Статья: Обзор SSD-накопителя Toshiba OCZ TL100: лишиться DRAM без драмы

В конце 2016 – начале 2017 года на рынке потребительских SSD сложилась весьма нетипичная ситуация. Основной тенденцией, определяющей характеристики новых продуктов в этом временном интервале, стало не улучшение потребительских характеристик и не внедрение прогрессивных технологий, таких как скоростной NVMe-интерфейс или флеш-память с трёхмерной организацией. Основное внимание производителей оказалось направлено совсем в иную сторону – на дешёвые контроллеры, позволяющие строить накопители без DRAM-буфера. Такие решения не слишком производительны и предлагают худшую надёжность, однако они позволяют снизить себестоимость, и именно эта их сторона оказалась ключевой.

Произошло так по вполне понятным причинам.  На рынке флеш-памяти бушует дефицит, цены на кристаллы NAND не переставая растут, поэтому производители SSD стали активно искать пути для экономии, и удаление из конструкции накопителя буфера на базе динамической памяти – вполне очевидный шаг. Дело в том, что безбуферные SSD новинкой на самом деле не являются. Такие решения были популярны, например, во время господства решений на платформах SandForce. Однако впоследствии DRAM-буфер всё же отстоял своё место в производительных накопителях, и послужил дополнительным средством, благодаря которому скорости SSD на мелкоблочных операциях стали выше. Но сейчас изготовителей больше интересует цена, а не производительность, и это приводит к некоторому откату назад.

Тем не менее сказать, что безбуферные накопители – это вчерашний или позавчерашний день, всё-таки нельзя. На самом деле такие SSD никуда не исчезали и всё время в ограниченных количествах присутствовали на рынке, но относились к решениям, нацеленным на узкий круг потребителей, которым реальные скоростные показатели дисковой подсистемы не слишком интересны. Сейчас же поголовье SSD без DRAM сильно выросло, и начинает даже казаться, что такие решения могут стать мейнстримом.

И к тому есть серьёзные предпосылки. Дело в том, что три основных независимых разработчика контроллеров SSD: Marvell, Silicon Motion и Phison активно продвигают удобные для внедрения платформы, позволяющие строить удешевлённые накопители без DRAM-буфера. В связи с этим многие из производителей SSD второго-третьего эшелонов добавили в ассортимент своей продукции модели такого класса, которые, разумеется, привлекли внимание покупателей благодаря низким ценам.

Особенно широкое распространение на этом фоне приобрела платформа Phison S11. С одной стороны, она может предложить несколько лучшее быстродействие по сравнению с другими безбуферными решениями, а с другой – использовать её производителям накопителей проще всего. Компания Phison охотно выступает в роли ODM-поставщика и предлагает партнёрам практически готовые к реализации накопители, которые конечному производителю остаётся лишь соответствующим образом промаркировать и пустить в продажу. В результате, большинство дешёвых безбуферных накопителей, представленных нынче на прилавках магазинов, основывается именно на контроллере Phison PS3111-S11.

Однако нужно иметь в виду, что такие решения далеко не одинаковы. Существует как минимум несколько различных конфигураций платформы с контроллером Phison PS3111-S11, различающихся типом используемой флеш-памяти. Так, встречаются варианты на базе планарной TLC-памяти Toshiba или SK Hynix, а кроме того, такая платформа может включать в себя и трёхмерную TLC-память компании Micron. Использование различной флеш-памяти оказывает заметное влияние на производительность, поэтому смешивать в одну кучу все дешёвые модели без буфера явно не стоит.

Если вы внимательно следите за нашими тестами накопителей, то наверняка заметили, что среди современной недорогой памяти с трёхбитовыми ячейками наилучшими скоростями могут похвастать чипы, выпускаемые Toshiba. Поэтому, если уж и имеет смысл смотреть в сторону бюджетных безбуферных решений нового поколения, то начинать стоит именно с тех SSD, которые базируются на такой памяти. Именно по этой причине для подробного знакомства с платформой Phison S11, игнорировать существование которой стало попросту невозможно, мы выбрали продукт, предлагаемый самой Toshiba.

