной продукции, не слишком теряя при этом в объёмах продаж. Расцвет переживают накопители, в дизайне которых нет DRAM и используются сильно упрощённые, маломощные контроллеры. Удаление из схемы работы SSD динамической оперативной памяти и экономия на базовом чипе отчасти компенсирует удорожание флеш-памяти и позволяет получать продукты с не слишком шокирующей покупателей конечной ценой.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что большинство новинок SSD, которые заполняют в последнее время прилавки магазинов, это решения на базе контроллеров Phison S11, SMI SM2258XT и Marvell 88NV1120 – микросхем независимых разработчиков, где во главу угла поставлена простота и экономия. Естественно, все такие модели SSD используют также и более дешёвую NAND-память с трёхбитовыми ячейками.

Однако в последнее время в ассортименте подобных продуктов наметились некоторые изменения, связанные с появлением на открытом рынке флеш-памяти с трёхмерной структурой. Компания Micron, которая с трёхлетним отставанием от Samsung смогла наладить производство 32-слойной памяти с приемлемым для твердотельных накопителей качеством, постепенно начала обеспечивать продукцией не только себя саму, но и ближайших партнёров. В результате на рынок начали прибывать достаточно любопытные новинки. Так, вслед за первым SSD на базе микроновской TLC 3D NAND, накопителем Crucial MX300, появились основанные на такой памяти продукты ADATA и Transcend, а затем TLC 3D NAND стали брать на вооружение и производители третьего эшелона, которые пользуются конструктивными наработками, предлагаемыми разработчиками контроллеров.

В частности, не так давно готовый дизайн накопителей на базе бюджетной платформы без оперативной памяти и с TLC 3D NAND появился у компании Phison, решениями которой пользуется несметное число партнёров. И сейчас SSD, построенные на такой платформе, активно проникают в розничную сеть под различными торговыми марками. Мы решили поближе познакомиться с примером такого продукта и выбрали для тестирования один из новых SSD под брендом Silicon Power – Slim S55.

Здесь необходимо сделать оговорку о том, что накопитель с названием Silicon Power Slim S55 мы уже тестировали. Однако это было три года назад, и за прошедшее время многое изменилось. Дело в том, что компания Silicon Power не считает нужным выдерживать постоянство аппаратной платформы своих продуктов, и меняет её исходя из текущей рыночной ситуации. Поэтому модель Slim S55, которая позиционируется как бюджетный SSD, с тех пор последовательно сменила несколько вариантов начинки, успев побывать накопителем на контроллерах SandForce SF-2281, Phison PS3108-S8, PS3109-S9, PS3110-S10, и вот теперь она наконец-то добралась до контроллера Phison PS3111-S11. Именно такую актуальную модификацию образца 2017 года мы и взяли для нового исследования. Интерес к ней вызван в первую очередь тем, что этот накопитель является воплощением типового эталонного дизайна, который сегодня используется в большом числе продуктов других производителей: Patriot, GOODRAM, Smartbuy, GALAX, PNY и других. Иными словами, всё что будет сказано про Silicon Power Slim S55, в равной степени можно отнести к массе других накопителей на контроллере Phison S11 с микроновской TLC 3D NAND.

⇡#Технические характеристики

Итак, текущий вариант Silicon Power Slim S55 – это накопитель на базе контроллера Phison PS3111-S11. Сам по себе этот чип уже не нов – первые SSD на его основе начали появляться на рынке более полугода тому назад. Но до нашей лаборатории подобное решение дошло только сейчас – в первую очередь это связано с тем, что мейнстримом микросхема Phison S11 стала совсем недавно. Раньше же её позиционировали в качестве нишевого решения для каких-то специализированных применений, где вопрос цены стоял особенно остро.

