Быстрее быстрого. Тест SSD с интерфейсом M.2: Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro

Сергей Плотников, 

Интерфейс SATA, а вместе с ним и протокол AHCI уже давно стали «бутылочным горлышком» для современных твердотельных накопителей: пропускной способности не хватает, алгоритмы работы не соответствуют современным нормам. Недавно эту проблему удалось решить. В продажу вышло сразу несколько накопителей форм-фактора M.2 с впечатляющей производительностью.

Оглавление

О прогрессе

Увеличить пропускную способность производители SSD решили при помощи шины PCI Express. И подобные попытки велись довольно-таки давно. В 2014 году тестовая лаборатория знакомила читателей с моделью Plextor M6e. Производитель поступил очень хитро. Вместе с накопителем форм-фактора M.2 в комплект поставки входила карта-переходник HHHL (Half-Height, Half-Length) под слот PCI Express x2 2.0. Для 2014 года M6e оказался очень быстрым. И мы это отметили.

Plextor M6e
Plextor M6e

На этом прогресс как таковой несколько замедлился. Наращивать обороты начали, когда за дело взялись по-настоящему крупные игроки — Intel и Samsung. То есть корпорации с внушительными производственными мощностями и неограниченными средствами на разработку. Вовремя подоспел протокол NVMe (Non-Volatile Memory Express). Его сертифицировали специально для сверхбыстрых запоминающих устройств. Во второй половине 2015 года сначала Intel выкатила потребительскую линейку SSD 750 с интерфейсом PCI Express x4 3.0. Затем почин поддержала Samsung с серией 950 Pro. Шина PCI Express 3.0 и протокол NVMe — отныне неотъемлемые части любого сверхскоростного твердотельного накопителя.

Изучаем особенности M.2-накопителей на примере Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro
Изучаем особенности M.2-накопителей на примере Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro

Шина PCI Express 3.0 появилась давно. Еще процессоры Ivy Bridge 2012 года выпуска получили встроенный контроллер на 16 линий. Но только c выходом платформы LGA1151 и процессоров Skylake дополнительными полосами PCI Express 3.0 оснастили и чипсеты. Например, топовая логика Z170 Express имеет 20 линий, которые производитель материнской платы волен распределять, как он посчитает нужным. Сегодня не редкость встретить современную материнскую плату под Skylake сразу с несколькими портами PCI Express и M.2. Для решений на чипсетах Z170/H170 Express он стал стандартном де-факто, иногда встречается на платах под процессоры Haswell/Haswell-E.

В итоге в современный компьютер можно установить сразу несколько накопителей различных форм-факторов: SATA, SATA Express, M.2, mSATA и PCI Express (PEG). Табличка ниже поможет сориентироваться с пропускной способностью каждого интерфейса.

Интерфейс

Максимальная теоретическая (реальная) пропускная способность

SATA 3.0

6 Гбит/с (600 Мбайт/с)

PCI Express x2 2.0

8 Гбит/с (800 Мбайт/с)

SATA Express

10 Гбит/с (1000 Мбайт/с)

PCI Express x4 2.0

16 Гбит/с (1600 Мбайт/с)

PCI Express x4 3.0

32 Гбит/с (3200 Мбайт/с)

Материнская плата ASRock Z170 OC Formula c тремя слотами M.2
Материнская плата ASRock Z170 OC Formula c тремя слотами M.2

Накопитель Kingston HyperX Predator по своей структуре очень схож с Plextor M6e. Только в нем используется не интерфейс PCI Express x2 2.0, но PCI Express x4 2.0. Samsung 950 Pro, в свою очередь, использует PCI Express x4 3.0. Но оба устройства реализованы в виде дискретной карты расширения форм-фактора M.2.

Интерфейс M.2 — новые горизонты для десктопов

Как оказалось, M.2 идеально подходит для накопителей с интерфейсом PCI Express. Впервые этот форм-фактор использовали в ноутбуках. Мотив прост: небольшая плата расширения занимает гораздо меньше места, нежели классический 2,5-дюймовый SATA-накопитель. Теперь этот тип запоминающих устройств прочно обосновался и в настольных компьютерах.

