Тест-драйв SSD: проверяем скорость накопителей Western Digital

Всем привет! Сегодня мы в редакции Хабра включим колонки погромче, поставим AC/DC «Highway to Hell» и хорошенько погоняем несколько накопителей на скорость. Мы на примере одного производителя посмотрим, чем отличаются SSD-накопители с интерфейсом Sata от SSD c более новым интерфейсом M.2 со спецификацией NVMe. Для этого мы взяли два бенчмарка и три терабайтных SSD-накопителя — WD Blue 3D NAND SATA SSD, WD Blue SN550 NVMe SSD (WDS100T2B0C-00PXH0) и WD Black SN750 (WDS100T3XHC-00SJG0) — и посмотрели, как меняется скорость в зависимости от размера файлов, как соотносятся скорости чтения и записи, и что происходит при работе с фрагментами разного размера.

Что тестируем
Мы взяли два накопителя (SATA и M.2 NVMe по 1 ТБ) из «синей линейки» WD. Это универсальный модельный ряд, который предназначен для повседневной работы с офисными приложениями и веб-серфинга, а также хранения и резервного копирования данных. Третий накопитель — новый NVMe на 1 ТБ из «черной» линейки, предназначенной для систем, где требуется максимальная производительность.
Blue 3D NAND SATA — SSD в классическом форм-факторе с габаритами 2,5-дюймового магнитного диска. Blue SN550 и Black SN750 — накопители более компактного формата M.2. Blue SN550 выглядит как небольшая печатная плата с несколькими чипами, у Black SN750 эти чипы прикрыты массивным радиатором.
M.2-накопители используют интерфейс NVMe под шину PCI Express третьего поколения. Blue 3D NAND подключается через SATA. Отсюда заметна довольно ощутимая разница в характеристиках.
И Blue SN550, и Black SN750 используют шину PCI Express третьего поколения. В этом главное отличие интерфейса NVMe от SATA, который разрабатывался под HDD. Например, для магнитных жестких дисков хватает поддержки единственной очереди глубиной в 32 запроса. При создании NVMe — Non-Volatile Memory Express — учли возможности SSD, предусмотрев работу с 65536 очередями и глубину 65536.
Для HDD скорость передачи через SATA III с потолком в 600 МБ/с уже космос, а твердотельник в этих рамках свой потенциал не раскрывает. PCIe в этом плане привлекательнее: в наиболее распространенной сейчас версии 3.0 скорость ограничена 985 МБ/с на линию. Взятые для теста накопители с NVMe используют четыре линии, что поднимает верхнюю теоретическую границу скорости аж до 3940 МБ/с.
За прирост производительности надо платить. Пользователи, которым автономность важнее скорости, должны учесть: накопители с NVMe-контроллерами потребляют в три раза больше электроэнергии, чем SATA SSD.
Если говорить о ценах, то здесь различия постепенно беднеют. В последние несколько месяцев рынок флэш-памяти стабилизировался до такой степени, что NVMe-твердотельники можно предложить как более скоростную альтернативу SSD на SATA.
Не в последнюю очередь за счет снижения цен твердотельникам удалось потеснить механические жесткие диски. SSD все чаще используют для бэкапов, а также как переносные хранилища и загрузочные диски. По этой причине мы решили протестировать именно накопители на 1 ТБ: их удобно использовать и под систему, и для хранения информации.
Параметры тестирования
Чтобы проверить скорость и работоспособность накопителей, мы прогоним их тестами на CrystalDiskMark и ATTO.
CrystalDiskMark замеряет скорость записи и чтения файла заданного размера несколько раз, демонстрируя средний результат. Два теста из четырех, обозначенных SEQ, определяют среднюю скорость при последовательной записи файла — одним потоком и в многопоточном режиме. Вторая пара тестов — RAN4K — показывает аналогичные результаты при рандомной записи 4-килобайтными блоками. C их помощью мы проверили скорость при работе с файлами 1 и 64 ГБ.
Параметры бенчмарка:
