3D V-NAND aušra su „Samsung 850 Pro“

„Samsung“ SSD kaupiklių rinkoje užima išskirtinę – unikalią poziciją. Mes kalbame apie tą faktą, kad tai kompanija, kuri viską, ko reikia naujam produktui, geba pasigaminti pati, pradedant valdikliu ir baigiant NAND atmintimi. Net nekyla abejonių, jog tokia turtingais resursais paremta sinchronizacija buvo vienas iš svarbiausių faktorių leidusių pietų korėjiečiams atsidurti ten, kur jie yra dabar. Visgi anksčiau laiko kabinti medalio neketiname net dabartiniam 3D V-NAND atmintimi ginkluotam „Samsung“ flagmanui 850 Pro. Sparčiausiojo vardą jam teks užsitarnauti įveikiant kol kas dar nenurungtą „OCZ Vector 150“, kuris buvo pagimdytas dar tada, kai „OCZ“ negalėjo nevaržomai disponuoti „Toshiba“ gamybos NAND atmintimi.

Pakuotė ir komplektacija

„Samsung“ atstovybė mums pasiuntė ne mažmeninei prekybai skirtą produktą, todėl teturime niūrią kartoninę pakuotę, o joje nieko daugiau kaip į elektrostatinį maišelį įpakuotą 850 Pro SSD kaupiklį. Nesame įsitikinę ar „Samsung“ į komplektaciją prideda 3,5“ dėklą, tačiau mažmeninei prekybai skirto produkto pakuotė atrodo tikrai kitaip.

 

Žvilgsnis į produktą ir jo specifikacijas

„Samsung 850 Pro“ vidurius saugo labai lengvas 7 mm aukščio korpusas, turintis sidabro spalvos apvadą ir „Samsung“ užrašą. Norint žvilgtelti į vaizdą po gaubtu tereikia atsukti vieną vienintelį varžtelį. Deja, ši misija tapo neįmanoma, nes tas vienintelis penkiakampis varžtelis nėra standartinis – jam skirto atsuktuvo neturėjome.

256 GB talpos 850 Pro ant popieriaus pateikiamos specifikacijos labai solidžios. Šis SSD kaupiklis turėtų sugebėti išvystyti 550 ir 520 MB/s siekiančius linijinius skaitymo ir rašymo greičius. Maksimali IOPS sparta taip pat viena labiausiai žadančių: 100 000 IOPS skaitant ir 90 000 IOPS rašant 4 kb blokus.

 

Kas ta 3D V-NAND atmintis?

Nemaža dalimi to didžiulio ažiotažo, kuris kilo išleidus 850 Pro, tapo pirmą kartą „Samsung“ masiškai panaudota 3D V-NAND atmintis. Įprasta NAND atmintis dažniausiai būna sutalpinta į vieną sluoksnį, o didesnis talpumas vystomas mažinant litografiją. Šis procesas vyksta taip vadinamoje planarinėje erdvėje, kur celės yra iš esmės dėliojamos tik horizontalia kryptimi. Patobulinus techprocesą gamintojas džiaugiasi sugebėjęs sutalpinti didesnį skaičių celių į tą patį ploto vienetą, tačiau su kiekvienu techproceso sumažinimu tos celės atsiduria arčiau viena kitos, taip padidinant riziką joms susiliesti. 3D V-NAND leidžia celėms augti ir vertikaliai.

Visgi skirtumų tarp 2D NAND ir 3D V-NAND yra ir kitų. Įprastinėje celėje informacija yra saugoma įkalinant elektronus slankiojančiuose vartuose, kurie yra geras laidininkas, tačiau elektronų laukan neišleidžia dėl apsauginio oksido sluoksnio. Elektronai atkeliauja iš substrato, kuris yra žemiau oksidu padengto tunelio. Kontrolės vartuose duotas įtampos impulsas sužadina elektronų judėjimą per oksido tunelį. Kai informacija yra įrašinėjama elektronai juda į celę, kai trinama – grįžta į subtsratą. Didėjantis perrašymų skaičius žaloja oksido sluoksnį ir elektronai pradeda pasimesti, kol galiausiai tarp slankiojančių vartų ir substrato gali įvykti trumpas jungimas. Elektronai nebekaups krūvio ir celė mirs. Siekiant padaryti celę atsparesnę susidėvejimui slankiojantys vartai buvo pakeisti į gaudantįjį sluoksnį, kuris yra nelaidus. Šis metodas leidžia tunelyje panaudoti plonesnį oksido sluoksnį, taip pagreitinant rašymo ir trynimo ciklų vykdymą. Krūvių gaudykle paremtą technologiją „Samsung“ pritaikė V-NAND luste.

