Статья: Обзор SSD-накопителя Toshiba TR200: первый с BiCS3

К числу производителей полупроводников, крупносерийно выпускающих чипы флеш-памяти с трёхмерной компоновкой, присоединилась компания Toshiba. Третье поколение её фирменной BiCS-памяти (Bit Cost Scalable) оказалось пригодно для массового употребления, и первые SSD, в которые устанавливается такая флеш-память, устремились на прилавки магазинов. Таким образом, Toshiba наконец-то смогла полноправно войти в клуб производителей 3D NAND, в котором до сих пор состояли Samsung, Micron и Intel, и теперь внедрение трёхмерной флеш-памяти в потребительские накопители пойдёт гораздо более быстрыми темпами.

Toshiba TR200 – это первый массовый SATA SSD, основанный на TLC 3D NAND производства Toshiba. Естественно, такую новинку мы не могли обойти вниманием. Свежие твердотельные накопители компаний Samsung и Intel, в которых используются наиболее современные модификации трёхмерной флеш-памяти этих производителей, производят очень хорошее впечатление. BiCS3-память Toshiba во многом похожа на актуальную версию TLC 3D V-NAND компании Samsung: она тоже имеет 64-слойный дизайн и использует трёхбитовые ячейки, основанные на ловушке заряда. Поэтому есть все основания надеяться, что трёхмерная память Toshiba окажется не хуже схожих полупроводниковых устройств южнокорейской компании. И наша заинтересованность в этом отнюдь не праздная. В последние несколько лет именно Toshiba выступала основным поставщиком флеш-памяти на открытый рынок. В результате большая часть SSD, которые выпускают производители второго-третьего эшелона, не обладающие собственными полупроводниковыми фабриками, сейчас базируется на планарной памяти японской компании. Теперь же в свете происходящих на рынке изменений одним из самых распространённых вариантов наполнения массовых накопителей ближайшего будущего имеет шанс стать именно тошибовская трёхмерная BiCS3.

Тем и интересен Toshiba TR200. Тестированием этого накопителя мы попробуем ответить на вопрос, насколько хорошо получилась у Toshiba её собственная TLC 3D NAND. Хотя, надо признать, TR200 – далеко не лучший вариант устройства для демонстрации преимуществ новой технологии. Дело в том, что, одновременно с началом поставок BiCS3-памяти с пространственной компоновкой, Toshiba решила: с SATA SSD пора закругляться. По мнению стратегов компании, данное направление – тупиковое и уже в самом ближайшем будущем накопители такого типа будут вытеснены решениями с NVMe-интерфейсом. Поэтому разрабатывать производительные SATA SSD, по мнению Toshiba, сегодня уже не имеет никакого смысла. В этом сегменте спрос может существовать лишь на бюджетные решения, и TR200 – это как раз такая модель. В ней с новой памятью сожительствует максимально упрощённый безбуферный контроллер, поэтому даже если новая TLC 3D NAND компании Toshiba и способна похвастать выдающимися характеристиками, маловероятно, что TR200 покажет при этом высокий уровень производительности.

Тем не менее какие-то предварительные прикидки о ещё одной разновидности TLC 3D NAND можно сделать, даже имея такой исходный материал. Расширить же первые выводы мы сможем уже в самое ближайшее время. На прошлой неделе в нашу лабораторию начали поступать SATA-накопители c BiCS3-памятью, сделанные не самой Toshiba, а её партнёрами, и в них используется куда более мощная начинка. Но давайте не будем забегать вперёд. Главная тема настоящего тестирования – изучение накопителя начального уровня Toshiba TR200, первого массового SATA SSD с 64-слойной трёхмерной флеш-памятью с трёхбитовыми ячейками, разработанной Toshiba.

⇡#Технические характеристики

Как можно заключить из названия, своим новым накопителем TR200 компания Toshiba продолжает модельный ряд Trion, который достался ей при поглощении фирмы OCZ вместе со всеми остальными активами. Собственно, последний представитель в этом модельном ряду, OCZ Trion 150, при переходе в ведение Toshiba получил альтернативное название TR150 и, по логике производителя, должен считаться предшественником TR200. Однако с выпуском нового SSD на базе трёхмерной флеш-памяти Toshiba несколько пересмотрела вопросы продвижения продукции, и если раньше розничные модели продавались под двойной торговой маркой «Toshiba OCZ», то в полном названии TR200 упоминание о компании OCZ пропало. Правда, на коробке новинки имя обанкротившегося американского производителя всё ещё указывается, но вот на самом накопителе – уже нет.