  • SEQ1M Q8T1 — тест последовательного чтения/записи, блоки 1 МБ, глубина очереди 8, 1 поток;
  • SEQ1M Q1T1 — тест последовательного чтения/записи, блоки 1 МБ, глубина очереди 1, 1 поток;
  • RND4K Q32T16 — тест случайного чтения/записи, блоки 4 Kб, глубина очереди 32, 16 потоков;
  • RND4K Q1T1 — тест случайного чтения/записи, блоки 4 Kб, глубина очереди 1, 1 поток.
Бенчмарк ATTO фиксирует скорость передачи данных при чтении и записи блоков различной длины в файлы заданного размера, но делает это по иной методике: он отображает результат в виде гистограммы, с каждым шагом увеличивая размер файла. ATTO помог понять, как ведут себя наши флэш-накопители при чтении и записи больших (32 ГБ) и маленьких (256 МБ) файлов.
Последовательная запись и чтение
Посмотрим, как поведут себя наши накопители при последовательных записи и чтении. Рассмотрим их работу с 1 и 64 ГБ, чтобы понять, кто из участников тест-драйва лучше подойдет для работы с тяжелыми файлами и мультимедиа.
При последовательном чтении в 8 потоков все диски выдают максимальные значения, указанные в технических характеристиках. Превосходство NVME в этой серии особенно заметно: SSD SATA здесь явно не звезда. Результат аутсайдера может впечатлить разве что стабильностью.
В многопоточной работе с 64 ГБ лидирует Black SN750, отрываясь от Blue NVME почти на 1000 Мбит/с. Но при последовательных записи и чтении в 1 поток (для файла 64 ГБ и 1 ГБ) скорость лидера падает, и его почти настигает Blue. Такой результат легко объяснить: контроллер у Blue NVME практически такой же, как у Black, но с меньшим числом флэш-каналов.
Случайная запись и чтение
Случайные чтение и запись не позволяют развить такую скорость, как последовательная. Но в жизни системного диска такая ситуация возникает чаще: например, при хранении большого количества «горячих» файлов, с которыми постоянно идет работа. Эти результаты особенно важны для тех, кто собирается использовать накопитель под ОС.
На этой части бенчмарков скорость падает до такой степени, что не всегда заметна разница между лидером прошлого заезда и SATA-аутсайдером. Так, на случайном чтении в один поток все три накопителя демонстрируют примерно одинаковый результат.
Blue NVMe на этот раз отставал от Black только во многопоточном режиме, но уже не столь существенно. При работе с файлом 1 ГБ он почти догнал лидера. В однопоточном режиме Blue и вовсе финишировал первым. Причем во всех номинациях: в чтении и записи, с файтом 1 и 64 ГБ. Если нужна скорость при активной работе с маленькими и средними файлами, то Blue отлично для этого подходит.
Чтение и запись файлов разного размера
Чтобы лучше понять работу накопителей, посмотрим, как зависят друг от друга чтение и запись.
Для хранения и постоянной работы с крупными файлами Black подходит лучше, так как чтение будет происходить быстрее и не будет ощущаться потери скорости. Например, Black хорошо использовать для производительных игр или ОС, как и заявлено в спецификации.
Работа с большим и маленьким файлом
Перегруппируем результаты бенчмарка CrystalDiskMark, чтобы понять, как ведет себя каждый отдельно взятый накопитель при работе с большими и маленькими файлами.
В таком ракурсе становится очень хорошо видно: при последовательном режиме в 8 потоков NVMe читают куда лучше, чем записывают. А в однопоточном режиме все наоборот.
При случайной записи у всех накопителей разрыв в скоростях уменьшается по сравнению с последовательной записью. Причем при увеличении количества потоков скорость записи обгоняет скорость чтения. В случае с SATA колебания скорости при последовательных чтении и записи меньше, чем у NVMe SSD. Но такая стабильность является сомнительным достоинством с учетом колоссальной разницы в скоростях.
