В чем отличия PCI Express x16, x8, x4 и x1?

Стандарт PCI Express является одной из основ современных компьютеров. Слоты PCI Express уже давно занимают прочное место на любой материнской плате декстопного компьютера, вытесняя другие стандарты, например, такие как PCI. Но даже стандарт PCI Express имеет свои особенности и отличающийся друг от друга характер подключения. На новых материнских платах, начиная с 2010 года, можно увидеть на одной материнской плате целую россыпь портов, обозначенных как PCIE или PCI-E , которые могут отличаться по количеству линий: одна x1 или несколько x2, x4, x8, x12, x16 и x32.

Итак, давайте выясним, почему такая путаница среди кажущегося простого периферийного порта PCI Express. И какое предназначение для каждого стандарта PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32?

Содержание:

  1. Что такое шина PCI Express?
  2. Влияние количества линий на пропускную способность
  3. Типы устройств, использующих PCI Express x2, x4, x8 , x12, x16 и x32
  4. Размеры портов и линий PCI-E могут различаться

Что такое шина PCI Express?

В далеких 2000-х, когда состоялся переход с устаревающего стандарта PCI (расш. — взаимосвязь периферийных компонентов) на PCI Express, у которого было одно огромное преимущество: вместо последней шины, которой и была PCI, использовалась двухточечная шина доступа. Это означало, что каждый отдельный порт PCI и установлен в нем карты, которые могли в полной мере использовать максимальную пропускную способность не мешая друг другу, как это происходило при подключении к PCI. В те времена количество периферийных устройств, вставляемых в карты расширения, было предостаточно. Сетевые карты, аудио карты, ТВ-тюнеры и так далее — все требования достаточное количество ресурсов ПК. Согласно стандарту PCI используется стандартная передача данных с подключением нескольких устройств, PCI Express, если рассматривать в общем, пакетную сетью с топологией типа звезда.

PCI Express x16, PCI Express x1 и PCI на одной плате

С точки зрения непрофессионала, представьте свой настольный ПК в качестве небольшого магазина с одним, двумя продавцами. Старый стандарт PCI был как гастроном: все ожидали в одной очереди, чтобы их обслужили, испытывая проблемы со скоростью обслуживания с ограничением в лице продавца за прилавком. PCI-E больше похож на гипермаркет: каждый покупатель движется по продуктам по своему индивидуальному, а на кассе сразу несколько кассиров принимают заказ.

, что гипаркет по скорости обслуживания выигрывает в несколько раз у обычного магазина , благодаря, что магазин не может себе пропускать способность больше чем один продавец с одной кассой.

Также и с выделенными полосами передачи данных для каждой карты расширения или встроенными компонентами материнской платы.

Влияние количества линий на пропускную способность

Теперь, чтобы расширить наш метафору с магазином и гипермаркетом, представьте, что каждый отдел гипремаркета имеет своих кассиров, зарезервированных только для них. Вот тут-то и возникает идея нескольких полос передачи данных.

PCI-E прошел множество изменений со времени своего создания. В настоящее время новые материнские платы используют уже 3 версию, причем более быстрая 4 версия становится все более распространенной, версия 5 ожидается в 2019 году. Но разные версии используют одни и те же физические, и эти соединения могут быть выполнены в четырех основных размерах: x1, x4, x8 и x16. (x32-порты существуют, но крайне редко встречаются на материнских платах обычных компьютеров).

Различные физические размеры портов PCI-Express позволяют четко разделить их по количеству совместных соединений с материнской платой: чем больше порт физически, тем больше максимальных подключений он способен передать на карту или обратно. Эти соединения еще называют линией . Одну линию можно представить как дорожку, состоящею из двух сигнальных пар: одна для отправки данных, другая для приема.

Различные версии стандарта PCI-E позволяют использовать разные скорости на каждой полосе. Но, вообще говоря, чем больше полос находится на одном PCI-E-порту, тем быстрее данные могут перетекать между периферийной и остальной частью компьютера.

Возвращаясь к нашей метафоре: если речь идёт об одном продавце в одном продавце в Магазин, то полоса x1 и будет этим поставщиком услуг одного клиента. У магазина с 4-мя кассирами — уже 4 линии х4 . И так далее можно расписать кассиров по количеству линий, умножая на 2.

Различные карты PCI Express

Типы устройств, использующие PCI Express x2, x4, x8, x12, x16 и x32

Для версии PCI Express 3.0 общая максимальная скорость передачи данных составляет 8 ГТ/с, В реальности же скорость для версии PCI-E 3 чуть меньше одного гигабайта в секунду на одну полосу.

Таким образом, устройство , использующее порт PCI-E x1, например, маломощная звуковая карта или Wi-Fi-антенна предоставляет данные с максимальной скоростью в 1 Гбит/с.

Карта, которая физически подходит в более крупный слот — x4 или x8 , например, карта расширения USB 3.0, передача данных в четыре или восемь раз быстрее соответственно.

Скорость передачи портов PCI-E x16 теоретически ограничивается максимальной полосой пропуская в размере около 15 Гбит/с. Этого более чем достаточно в 2017 года для всех современных графических видеокарт, разработанных NVIDIA и AMD.

Большинство дискретных видеокарт используют слот PCI-E x16

Протокол PCI Express 4.0 позволяет использовать уже 16 ГТ/с, а PCI Express 5.0 будет задействовать 32 ГТ/с.

В настоящее время не существуют компоненты, которые смогли бы использовать такое количество полос с максимальной пропускной способностью. Современные топовые графические карты обычно используют x16 стандарта PCI Express 3.0. Нет смысла использовать те же полосы и для сетевой карты, которая на порту x16 будет использовать только одну линию, как порт Ethernet передать данные только одного до гигабита в секунду (что, около одной восьмой пропускной способности одной полосы PCI-E — помните: восемь бит в одном байте).

На рынке можно найти твердотельные накопители PCI-E, которые быстро вытеснены быстро развивающимся стандартом M.2. для твердотельных накопителей, которые также могут использовать шину PCI-E. Высококачественные сетевые карты и оборудование для энтузиастов, такие как RAID-контроллеры, используют сочетание форматов x4 и x8.

Размеры портов и линий PCI-E могут различаться

Одна из наиболее запутанных задач по PCI-E: порт может быть выполнен размером в форм-факторе x16, но иметь недостаточное количество полос для пропуска данных, например, всего например x4. Это связано с тем, что даже если PCI-E не на себе ограниченное количество отдельных соединений, все же ограничения пропускной способности пропускной способности чипсета пропускаются. Более дешевые материнские платы с более бюджетными чипсетами могут иметь только один слот x8, даже если этот слот может иметь физически карту форм-фактора x16.

Кроме того, материнские платы, ориентированные на геймеров, включая до четырех полных слотов PCI-E с x16 и столько же линий для максимальной пропускной способности.

Очевидно, это может вызвать проблемы. Если материнская плата имеет два слота размером x16, но один из них имеет только полосы x4, то подключение новой графической карты снизит производительность первой аж на 75%. Это, конечно, только теоретический результат. Архитектура материнских плат такова, что вы не видите резкого снижения производительности.

