Введение

Компания OCZ Technology давно заявила о своих амбициях на рынке твердотельных накопителей. В секторе потребительских решений она явно намеревается стать лидером, для чего прикладывает огромные усилия. Правда, до недавних пор усилия эти имели главным образом лишь маркетинговый характер: OCZ практиковала агрессивную рекламу, развязывала ценовые войны и выстраивала обширную дилерскую сеть. Это, конечно, давало определённые плоды, но у OCZ на руках не хватало главного козыря – убойного продукта, превосходящего всё то, что могут предложить конкуренты. В своих SSD для настольных систем компания применяла сторонние контроллеры SandForce, доступные и другим участникам рынка, а потому её решения были не уникальными и походили на конкурирующие предложения других производителей.
 
Не оправдала себя и опробованная на Vertex 3 тактика по тотальной скупке первых партий контроллеров и выпуск своих SandForce-продуктов раньше конкурентов. Такой шаг, конечно, привлёк внимание к производителю, однако не вылился в существенный рост продаж в дальней перспективе. И, что самое обидное, оказавшись первопроходцем, компания OCZ собрала самый обильный урожай проблем, связанных с сыростью контроллера и прошивки.
 
Поэтому OCZ решила в корне поменять свою политику и в прошлом году вложила средства в приобретение собственного разработчика контроллеров. Этим разработчиком оказалась корейская фирма Indilinx, с которой у OCZ уже был богатый опыт общения, так как в SSD семейства Vertex образца 2009 года использовались контроллеры Indilinx Barefoot. С тех пор прошло немало времени, однако ставка на «возвращение к истокам» оказалась в целом удачной. Через некоторое время после приобретения инженеры Indilinx спроектировали современный контроллер Everest, с которым мы не так давно имели возможность познакомиться на примере накопителя Octane. Впрочем, SSD серии Octane не могут претендовать на звание лучших из лучших. Хотя они и обладают неплохими по современным меркам скоростными характеристиками, до беспрекословного лидерства им достаточно далеко. Как показывают тесты, они отстают как от топовых моделей SSD с контроллерами SandForce второго поколения, так и от многих накопителей с контроллерами Marvell.
 
Зато вторая итерация разработки у Indilinx выглядит куда удачнее – вышедший вскоре вслед за Everest контроллер следующего поколения Everest 2 сумел прописаться в серии накопителей Vertex 4, венчающей ассортимент продуктов OCZ потребительского класса. То есть, OCZ возлагает на Everest 2 очень большие надежды, ожидая, что решения на базе этого контроллера смогут не только заменить SandForce-продукты, но и станут так необходимыми для укрепления рыночного положения компании «убойными новинками». Насколько оправданы эти надежды? Изучению этого вопроса и будет посвящён данный обзор, для написания которого нам удалось получить на тесты серийные образцы многообещающих Vertex 4.

Indilinx Everest 2: что нового

С момента появления твердотельных накопителей, основанных на контроллерах Everest первого поколения, не прошло даже и полугода. Однако Everest 2, лежащий в основе Vertex 4, это – гораздо больше, чем простая работа над ошибками. По характеристикам вторая версия Everest значительно отличается от первой, причём это касается не только скоростных параметров, огромный прогресс в которых, безусловно, отрицать невозможно. Чтобы безоговорочно превзойти конкурирующие решения, компании OCZ требовалось не просто создать самый быстрый накопитель. Помимо скорости пользователей интересуют и другие немаловажные параметры: надёжность и стоимость, и поэтому цель разработки лежала в получении продукта с привлекательным сочетанием этих трёх качеств. Вследствие этого разработчики Indilinx с подачи головной компании уделили внимание внедрению дополнительных технологий для продления жизни флэш-памяти и улучшению алгоритмов коррекции ошибок, в результате чего Vertex 4 и получился совершенно непохожим на Octane.
 
Тем не менее, фундаментом для всех улучшений в конечном итоге является возросшая производительность контроллера. В то время как сердцем Everest выступал 275-мегагерцовый двухъядерный процессор с ARM-архитектурой, в Everest 2 используется такой же CPU, но с увеличенной до 400 МГц тактовой частотой. В дополнение к этому разработчики усовершенствовали интерфейс и алгоритмы кэш-памяти Everest 2 и обеспечили ему совместимость с DDR2/DDR3-буфером вдвое большего, чем у предшественника, объёма, достигающего 1 Гбайт. Причём, буфер этот используется как при операциях записи, так и при чтении – новый контроллер знаком с принципами предварительной выборки данных из флэш-памяти. Данные меры сразу же обеспечили двукратный рост скорости операций ввода-вывода и 80-процентное уменьшение латентностей при обращениях.
 