Стоит отметить, что на борту у Blue SATA такие же 96-слойные чипы памяти 3D NAND TLC, как и у остальных подопытных накопителей. Из своего устаревающего интерфейса он выжимает максимальную скорость: ограничения протокола SATA практически нивелировали потенциал прогрессивных чипов.
Работа с фрагментами разного размера
На этих графиках показаны результаты бенчмарка ATTO. По оси Х — скорость передачи данных при чтении и записи, Y — размер блоков. Смотрим, как работают накопители с большими и маленькими файлами.
Разгоняясь на фрагментах до 4 КБ, NVMe-накопители очень быстро вырываются вперед. И уже в зоне с 16 КБ Black захватывает лидерские позиции с 500–700 МБ/с. В этих же тестах на файлах в 32 ГБ скорость у NVMe SSD падает, когда размер фрагментов достигает 16 МБ. Из-за этого на крупных фрагментах скорость чтения будет заметно больше скорости записи.
По результатам бенчмарка становится понятно, что на небольших файлах все три накопителя работают стабильно. Впрочем, у SATA-диска стабильность от размера не зависит.
Температура
Крошечные и быстрые накопители M.2 легко разогреваются и снижают скорость для предотвращения перегрева. Это видно по результатам предыдущего теста: впадины на графиках почти всегда соответствуют пиковым температурам.
При тесте Black N750 нагревался до 50–60 градусов, а Blue N550, у которого нет такого мощного радиатора, — до 70 градусов. Но уже через 5–10 минут оба накопителя остывали. При повседневной работе это может быть незаметно, так как нагрузку, которую выдают бенчмарки, сложно повторить.
Срабатывание защиты тоже нельзя считать большой проблемой: 2,5 гигабайта в секунду — скорость, которой в большинстве случаев достаточно для чтения и записи, если говорить о домашнем использовании. Радиаторы пассивного охлаждения для твердотельников M.2 производятся, но пользуются слабым спросом.
При работе в системных блоках повышение температуры будет не так заметно, как при установке в ноутбуки. В последнем случае надо учитывать, что высота радиатора у SN750 равна 5 мм, которые во многих моделях не предусмотрены.
Выводы
Как и ожидалось, тесты не выявили существенных отклонений от паспортных характеристик. Подключающийся по SATA накопитель стабильно отработал в рамках, установленных интерфейсом. Видно, что из этой технологии уже выжали максимум. Тем не менее WD Blue 3D NAND SATA SSD можно смело рекомендовать обладателям старых ПК и ноутбуков, в которых невозможно подключение NVMe-носителей.
Основная интрига — сравнение «голубой» и «черной» NVMe-моделей. Тестирование выявило превосходство контроллера SanDisk 20-82-007011 с 512 МБ DRAM, установленного в накопителях Black, при последовательной работе во многопоточном режиме, в особенности с большими файлами. Да и в остальных тестах флагман показал себя молодцом, уступив «голубому» собрату по интерфейсу только в части рандомной работы в один поток.
Если говорить о SSD с интерфейсом NVMe (в 2020 году рассматривать альтернативу в виде SATA можно только при отсутствии других альтернатив), то выбор между накопителями «голубой» и «черной» линеек зависит исключительно от вашего бюджета. Чуть более дорогой Black SN750 лучше адаптирован к перегреву и подойдет тем, кто ищет топовый флэш-драйв для геймерской сборки или рабочей станции.
А вообще технологии SSD есть куда расти, причем сразу в нескольких направлениях. Уже сейчас готова 112-слойная флэш-память пятого поколения BiCS 3D NAND. 112 слоев — всего на 16% больше, чем 96, но прирост скорости при такой плотности составит порядка 50%.
Так как дальнейшее развитие накопителей может упереться в интерфейс PCIe 3.0, вторым направлением развития накопителей может стать переход на PCIe 4.0, у которого в два раза больше пропускная способность. SSD на PCIe 4.0 уже есть и мы их обязательно хорошенько погоняем в следующий раз.