Правильная конфигурация двух графических карт задействовать именно два слота x16, если вы хотите достичь максимального комфорта от тандема двух видеокарт. Выяснить сколько линий на Вашей материнской плате имеет тот или иной слот, который поможет руководство на оф. на сайте производителя.

Иногда производители даже помечают на текстолите материнской платы рядом с слотом количества линий

Нужно знать, что более короткая карта x1 или x4 может физически вписаться в более длинный слот x8 или x16. Конфигурация деловых контактов делает это возможным. Естественно, если карта физически больше, чем слот, то вставить ее не получится.

Поэтому помните, при покупке карт расширения или обновлений текущих необходимо всегда помнить как размер слота PCI Express, так и количество необходимых полос.



Действительно ли PCI Express 4.0 — большое преимущество Ryzen 3000? Проверяем на NVMe SSD

Одно из ключевых направлений в маркетинговой стратегии AMD по продвижению процессоров Ryzen 3000 стал акцент на появившейся поддержке скоростного интерфейса PCI Express 4.0. Действительно, новые Ryzen, построенные на микроархитектуре Zen 2, стали первыми процессорами потребительского уровня, которые получили этот скоростной интерфейс, и, более, ни одну из актуальных платформ Intel пункта PCI Express 4.0 в списке типов на сегодняшний день не имеет. Не использовать такой повод для выпячивания прогрессивности своей продукции AMD, естественно, не могла, и поэтому в момент анонса Ryzen 3000, так и после него не упустили ни единого случая козырнуть воспринимать.

Доводы AMD использует новую шину, которая позволяет выделять для устройств интерфейс с большей, чем раньше, пропускной способностью, сводились к двум тезисам: «это хорошо для графических карт» и «это хорошо для твердотельных накопителей. ».

Говоря о пользе перехода на шину PCI Express 4.0 для графических карт, представители AMD считают, что это синтетический тест пропускной способности 3DMark, который действительно показывает 69-процентное улучшение производительности при использовании более скоростной версии шины.

Однако к этому нужно приложить два больших но, о которых AMD умалчивает. Во-первых, панель PCI Express 4.0 лишь избранные видеокарты, относящиеся к сериям Radeon RX 5700 и RX 5500, в то время как представители семейства GeForce вполне успешно обходятся традиционным интерфейсом PCI Express 3.0. Во-вторых, если говорить о реальной игровой нагрузке, то она заведомо не создаст таких объёмов данных, которым не хватало бы пропускной способности общеупотребительной графической шины PCI Express 3.0 x16, достигающей 16 Гбайт/с. Более того, даже использование интерфейса PCI Express 2.0 снижает частоту кадров в популярных играх в разрешении 4K на единицу процентов, а разница в быстродействии GPU при соединении с процессором при использовании третьей и четвёртой шины в самом неблагоприятном случае составляет десятые доли процента.

Перевод твердотельных накопителей на работу через PCI Express 4. 0 кажется куда более осмысленным, современные твердотельные накопители NVMe и впрямь подобрались к пределу пропускной способности шины PCI Express 3.0 x4. Увеличение скорости за счет добавления линий PCI Express, поскольку потребительские SSD вжились в форм-фактор M.2, позволяющий подвести к накопителю не более четырёх линий. Зато переключение на PCI Express 4.0 можно без проблем провести в рамках сложившейся экосистемы, это действие вполне осмысленным, оно позволяет поднять планку пиковых скоростей с 3,9 до 7,9 Гбайт/с. Именно на это и указывают маркетинговые материалы AMD, в которых компания заявляет о почти полуторакратном росте производительности дисковой подсистемы в системах на базе процессоров Ryzen 3000.

Но и тут не всё так просто. В первую очередь нужно понимать, что речь идет исключительно о росте линейных скоростей, в то время как в отзывчивости твердотельные накопители за счет перевода на более скоростной интерфейсно не выиграют, потому что здесь всё определено не внешней шиной, а их внутренней архитектурой и возможностями флеш -памяти. Есть в распространенных среднестатистических сценариях такого впечатляющего прироста, который представлен на маркетинговом слайде AMD, конечно же, не будет.

К тому же стоит учесть и ещё один немаловажный момент: ведущие производители SSD пока не включает PCI Express 4.0 в своих продуктах. Поэтому, если вы захотите установить в свою Ryzen 3000-систему NVMe-накопитель со скоростным интерфейсом, выбрать придётся среди предложений фирм второго-третьего эшелона. И более того, все SSD с поддержкой шины PCI Express 4.0 x4 однотипны и доступны на один и тот же контроллер PS5016-E16 тайваньского разработчика Phison, инженеры которого пока не отметились какими-либо заметными достижениями на поприще создания высокопроизводительных платформ для потребительских SSD. Иными словами, такие надежные SSD не работают.

Не менее мы не привыкли полагаться на какие-то оценочные суждения и всё проверять на практике. Тем более что вопрос о том, какой SSD стоит рекомендовать обладателю современной системы на базе Ryzen 3000, стремящемуся выжать из максимум возможного, отнюдь не праздный. Накопители на базе контроллера Phison PS5016-E16 с поддержкой PCI Express 4.0 x4 наконец-то добрались до отечественных магазинов. А значит, многие покупатели, решившие установить свой выбор на актуальной и многообещающей AMD, встают перед выбором: установить в систему проверенный временем производительный SSD с интерфейсом PCI Express 3.0; то ли поддаться на агитацию AMD и Phison и попробовать получить более высокую производительность, связавшись с новинками с поддержкой PCI Express 4.0. В этом материале мы постараемся выяснить, что лучше, протестировав оба варианта в реальных условиях.

⇡ # Почему мы вообще заговорили про PCI Express 4.0

Спецификация PCI Express 3.0 была утверждена в ноябре 2010 года, и нет ничего удивительного, что к настоящему времени эта шина прочно закрепилась в роли базового интерфейса для компьютерных устройств. Особенно помогло этим два фактора: затянувшаяся разработка следующей версии стандарта, с одной стороны, и отсутствие запроса на скорости выше возможностей PCI Express 3.0 — с другой стороны. Тем не менее постепенно индустрия всё же пришла к осознанию необходимости дальнейшего прогресса, в чём посодействовали твердотельные накопители. SSD смог быстро упереться в скоростные ограничения данного интерфейса, и вывести на массовый рынок PCI Express 4.0 действительно обрёл смысл.

Стандарт PCI Express 4.0 был принят в июне 2017 г. года. В нём улучшилась гибкость и масштабируемость — например, учтена возможность физической реализации не только в виде слотов и дорожек на плате, но и в виде внешних разъёмов и кабелей; добавлены дополнительные управляющие команды для целей энергосбережения; ну и самое главное — удвоена скорость передачи данных. Что не менее важно, все эти улучшения не повлекли за собой никаких принципиальных изменений в протоколе. Двукратное увеличение пропускной способности достигнуто простым увеличением частоты передачи данных с сохранением старой схемы кодирования сигнала. В результате между новым и старым стандартом сохраняется как прямая, так и обратная совместимость, а значит, хосты и оконные устройства с поддержкой разных версий PCI Express могут работать без каких-либо проблем друг с другом.