Cilindro formos vertikalią elektronų gaudyklę – tunelį supa daugialuoksniai kontrolės vartai. Pasak „Samsung“, tokia sistema yra nuo dviejų iki dešimties kartų ištvermingesnė už MLC, leidžia įrašyti duomenis du kartus greičiau bei suvartoti dukart mažiau energijos. Tokia informacija pateikiama pirmos kartos V-NAND lustams, kuriuose celės išdėstytos 24-iuose sluoksniuose. 850 Pro serija jau spėjo gauti antros kartos V-NAND lustus, todėl tikėtina, kad buvo pasiektas dar didesnis atotrūkis nuo MLC tipo atminties.

256 GB talpos 850 Pro turi viso labo keturis antros kartos V-NAND lustus, kuriems būdingi 32 sluoksniai. Galimybė išdėstyti celes vertikaliai leido „Samsung“ padidinti litografiją net iki 40 nm. Skirtingai nei MLC lustams, kuriuos būdavome įpratę matyti su 64 (8 GB) arba 128 Gbit (16 GB) talpa, V-NAND būdinga keista 86 Gbit (10.75 GB) talpa. Suskaičiavus suprantame, kad pusė panaudotų V-NAND lustų turi aštuonias šerdis, kita pusė – keturias (2 x 8 x 86 Gbit + 2 x 4 x 86 Gbit).

Naujajame „Samsung“ flagmane randamas valdiklis yra nužengęs iš 840 EVO, o ne 840 Pro. Tris ARM architektūros branduolius turintis aštuonkanalis MEX valdiklis dirba 400 MHz dažniu. Jam talkina 512 MB dydžio LPDDR2 spartinančioji atmintis.

 

„Rapid Mode“ su „Samsung Magician“

„Samsung 850 Pro“ SSD kaupikliui akomponuos 4.6 versijos „Samsung Magician“ programinė įranga. Tai yra viena turtingiausių iš visų mūsų matytų programinų įrangų, leidžianti ne tik išmatuoti SSD spartą, peržiūrėti S.M.A.R.T. gaires ar atnaujinti programinį kodą, bet ir nustatyti atidėjiniams skirtą vietą. Visgi įdomiausia „Magician“ skiltis yra pavadinta „Rapid Mode“.

Šis režimas 850 Pro paspartinimui leidžia pasiimti dalį operatyviosios atminties. Kokią naudą jis gali atnešti sintetiniuose testuose ir kokią realiose užduotyse mes esame įpareigoti patikrinti. „Rapid Mode“ aktyvavimas pareikalo vieno vienintelio sistemos perkrovimo, tačiau grįžus į „Rapid Mode“ skiltį „Magician“ neberado SSD kaupiklio. Tai reiškia, kad norint išjungti šė režimą prireiks pašalinti „Samsung Magician“ programinę įrangą. Panašu, kad 4.6 versija turi tam tikrų klaidų…

 

Testavimas

Testavimas buvo atliekamas jungiant 850 Pro prie vieno iš „Gigabyte MA-990XA-UD3“ pagrindinės plokštės SATA III 6 Gb/s lizdų. SATA AHCI tvarkyklės – AMD 1.2.1.331. Norėdami objektyviau įvertinti  SSD spartą, testavimui parinkome ne tik sintetinių, bet ir realesnę SSD spartą atspindinčių testų rinkinį. ATTO, „CrystalDiskMark“ ir „FutureMark PCMark 7“ testai buvo atlikti SSD diskams esant šviežios būsenos, o likusieji testai buvo atlikti kaupikliams perėjus į labiau nusistovėjusią būseną. Ji buvo pasiekta pilnai pripildžius kaupiklius duomenimis ir juos ištrynus esant aktyviai TRIM funkcijai. Testavimo metodika nėra ideali ir atspindi daugmaž tokią situaciją: SSD yra sisteminis diskas (OS užima < 15 % SSD talpos), kuris buvo užpildytas duomenimis (žaidimais, sunkiasvorėmis programomis) ir tuomet nutarta kaupiklį išvalyti. Informacija buvo ištrinta ir palikta tik operacinė sistema. Realaus naudojimosi testai kartojami du kartus ir išvedamas vidurkis. Po kievieno testo kompiuteris perkraunamas, siekiant išvengti bet kokio galimo informacijos įsiminimo (angl. caching).