Для реализации бюджетного дизайна на базе контроллера Phison PS3111-S11 компания Toshiba использует сразу две идентичных модели. Один накопитель – Toshiba A100, второй – OCZ TL100. На тесты мы взяли вариант, продающийся под торговой маркой OCZ, но на самом деле это не важно: отличается от Toshiba A100 он лишь наклейкой на корпусе. На его примере мы познакомимся с платформой Phison S11 и попробуем понять, стоит ли обращать внимание на многочисленные модели, не имеющие в своей конструкции чипа оперативной памяти.

⇡#Технические характеристики

В семействе продуктов, которое Toshiba реализует под торговой маркой OCZ, уже существовал бюджетный накопитель – OCZ TR150. Он остаётся актуальным и по сей день, однако называть его дешёвым стало достаточно сложно. Из-за произошедших на рынке твердотельных накопителей изменений сейчас TR150 стоит на 15-20 процентов дороже, чем потребительские накопители, относящиеся к новому поколению SSD нижней ценовой категории. Поэтому компания Toshiba приняла решение добавить в модельный ряд ещё один продукт, который смог бы конкурировать с наиболее доступными альтернативами, предлагаемыми конкурентами.

Иными словами, к OCZ TL100 можно относится как к дополнительно удешевлённой безбуферной версии OCZ TR150, причём это сравнение не столько образное, сколько буквальное: оно достаточно точно описывает изменения, которые претерпела аппаратная часть. Флеш-память в новинке осталась точно такой же, какой была и раньше: это – планарная TLC NAND, производимая компанией Toshiba по наиболее современному технологическому процессу с 15-нм нормами. Однако поменялся контроллер: вместо Phison PS3110-S10 теперь используется значительно более примитивная микросхема PS3111-S11 того же конструкторского бюро.

И такое изменение не стоит недооценивать. Phison PS3111-S11 по сравнению с предшествующим ему чипом имеет сильно урезанный и упрощённый дизайн. Во-первых, в новом контроллере с восьми до двух сокращено количество каналов для подключения флеш-памяти – это ограничивает производительность и позволяет собирать конфигурации лишь с ёмкостью не более 512 Гбайт. Во-вторых, контроллер базируется на одноядерном 200-мегагерцовом ARM-процессоре, что тоже снижает его производительность и повышает время отклика, но зато упрощает дизайн кристалла и положительно сказывается на энергопотреблении. И в-третьих, контроллер Phison PS3111-S11 может работать без внешнего DRAM-буфера, который при классической схеме применяется для ускорения доступа к таблице трансляции адресов. В результате появляется возможность дополнительно сэкономить на компонентах SSD, однако быстродействие при обслуживании мелкоблочных операций падает, а также снижается ресурс массива флеш-памяти.

Впрочем, инженеры Phison смогли частично нейтрализовать эти недостатки. Небольшой объём SDRAM размером 32 Мбайт интегрирован прямо внутрь контроллера Phison PS3111-S11, и для накопителей начальных ёмкостей этого хватает, чтобы буферизировать основную часть обращений к таблице трансляции адресов.

Попутно в Phison PS3111-S11 нашли место и некоторые технические улучшения по сравнению с предшествующим контроллером. Самое главное из них – появление поддержки вероятностных методов коррекции ошибок LDPC ECC. Благодаря им контроллер имеет возможность точнее интерпретировать состояние плавающего затвора транзисторов флеш-памяти, что кратно сокращает число ошибок при распознавании хранимых данных. Такой подход во многом компенсирует повышение нагрузки на массив NAND, связанное с отсутствием должного уровня буферизации мелкоблочных операций.

В итоге, несмотря на то, что платформа Phison S11 и выглядит по сравнению с S10 значительно более слабой, новый OCZ TL100 по паспортным характеристикам старому OCZ TR150 не проигрывает.