Обмен данными по шине PCI Express 3.0 с интервалом 8 млрд пересылок в секунду, а в стандарте PCI Express 4.0 эта частота достигает уже 16 млрд пересылок в секунду. Таким образом, в то время как пропускная способность одной линии PCI Express 3.0 составляла 985 Мбайт/с (с учётом 128b/130b-кодирования), в стандарте PCI Express 4.0 она выросла вдвое — до 1969 Мбайт/с. Далее естественным образом расширились пропускания всех стандартных для массовых ПК шин. Скорость PCI Express 4.0 x4 увеличилась до 7,9 Гбайт/с, а шина PCI Express 4.0 x16 оказалась способной пересылать данные с максимальной пропускной способностью 31,5 Гбайт/с (в каждую сторону).

Пропускная способность, Гбайт/с
× 1 × 2 × 4 × 8 × 16
PCI Express 1.0 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0
PCI Express 2.0 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0
PCI Express 3. 0 0,98 1,97 3,94 7,88 15,75
PCI Express 4.0 1,97 3,94 7,88 15,75 31,51

Новая версия платформы Socket AM4, использующая набор системной логики X570, оказалась первой и пока единственной точкой присутствия PCI Express 4.0 в массовых системы. Чтобы проверить эту скоростную шину в деле, нужны сразу три компонента. Во-первых, процессор семейства Ryzen 3000, PCI Express-контроллер в котором поддерживает четвёртую версию соответствующего протокола. Во-вторых, материнская плата с чипсетом AMD X570, которая обладает оптимизированной разводкой сигнальных линий, способной целостностью информации при передаче по высокочастотной шине. В-третьих, оконечное устройство с поддержкой PCI Express 4.0, может быть либо графической картой, либо в нашем случае твердотельный накопитель. В отсутствие одного из этих компонентов система всё равно будет работать благодаря совместимости версий PCI Express, но уже в более медленном, чем 4.0, режиме.

Таким образом, используйте высокоскоростную шину на практике пока получится лишь в очень небольшом числе настольных систем. Однако постепенно парк платформ с поддержкой PCI Express 4.0 будет расширяться. Так, в течение ближайших месяцев AMD добавить этот интерфейс ещё в одном своём наборе логики — B550. Это позволит снизить входной ценовой порог для поддержки систем скоростных шин, но процессор семейства Ryzen 3000 будет все равно необходимо.

Что же касается Intel, то в ней с поддержкой продукции PCI Express 4.0 всё очень непросто. Микропроцессорный гигант почему-то пропустил момент, когда новая спецификация была готова, и теперь сильно отстал от AMD по срокам её внедрения. Отчётливо говорит за себя тот факт, что даже в серверном сегменте поддержка PCI Express 4.0 у Intel может появиться ранее середины следующего года. Что же касается обычных обычных компьютеров на платформе Intel, поскольку в запланированных на 2020 год процессорах Comet Lake и в чипсетах 400-й серии используются только привычные PCI Express 3.0, а дальше планы выглядят очень неопределённо .

Иными словами, Intel в ближайшее время будет играть своеобразного тормоза, прогресс можно сказать практически наверняка, что из-за этого внедрения PCI Express 4.0 будет происходить не такими быстрыми темпами, как того можно было бы ожидать. Например, если говорить о SSD, то на данный момент поддерживает эту скоростную шину лишь единственный контроллер разработки Phison, и появление каких-то альтернатив в обозримом будущем не предвидится. Особенно скептически к идее выпуска NVMe SSD под интерфейс PCI Express 4.0 в ближайшее время ведущие производители масштаба Western Digital и Samsung. Судя по всему, они намерены дожидаться того момента, когда PCI Express 4.0 появится в платформе Intel, и массовые решения с его предложением только в преддверии этого события.

Именно поэтому сегодня нам придётся о полезности PCI Express 4.0 для потребительских NVMe SSD, используя в качестве иллюстрации лишь один пример — построенный на контроллере Phison PS5016-E16 накопитель Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD.

⇡ # Главный герой — Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD

Хотя мы и вынесли в подзаголовок этот раздел названия накопителя компании Gigabyte, который побывал в нашей лаборатории, справедливо и для любого другого твердотельного накопителя NVMe на контроллерах Phison PS5016-E16, и даже для любого другого доступного сейчас массового накопителя под PCI Express 4.0, появятся альтернативные чипы с поддержкой этого перспективного интерфейса. Сделать данное обобщение позволяет производственная стратегия Phison, не претерпевшая на протяжении последних лет никаких изменений. Дело в том, что этот разработчик контроллеров поставляет своим партнёрам микросхемы, а уже готовые SSD с ними. Поэтому всё многообразие моделей накопителей на базе Phison PS5016-E16 — кажущееся. На самом деле все такие продукты сделаны из одного лекала на одном и том же заводе и различаются лишь названиями, обвесом и различаются, например, системами охлаждения.

Это значит, что любой доступный в настоящее время накопитель с поддержкой PCI Express 4.0 имеет совершенно предсказуемую аппаратную конфигурацию: в его основе лежит контроллер PS5016-E16, который управляет TLC 3D NAND-памятью, относящейся к классу BiCS4. Такая память имеет 96-слойный дизайн и уже достаточно давно поставляется компанией Toshiba. Её, кстати, можно встретить не только в составе накопителей интерфейса PCI Express 4.0, но и в некоторых других моделях NVMe SSD с традиционным интерфейсом, например, в Kingston KC2000. Но для накопителя, который претендует на существенное улучшение скоростных характеристик, применение трёхбитовой BiCS4-памяти — моментальный момент. Такая флеш-память работает быстрее предыдущих модификаций и способна лучше раскрыть потенциал внешней шины с удвоенной полосой пропускания.

Безусловно, для увеличения линейных скоростей, обеспеченных массивом флеш-памяти, всегда существует экстенсивный путь — наращивание в нём числа каналов. Однако платформа Phison PS5016-E16 продолжает опираться на традиционную восьмиканальную схему. И это вполне логично: добавление каналов сильно бы усложнило и схемотехнику накопителя, и дизайн самого контроллера. Инженеры же Phison при разработке своего первого PCI Express 4.0-контроллера отнеслись к нему как к переходному решению и потому особенно не напрягались. Архитектурно чип PS5016-E16 сильно похож на PCI Express 3.0-контроллер PS5012-E12 — с некоторыми улучшениями в микропрограмме и единственном аппаратно модернизированным блоком, отвечающим за свой внешний интерфейс.

В остальном Phison PS5016-E16 почти не отличается от предшественника, с которым мы подробно знакомились на примере Silicon Power P34A80 и Gigabyte Aorus Твердотельный накопитель RGB M.2 NVMe. Он представляет собой средний по вычислительной мощности чип, основанный на двухъядерном 32-битном процессоре ARM Cortex R5, который предлагает восемь каналов для подключения трёхбитовой или четырёхбитовой флеш-памяти с интерфейсом 800-МГц. Также в контроллере присутствует DRAM-контроллер для работы с буферной памятью, в роли которой может выступать DDR4 SDRAM. Кроме того, он обладает набором привычных фирменных технологий Phison, включая специальный сопроцессор. Сопроцессор, обслуживающий ускоренную запись, алгоритм LDPC-кодирования и исправления ошибок четвёртого поколения, аппаратное шифрование по схеме AES256 и прочее.