Комментарии 35

    +5
    Хороший обзор, но не хватает подробностей о том, как изменяется скорость при непрерывной записи. А ведь у многих SSD-накопителей она в какой-то момент начинает снижаться. Это наглядно видно на графике в Windows при копировании большого (десятки-сотни гигабайт) файла.
      +1
      Ну вы сравниваете теплое с мягким. Запись файла это запись в ФС. А тут тесты записывают куски данных непосредственно на носитель.

      Эффекты которые добавляют ФС оставлены далеко за рамками этого обзора.

      Ну если занудствовать еще более основательно, то вообще упоминание размеров файлов в этом обзоре не совсем верно — без ФС, то что они пишут — не файлы.
        +3
        Ну так не пишите в ФС. Пишите сырой поток байтов. Просто, на мой взгляд, тестирование SSD не полно без проверки скорости в динамике при непрерывной записи. Ну хорошо, я увидел, что скорость записи WD Black SN750 1,5 ГБ/сек. Будет ли такая же скорость, если мне нужно будет сделать ребилд зеркала, состоящего из двух таких накопителей? Или она снизится в разы после непрерывной записи нескольких десятков гигабайт?
          +1

          Последовательно запись обычно быстрее случайной, в т. ч. и на SSD.

            +5

            У SSD, внезапно, есть буфера и кэши. Сейчас многие SSD используют для ускорения записи SLC-кэш, откуда в фоне данные потом переписываются в TLC-ячейки. Он может быть как отдельным, так и выделяться из свободного пространства, но в любом случае его размер ограничен. При заполнении кэша скорость записи упадёт: может в 2 раза, а может и на порядок.


            Ах да, ещё при этом важный параметр — температура. Одно дело — записать пару десятков гигов (как обычно делают в тестах) и совсем другое — пару сотен. В этом случае многие SSD перегреваются, и начинается троттлинг — снижается скорость.

              0
              Тесты публикуют довольно часто и я уже подметил, что после заполнения кэша и снижения, скорость записи почти у всех SSD составляет около 50-60Мб/с. А у некоторых (недорогих) даже меньше. То есть примерно такая же, как у обычного HDD.
              0
              У Black SN750, кстати, есть опция «турбо» — отключение принудительного тротлинга. У накопителя будет всегда максимальная скорость независимо от температуры.
      +2
      А говорят, у 3D NAND WD с ресурсом всё плохо…
        +1
        Проведите тестирование на реальной задаче, например
        : клонирование исходного кода с гитхаб, например фреймфорка qt. И его полная пересборка из исходников.
        Т.е. это бы показало как данный диск мог бы влиять на скорость работы в виде сервера, на котором собираются приложения, которые его будут активно использовать в реальной работе.
          +1
          Отличная идея!
          На этих дисках, увы нет, но на следующих проектах вполне можем что-то подобное сделать.
            +3

            На подобных задачах, внезапно, окажется, что скорость диска вообще не является решающей характеристикой, т.к. узким местом становится CPU или сеть.

            0
            Да, и неплохо бы было бы погонять запись хотя бы до заявленного ресурса и посмотреть на деградацию ячеек памяти
              +1
              Скорости это конечно круто, но с этим у SSD в принципе не плохо. Лично меня больше интересуют вопросы долговременных показателей и надежности.
                0
                мой evo 960 уже года 3 пашет успешно
                в ноуте успешно трудится smartbuy 128гб уже больше 3х лет
                это конечно не объективно, но в home сегменте ссд уже musthave
                  0
                  Да это все понятно, у самого дома Plextor, а на работе evo 970 пашут. Но меня это больше в профессиональном аспекте, а не для дома интересует.
                    0
                    недавно делал проект на SAS12 ssd.
                    тоже задавался этим вопросом, поскольку заказчик просил максимально надёжные диски.
                    нашёл неплохие seagate nytro, на лучшие из которых производитель даёт гарантию 5 лет при 10 (!) DWPD. на наших объемах одного диска в 3,82тб это даёт фантастические 68 петабайт на диск.
                    даже если треть этого объема отработает — это уже будет очень и очень круто.
                      0

                      SSD-кэш у SDS'ов и не такое перемелет и не подавится. Но да, было бы круто поиметь такой ресурс и в более доступных девайсах.