• Procesorius: AMD Phenom II X4 955 BE @4.263GHz (203×21) 1.504v/ CPU NB @ 2.842GHz 1.325v
• Pagrindinė plokštė: Gigabyte GA-990XA-UD3 (F12)
• RAM atmintis: Kingston HyperX Blu DDR3 2x2GB 1600CL9 @1624 CL7-9-7-20-28 1T 1.65v
• Vaizdo plokštė: Sapphire HD 7870 OC Edition (1050/5000 MHz)
• Kietasis diskas
• WD RE3 (1 TB / 7200 RPM / SATA II)
• SSD kaupikliai:

1. Corsair Force LS 240 GB (FW S8FM06.5) read 560 MB/s, 50 000 IOPS / write 535 MB/s, 62 000 IOPS;
2. Crucial MX 200 250 GB (FW MU01) read 555 MB/s, 100 000 IOPS / write 500 MB/s, 87 000 IOPS;
3. Kingston KC300 240 GB (FW 507KC4), read 525 MB/s, 84 000 IOPS / write 500 MB/s, 52 000 IOPS;
4. OCZ Vector 150 240 GB (FW 1.2), read 550 MB/s, 90 000 IOPS / write 530 MB/s, 95 000 IOPS;
5. Plextor PX-256M6S 256 GB (FW 1.7); read 520 MB/s, 90 000 IOPS / write 420 MB/s, 80 000 IOPS;
6. Samsung 850 Pro 256 GB (FW EXM01B6Q); read 550 MB/s, 100 000 IOPS / write 520 MB/s, 90 000 IOPS;
7. Transcend SSD370 256 GB (FW 20140516); read 570 MB/s, 75 000 IOPS / write 310 MB/s, 75 000 IOPS

Rezultatai

ATTO v2.47 – sintetinis testas, naudojantis spūdžius duomenis, kurio pagalba nustatomi visų „SandForce“ valdiklį turinčių SSD linijinė įrašymo/nuskaitymo sparta, o gauti rezultatai panaudojami kaip oficialūs maksimalūs greičiai.

Linijiniai skaitymo greičiai viršyjami beveik 20-ia MB/s, tačiau iki 520 MB/s rašant pritrūksta 5-6 MB/s.

„HDTunePro“ – kur kas realesnius linijinius greičius parodantis testas, tikrinantis visą SSD paviršių ir eliminuojantis proveržinę spartą.

Populiariausia visų SSD kaupiklių duomenų nuskaitymo išraiška – visiškai tiesi linija. „Samsung 850 Pro“ – ne išimtis. Minimalią ir maksimalią reikšmes skiria vos 1,2 MB/s. 850 Pro nenuginčyjamai pasiekia absoliučiai geriausius rezultatus, nesvarbu kurią reikšmę pasirinktume, nors „Crucial MX200“ ir yra gana arti lyderio.

Rašymo linija atrodo ne ką prasčiau – intervalas padidėja tik iki 4 MB/s. Užfiksuota vidutinė rašymo sparta yra 4,4 procento didesnė už antroje vietoje likusį „OCZ Vector 150“. Minimali sparta taip didžiausia ir viršyja „Corsair Force LS“ rezultatą daugiau nei 14 procentų.

„CrystalDiskMark“ (CDM) v 3.0.1c – sintetinis testas, fiksuojantis tiek linijinę, tiek atsitiktinę skaitymo/rašymo spartą. Testavimo įrankis geba dirbti tiek su spūdžiais, tiek ir su ne spūdžiais duomenimis.

850 Pro minimaliai (~1.5 – 2 MB/s) lenkia ligšiolinį skaitymo lyderį „Transcend SSD370“. Labai panašios persvaros užtenka braunantis į lyderio poziciją (rašant) ir prieš pirmavusius „OCZ Vector 150“ ir „AMD Radeon R7“.