Весь показательно, что в действительности мощности Phison PS5016-E16 для полного заполнения пропускной способности четырёх линий PCI Express 4.0 не хватает. В официальных спецификациях этого чипа значится максимальная скорость линейного чтения 5,0 Гбайт/с и записи — 4,4 Гбайт/с, что на треть ниже возможностей шины. Пиковая же производительность успешных операций ожидаемо близка к участникам PS5012-E12 составляет 750 и 600 тысяч IOPS при чтении и записи соответственно. Иными словами, даже сама Phison не даёт оснований думать, что на базе PS5016-E16 можно собирать какие-то действительно высокопроизводительные NVMe SSD, которые можно было бы отнести к совокупности флагманских решений нового поколения. Тем не менее выбирать не приходится — других вариантов построить накопитель с поддержкой PCI Express 4.0 x4 на сегодня попросту нет.

В результате ради продвижения PCI Express 4.0 на массовый конечный производитель накопителей вместе с AMD пришлось идти на Установный подлог и пытаться создавать вокруг платформы Phison E16 ореол элитного продукта, она с технической точки зрения не может. Проявляется псевдоэлитность, например, в том, что выбран для тестирования Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD стоит много, поставляется в крупной аккуратно оформленной строгой упаковке и комплектуется массивной и качественной системой охлаждения, сделанной из бруска меди. Когда берёшь в руки такое устройство, действительно начинает казаться, что это — премиальный и высокопроизводительный твердотельный накопитель для систем самого верхнего уровня.

Для тестов мы взяли версию Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD объёмом 2 Тбайт. Это максимальный по ёмкости вариант такого накопителя. Сегодня 96-слойные кристаллы Toshiba BiSC4 имеют ёмкость 512 Гбит, массив флеш-памяти 2-Тбайт накопителя формируется из 32 NAND-устройств. Это, в свою очередь, означает, что в канале контроллера Phison PS5016-E16 используется четырёхкратное чередование, которое обеспечивает достижение наивысшей производительности. Иными словами, на схеме Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD мы увидим максимум На той же платформе Phison PS5016-E16.

Разоблачённый SSD-накопитель Gigabyte Aorus NVMe Gen4 со снятым радиатором выглядит совершенно обыденно. Express 4.0, совершенно невозможно. лаг обратной совместимости такой SSD можно установить без поддержки новой версии интерфейса: в этом случае он будет использовать внешнюю шину в режиме 3.0.

При близком знакомстве с SSD Gigabyte Aorus NVMe Gen4 сразу же бросается в глаза, что его печатная плата практически не отличается по разводке от платы Gigabyte Aorus RGB M. 2 NVMe SSD на базе прошлого контроллера PS5012-E12. И это значит, что новый PCI Express 4.0-контроллер Phison PS5016-E16 не только наследует от своего предшественника часть внутренних блоков, но и совместим с ним по выводам.

Но сам контроллер PS5016-E16 выглядит при этом не совсем привычно. Его верхняя поверхность закрыта никелированной медной пластиной, чего у чипов Phison ранее не наблюдалось. Объяснение простое: несмотря на то, что контроллер создается по 28-нм техпроцессу, его тепловыделение достигает под нагрузкой 6,7 Вт, металлическая пластина может способствовать содействию в теплоотводе.

На плате рассматриваемого SSD установлены четыре микросхемы флеш-памяти с маркировкой TABHG65AWV. Они нарезаны и упакованы на заводе тайваньской PTI из кремниевых полуфабрикатов Toshiba: такая память — вполне типичный вариант для накопителей на базе контроллеров Phison. Обычно использование таких «неродных» микросхем заставляет нас усомниться в качестве флеш-памяти, за ее отбор и сортировку в этом случае несёт ответственность не сама Toshiba, а некий посредник. Но накопители с контроллером Phison PS5016-E16, которые сейчас представлены на рынке, имеют высокий задекларированный ресурс, который для 2-Тбайт версии достигает 3,6 Пбайт. По всей видимости, для флагманского продукта Phison целенаправленно выбирает флеш-память наивысших градаций.

В дополнение к флеш-памяти и контроллеру на сторонах накопителя расположено по чипу DDR4-1600 SDRAM. Используются гигабайтные микросхемы производства SK Hynix, то есть в сумме объёмной памяти, необходимой контроллеру для эффективной работы с таблицей трансляции адресов, на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт составляет типичные 2 Гбайт.

⇡ # Антагонист — Samsung 970 EVO Plus

Так как продукты на базе контроллера Phison PS5016-E16 целятся логии на верхнюю ступеньку в иерархии потребительских NVMe SSD, сравнивать с Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD, лучшие и быстрейшие модели, использующие для общения с системой привычной шину PCI Express 3.0. Поэтому нам показалось справедливым самый противопоставить накопителю Gigabyte популярный NVMe SSD компании Samsung — 970 EVO Plus, благо его 2-Тбайт модификация не так давно появилась в продаже.

Подробно рассказывать про внутреннее устройство Samsung 970 EVO Plus нет особого смысла — мы делали это уже несколько раз. Поэтому лишь коротко напомним принципиальные детали. В основе Samsung 970 EVO Plus есть проприетарный контроллер Samsung Phoenix, который, как показала практика, отличается потенциалом производительности и феноменальной гибкостью. По первому пункту достаточно вторнуть, что в нём упрятан пятиядерный процессор ARM, а по первому — напомнить, что этот контроллер фигурирует во всех современных SSD NVMe южнокорейского производителя, включая модели на MLC- и даже на SLC-память.

Вторая после контроллера, которая делает из Samsung 970 EVO Plus быстродействующую модель, это — особая флеш-память. В нём нашла применение фирменная TLC 3D V-NAND, относящаяся к пятому поколению. Кристаллы такой памяти получили монолитную 90-слойную конструкцию и значительно улучшенные характеристики производительности и энергопотребления. В результате Samsung 970 EVO Plus давно и уверенно удерживает звание самого быстрого массового NVMe SSD с TLC-памятью.

Интересно, что внешне Samsung 970 EVO Plus ёмкостью 2 Тбайт совершенно не отличается от накопителей этой же модели, но меньшей ёмкости. Предполагается, что для защиты от перегрева будет достаточно только с внутренним слоем медной фольги, наклеенной на оборотную сторону накопителя. Которая, кстати говоря, не несёт на себе никаких микросхем.

Уникальность 970 EVO Plus 2 Тбайт состоит в том, что Samsung удалось собрать такой ёмкий SSD на односторонней M. 2 2280-плате, а весь его массив флеш-память помещается всего в двух микросхемах. «Набить» в одну микросхему целый терабайт флеш-памяти компании Samsung удалось благодаря использованию кристаллов размером 512 Гбит, которые штабелируются по 16 штук — так умеют делать лишь немногие производители. Ещё одна микросхема на 970 EVO Plus 2 Тбайт — чип LPDDR4 SDRAM объёмом 2 Гбайт, так что вся компонентная база накопителя — это микросхемы (включая контроллер).