                        0
                        и их тоже хватает.
                        я себе домой взял 2тб sandisk БУ с ибея.
                        2тб 1dwpd 3 года = 2.13 петабайта.
                        с ибея оно пришло с выработкой ресурса в районе 90тб.
                        оставшихся 2100тб мне хватит надолго.
                        цена порядка 200 долларов
                        SanDisk CloudSpeed Eco Gen II, если что.
                    0
                    Самсунги вообще лидеры по надежности и «живучести». Не зря они почти полрынка SSD захапали, несмотря на цены выставляемые заметно выше среднего по рынку.

                    Между разными производителями и моделями надежность и живучесть может различаться в десятки раз. Помноженное на различие в интесивности использования и задач у конкретного пользователя. В результате возможны ситуации в полном диапазоне от «я быстрее от старости умру, чем этот диск» до «не протянет даже срока гарантии».
                  +1
                  1. У вас есть возможность green диски протестировать?
                  2. У вас есть возможность проверить на реальных задачах? Сжатие, перемещение файлов, tempdb?
                  3. Так же интересует зависимость скорости от наличия свободного места.
                    0
                    Сейчас, увы, нет, но запомнили все пункты на будущее.
                    0
                    Кажется закралась ошибка в подписи к осям на рисунке с графиками «ATTO, измерение скорости записи при работе с разными блоками, МБ/с»
                      +1

                      И в начальной таблице. Скорость PCIe 3.0 x4 3.94 ГБайт/с, а не 8 Гбит/с.

                        0
                        Спасибо, поправим!
                          +3
                          Исправили неправильно. У вас скорость SATA III получилась больше скорости PCIe 3.0 x4. Пишите или полностью Гбайт, Гбит или в гигабайтах пишите большую Б — ГБ, а в гигабитах маленькую — Гб.
                          Используется сокращённое обозначение Gbit или, в русском обозначении, — Гбит (гигабит не следует путать с гигабайтом ГБ)
                            0
                            Я не зануда, но опять исправили неправильно. Скорость SATA III — 6 Гбит/с (6 Гб/с, не 6 ГБ/с). Чтобы на этот раз все получилось, правильный набор букв и цифр: SATA III, 6 Гб/с; PCIe 3.0 x4, 3,94 ГБ/с
                      0

                      Интересно, в какой потолок упирается скорость чтения/записи в режиме Q1T1 — больно мало как-то 170МБ/с для NVMe.

                        +1
                        В потолок резвости контролера и ячеек памяти.
                        0
                        WD Black SN750 очень странная модель из-за своего радиатора. Примерно на половине материнских плат, что я видел, слот m2 расположен под видеокартой, или рассчитан на стандартную высоту накопителя и имеет собственный радиатор.
                        На мою B450 Gaming X он бы банально не влез — видеокарта раздавит.
                        На условной x570 Gaming Plus придется выкинуть стандартный M2 радиатор.
                          0
                          вторым направлением развития накопителей может стать переход на PCIe 4.

                          Да, прирост у PCIe 4 получился значительный.
                          Взял M.2 GIGABYTE M.2 2280 1.0 Тб PCIe Gen4x4 with NVMe 1.3 3D TLC ToshiBa BiCS3 (GP-ASM2NE6100TTTD) на плате с чипсетом X570:

                          image

                          Правый тест — SATA Kingston SVP200S37A/240G SSD для сравнения.
                            0
                            По оси Х — скорость передачи данных при чтении и записи, Y — размер блоков.
                            Перепутано.

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.