Разъем M.2 не так прост, как того, возможно, хотелось бы. Слот, в который вставляется накопитель, всегда имеет одну перегородку — «защиту от дурака». Форм-фактор M.2 подразумевает наличие двух типов ключей: «B» (Socket 2) и «M» (Socket 3). Так конструкторы разделили слоты, к которым подводилось разное количество полос PCI Express. Коннектор M.2 B-типа имеет две линии. У накопителей для этого слота прорезь расположена на месте контактов 12-19 (с левой стороны). К порту M.2 M-типа подведено четыре линии PCI Express. У накопителей защитная прорезь находится в районе контактов 59-66 (с правой стороны).

Форматы M.2
Форматы M.2

Интересно, что некоторые производители компьютерного оборудования откровенно наплевательски отнеслись к стандарту M.2. А потому в продаже появились полноформатные разъемы (Socket 3), к которым, тем не менее, подводилось всего две линии PCI Express. Раздувать из этого скандал никто не стал. Просто в продаже со временем появились накопители сразу с двумя ключами В- и M-типа. Обычно такая разводка используется в SSD форм-фактора M.2 с интерфейсом SATA. Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro, так как оба девайса работают с четырьмя линиями PCI Express, оснащены ключом М-типа.

Вторая конструктивная особенность современных SSD форм-фактора M.2 — длина печатной платы. Существует пять типов: 30 мм, 42 мм, 60 мм, 80 мм и 110 мм. Ширина всегда одинаковая (22 мм). Kingston HyperX Predator, и Samsung 950 Pro базируются на форм-факторе M.2 2280 — это самый ходовой типоразмер на сегодняшний день. Число «22», как мы уже выяснили, говорит о ширине, а «80» — о длине.

Поэтому перед покупкой М.2-накопителя необходимо узнать две вещи: какого типа разъем на материнской плате; какой длины SSD можно установить.

Твердотельные накопители разной длины
Твердотельные накопители разной длины

Технические характеристики, особенности конструкции

Пора более детально познакомиться с участниками сегодняшнего тестирования. В рамках своих линеек и Kingston, и Samsung представили по две модели с приблизительно схожими объемами. В нашей тестовой лаборатории гостили топовые версии на 480 Гбайт и 512 Гбайт соответственно. Пожалуй, на этом сходства у устройств заканчиваются. Интересно, что HyperX Predator имеет вдвое больший ресурс записи, нежели 950 Pro. Тем не менее Samsung дает на свою продукцию 5 лет гарантии. Против трех от Kingston. А вообще уже давно доказано, что SSD надежны.

 

Kingston HyperX Predator

Samsung 950 Pro

Форм-фактор

M.2 2280

M.2 2280

Интерфейс

PCI Express x4 2.0

PCI Express x4 3.0, NVMe

Серийный номер

SHPM2280P2H/240G

SHPM2280P2H/480G

MZ-V5P256BW

MZ-V5P512BW

Объем

240 Гбайт

480 Гбайт

256 Гбайт

512 Гбайт

Память

TOSHIBA, 19 нм, MLC, 128 Гбит

Samsung, MLC V-NAND, 128 Гбит

Контроллер

Marvell 88SS9293

Samsung UBX

Буферная память

DDR3-1600, 512 Мбайт

DDR3-1600, 1024 Мбайт

LPDDR3-1600, 512 Мбайт

Максимальная скорость последовательного чтения/записи

1400/600 Мбайт/с

1400/1000 Мбайт/с

2200/900 Мбайт

2500/1500 Мбайт/с

Максимальная скорость произвольных чтения/записи

160 000/119 000 IOPS

130 000/118 000 IOPS

270 000/85 000 IOPS

300 000/110 000 IOPS

Ресурс записи

415 Тбайт

882 Тбайт

200 Тбайт

400 Тбайт

Гарантия

3 года

5 лет

Цена

18 000 руб.

40 000 руб.

14 000 руб.

25 000 руб.

Price.ru

 Запрос цены:Kingston SHPM2280P2H/240G57151

 Запрос цены:Kingston SHPM2280P2H/480G57151

 Запрос цены:Samsung 950 Pro MZ-V5P256BW57151

 Запрос цены:Samsung 950 Pro MZ-V5P512BW57151

Вообще HyperX Predator в продаже можно найти в двух вариантах. Ко мне приехала модель с серийником SHPM2280P2H/480G. Непосредственно вместе с накопителем идет плата-переходник формата HHHL с разъемом PCI Express x4 2.0. Как у Plextor M6e. Такой вариант удобен для систем без порта M.2. Можно взять модель и без переходника. Сэкономите пару тысяч рублей.