Что касается характеристик версии 970 EVO Plus 2 Тбайт формально даже немного быстрее модификаций младшего объёма. Но проявляется это только в производительности мелкоблочных операций, которая заявлена ​​на уровне 620 и 560 тысяч IOPS при чтении и записи соответственно, что чуть ниже, чем обещают накопители на контроллерах Phison PS5016-E16. Линейные же скорости, ясное дело, ограничиваются пропускной способностью интерфейса PCI Express 3.0 и составляют 3,5 и 3,3 Гбайт/с при чтении и записи. Иными словами, на бумаге все выглядит так, будто бы Samsung 970 EVO Plus против Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD не имеет никаких шансов. Однако мы не разобрали Phison на завышении паспортных показателей, поэтому не удивимся, что его практика будет совсем не такая.

В чём же Samsung 970 EVO Plus совершенно точно проигрывает дерзким конкурентам с поддержкой PCI Express 4.0 , так это в условиях гарантийного обслуживания: южнокорейский производитель не готов разрешить пользователям столь же жёстко нагружать свои накопители. Задекларированный ресурс 970 EVO Plus 2 Тбайт составляет лишь 1,2 Пбайт — втрое меньше, чем у SSD на базе контроллера Phison PS5016-E16.

⇡ # Таблица спецификаций

Все обещания Phison и ее партнёров относительно накопителей производительности нового поколения PCI Express 4.0-E16 на базе контроллера PS5016-E16 собраны в следующей таблице, где паспортные характеристики Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2. И пусть такие данные обычно плохо соотносятся с реальным быстродействием SSD, на основе которых производители накопителей на платформе Phison E16 пытаются убедить владельцев новых Socket AM4-систем в рациональности выбора для использования совместно с процессорами семейства Ryzen 3000 именно таких носителей информации.

Производитель Gigabyte Samsung
Серия Aorus NVMe Gen4 SSD 970 EVO Plus
Модельный номер GP-ASM2NE6200TTTD MZ-V7S2T0
Форм-фактор M.2 2280
Интерфейс PCI Express 4.0 x4 — NVMe 1.3 PCI Экспресс 3.0 x4 — NVMe 1. 3
Ёмкость, Гбайт 2000 2000
Микросхемы памяти: тип, интерфейс, техпроцесс, производитель Toshiba 96-слойная 512-Гбит TLC 3D NAND (BiCS4) Samsung 90-слойная 512-Гбит TLC 3D V-NAND
Контроллер Phison PS5016-E16 Samsung Phoenix
Буфер: тип, объём DDR4-1600, 2 Гбайт LPDDR4, 2 Гбайт
Производительность
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения, Мбайт/с 5000 3500
Макс. устойчивая скорость последовательной записи, Мбайт/с 4400 3300
Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт), IOPS 750 000 620 000
Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт), IOPS 700 000 560 000
Физические характеристики
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись, Вт 0 , 02/6,6 0,03/6,0
MTBF (среднее время наработки на отказ), млн ч 1,77 1,5
Ресурс записи, Тбайт 3600 1200
Габаритные размеры: Д × В × Г, мм 23,5 × 80,5 × 11,4 22,15 × 80,15 × 2,38
Масса, г 95 8
Гарантийный срок, лет 5 5

⇡ # Особенности SLC-кеширования

Каждый раз, когда мы говорим о показателях быстродействия, заявляемых производителями, нам приходится делать оговорки о том, что они к работе SSD с SLC-кешем, в рамках которого все обращение к флеш-памяти выполняется в однобитовом режиме. В некоторых случаях это вполне уместно, поскольку многие твердотельные накопители обеспечивают SLC-кеш вполне достаточного объёма для весьма продолжительных операций, но это всё-таки верно не для любых потребительских NVMe SSD. Например, накопители, основанные на контроллерах Phison, всегда сильно страдали от того, что SLC-кеш в них работал по статическому алгоритму и имел очень небольшой размер, в результате чего люди приходилось часто сталкиваться с крутым падением скорости при копировании или записи файлов. /p>

Ключ, в микропрограмме для контроллера PS5016-E16 разработчики Phison наконец-то смогли исправить застаревшую проблему и впервые реализовали прогрессивный динамический алгоритм SLC-кеширования. Это значит, что информация записывается в SLC-режиме до тех пор, пока это позволяет свободное место, а перевод ячеек TLC 3D NAND в штатный трёхбитовый режим происходит в моменты простоя. Иными словами, о высокой записи на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD можно не беспокоиться — она ​​действительно может быть обеспечена для очень больших объёмов данных.

В отношении накопителя на базе платформы скорости Phison E16 может позавидовать даже Samsung 970 EVO Plus, в которой используется не столь эффективная комбинированная схема ускоренной записи Intellegent TurboWrite. Например, в двухтерабайтной версии 970 EVO Plus SLC-кеш состоит из 6-гигабайтной статической и изменяемой динамической части, но его максимальный объём даже на абсолютно чистом накопителе ограничен величиной 78 Гбайт. В то же время на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD аналогичным образом в ускоренном режиме можно заполнить третье свободное место, то есть на пустом SSD вместимость SLC-кеша может достичь 667 Гбайт.

Проиллюстрировать всё это очень легко при помощи графика максимальной скорости непрерывной последовательной записи на чистые накопители Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт и Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт.

Здесь очень хорошо видно, насколько больше информации можно принять Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт по сравнению с Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт на заявленной в спецификации скорости. Хотя справедливости ради стоит отметить, что и у 970 EVO Plus размер SLC-кеша таков, что выйти за его пределы в реальных условиях не получится в 99,9% случаев. Но даже если вести речь о производительности линейной записи в SLC-режиме, накопитель на Phison E16 выглядит привлекательнее благодаря поддержке PCI Express 4.0. Здесь её уместность неоспорима: скоростной интерфейс позволяет записывать информацию на накопитель быстрее, так как восьмиканальный массив флеш-памяти в SLC-режиме имеет большую пропускную способность, нежели четыре линии PCI Express 3.0.

Однако в «родном» »TLC-режим массив флеш-памяти в Samsung 970 EVO Plus оказывается гораздо производительнее. В накопителе ёмкостью 2 Тбайт обеспечивает скорость записи на уровне 1,3 Гбайт/с, в то время как в Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт скорость записи после заполнения SLC-кеша падает до 530 Мбайт/с. Впрочем, данный результат вряд ли имеет какую-то практическую ценность: мы ведь говорим о накопителях для десктопов, а в таких системах не бывает задач, которые требуют непрерывно на носитель информации сотни гигабайт с максимально возможной скоростью.

Другое дело — операции чтения. Phison относится к производителям, которые используют оптимизацию своих продуктов под бенчмарки. Они заключаются в том, что файлы, записанные на накопитель, остаются в SLC-кеше, быстрее ещё на некоторое время для того, чтобы обратиться к ним, выполняемые после записи, обслуживались. Этот нехрый приём не приносит никакой пользы при реальной работе, но сильно влияет на результаты тестов, потому что измерение скорости чтения из файла сразу после создания такого файла — типичный сценарий, по которому соответствует почти все бенчмарки.