Главная особенность контроллера Phison PS3111-S11 заключается в том, что он совсем не похож на своего предшественника, Phison S10, а представляет собой результат творчества иной инженерной команды, которая старалась сделать максимально простую, но в то же время приемлемую по характеристикам платформу. И в прямом сравнении архитектуры с S10 новая микросхема S11 серьёзно проигрывает. Вместо четырёхъядерного процессора, который лежал в основе S10, в новом чипе есть лишь одно ARM-ядро. Число каналов для работы с флеш-памятью сократилось в четыре раза – их осталось только два. К тому же из контроллера убрали внешний DRAM-интерфейс. С другой стороны, такой контроллер значительно дешевле.

Казалось бы, решение со столь скромным внутренним потенциалом должно иметь сильно урезанные характеристики производительности. Однако разработчики обещают скорости чтения до 550 Мбайт/c и до 95 тыс. IOPS, что и позволяет производителям вроде Silicon Power позиционировать накопители класса Slim S55 в качестве недорогих массовых продуктов.

Безусловно, основные опасения касательно платформы Phison PS3111-S11 связаны с отсутствием в ней DRAM-буфера. В архитектуре SSD этот буфер применяется в первую очередь для хранения копии таблицы трансляции адресов, посредством которой логические адреса блоков данных (по которым к ним обращается операционная система) сопоставляются с физическими адресами в массиве флеш-памяти. Эта таблица – ключевой элемент накопителя, и скорость доступа к ней сильно влияет на быстродействие SSD, особенно при операциях с мелкими блоками. Поэтому копию таблицы трансляции принято хранить не только в энергонезависимой NAND-, но в значительно более быстрой DRAM-памяти.

Кроме того, таблица трансляции адресов подвергается постоянному изменению. Необходимость в модификации таблицы возникает как при любой записи, так и при работе технологий выравнивания износа и сборки мусора. Следовательно, хранить копию этой таблицы в DRAM полезно и для снижения нагрузки на флеш-память. Таким образом, накопители с архитектурой без DRAM в любом случае теряют не только в скорости, но и в надёжности.

Однако в Phison подошли к проблеме с иной стороны. Как показали статистические исследования, при повседневной эксплуатации потребительских твердотельных накопителей в них активно используется лишь порядка 8 процентов от всего содержимого таблицы трансляции адресов. Поэтому при разработке PS3111-S11 было решено заменить внешний буфер DRAM большого объёма, который заметно увеличивает себестоимость SSD, небольшим SDRAM-буфером, встроенным непосредственно в контроллер. Размер такого буфера составил 32 Мбайт, чего, при определённых допущениях, должно хватать для типичных сценариев использования SSD в персональных компьютерах.

Таким образом, Silicon Power Slim S55, основанный на двухканальной платформе Phison S11 без внешней DRAM, представляет собой модель начального уровня. Однако это не лишает её уникальности. Дело в том, что в паре с контроллером Phison S11 в накопителе Silicon Power используется не привычная для бюджетной платформы планарная TLC NAND компаний Toshiba или SK Hynix, а трёхмерная 32-слойная TLC 3D NAND, выпущенная Micron. Такая память в данном случае выбрана для дополнительного снижения себестоимости: чипы Micron 384-гигабитной ёмкости действительно дешевле. При этом, если верить в обещания производителя, скоростные показатели остаются на том же уровне. Например, по паспортным характеристикам Silicon Power Slim S55 мало отличается от похожего накопителя Patriot Spark, где контроллер Phison S11 соседствует с планарной TLC NAND компании Toshiba.

Впрочем, нужно понимать, что заявляемые скоростные характеристики современных TLC-накопителей, будь они основаны на 2D- или на 3D-памяти, определяются технологией SLC-кеширования, ускоряющей операции записи. Есть SLC-кеш и у Silicon Power Slim S55, его объём составляет порядка 1,6 Гбайт на каждые 128 Гбайт ёмкости накопителя. Именно поэтому формальные спецификации Slim S55 и выглядят, как будто он готов конкурировать с гораздо более дорогими SATA SSD. А вот так ли это в действительности и, если да, то всегда ли — нам и предстоит проверить.

Здесь стоит обратить внимание на один любопытный момент: приведённые в нашей таблице спецификации списаны с фирменного сайта Silicon Power, но там они сопровождаются примечанием: «Скорость передачи данных может отличаться в зависимости от платформы». Это значит, что на самом деле заявленные скоростные параметры производитель не гарантирует, что совершенно не удивительно в свете того, что платформа в Slim S55 подвержена спорадическим изменениям.