Štai šitaip į viršų šauna 850 Pro greičiai aktyvavus „Rapid Mode“

Skaitydamas 4 kb blokus „Samsung“ flagmanas beveik priartėja prie 40 MB/s žymos. Išėmus fenomenalų Force LS pasirodymą su spūdžiais duomenimis, 850 Pro siūlo didžiausią spartą. Rašant tenka susidurti su aršia MX200 konkurencija – SSD kaupiklius teskiria dešimtosios po kablelio.

Padidinus užklausų skaičių „Radeon R7“  beveik 20 MB/s lieka priekyje antroje vietoje likusio 850 Pro. Iš esmės minimalus pranašumas išlaikomas ir pradėjus rašymo procedūrą.

„Futuremark PCMark 7“ – daugiau realią SSD spartą reprezentuojantis įrankis, parodantis ne tik bendrą informacijos kaupiklio spartą, bet ir jo spartą (MB/s) tam tikrose užduotyse. Disko kreipties komandos vykdomos ne ištisiniu, bet kartkartėmis nutrūkstančiu srautu, dėl vis „išlendančio“ duomenų apdorojimo.

Toliau pasižiūrėsime, kaip abiems kaupikliams sekasi susitvarkyti su kasdieninėmis užduotimis. Pasirinkome 8,16 GB talpos papkę, talpinančią beveik 1300 ivairaus dydžio failų (1 KB – 250 MB) . Skirsnis, pasitelkus į pagalbą „Microsoft RichCopy“ kopijavimo įrankį, buvo iškeltas iš vienos direktorijos į kitą, arba tiesiog dubliuojamas. 3.47 GB ISO failo kopijavimas vyko įprastiniu būdu.

Itin dažna namų kompiuteriuose naudojama užduotis – išarchyvavimas, todėl šiai užduočiai parinkome 8,66 GB sveriantį archyvą, kuriame tilpo beveik 5000 failų ( dydis 1 KB – 350 MB). Nepamiršome ir archyvavimo užduoties. SSD kaupikliai turėjo sukurti 391 MB archyvą.

„Dragon Age 2“ bei „Crysis 2“ žaidimų diegimas, atnaujinimas, lygio krovimas.

850 Pro šį testą pradeda iškart įgaudamas apčiuopiamą persvarą. „Plextor PX-256M6S“ ir „Crucial MX200“ lenkiami ~1500-1600 IOPS. „Samsung“ flagmanas ir padidinus užklausų skaičių nėra linkęs užleisti lyderio poziciją. Pasiekus QD=6 antroje vietoje likęs MX200 jau lenkiamas daugiau nei 6000 IOPS.

Kol užklausų skaičius nepasiekia trijų 850 Pro privalo priimti iššūkį iš to paties MX200, kuriam nusileidžiama 1200 – 2000 IOPS. Viršyjus QD=3 850 Pro įgyja minimalią persvarą, bet prie šių dviejų produktų prisijungia ir „OCZ Vector 150“, kuriam priklauso maksimaliai geriausi rezultatai, kai QD=3, QD=4 ir QD=6.

Maišyta skaitymo/rašymo apkrova primena situaciją, kai buvo matuojama skaitymo sparta. Rimčiausią konkurenciją sudaro MX200. Žiūrint į mažiausias QD vertes (QD=2/3)850 Pro pranašumas siekia tik 800 – 1600 IOPS. Galiausiai Samsung flagmanas pabėga, įgydamas beveik 6400 IOPS pranašumą.

850 Pro fiksuoja pačią mažiausią vidutinę skaitymo vertę (0.105 ms). Vidutinė rašymo gaištis siekia 0.038 ms ir nusileidžiama tik MX200 kaupikliui.

Maksimalūs gaišties laikai – rekordiškai maži. Vos ne vos perlipama pusė milisekundės.

Penkių valandų trukmės nenutrūkstamo rašymo užduotį 850 Pro pradeda pakyliai ir pirmąjį pusvalandį sėkmingai konkuruoja su „Radeon R7“. Vėliau „Samsung“ produktas patiria apčiuopiamą spartos sumažėjimą, tačiau galiausiai sugeba išlikti viršuje prasčiausiai pasirodžiusio MX200.

Vidutinė rašymo gaištis taip pat iš pradžių nieko blogo nežada. Nors praėjus dviems valandoms 850 Pro ir ARC 100 kreivės susikerta, tačiau dar kartą išvengiamas prasčiausio rezultato titulas.