Проиллюстрировать, как работает такой фокус, очень несложно. На следующем графике быстрой скорости случайного мелкоблочного чтения данных из файла на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт и Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт как сразу после его создания, так и после того, как на SSD вслед за тестовым файлом записано ещё информации.

Наглядно видно, что в Samsung 970 EVO Plus свежий файл сразу же отправляется из SLC-кеша в основной массив TLC-памяти, после чего накопитель обеспечивает скорость мелкоблочного чтения без очереди запросов на уровне 46,5 Мбайт/с. Накопитель же на базе платформы Phison E16 свежий файл в SLC-кеше ещё на некоторое время, и при этой скорости чтения случайными блоками оказывается феноменально высокой — около 56 Мбайт/с. Но ненадолго. Если следом после тестового файла на накопитель сохранить ещё какое-то количество информации, то он переедет в основной массив TLC-памяти и скорость мелкоблочного доступа снизится до 40 Мбайт/с — именно с такой скоростью и будут иметь дело реальных пользователей.

Всё это значит следующее: не надо верить популярным бенчмаркам вроде CrystalDiskMark. Они для NVMe SSD с контроллерами Phison PS5016-E16 показывают впечатляющие числа, но эти числа в действительности не описывают реальную производительность, просто иллюстрацию к комплексу оптимизаций, есть в накопителях вроде Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD. Собственно, посмотрите сами (слева — результат Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт; справа — Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт).

Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт

Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт

Кажется, что Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD одержал над Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт безоговорочную победу, разгромив его по всем оцениваемым показанным в CrystalDiskMarkателям производительности. Но не надо спешить с выводами: дальше мы покажем, что в реальных условиях накопитель на базе Phison PS5016-E16 не так хорош, как кажется поначалу, и уж точно не может похвастать неоспоримымством над Samsung 970 EVO Plus.

⇡ # Как мы тестировали

Задачей, которая была поставлена ​​перед этим исследованием, стало определение «реальных» производительности нового поколения накопителей, ориентированных на работу по интерфейсу PCI Express 4.0 x4. Основной вопрос, на который должны ответить тесты, звучит так: есть смысл выбирать для компьютеров с поддержкой PCI Express 4.0 (это — система на базе процессоров семейства Ryzen 3000) новые твердотельные накопители, построенные на контроллерах Phison PS5016-E16, — или же флагманские модели NVMe SSD без поддержки PCI Express 4.0 могут предложить производительность не хуже.

Поставленная задача однозначно предопределила используемую в тестировании конфигурации компьютера. Исследование проводилось в системе на базе Ryzen 7 3800X и материнской платы с чипсетом X570. Такая система хороша тем, что в ней интерфейс для подключения NVMe SSD (мы использовали линии, которые работают через процессор) может работать в режиме PCI Express 4.0, так и в режиме PCI Express 3.0. Соответственно, накопитель Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт был протестирован дважды — в двух разных режимах работы шины, а Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт — единожды, со своим подходом работы интерфейса в режиме PCI Express 3.0.

Кроме того, заодно мы решили проверить производительность накопителей и в системе с процессором Core i9- 9900К. Раньше платформа AMD серьёзно проигрывала платформе Intel в скорости работы твердотельных накопителей, но это было прежде всего в то время, когда процессоры Ryzen третьего поколения, как и чипсета X570, не существовало.

Таким образом, список используется в этом тестировании аппаратных компонентов получился следующим образом:

  • Процессоры:
    • AMD Ryzen 7 3800X (Matisse, 8 ядер + SMT, 3,9-4,5 ГГц, 32 Мбайт L3);
    • Intel Core i9-9900K (Coffee Lake Refresh, 8 ядер + HT, 3,6-5,0 ГГц, 16 Мбайт L3).
  • Процессорный кулер: Noctua NH-D15.
  • Материнские платы:
    • ASUS ROG Crosshair VIII Formula (Socket AM4, AMD X570);
    • ASRock Z390 Taichi (LGA1151v2, Intel Z390).
  • Память: 2 × 8 Гбайт DDR4-3600 SDRAM, 16-16-16-36 (G. Skill Trident Z RGB F4-3600C16D-16GTZR).
  • Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti (TU102, 1350/14000 МГц, 11 Гбайт GDDR6 352-бит).
  • Накопители:
    • Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт (GP-ASM2NE6200TTTD, прошивка EGFM10E3);
    • Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт (MZ-V 7S2T0, прошивка 2B2QEXM7).
  • Блок питания: Thermaltake Toughpower DPS G RGB 1000W Titanium (80 Plus Titanium, 1000 Вт).

Тестирование выполнялось в системе Microsoft Windows 10 Pro (v1903), сборка 18362.175 с использованием следующего комплекта драйверов:

  • AMD Chipset Driver 1.9.27.1033;
  • Драйвер набора микросхем Intel 10.1.1.45;
  • Драйвер Microsoft Windows NVMe 10.0.18362.175;
  • NVIDIA GeForce 431. 60 Driver;
  • Samsung NVM Express Driver 3.1.0.1901.

⇡ # Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 со всеми необходимыми драйверами, корректно распознавающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Очистка буфера кеша записи в настройках тестируемого SSD отключена, все обновления безопасности, включая заплатки против уязвимостей Spectre, Spectre v4, Meltdown, Foreshadow, Spectre v3a, Lazy FPU, Spoiler и MDS (в том числе включены результаты из этой статьи не стоит сравниваемая) показателями в других наших материалах). Измерение производительности выполнено с накоплением в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данных. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах используются рандомизированные несжимаемые данные.

Раздел, в пределах которого тестируется скорость, имеет размер 32 Гбайт, продолжительность каждого теста составляет сорок секунд. Такие параметры, в частности, позволяют получать более релевантные результаты для тех SSD, используют различные технологии SLC-кеширования.

Используемые приложения и тесты:

  • Iometer 1.1.0
    • Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 128 Кбайт (типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Тестирование выполняется при различных параметрах очереди запросов, что позволяет оценивать такие параметры быстродействия.
    • Измерение скорости и латентности случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока в подавляющем большинстве реальных условий операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
    • Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
    • Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
    • Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных операций чтения и записи блоками объёмом 128 Выполняемых в два независимых потока, выполняемых в двух независимых потоках, и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре независимых потока.
    • Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости выполняет ежесекундно. По окончании теста примерно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счет технологии работы после отработки команды TRIM.
  • CrystalDiskMark 7 . 0 . 0
    • Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольного чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
  • PCMark 8 Storage Benchmark 2.0
    • Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, который характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage 2.0. В качестве результатов теста учитывается итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различных приложений.
  • Тесты реальной файловой нагрузки
    • Измерение скорости копирования директорий с файлами разного типа. Для использования применяемого стандартного средства Windows — утилита Robocopy, в качестве тестового набора используется рабочая директория, включающая офисные документы, фотографии и иллюстрации, файлы в формате pdf и мультимедийный контент общим объёмом 8 Гбайт.
    • Измерение скорости архивации файлов . Тест проводится с той же рабочей директорией, что и копирование, в качестве инструмента для компрессии файлов избранного архиватора 7-zip версии 9.22 beta. Для уменьшения влияния производительности процессора используется метод Deflate.
    • Исследование скорости разворачивания архива. Тест проводится с архивом, полученным при измерении скорости архивации.
    • Оценка скорости запуска игрового приложения. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске игры Far Cry 4 и загрузки в ней уровня с пользовательским сохранением. Для минимизации производительности процессора и памяти все задержки, из тестового сценария убраны.
    • Оценка скорости старта приложений, формирующих типичную рабочую пользовательскую среду. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске пакета приложений, который состоит из Google Chrome, текстового редактора Microsoft Word, графического редактора Adobe Photoshop и видеоредактора Adobe Premiere Pro с рабочими файлами. Для минимизации производительности процессора и памяти все задержки, из тестового сценария убраны.