Объяснение этого парадокса заключается в том, что Silicon Power, подобно прочим мелким производителям накопителей, не занимается самостоятельным выпуском ни компонентов SSD, ни готовой продукции. Поэтому то, что в конечном итоге поступает под этой маркой в магазины, во многом зависит от наличия и цены тех или иных компонентов на открытом рынке. Например, ещё два-три месяца тому назад в Slim S55 устанавливалась планарная TLC-память, но с появлением доступной TLC 3D NAND Phison стала предлагать партнёрам накопители и с ней, и в Silicon Power решили перейти на реализацию именно такой модификации. Информация на сайте при этом остаётся неизменна, ведь кто знает, что попадёт в эти накопители в ближайшем будущем.

На данный же момент на примере Silicon Power Slim S55 мы можем познакомиться с референсным продуктом Phison, построенным по формуле «S11 плюс Micron TLC 3D NAND». В накопителе польской компании нет никаких уникальных оптимизаций, и даже прошивка написана инженерами Phison. Таким образом, тестирование Slim S55 позволяет составить мнение о целом классе подобных продуктов, которые в последнее время активно завоёвывают рынок.

Причём нет никаких сомнений в том, что SSD с такой начинкой окажутся популярными — в их пользу играет низкая цена. Тот же Silicon Power Slim S55 вместе с Patriot Splash, Smartbuy Revival 2 и Western Digital Green попадает в начальную ценовую категорию и по сравнению с моделями более высокого класса вроде Samsung 850 EVO оказывается дешевле как минимум на 25 процентов.

Конечно, нужно понимать, что Silicon Power Slim S55 – типичный продукт начального уровня: он имеет более низкую производительность, особенно за пределами SLC-кеша, а срок гарантии составляет всего три года. Зато в Slim S55 не ставится никаких ограничений по предельному ресурсу, даже несмотря на то, что выносливость TLC 3D NAND за авторством Micron, которую эта компания выбрасывает на открытый рынок, как показывают проводимые нами тесты надёжности SSD, вызывает серьёзные вопросы. Но в случае Slim S55 надёжность подкреплена мощными внутренними алгоритмами Phison PS3111-S11, среди которых есть вероятностная коррекция ошибок LDPC ECC. И в какой-то мере это способно помочь избежать проблем.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для тестирования Silicon Power Slim S55 мы выбрали образец ёмкостью 240 Гбайт. Поскольку в настоящем обзоре речь пойдёт о доступной модели, такой объём представляется наиболее интересным и ходовым.

Внешность Silicon Power Slim S55 сразу наводит на мысли о тотальной экономии при производстве. Изготовители недорогих накопителей шаг за шагом удешевляли в том числе и конструкцию контейнера SSD, и теперь корпуса бюджетных моделей стали делаться не из металла, а из пластика, и скрепляются они не винтами, а защёлками. Именно такова конструкция внешней оболочки Silicon Power Slim S55.

Неудобство в этом только одно: вскрыть накопитель без повреждений внутрикорпусных защёлок невозможно. В остальном же ничего страшного в таком исполнении нет. Раньше металлические корпуса были жизненно необходимы для отвода тепла от внутренностей SSD, но микросхема Phison PS3111-S11 производится по 40-нм техпроцессу, работает на частоте всего лишь 200 МГц и имеет тепловыделение не более 1,5 Вт, поэтому разогреть внутренний объём 2,5-дюймового накопителя с толщиной 7 мм до сколь-нибудь существенных температур она не в состоянии.

Этикетка на корпусе Slim S55 только одна, хотя на нижней поверхности SSD имеется пустующее углубление для второй наклейки. Она содержит самый минимум информации: помимо названия модели, её ёмкости и серийного номера никаких сведений больше нет. Это весьма прискорбно — учитывая переменчивость начинки Silicon Power Slim S55, не помешала бы дата производства и версия прошивки: эти данные могли бы дать хоть какой-то намёк на то, какая начинка нас ожидает внутри. Например, версии накопителей с контроллером Phison S11 и TLC 3D NAND компании Micron легко выявляются по прошивке с обозначением SBFM71.0.