Если говорить о спецификациях, то OCZ TL100 уступает более дорогому предшественнику разве только в том, что в модельном ряду теперь отсутствуют варианты с ёмкостью более четверти терабайта. Делать вместительные модификации удешевлённого SSD производитель посчитал достаточно бессмысленной затеей. Зато заявленные для TL100 показатели производительности ничуть не хуже, чем у TR150, а скорость записи у новинки якобы даже выше.

Впрочем не стоит забывать, что во всех накопителях, построенных с применением TLC-памяти, высокие характеристики достигаются в первую очередь с помощью SLC-кеширования. Небольшая часть массива флеш-памяти работает в SLC-режиме и у OCZ TL100. Согласно результатам тестирования, объём такого кеша в данном случае составляет чуть более 1 Гбайт на каждые 128 Гбайт ёмкости SSD. И заявленные показатели производительности обеспечиваются в OCZ TL100 лишь в пределах этой небольшой области. За её же пределами, очевидно, старый OCZ TR150 будет быстрее новинки как минимум за счёт большего числа каналов, используемых контроллером для работы с массивом флеш-памяти.

Зато показатели, относящиеся к выносливости, у OCZ TR150 и у TL100 аналогичны без каких-либо оговорок. Срок гарантии в обоих случаях составляет три года, причём речь идёт о эксклюзивной фирменной гарантии, которая действует в том числе и в России и позволяет оперативно обменивать вышедшие из строя экземпляры SSD напрямую через службу поддержки. Разрешённый же ресурс определён из расчёта возможности перезаписи порядка четверти полной ёмкости накопителя ежедневно, однако и накопители, эксплуатирующийся в более интенсивном режиме, Toshiba, как правило, с гарантии не снимает.

Если говорить о стоимости новинки, то предпринятые для удешевления меры привели к тому, что её себестоимость снизилась примерно на 15-20 процентов. Это позволило OCZ TL100 попасть в сегмент SSD начального уровня, где она может конкурировать с многочисленными моделями безбуферных накопителей прочих производителей. Причём OCZ TL100 на их фоне смотрится весьма достойно, ведь её аппаратная платформа – один из лучших вариантов среди альтернатив, работающих без DRAM. Контроллер Phison PS3111-S11 в целом производительнее, чем предложения Silicon Motion или Marvell аналогичного класса. А память компании Toshiba, устанавливаемая в OCZ TL100, – одна из самых быстрых на сегодняшний день разновидностей NAND с трёхбитовыми ячейками.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для проведения тестирования наша лаборатория получила старшую версию твердотельного накопителя Toshiba OCZ TL100 ёмкостью 240 Гбайт. Именно такая ёмкость наиболее интересна – дело не только в заметно снизившейся популярности 120-гигабайтных накопителей, но ещё и в том, что более ёмкие модификации производительнее, хотя для SSD с двухканальным контроллером различие вряд ли будет очень заметным.

Внешне Toshiba OCZ TL100 как до предела удешевлённый накопитель не выглядит. В то время как большинство SSD такого класса сегодня выпускаются в пластиковых корпусах, оболочка OCZ TL100 сделана из алюминия. Однако скреплены половинки корпуса при этом не на винтах, а на защёлках, что, впрочем, не столь важно. Детали хорошо подогнаны друг к другу и обеспечивают достаточную монолитность и жёсткость конструкции.

Верхняя и нижняя поверхности накопителя обклеены этикетками. С лицевой стороны это – маркетинговый ярлык, определяющий принадлежность SSD к числу продуктов компании Toshiba и уточняющий наименование модели. Наклейка же на оборотной стороне сообщает технические детали: помимо названия и ёмкости, это – серийный номер, артикул, информация об интерфейсе и даже о типе установленной в SSD памяти (TLC).