⇡ # Производительность последовательного чтения и записи

Самый первый тест, в котором мы измеряли скорость линейного чтения, преподносит сюрприз. Оказывается, контроллер Phison PS5016-E16 обеспечивает высокое качество чтения только в специально подобранных условиях, которые используются в синтетических бенчмарках при определенных настройках. Если же о скорости реальной, которая наблюдается при невысокой глубине очереди запросов и последовательном чтении 128-килобайтными блоками, то Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD не только не выходит за пропускную способность четырёх линий PCI Express 3.0, но и значительно отстаёт от Samsung 970 EVO Plus .

В повседневной жизни преимущества шины PCI Express 4.0 обладатели накопителя Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD или его родственников с контроллером Phison PS5016-E16 могут увидеть лишь при линейной записи. Здесь скоростные показатели таких накопителей действительно выше, чем у Samsung 970 EVO Plus, который упирается в предел зависимости PCI Express 3.0 x4.

Чтобы лучше было понятно, почему так получается, к диаграммам мы добавили графики линейных скоростей от очереди очереди запросов. На них для наглядности показаны лишь результаты, полученные для Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт и Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт на платформе AMD при использовании максимально возможного для каждого накопителя режима PCI Express.

Диагноз очевиден: контроллер Phison PS5016-E16 страдает ровно теми же недостатками, что и его предшественники. Высокие скоростные показатели при линейных операциях чтения он может обеспечивать при глубоких очередных запросах, а их при типовой десктопной нагрузке не возникает. Поэтому SSD Gigabyte Aorus NVMe Gen4 может сколько угодно щеголять пиковыми паспортными показателями, но в действительности шина PCI Express 4. 0 ему особо-то и не нужна.

⇡ # Производительность произвольного чтения

В том, что Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD, построенный на двухъядерном контроллере со сравнительно невысокой вычислительной мощностью, не сможет соперничать с Samsung 970 EVO Plus при операциях случайного чтения, у нас не было сомнений с самого начала. Тесты это только подтверждают. Обращение к произвольным блокам накопителя Samsung с шиной PCI Express 3.0 x4 обрабатывает в любом случае быстрее, чем новый накопитель, имеющий вдвое более быстрый интерфейс. Очевидно, что пропускная способность шины сама по себе ничего не решает — к ней должен прилагаться и сильный контроллер с хорошо оптимизированной микропрограммой, а их Phison своим партнёрам пока не предложила.

Кстати, стоит обратить внимание и на ещё одну интересную деталь: система, построенная на процессоре Ryzen 7 3800X, как минимум не хуже по производительности работы со скоростным носителем информации, чем система на базе флагманского процессора автора Intel. А это значит, что времена, когда платформа AMD уступила быстродействию дисковой подсистемы, наконец-то прошли.

⇡ # Производительность произвольной записи

Операции записи на SSD устроены алгоритмически проще, поэтому здесь Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD имел неплохой шанс использовать производительность, за которую его разработчик не пришел бы краснеть. Но в реальности у накопителя на базе контроллера Phison E16 впечатляющего выступления не получилось. Он смог обойти Samsung 970 EVO Plus в одном случае — при работе с блоками большого размера. При распространённой же в десктопах мелкоблочной записи старый добрый накопитель Samsung, использующий шину PCI Express в режиме 3.0, оказывается заметно лучше.

⇡ # Производительность при смешанной нагрузке

Одновременное обслуживание разнонаправленных потоков операций — достаточно непростая задача, для эффективного решения которой необходим необходимый и мощный контроллер, и оптимизированная микропрограмма, и быстрый массив флеш-памяти. Сбалансированной совокупностью этих компонентов платформы Phison E16 может похвастаться, поэтому SSD Gigabyte Aorus NVMe Gen4 вновь заметно проигрывает своему сопернику, несмотря на использование более скоростного интерфейса.

Таким образом, накопитель PCI Express 4.0 на базе контроллер Phison PS5016-E16 оказался силён лишь при одном варианте нагрузки — при линейной записи. Во всех остальных случаях SSD-накопитель Gigabyte Aorus NVMe Gen4 в той или иной степени слабее, чем Samsung 970 EVO Plus, в котором при этой поддержке PCI Express 4.0 нет.

⇡ # Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

К сожалению, тест PCMark 8 не защищён от «Читерских» оптимизаций прошивки, которые встречаются в актуальных NVMe-накопителях на базе контроллеров Phison. Поэтому их результат здесь получается несколько завышенным, хотя, как видно по показателям, с увеличенной пропускной способностью внешнего интерфейса это никак не связано. Тем не менее, всё выглядит так, как будто Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD в реальных приложениях работает чуть быстрее, чем Samsung 970 EVO Plus.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми накопителями при прохождении. отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разноплановой нагрузке флеш-накопители могут вести себя каким-либо особым образом.

Любопытно, что PCMark 8 также обеспечивает лучшую производительность современных накопителей на платформе Intel, нежели на платформе AMD. Как следует из диаграммы, это первая очередь с быстродействием дисковой подсистемы в Adobe Photoshop.

⇡ # Производительность при реальной нагрузке

С файловыми операциями Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD справляется в в целом неплохо. Samsung 970 EVO Plus способствует быстродействию этого накопителя. Очевидно, спасает накопитель на базе Phison PS5016-E16, что он действительно обеспечивает достойную производительность при линейной записи.

Но с ролью хорошего системного накопителя, системы с которым запускается операционная программа, Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD совершенно не справляется. Для обслуживания таких нагрузок важна высокая скорость мелкоблочного чтения, а также способность накопителя переваривать разнонаправленные операции, но с тем и с другими новейшими контроллерами Phison большие проблемы. Поэтому в использовании в персональном накопитель на платформе Phison E16 значительно более медленным по сравнению с флагманскими лидерами рынка, и шина PCI Express 4.0 здесь никак не помогает. При запуске SSD-накопителя Gigabyte Aorus NVMe Gen4 скорость передачи данных в пределе оказывается на 30% ниже, чем в случае с Samsung 970 EVO Plus.