Комплект поставки Kingston HyperX Predator
Комплект поставки Kingston HyperX Predator

Как я уже говорил, HyperX Predator работает через интерфейс PCI Express x4 2.0. Накопитель использует классический AHCI-протокол, поэтому без проблем определится любой более-менее современной материнской платой. Никаких драйверов не предусмотрено. Учтите, что в аппаратный RAID-массив заключить два или несколько «предаторов» нельзя.

Kingston HyperX Predator
Kingston HyperX Predator

Основа HyperX Predator — контроллер Marvell 88SS9293. Не самая «свежая» модификация. У того же Marvell есть разработка под названием 88SS1093. Она поддерживает и протокол NVMe, и шину PCI Express 3.0. Возможно, со временем именно за счет этого контроллера и эволюционирует линейка HyperX Predator.

Объем буфера разный для каждой модели. В случае с SHPM2280P2H/480G распаяно два чипа DDR3-1600 по 512 Мбайт. Микросхемы памяти (восемь штук) произвела Toshiba. 19-нанометровую NAND MLC редкостью назвать нельзя, она используется во многих твердотельных накопителях.

Производитель позиционирует свой продукт как решение для геймеров. Возможно, поэтому HyperX Predator не поддерживает аппаратного шифрования и функции защиты целостности данных при сбое питания. Из заявленных 480 Гбайт пользователю доступно лишь 447 Гбайт. По факту должно быть 512 Гбайт. Недостающий объем скрыт, он зарезервирован под замену вышедших из строя ячеек. Об этом свидетельствует приличный ресурс записи в размере 882 Тбайт.

Kingston HyperX Predator
Kingston HyperX Predator

С Samsung 950 Pro произошла обратная ситуация. Продается только сам накопитель, без каких-либо переходников. Видимо, производитель рассчитывает, что продукт будут покупать исключительно под современные машины (читай — Skylake). В любом случае HHHL-плату всегда можно приобрести отдельно.

Используя четыре линии PCI Express 3.0, 950 Pro работает через протокол NVMe. Операционные системы Windows 8.1/10 поддерживают его по умолчанию, Windows 7 — нет. В любом случае для корректной работы необходимо установить специальный драйвер. Его можно скачать с официального сайта компании.

Корейский производитель имеет огромное преимущество перед остальными компаниями. Производственные мощности Samsung при сборке систем хранения данных позволяют полностью отказаться от закупки сторонних компонентов устройства. Контроллеры свои, память своя, разработка своя. Следовательно, корейцы могут более гибко управлять процессом производства и устанавливать необходимые цены. Samsung производит память любого типа. Есть у нее 16-нанометровые планарные микросхемы. В 950 Pro используются трехмерные чипы MLC V-NAND. Они относятся ко второму поколению, в котором используется 32 слоя. В скором будущем корейцы представят 48-слойный дизайн.

Обратите внимание, как сильно разнится заявленный уровень производительности у версий объемом 256 Гбайт и 512 Гбайт. И вот почему. На каждой версии 950 Pro распаяно по два чипа. У младшей модели интегрировано восемь 128-гигабитных кристаллов, у старшей — 16. В итоге младшая модель не может похвастать таким уровнем параллелизма, как старшая. Контроллер ведь 8-канальный. Вот и работает 256-гигабайтная версия заметно медленнее 512-гигабайтной. Я уверен, что в Samsung поступили так специально. Чтобы энтузиасты покупали именно более дорогую старшую модель. Доказать это очень просто. Вот младшая версия 850 PRO объемом 128 Гбайт практически не уступает в скоростных характеристиках более емким собратьям. Все из-за использования чипов с 86-гигабитной структурой.

Samsung 950 Pro
Samsung 950 Pro

Контроллер UBX используется и в твердотельных накопителях серверного класса. В его основе лежат три ядра Cortex-R4 (архитектура ARM). Скорость работы — 500 МГц. Пока мощнее контроллера у Samsung нет. В помощь на плате распаян чип памяти LPDDR3-1600 объемом 512 Мбайт.

Из 512 заявленных гигабайт пользователю доступно только 476 Гбайт. Скрытую память SSD задействует для подстраховки, а также работы служебных функций контроллера.

Устройство Samsung хоть и относится к потребительскому классу твердотельных накопителей, но поддерживает шифрование AES-256 (Class 0). А еще в 950 Pro реализована технология Dynamic Thermal Guard. Как видно из названия, она защищает накопитель от перегрева.

