Черный господин от WD Black NVMe SSD (2018)

Краткий обзор нового WD Black NVMe SSD и небольшой экскурс в историю накопителей.

Предистория

Все началось на Игромире, почти полтора месяца назад. Я был приятно удивлен скоростью работы демомашин. После недолгих расспросов, выяснилось, что дело тут не в оптимизации, а в железе, в частности, в накопителях нового поколения. 

Там же мне удалось поймать сотрудника Western Digital, который и рассказал мне об их новом звере WD Black NVMe SSD и его особенностях.

Косплей на Игромире 2018, мистер WD Black 

Немного истории жестких дисков и как мы пришли к NVMe

То, что происходит в сегменте хранения данных, запутает даже компьютерщиков, поэтому я решил дополнить обзор коротким экскурсом в историю жестких дисков для ПК. Не буду углубляться в бобины с магнитной лентой, перфокарты и прочие допотопные носители. Перенесемся сразу в 1986 год. 

Именно тогда Western Digital представила Integrated Drive Electronics (IDE) и революционную ATA-1. Затем были ATA-2, UDMA, ATA-4 и прочие ATAPI. Все, кто знаком с Windows 3.1/95/ 98/Millenium, хранили свои данные на этих устройствах.

В 2003 году появился новый тип жестких дисков — SATA 1.5 GB/s с максимальной пропускной способностью 150 мегабайт в секунду. На таких мы играли в первые Call of Duty, GTA: Vice City, Warcraft III и Eve Online.

Спустя год SATA 2 удваивает скорость до 3 GB/s и 300 MB/s соответственно. Все, кто только что купил SATA 1, кусали локти. 

В 2008 выходит SATA 3 со скоростью работы до 6 GB/s. На этой технологии вышли первые SSD со скоростями 350-550 MB/s

Затем появляется принципиально новый интерфейс NGFF (Next Generation Form Factor), позже переименованный в M.2. Он использовал тот же контроллер SATA 3 и работал на скорости <550 MB/s, но позволил существенно увеличить объем и продолжительность жизни хардов. По сути, это был переходный период и подготовка к следующему качественному скачку. SATA является для SSD узким местом во всех смыслах — и по полосе пропускания (флэш способен работать быстрее, чем SATA 6Gb/s) и по логике, ведь SATA разработан для магнитных дисков с вращающимися пластинами и магнитной головкой. И внутри SATA протокола происходят лишние конвертации команд SATA в команды, совместимые с возможностями флеша — мгновенной адресацией нужной ячейки, страничной записью и чтением, механизмами wear leveling и тп.

Наконец, в начале 2017 года появляется спецификация NVMe 1.3 (Non-Volatile Memory Express). С этого момента SSD начинают уверенный захват рынка потребительских ПК. Эти накопители имеют M.2-интерфейс, но в отличии от SATA, используют х4 PCIe.

Если кратко, то это скрещивание идей старой доброй PATA (параллельной записи по 4 PCIe-полосам единовременно) и SATA 3 (последовательная запись 500+ MB/s.). Вот и получается, что такие харды имеют скорости начиная от 2100 MB/s, то есть в четыре раза больше любого SATA 3 SSD!

Как разобраться в новых NVMe?

Итак, мы добрались до конкретного типа накопителей, но и тут куча незнакомых слов: NAND Flash, MLC, TLC, SLC, 3D NAND

Все эти термины относятся к архитектуре ячеек, в которых хранятся единицы и нули. Есть хорошая новость — если в 2012 году нужно было думать, с каким NAND брать SSD, то сегодня WD Black имеет сразу все необходимые типы NAND.

Каждый тип предпочтительнее для разных задач. К примеру, SLC (Single-Level Cell) хранит всего один бит в одной ячейке. Данная конструкция имеет увеличенную выносливость, точность и скорость. Такой тип хорош для записи пакетов данных, а после контроллер ASIC сможет перераспределить необходимые данные на уровне MLC (Multi-Level Cell), который хранит уже 2 бита в одной ячейке. Всё это сделано, чтобы сохранить надежность и скорость при передаче больших пакетов данных, но при этом снизить цену конечного продукта.

Схема работы разнотипных NAND 

Первенец WD Black NVMe SSD (2018)

Это первый SSD, созданный в Western Digital от начала до конца. Делать свой контроллер для SATA дисков было бессмысленно. На тот момент у сторонних производителей, например, Silicon Motion, были качественные контроллеры, способные выжать максимум из протокола SATA. А NVMe-протокол был создан именно для флэш памяти.