Впрочем, полноправным последователем OCZ Trion 150 новый TR200 мы бы всё-таки называть не стали. Дело в том, что, хотя Trion 150 и был бюджетным накопителем, основанным на планарной TLC-памяти, в нём производитель придерживался принципов разумной экономии. Поэтому массивом недорогой флеш-памяти в Trion 150 управлял полноценный восьмиканальный контроллер Phison S10, что в конечном итоге и наделяло этот накопитель неплохим сочетанием цены и производительности.

В новом TR200 массивом из устройств TLC 3D NAND управляет уже другой контроллер – Phison S11. И это – весьма прискорбное изменение. Контроллер Phison S11 был спроектирован как максимально удешевлённая платформа для накопителей самого нижнего уровня. Он основывается на одном 200-мегагерцевом ARM-ядре и использует для работы с массивом флеш-памяти всего два канала. Но что ещё хуже, в этом контроллере вообще нет DRAM-интерфейса, что лишает возможности использовать в конструкции накопителя внешний DRAM-буфер. Вместо этого в Phison S11 предлагается 32-мегабайтный внутренний кеш, но следует понимать, что для хранения полной копии таблицы трансляции адресов его объёма заведомо недостаточно. А это значит, что ожидать хороших скоростных показателей на мелкоблочных операциях от любых SSD на базе Phison S11 точно не стоит.

Таким образом, более правильно сопоставлять Toshiba TR200 не с OCZ Trion 150, а с Toshiba OCZ TL100 – таким же безбуферным накопителем на платформе Phison S11, который компания поставляет на развивающиеся рынки (в том числе и российский). Отсюда нетрудно догадаться, на какое качество новинки собирается особенно напирать производитель при её продвижении. В России продажи TR200 только начинаются, но на североамериканском рынке, где данная модель поступила в розницу несколько недель тому назад, сейчас это – один из самых дешёвых SSD.

Паспортные характеристики Toshiba TR200 выглядят так:

Производитель	Toshiba
Серия	TR200
Модельный номер	THN-TR20Z2400U8	THN-TR20Z9600U8	THN-TR20Z9600U8
Форм-фактор	2,5 дюйма
Интерфейс	SATA 6 Гбит/с
Ёмкость	240 Гбайт	480 Гбайт	960 Гбайт
Конфигурация
Микросхемы памяти: тип, интерфейс, техпроцесс, производитель	Toshiba 64-слойная 256-Гбит BiCS3 3D TLC NAND
Контроллер	Phison PS3111-S11 (Toshiba TC58NC1010)
Буфер: тип, объём	Нет
Производительность
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения, Мбайт/с	555	555	555
Макс. устойчивая скорость последовательной записи, Мбайт/с	540	540	540
Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт), IOPS	79000	82000	82000
Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт), IOPS	87000	88000	88000
Физические характеристики
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись, Вт	0,1/1,7
MTBF (среднее время наработки на отказ), млн ч	1,5
Ресурс записи, Тбайт	60	120	240
Габаритные размеры: Д × В × Г, мм	100,45 × 69,85 × 7,0
Масса	45,7
Гарантийный срок, лет	3

Самое главное, на что следует обратить внимание в этой таблице, – это показатели быстродействия. Они у новинки на 5-10 процентов лучше, чем у накопителя Toshiba OCZ TL100. А если учесть, что разница между TL100 и TR200 лишь в памяти (в TL100 применялась 15-нм планарная TLC NAND производства Toshiba), то нетрудно заключить, что вместе с переходом в третье измерение BiCS3-память получила и более высокую производительность.

Насколько серьёзно такое улучшение характеристик, можно представить себе по слайду из презентации Western Digital, компании, которая разрабатывает технологию BiCS3 совместно с Toshiba.

Судя по представленным данным, по сравнению с планарной 15-нм TLC NAND новая BiCS3-память может обеспечить примерно трёхкратное преимущество в скорости записи и значительно лучшую надёжность хранения данных. Но по поводу производительности всё же не стоит особенно обольщаться. Узким местом Toshiba TR200 является отнюдь не память, а двухканальный контроллер Phison PS3111-S11. Что же касается паспортных скоростей, то, как и во всех прочих накопителях, основанных на памяти с трёхбитовыми ячейками, указанные в спецификациях показатели обеспечиваются технологией SLC-кеширования.

Размер SLC-кеша у Toshiba TR200 достигает примерно 3,5 Гбайт на каждые 240 Гбайт ёмкости, а за пределами этой области производительность операций записи существенно снижается. Наглядно проиллюстрировать это можно результатами практического измерения скорости 480-гигабайтной версии Toshiba TR200 при непрерывной последовательной записи.