Внутренности накопителя выглядят следующим образом.

Тут видны и одноразовые защёлки, которые скрепляют две половинки корпуса в единое целое, и то, насколько мало места занимает внутри корпуса плата с компонентами SSD.

Помимо базового контроллера Phison PS3111-S11, на плате имеется лишь четыре микросхемы флеш-памяти. Отдельную микросхему SDRAM в бюджетные SSD теперь ставить не принято. Да и сам контроллер S11 крайне миниатюрен — например, чип Phison S10 был как минимум вдвое больше.

Массив флеш-памяти набран четырьмя микросхемами, которые, если присмотреться, несут на себе различную маркировку. Это неудивительно, ведь 32-слойные кристаллы TLC 3D NAND компании Micron первого поколения имеют ёмкость 384 Гбит, а значит, для того чтобы набрать памяти на накопитель с ёмкостью 240-256 Гбайт, требуется шесть таких полупроводниковых устройств. Соответственно, две микросхемы с маркировкой NW838 (MT29F768G08EECBBJ4-37) заключают внутри себя по два кристалла TLC 3D NAND, а две другие микросхемы, промаркированные как NW837 (MT29F384G08EBCBBJ4-37), – содержат по одному кристаллу. В результате к первому каналу контроллера Phison PS3111-S11 оказывается подключено четыре устройства NAND, а ко второму – два.

Есть и ещё одна особенность, обусловленная использованием в Silicon Power Slim S55 трёхбитовой 3D NAND. Из-за нетипичной ёмкости отдельных кристаллов NAND полный объём массива флеш-памяти оказывается равен не 256, а 288 Гбайт. Однако лишние гигабайты попросту заблокированы прошивкой: они не используются ни при SLC-кешировании, ни в подменном фонде, ни во внутренних алгоритмах накопителя. Пользователю же, как и в модификациях Slim S55 с планарной TLC-памятью, оказывается доступно лишь 223 ГиБ.

Архитектура рассмартиваемой версии Silicon Power Slim S55, её печатная плата и микропрограмма от начала и до конца разработаны инженерами Phison. В этой модели SSD нет никаких отклонений от референсного дизайна, и даже более того, сам накопитель изготовлен силами тайваньского разработчика. Роль же Silicon Power заключается лишь в том, что её специалисты среди многообразия различных конфигураций платформы Phison S11 выбрали именно ту, которую мы видим в Slim S55. И это означает, что Slim S55 далеко не уникален — этот же накопитель нетрудно найти под другими именами.

⇡#Программное обеспечение

Для накопителей, основанных на платформе Phison S11, существует единая сервисная утилита Phison SSD Toolbox. Однако Silicon Power предлагает опираться на собственную утилиту – SP Toolbox. В отличие от Phison SSD Toolbox она разработана программистами Silicon Power, имеет самобытное внешнее оформление и предлагает несколько непривычный набор возможностей.

Впрочем, многие базовые вещи SP Toolbox делать всё-таки умеет. С её помощью можно получить сведения о состоянии SSD, оценку жизнеспособности массива флеш-памяти, суммарный объём записанных данных и прогноз оставшегося времени жизни.

Утилита позволяет посмотреть и на более подробные сведения о состоянии флеш-памяти (на основании показаний S.M.A.R.T.) или получить значения S.M.A.R.T.-параметров в чистом виде.

Также в составе SP Toolbox есть инструментарий для проведения диагностического сканирования накопителя и для оценки его производительности.

Тем не менее некоторых важных функций в составе SP Toolbox не хватает. Так, утилита не позволяет выполнять команду Secure Erase, не умеет управлять подачей команд TRIM и лишена средств для обновления прошивки. А это значит, что на практике использовать её придётся вместе с Phison SSD Toolbox, а не вместо неё. Иными словами, утилита SP Toolbox выглядит достаточно бледно.