С учетом задействования нескольких линий шины PCIe можно получать скорости на порядок выше. Для компании весьма перспективно развивать собственный инновационный контроллер, учитывающий все особенности памяти 3D NAND BiCS.

В итоге получился первый собственный контроллер с технологиями, которых нет у конкурентов. Первое поколение WD-контроллеров показывает скорость на уровне четвертого поколения Samsung, который был технологическим лидером в этом сегменте.

Первый шаг оказался весьма успешным, полученные характеристики сразу оказались близки к пиковым возможностям PCI-E (1 GB/s на линию). Еще одной отличительной чертой стала масштабируемость — можно было установить накопитель на две линии PCI-e (он был не в 6-7 раз быстрее SATA, а «всего» в 3-4 раза). Это позволило выстроить линейку под разные нужды и возможности потребителя.

Отличия от конкурентов

Помимо основного ядра, контроллер содержит несколько простых ASIC (application-specific integrated circuit) или секвенсоров, которые способны эффективно выполнять ряд рутинных повторяющихся задач.

При этом разгружается основное ядро, уменьшается расход мощности и нагрев компонентов, а также самого флэша. Когда контроллер определяет паттерн операций, подходящих для секвенсора, задача перекидывается туда.

Также реализованы ускоренные механизмы работы с четностью — контроль четности осуществляется для крупных блоков из многих страниц и, в случае несовпадения контрольных сумм, начинается процесс углубления, но только внутри одного блока (multi-tier ECC-технология). К этому можно добавить и оптимизацию работы SLC-кэша для повышения его доступности.

Схема работы секвенсоров в обход основного ядра

Всё это в совокупности даёт ощутимое снижение энергопотребления, и, как следствие, термоотделения, сохраняя тем самым высокую производительность на продолжительном промежутке времени работы накопителя.

3D Nand — маркетинг или реальная технология?

Маркетологи любят использовать аббревиатуру «3D» в рекламе. Это стало чем-то вроде «ЭКО, БИО и без ГМО» в мире компьютерных технологий. Однако, в данном случае WD действительно использует третье измерение для сохранения миниатюризации накопителя при увеличении объема хранимых данных.

Представьте полоску с ячейками, в которых хранятся данные. Снижать расстояние между ячейками можно до определенного физического предела (10 нанометров), в противном случае, заряд начнет прыгать между ячейками и уничтожать ваши данные. Так как место по ширине закончилось, инженеры решили превратить плоскости ячеек в башни, тем самым ощутимо увеличив количество хранимых данных на той же площади. Примерно тоже самое происходит в крупных городах — так появились небоскрёбы. У WD эта технология называется BiCS3, но на их презентациях уже присутствуют BiCS4 и BiCS5, правда, пока без подробностей.

Схематическое представление 3D NAND, смахивает на небоскрёб 

Технические характеристики 

Одна полоса PCIe имеет пропускную способность 984.6 MB/s, следовательно х4 PCIe 3.0 имеет 3.94 GB/s. В данном случае WD подобрались уже максимально близко к «краю» достигнув впечатляющей скорости чтения в 3400 MB/s

В таблице указаны параметры, заявленные на сайте производителя:

 Объем 1 TB 500 GB 250 GB
 Последовательная запись  3400 MB/s  3400 MB/s 3000 MB/s
 Последовательное чтение 2800 MB/s 2500 MB/s 1600 MB/s
 Случайная запись 500K IOPs 410K IOPs 220K IOPs
 Случайное чтение 400K IOPs 330K IOPs 170K IOPs
 Выносливость (кол-во записанных терабайтов) 600TBW 300TBW 200TBW
 Рабочая температура От 0 до 70 °C  От 0 до 70 °C  От 0 до 70 °C 
 Рекомендуемая цена $449.99 $229.99 $119.99
 Гарантийный срок службы 5 лет 5 лет 5 лет

Подойдет ли NVMe SSD к моему компьютеру?

Существует два типа M.2 разъемов, как показано на схеме ниже.

SATA M.2 имеет два пропила и называется B+M ключ
NVMe M.2 имеет только нижний пропил и называется М ключ

Важно помнить, что накопитель с B+M ключом можно вставить в разъём М, просто скорость будет ограничена самим устройством, а NVMe накопитель вставить в B+M разъем не получится, будет мешать выступ между 12 и 19 пинами. 

Ниже приведен список поддерживаемых чипсетов, которые можно прошить для определения NVMe, как диска загрузки:

  • B150, B250;
  • H110, H170;
  • Q170;
  • X99, X299, X299, X370, X399;
  • Z97, Z170, Z270, Z370;

Вам в любом случае стоит посмотреть модель материнской платы и поискать официальную или неофициальную поддержку драйвера для NVMe

Есть способ использовать WD Black NVMe SSD на старых материнских платах без M.2 разъема — об этом дальше. 