Samsung 950 Pro
Samsung 950 Pro

Тестирование

Тестовый стенд:

  • Процессор: Intel Core i5-6600K
  • Процессорный кулер: ENERMAX LIQTECH 240
  • Материнская плата: ASUS Z170 PRO GAMING
  • Оперативная память: GeIL EVO POTENZA GPR416GB3000C16QC
  • Накопитель: Kingston HyperX Predator, Samsung 950 Pro
  • Блок питания: Corsair HX850i, 850 Вт
  • Периферия: Samsung U28D590D, ROCCAT ARVO, ROCCAT SAVU
  • Операционная система: Windows 8.1 х64

Для тестирования M.2-накопителей использовалась материнская плата ASUS Z170 PRO GAMING. Она оснащена полноценным разъемом M-типа и позволяет устанавливать различные SSD вплоть до формата 22110. К слоту подведено четыре линии PCI Express 3.0. Значит Z170 PRO GAMING полностью соответствует критериям использования 950 Pro.

Скорости линейной записи и чтения поражают. Какие-либо комментарии здесь излишни. Я еще не встречал такой прыти от пользовательских SSD. Лишь замечу, что оба устройства подтвердили заявленный уровень производительности. Да, 950 Pro быстрее HyperX Predator, но об этом стало известно еще после прочтения параграфа «Технические характеристики».

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Линейное чтение
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Линейное чтение

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Линейная запись
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Линейная запись

Для большей наглядности давайте сравним HyperX Predator и 950 Pro с Intel SSD 750 (еще одним NVMe-накопителем с PCI Express x4 3.0) и 850 Pro — абсолютно заслуженным флагманом среди SATA-устройств.

Что ж, 950 Pro оказался безоговорочным лидером, а HyperX Predator на равных борется с интеловским SSD. Понятно, что линейные чтение и запись — это самые примитивные типы нагрузки, и все же вызывает восторг тот факт, что PCI Express-накопитель оказывается в три раза быстрее SATA-флагмана!

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Сравнение с другими SSD
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Сравнение с другими SSD

Случайные операции — это, как говорится, совершенно другая история. Но и здесь 950 Pro оказывается молодцом. Почти 52 Мбайт/с для чтения — лучший результат. В операции записи кореец смиренно уступил SSD 750 от Intel. Тяжело состязаться в этом режиме с накопителем, у которого 18-канальный контроллер. А вот решение Kingston «скатилось» до уровня 850 Pro. Результат все равно хороший, но SATA-флагман буквально наступает на пятки. Подобный регресс (на фоне великолепных показателей в линейных операциях) связан с работой контроллера, который использует четырехкратное чередование устройств на каждый канал.

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Случайные чтение/запись в сравнении с другими SSD
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Случайные чтение/запись в сравнении с другими SSD

CrystalDiskMark демонстрирует схожие результаты. При увеличении глубины очереди 950 Pro вновь серьезно отрывается от 850 Pro, но в операции записи HyperX Predator с ним выравнивается. Опять же на производительности сказываются особенности работы контроллера Marvell.

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro, случайные чтение/запись блоков по 4 Кбайт
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro, случайные чтение/запись блоков по 4 Кбайт

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro, случайные чтение/запись блоков по 4 Кбайт (QD=32)
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro, случайные чтение/запись блоков по 4 Кбайт (QD=32)

Смешанная нагрузка — тяжелый паттерн для любого твердотельного накопителя. При последовательных только чтении или только записи оба SSD выдают свой максимум. Стоит накопителю слегка переориентировать работу, как производительность моментально падает. Чем сильнее операции записи превалируют над чтением, тем хуже становится результат.

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Смешанная нагрузка
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Смешанная нагрузка

Рассмотрим производительность испытуемых образцов в приложениях, симулирующих повседневную (и не очень) деятельность пользователя. В PCMark 7 лучшим вновь оказался 950 Pro. В некоторых паттернах этот накопитель вновь оказывается в три раза быстрее 850 Pro. А вот HyperX Predator не во всех режимах опережает SATA-устройство. Например, игры 850 Pro запускает чуточку быстрее.

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. PCMark 7
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. PCMark 7

Если же M.2-накопители нагрузить серьезными серверными задачами, то они откровенно сдуваются. Все же подобный тип устройств разработан для более простых задач.