Средняя скорость массива памяти в TR200 за пределами SLC-кеша оказывается на уровне 110 Мбайт/с, что крайне мало и почти не отличается от скорости маccива памяти в накопителях на платформе Phison S11, где используется планарная TLC NAND. И это, по всей видимости, значит, что Toshiba попросту убила все преимущества своей BiSC3-памяти, поставив её под управление столь слабого с вычислительной точки зрения контроллера.

Не кажутся сколько-нибудь выдающимися и заложенные в TR200 характеристики выносливости. Срок гарантии на этот накопитель типичен для недорогого SSD и составляет три года. В течение этого временного интервала пользователям разрешается перезаписывать чуть менее четверти ёмкости накопителя ежедневно. Ровно такой же ресурс декларировался и для предыдущих SSD производства Toshiba на базе 15-нм планарной TLC NAND. Так что никаких дивидендов от того, что BiSC3 более надёжна, а контроллер Phison S11, в отличие от S10, поддерживает LDPC-кодирование, пользователи не получат.

Зато модельный ряд Toshiba TR200 немного необычен. Он включает в себя не только накопители ходовых ёмкостей 240 и 480 Гбайт, но и вместительную 960-гигабайтную версию, хотя для SSD объёмом под терабайт бюджетные контроллеры использовать обычно не принято.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Судя по названию, Toshiba TR200 развивает семейство накопителей, которое ранее продавалось под торговой маркой «Toshiba OCZ», но по внешнему виду о новинке такого и не скажешь. Её оформление выполнено в чёрно-зелёной цветовой гамме, в то время как традиционный для OCZ цвет – синий. Видимо, Toshiba считает, что магия бренда OCZ постепенно сошла на нет, и теперь уже нет смысла специально подчёркивать какую бы ни было преемственность.

Больше ничего необычного во внешнем виде Toshiba TR200 не заметно, корпус данного SSD конструктивно похож на то, как выглядели предшествующие модели накопителей Toshiba OCZ. Он состоит из двух алюминиевых половинок, скреплённых между собой защёлками. На лицевой поверхности накопителя наклеена маркетинговая этикетка с названием модели. Техническая информация сообщается на второй наклейке, размещённой «с тыла». Её информативность выше среднего: среди логотипов, артикулов и серийных номеров можно обнаружить сведения о ёмкости SSD и об установленной на заводе версии микропрограммы.

Вскрытие накопителя позволяет с высокой степенью достоверности убедиться в том, что его проектированием занималась не сама Toshiba, а разработчик контроллера, компания Phison. Серийный выпуск таких SSD обычно тоже происходит под контролем Phison на предприятиях PTI. Поэтому плата TR200 имеет полностью стандартный дизайн и новый накопитель Toshiba – отнюдь не уникальная модель. Никаких специальных оптимизаций нет у Toshiba TR200 и в базовой микропрограмме. А это может означать лишь одно: в обозримом будущем у рассматриваемой модели появятся близнецы, которые будут поставляться на рынок другими партнёрами разработчика контроллера.

Минимальную индивидуальность внутренней конструкции Toshiba TR200 придаёт лишь пара штрихов: контроллер накопителя имеет изменённую на Toshiba TC58NC1010 маркировку и снабжается термоинтерфейсной прокладкой, которая переносит выделяемое им тепло на корпус. Однако в действительности данная микросхема – самый обычный Phison PS3111-S11, а изменение маркировки – это эдакий реверанс Phison в адрес Toshiba, выступающей одним из основных акционеров тайваньского разработчика. Нет никакой реальной необходимости и в имеющемся теплоотводе. Чип Phison PS3111-S11 крайне прост и выпускается по 40-нм нормам, поэтому какого-то специального охлаждения он не требует.

Помимо базового контроллера начинка 480-гигабайтной версии Toshiba TR200, которая была получена нами для проведения тестов, включает восемь TSOP-микросхем флеш-памяти Toshiba. Внутри каждой из них заключено по два полупроводниковых кристалла трёхмерной 64-слойной трёхбитовой BiSC3-памяти с ёмкостью 256 Гбит. Это значит, что к каждому из двух каналов контроллера Phison PS3111-S11 подключено по восемь устройств NAND.

Таким образом, суммарный объём массива флеш-памяти 480-гигабайтного накопителя составляет 512 Гбайт, но для пользователя из этого объёма доступно лишь 447 «честных» гигабайт. Примерно 21 Гбайт флеш-памяти отдан на работу SLC-кеширования, остальные же 8 процентов от общей ёмкости задействуются технологиями выравнивания износа и сборки мусора.

⇡#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 TR200.

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 сервисные средства 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 настройки параметров операционной системы и для управления подачей команды TRIM.