Тесты

На самом деле, я планировал тестировать этот хард вместе с другим новым оборудованием в рамках цикла обзоров железа для геймерских компов. Но некоторые детали ещё в пути, а этот SSD на 500 GB уже давно пришел и смотрит на меня. В общем, я не утерпел и воткнул его в свой допотопный i7 на материнке с чипом Q77

Дедушка SATA и внук SSD, оба по 500 мегабайт 

Тут есть несколько оговорок. Во-первых, у моей материнки нет M.2 разъёма (даже под M+B), во-вторых, свободен только PCIe х2 (половина от необходимых полос), ну и, разумеется, BIOS даже не видит NVMe при старте, из-за чего я не могу поставить на этот диск операционную систему. Но когда такие ограничения нас останавливали!? 

Скажу сразу, что пока не пришла новая материнская плата, я решил не шить UEFI своей материнке, потому что есть высокий шанс окирпичить ее в процессе столь брутальных манипуляций. Поэтому отложил это развлечение на момент, когда у меня будет собран новый компьютер. 

Если не уверен, то не лезь в BIOS с паяльником (фото из интернета, автор неизвестен)

В итоге я приобрел адаптер M.2 NVMe (под M-ключ) для PCIe и воткнул всё это в х2 слот. Windows 8.1/10 после прогрузки сразу обнаружила новое устройство и автоматически нашла драйверы. Далее, в диск менеджере я превратил новый диск в NTFS партицию на 456 GB и приступил к тестам. 

Установка в PCIe адаптер

Для начала навернул CrystalDisk 6.0 и AS SSD тесты, и получил чуть выше половины скорости последовательных чтения и записи от заявленных производителем, разумеется причиной является использование всего двух полос PCIe. Хотя это было ожидаемо, они все равно меня впечатлили.

Диск установлен, под массивной видеокартой его даже не видно

Я стал гонять тесты по 16 GB и 32 GB в течении часа, желая надавить на слабое место всех Flash-накопителей — перегрев. Но, отметку выше 47 °C я так и не увидел, при этом, не было  троттлинга контроллера и существенного падения скорости. Опять же, диск сидит прямо под моей видеокартой с водяным охлаждением, и в этом месте отсутствует какой-либо воздухопоток. Если вы хотите долгой службы и быстродействия харда, обязательно позаботьтесь о его охлаждении. 

В последних тестах я запустил несколько игр, предварительно проверив скорость загрузки на SATA SSD и старом добром HDD на 2TB. Разница вышла примерно 28.5%. Однако, было заметно, что не все игры сильно привязаны к накопителям при загрузке карт/матчей. В итоге я решил отложить этот тест и пересмотреть результаты на полноценном PCIe x4

Плюсы и минусы

Плюсы:

  • Низкие температуры при нагрузке и, следовательно, отсутствие троттлинга. 
  • Устройство работает даже на х2 PCIe, что делает его доступным не только для современных материнских плат.
  • Гарантия 5 лет.
  • Хорошая средняя производительность на длительном отрезке времени (прежде всего, за счет первого пункта).


Минусы:

  • Накопитель на 250 GB имеет ощутимо более низкие показатели, чем старшие братья.
  • Легко перепутать с их продуктом предыдущего поколения, таким же NVMe Black (на синем текстолите). 

Выводы

Главный вопрос — стоит ли покупать? Ответ очевиден — да. Как показали тесты, есть возможность использования на компьютерах предыдущих поколений и получения прироста минимум в 2-3 раза даже без нужных портов и свободных полос PCIe. Особенно, учитывая, что цена на эти устройства и классические SATA3 SSD очень близка.
При этом, вы получаете более надежный носитель и на одно горячее устройство меньше в компьютерном кейсе. 

В случае если ваша материнская плата поддерживает NVMe, то тут ещё больший прирост — 6-7 раз по сравнению с обычными SSD

Рекомендую брать не меньше 500 GB, если вам важна скорость, а лучше 1 ТБ, так как его выносливость выше ровно в два раза (600 TBW против 300 TBW). 

С точки зрения задач, этот хард идеально подходит для гейминга, монтажа и рендеринга видео. Отличное дополнение к любому hi-end компьютеру. 

WD создали весьма интересный продукт. Раньше при выборе SSD дисков всегда стоял выбор между надежностью, скоростью и продолжительностью жизни. Когда я покупал очередной SSD, мне нужно было идти на компромиссы между этими переменными. С данным продуктом компромиссы не нужны, ты получаешь всё в одной упаковке.