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Паттерны IOMeter
Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Паттерны IOMeter

Оба накопителя прилично греются. «На ощупь» мне показалось, что проблема не такая и серьезная, но когда я включил тепловизор, то просто, извиняюсь за сленг, офигел. Больше всего поразил 950 Pro, под нагрузкой (случайная запись 4-килобайтных данных на протяжении десяти минут) он нагрелся свыше 100 градусов Цельсия. HyperX Predator назвать холодным язык тоже не поворачивается. Температура оказалась ниже, чем у «прошки», но это все равно горячо! Отмечу, что накопители тестировались на открытом стенде. Температура помещения в момент испытаний составляла 25 градусов Цельсия.

Это наводит на определенные мысли. Во-первых, вряд ли HyperX Predator и 950 Pro подойдут для установки в ноутбук. Представляете, как накопитель может разогреться в еще более тесном пространстве? Во-вторых, необходим хорошо вентилируемый корпус. Еще лучше направить прямо на SSD вентилятор. Вариант типа «колхозинг»: примастачить к плате какой-нибудь импровизированный радиатор. Еще один способ избежать перегрева: использовать HHHL-плату, которая будет забирать на себя часть тепла.

Нагрев Kingston HyperX Predator Нагрев Samsung 950 Pro

Сама по себе температура в размере 100-105 градусов Цельсия не причинит вреда компонентам SSD и материнской платы. Но накопители в таких условиях элементарно троттлят. Взгляните на графики ниже. 950 Pro работает на своем максимуме где-то полторы минуты. Затем скорость работы накопителя резко снижается. При достижении 50% в тесте AIDA64 я поднес к каждому SSD вентилятор. Как итог, при наличии охлаждения оба устройства вновь заработали на максимуме.

Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Последствия троттлинга Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro. Последствия троттлинга

Неприятный момент, но ожидаемый. Не просто так Intel оснастила модель SSD 750 габаритным алюминиевым радиатором. В Samsung утверждают, что активация технологии Dynamic Thermal Guard — это вполне нормальный процесс.

В заключение

Интерфейс PCI Express x4 вдохнул новую жизнь в твердотельные накопители. HyperX Predator и 950 Pro обладают очень высокими скоростями. Конкретно модель Samsung — однозначный рекордсмен среди SSD потребительского класса. Так что все самые производительные решения в скором времени будут ассоциироваться именно с форм-фактором M.2 и интерфейсом PCI Express x4 3.0. Что станет с твердотельными накопителями SATA? Думаю, что пока решения уровня HyperX Predator и 950 Pro серьезно не подешевеют, то ничего особенного. Во-первых, большинство пользователей устраивает уровень быстродействия подобных решений. Во-вторых, они стоят заметно дешевле. Один гигабайт памяти 512-гигабайтной версии 950 Pro стоит порядка 53 рублей. Один гигабайт модели 850 Pro аналогичного объема — 38 рублей. Один гигабайт модели 850 EVO — 28 рублей.

Несколько странно, что в рознице HyperX Predator стоит дороже 950 Pro. Меня это удивило. Накопитель Kingston в плане производительности проигрывает устройству от Samsung. Да, HyperX Predator вышел раньше 950 Pro, но сейчас с таким ценником он неконкурентоспособен.

Kingston HyperX Predator

Плюсы:

Минусы:

  • Высокая производительность;
  • Совместимость со многими решениями за счет HHHL-платы.
  • Завышенная стоимость;
  • Высокий нагрев и троттлинг.

Kingston HyperX Predator
Kingston HyperX Predator

Накопитель Samsung быстр даже на фоне HyperX Predator. Вы только что познакомились с самым производительным решением на потребительском рынке. Как выясняется, 950 Pro дешевле некоторых своих конкурентов.

У обоих устройств есть заметный недостаток. Они серьезно греются. Контроллеры троттлят, а это значит, что при серьезной нагрузке и без должного охлаждения и HyperX Predator, и 950 Pro будут работать на заведомо меньших скоростях. Если вы планируете приобрести один из этих накопителей, то обязательно учтите данную информацию.

Samsung 950 Pro

Плюсы:

Минусы:

  • Очень высокая производительность;
  • Стоит дешевле конкурентов.
  • Высокий нагрев и троттлинг.

Samsung 950 Pro
Samsung 950 Pro


Автор
Сергей Плотников