⇡ # Проверка температурного режима

В заключение нужно сказать пару слов про рабочие накопителей с поддержкой PCI Express 4.0. Помните, AMD оправдывала необходимость активного охлаждения чипсета X570 тем, что высокочастотный контроллер новой шины не может быть холодным? А если так, то получается, что SSD поддерживает PCI Express 4.0, как флагманский чипсет под Ryzen, который должен быть проблемным в смысле теплового режима компонентами. И в этой связи совсем не удивляет, что все решения на контроллерах Phison PS5016-E16, как твердотельные накопители Gigabyte Aorus NVMe Gen4, в обязательном порядке должны снабжаться крупными и достаточно эффективными радиаторами.

. опровергаются практикой. На самом деле PCI Express 4.0-накопитель Gigabyte греется ровно настолько, насколько быстро он работает. Иными словами, в деле SSD на контроллере Phison PS5016-E16 даже без какого-либо радиатора нагревается меньше, чем Samsung 970 EVO Plus. Следовательно, накопитель может быть горячим из-за высокой производительности, а формальная поддержка PCI Express 4.0 без реального улучшения быстродействия к принципиальному росту тепловыделения SSD не дает.

На графике ниже температуры сравниваемых SSD при непрерывных последовательных операциях с глубиной запроса в 32 команды. Измерения были проведены на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился, оба накопителя эксплуатировались без каких-либо систем охлаждения.

При тестировании SSD-накопителя Gigabyte Aorus NVMe Gen4 троттлинг не встретился ни при чтении, ни при записи. Максимальная температура достигла 82 градуса, она была достигнута в тот момент, когда запись шла в SLC-кеш, но при записи напрямую в TLC-память накопитель уже так сильно не греется. В то же время Samsung 970 EVO Plus в тех же условиях примерно за минуту разогревается до температуры 83 градуса, после чего у него включается троттлинг, который сохраняется до полного снятия с накопителя нагрузки.

Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD не перегревается даже со снятым радиатором, то получается, что мощное охлаждение на накопителях с контроллером Phison PS5016-E16 в реальности не требуется, его основная роль — придание им солидности в глазах покупателей.

⇡ # Выводы

Начиналось всё многообещающе: Phison очень своевременно ввела в своих накопителях нового поколения поддержку шины PCI Express 4.0 и попала в единую струю с начавшими покорять рынок процессорами Ryzen 3000, которые летом текущего года внедрили эту шину в настольных системах. В результате возникло впечатление, что Phison действительно совершила рывок и процессоров теперь предлагает пользователям современных компьютеров на базе AMD твердотельные накопители с принципиально лучшими, чем у конкурентов, производительностью.

В формировании такого мнения помогла и сама AMD, которая при продвижении процесса с микроархитектурой Zen 2 активно рекламировала NVMe-накопители на базе контроллера Phison PS5016-E16 как единственный правильный выбор, способный раскрыть преимущества PCI Express 4.0. Внесли свою лепту фирмы возникший вокруг PS5016-E16 ажиотаж и Corsair, Gigabyte и Patriot, которые стали преподносить SSD на основе данного контроллера как премиальные и флагманские продукты.

Как показала практическая проверка, вся эта бравада имеет очень отдалённое отношение к действительности, потому что на деле накопители Corsair MP600, Gigabyte Aorus NVMe Gen4, Patriot Viper VP4100 и им подобные — весьма средние по производительности варианты даже в том случае, если они используются в системах на базе процессоров Ryzen 3000 и работают через шину PCI Express 4.0 x4 с пропускной способностью до 7,9 Гбайт/с.

Хороший и производительный накопитель с интерфейсом PCI Express 4.0 x4 должен обладать сбалансированной конфигурацией, которая бы включала не только быстрый массив флеш-памяти, но также и контроллер с достаточной вычислительной мощностью, и оптимизированную микропрограмму. На платформе, которую предложила Phison, контроллер слишком слаб для того, чтобы загрузить полосу пропускания PCI Express 4.0 x4, хотя используемую в ней BiCS4-память компании Toshiba имеет вполне достойные характеристики. Но ничего не поделаешь, чип PS5016-E16 базируется на процессоре только с двумя ARM-ядрами и фактически представляет собой обновлённую версию недорогого контроллера PS5012-E12, в котором внешний интерфейс заменили более скоростным.

А это автоматически Это означает, что потребительские накопители PCI Express 4.0, которые основаны на платформе Phison E16 (а других сейчас попросту нет), стоило бы позиционировать как переходные решения начального уровня с новым интерфейсом. И в этом случае их производительности не было случаев, когда они проигрывают флагманским моделям SSD NVMe с интерфейсом PCI Express 3. 0 x4 почти при любой другой разновидности нагрузки, не вызвало никаких серьёзных вопросов.

Но Phison вместе с партнёрами явно решила подзаработать на хайпе вокруг PCI Express 4.0 — и ставит продукты на базе PS5016-E16 на одну ступень с Samsung 970 EVO Plus, а то и выше. На самом деле это совершенно безосновательно. Результаты тестов однозначно показывают, что в производительности Corsair MP600, Gigabyte Aorus NVMe Gen4, Patriot Viper VP4100 и другие SSD на базе Phison E16 нет никаких признаков премиальности, и они должны продаваться ощутимо дешевле хорошо известных флагманов с шиной PCI Express 3.0 x4. И пока это условие не соблюдено, мы не советуем приобретать накопители с контроллером Phison PS5016-E16 даже для современных систем на базе Ryzen 3000, где есть врожденная поддержка PCI Express 4.0. Проверено временем Samsung 970 EVO Plus обеспечивает лучшую производительность по более низкой цене, используя вдвое более медленный интерфейс.

В итоге про пользу PCI Express 4.0 для современных накопителей можно сказать примерно то же, что и в случае с видеокартами. Формально эта шина значительно увеличивает пропускную способность, но пока на рынке нет таких устройств, для которых это было бы действительно необходимо.

⇣ Содержание
  • Страница 1 — PCI Express 4.0: теория. Характеристики Giagbyte Aorus NVMe SSD 2 Тбайт
    • § Почему мы вообще заговорили про PCI Express 4.0
    • § Главный герой — Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD
    • § Антагонист — Samsung 970 EVO Plus
    • § Таблица спецификаций
    • § Особенности SLC-кеширования
  • Страница 2 — Результаты тестов. Выводы
    • § Как мы тестировали
    • § Методика тестирования
    • § Производительность последовательного чтения и записи
    • § Производительность произвольного чтения
    • § Производительность произвольной записи
    • § Производительность при смешанной нагрузке
    • § Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0
    • § Производительность при реальной нагрузке
    • § Проверка температурного режима
    • § Выводы
Комментировать ( )
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL + ENTER.
Материалы по теме
Обзор NVMe-накопителя Samsung 980 PRO: всё бы было хорошо, если б это был не «про»
Какой SSD выбрать в 2019 году и почему: тест 21 накопителя объёмом 1 Тбайт с интерфейсом NVMe
Обзор NVMe-накопителя Samsung 970 EVO Plus: плюсанули от души
Обзор WD Black SN850 — SSD, который победил Samsung 980 PRO
SSD по-русски: знакомимся с GS Nanotech — свойств твердотельных накопителей из города Гусева
AMD против Intel: проверяем производительность SSD
Оцените статью
logicle.ru
Добавить комментарий