 

Išvados

„Tokia sistema yra nuo dviejų iki dešimties kartų ištvermingesnė už MLC, leidžia įrašyti duomenis du kartus greičiau bei suvartoti dukart mažiau energijos“, – tai citata iš teksto vidurio apie V-NAND atmintį, kuri iškart leidžia užduoti klausimą, o kur ta dvigubai didesnė 850 Pro sparta? Savaime aišku, kad dalis V-NAND privalumų yra slopinami dabar jau galime pareikšti aiškiai lėtos SATA III 6 Gb/s sąsajos, tačiau net ir ji nesutrugdė naujajam „Samsung“ flagmanui pademonstruoti pavydėtiną spartą. Tarp pasiekimų atsiduria puiki sparta skaitant 4 kb blokus, beveik neegzistuojantis vėlinimas rašant, iš esmės neprilygstama IOPS sparta. Galima sakyti, kad ten, kur 850 Pro pradėjo savo pasirodymą (CrystalDiskMark), ten jį ir pabaigė – pačioje viršūnėje. Pamatėme keletą išimčių, kai „Crucial MX200“ užfiksavo šiek tiek mažesnę vidutinę rašymo gaišties trukmę ar prie mažesnių užklausų verčių labai nežymiai pranoko savo IOPS sparta, bet visa tai ir lieka tik išimtimis.

Lyderiavimo manierų 850 Pro ėmėsi ir pritaikius realaus naudojimo užduotis. Nors buvo atvejų, kai „Samsung“ flagmanas nepagavo „OCZ Vector 150“ ir pastarasis minimaliai liko priekyje, tačiau įvertinus net septyniomis sekundėmis greičiau įrašytą „Crysis 2“ ir keturiomis sekundėmis greičiau įdiegtą „Dragon Age 2“, „Samsung 850 Pro“ galima skelbti nauju karaliumi. Tiesa, nusistovėjusią spartą simuliuojantis „IOMeter“ testas parodė, kad 850 Pro visgi nėra pajėgus įveikti net 120 GB talpos „OCZ ARC 100“, ką jau bekalbėti apie dvigubai talpesnį „Radeon R7“ serijos atstovą. Šiame darže geriausiai tarpsta „OCZ“ produkcija.

Kas tikėjosi, kad „Rapid Mode“ leis išpešti dar daugiau spartos, tas turi nusivilti. Spartos iš „Rapid Mode“ režimo realiaus naudojimo užduotyse nėra, rezultatus galima laikyti kaip kintančius paklaidos ribose arba net prastesnius. Spartusis režimas tinkamas norint pasigirti milžiniškais skaičiais niekur daugiau, kaip tik sintetikoje.

850 Pro norisi pavadinti bandomuoju triušiu prieš dar tik ateinančią tri-egzistencinės V-NAND atminties erą. Kai kitų NAND gamintojų vargas mažinant techprocesą vis didėja, „Samsung“ sau sėkmingai grįžo į praeitį menančius 40 nm techproceso laikus ir turi didžiules perspektyvas didintį V-NAND lustų talpą. Kartu su V-NAND atmintimi ir net dešimties metų garantiniu aptarnavimo laikotarpiu „Samsung“ sakosi jau dabar įžengusį į naują ištvermės ir patikimumo pasaulį, tačiau toks netiesioginis pareiškimas mus įtikina ne pilnai.

150 TB siekianti ir nuo SSD talpos nepriklausanti ištvermė atrodo stulbinančiai ir netoli dviejų kartų šioje srityje lenkia konkurentus. Pavyzdžiui, 250 GB talpos MX200 ištvermė siekia 80 TB, o 240 GB talpos „OCZ Vector 150“ viršyja 90 TB. Kaip realybėje pasinaudoti tokiu pranašumu? Apart SSD pakabinimo ant torento (atsiprašome už išsireiškimą) nieko kito nesugalvojame. Pamąstymų sukelia ir ne mažiau stulbinančiai atrodanti garantinio aptarnavimo trukmė. Visgi SSD kaupiklis tai ne vaizdo ar motininė plokštė, kurie įvykus gedimui bus pakeisti į naujus. 850 Pro visgi yra informaciją saugantis mechanizmas, kurio pakeitimas į 880 Pro po penkių metų daugelį mažai paguos prisiminus faktą, kad buvo prarasti duomenys. Juk neretai prarasti duomenis skaudžiau nei patį įrenginį?