Среди прочего сообщается и версия прошивки, залитая в накопитель на заводе. Поскольку речь идёт о накопителе с контроллером Phison, по номеру версии нетрудно получить базовое представление о начинке SSD. Например, в нашем накопителе использовалась версия SBFZ10.1 (в процессе тестирования она была заменена на более новую версию SBFZ10.3), и в этом идентификаторе второй символ указывает на контроллер (A – Phison PS3110-S10, B – Phison PS3111-S11), а пятый – на тип памяти (0 – MLC, 1 или 5 – TLC, 7 – TLC 3D).

Но мы с начинкой накопителя провели и более подробное, непосредственное знакомство. Внутри корпуса OCZ TL100 оказалась установлена стандартная печатная плата с созданным инженерами Phison дизайном, на которой, тем не менее, расположился несколько нестандартный набор полупроводниковых компонентов.

Самый главный сюрприз – это контроллер, вернее его маркировка. На микросхеме оказалось выгравировано не ожидаемое название Phison PS3111-S11, а иное – Toshiba TC58NC1010. Однако не нужно думать, что контроллер для OCZ TL100 разработан самой Toshiba. Этот чип от начала и до конца всё равно сделан силами специалистов Phison, а японский производитель лишь пользуется своим правом размещать на нём собственную маркировку благодаря тому, что он выступает крупнейшим акционером и близким партнёром разработчика контроллеров. И это уже не первый такой случай. Абсолютно аналогично основанные на контроллере Phison PS3110-S10 накопители серии OCZ TR150 имеют основной чип, промаркированный как Toshiba TC58NC1000.

Что же касается микросхем флеш-памяти, то они произведены самой Toshiba уже без всяких оговорок. Выбранные Toshiba для OCZ TL100 240 Гбайт чипы с маркировкой TH58TFG9UHLTA2D содержат внутри себя по паре 256-гигабитных кристаллов планарной TLC NAND, произведённой по 15-нм технологическим нормам. Обратите внимание, здесь Toshiba прибегла к ещё одному способу удешевления и выбрала для своего SSD начального уровня устройства TLC NAND с увеличенной ёмкостью ядер. В результате массив флеш-памяти состоит всего из восьми устройств, которые работают с четырёхкратным чередованием в каждом канале контроллера.

Общий объём флеш-памяти, установленной в испытанный нами Toshiba OCZ TL100 – 256 Гбайт. Однако пользователю доступно лишь около 240 Гбайт (в Windows вы увидите значение 224 ГиБ, что как раз равно чуть больше 240 Гбайт), остальное же зарезервировано контроллером для внутренних нужд: под выравнивание износа, подменный фонд, SLC-кеш и работу технологии сборки мусора.

Подытоживая, стоит отметить, что Toshiba OCZ TL100 – это абсолютно стандартный накопитель на платформе Phison S11, причём, похоже, что даже произведённый не самой Toshiba, а компанией Phison на предприятиях PTI по ODM-контракту. А это значит, что у OCZ TL100 существует немало аналогов. И это не только уже упоминавшийся Toshiba A100, но и, например, такие накопители как Patriot Spark или Kingston A400.

⇡#Программное обеспечение

Раньше к накопителям OCZ традиционно предлагалось достаточно продвинутая фирменная утилита SSD Guru. Теперь же, когда торговая марка OCZ отошла во владение Toshiba, эта утилита переименовалась в SSD Utility, но её функциональные возможности хуже от этого не стали. Данная программа поддерживает и новый накопитель Toshiba OCZ TL100.

Помимо выдачи общей информации о состоянии SSD, утилита может сообщать расширенные сведения о накопителе и его показателях S.M.A.R.T. Причём, все атрибуты снабжены описанием и интерпретацией, дающей общее понимание ситуации неподготовленным пользователям.

Кроме того, предусмотрен простой бенчмарк и возможность увеличения зарезервированного контроллером для внутренних нужд раздела. 

Имеющиеся в SSD Utility средства для обслуживания накопителей включают функции для обновления прошивки через интернет и для выполнения уничтожения хранимых на SSD данных либо через стандартную команду Secure Erase, либо прямой перезаписью содержимого.

Не хватает в текущей версии SSD Utility разве только средств для управления подачей команды TRIM.