Таким образом, первый и второй Everest – это «одного поля ягоды». Они используют примерно одинаковый аппаратный дизайн, а все отличия достигаются разгоном и программными изменениями. Но что гораздо более интересно, в основе аппаратной части контроллеров Indilinx изначально лежит разработка близкого партнёра OCZ, компании Marvell, а Everest 2 во многом аналогичен многообещающему контроллеру Marvell 88SS9187. Впрочем, родственные связи между данными решениями хотя и прослеживаются, инженеры Indilinx внесли в первоначальный дизайн заметные доработки как на аппаратном, так и на программном уровнях.
 
Существенное нововведение Everest 2 – технология Ndurance 2.0, позволяющая добиться длительного времени бесперебойной эксплуатации накопителя даже при условии использования MLC-флэша с сокращённым ресурсом, выпущенного по «тонким» технологическим нормам. Надо сказать, что Ndurance 2.0 – очень важная часть нового контроллера. Хорошей иллюстрацией её значимости может выступать тот факт, что она позволила OCZ установить на свои накопители, основанные на Everest 2, пятилетнюю гарантию, то есть войти в число производителей потребительских SSD наиболее высокого класса.
 
Работа Ndurance 2.0 базируется на четырёх составляющих. На улучшенном алгоритме ECC с коррекцией ошибок, который позволяет исправлять до 128 бит данных на каждый килобайт. На адаптивном алгоритме программирования и чтения флэш-памяти, который учитывает при выборе методов обработки сигналов особенности NAND разных типов и производителей и подстраивает в процессе работы внутренние напряжения с целью уменьшения износа ячеек. На дублировании и рассредоточении по различным NAND-устройствам информации о контрольных суммах хранимых данных. И на уменьшении показателя усиления записи путём предварительного кэширования данных и поблочного объединения операций записи.
 
В результате, вслед за Vertex 4, контроллер Everest 2 готов дать старт целому роду твердотельных накопителей с большим видовым разнообразием. Поддерживая для подключения флэш-памяти 8 каналов с 16-кратным чередованием, он позволяет создавать SSD ёмкостью до 1 Тбайта на основе существующих микросхем NAND, а в перспективе максимальная вместимость накопителей может быть дополнительно удвоена. При этом уже сейчас в контроллере заложена поддержка будущих типов NAND-памяти: выпущенных по 1х-нм технологическим процессам и TLC. Иными словами, Everest 2 спроектирован таким образом, чтобы оставаться актуальным максимально продолжительное время.

OCZ Vertex 4: подробное знакомство

На данный момент контроллер Everest 2 используется лишь в единственном продукте компании OCZ – Vertex 4. Оно и понятно. Получив в своё распоряжение уникальную высококачественную платформу для создания твердотельных накопителей, OCZ в первую очередь хочет «снять сливки», а уж потом заниматься повсеместным внедрением перспективных технологий. Позиционирование же первого накопителя на базе контроллера Everest 2 как смены для старших моделей, использующих платформу SandForce второго поколения, обуславливается его характеристиками. Сопоставление Vertex 4 c Vertex 3 действительно оказывается не в пользу последнего. Следующая таблица объединяет характеристики 240/256-гигабайтных модификаций разных поколений Vertex (в таблице указан стартовый вариант характеристик Vertex 4, не учитывающий выход новой прошивки).

Высокая производительность контроллера Everest 2 обуславливает безоговорочное превосходство накопителя Vertex 4 над предшественниками по скорости операций со случайными блоками. В последовательных же операциях новинка не столь сильна, по крайней мере, на первый взгляд. Однако не следует забывать о том, что контроллер Everest 2, в отличие от SandForce, не использует никаких алгоритмов сжатия данных. Это значит, что в любом случае он показывает стабильную и не зависящую ни от чего производительность. Накопители же серии Vertex 3 с данными разной структуры работают с разной скоростью, зависящей от их степени сжимаемости, а в списке характеристик указываются максимально достижимые показатели. Поэтому, в реальных условиях Vertex 4 может оказываться быстрее, чем Vertex 3, и в случае линейных чтений и записей.
 
На данный момент линейка OCZ Vertex 4 состоит из четырёх моделей с ёмкостью 64, 128, 256 и 512 Гбайт. Как видим, производитель пока не стал повторять опыт Octane и не представил в серии Vertex 4 высокопроизводительный терабайтный SSD. Но теоретически к этому нет никаких преград, так что вполне вероятно, такая модель появится впоследствии. Пока же основные силы OCZ направлены на то, чтобы затмить успехами новинок серию Vertex 3 и прочие SandForce-накопители других производителей и сместить потребительский интерес на решения, основанные на Everest 2.
 
Сравнительные характеристики моделей Vertex 4 представлены ниже (указан стартовый вариант характеристик Vertex 4, не учитывающий выход новой прошивки):

Как и у многих других серий накопителей, производительность Vertex 4 зависит от объёма. В результате, самой быстрой моделью оказывается наиболее вместительная, что несколько расходится с аналогичной зависимостью в серии Vertex 3, где наивысшей производительностью обладает 240-гигабайтная модификация.
 
Цены новых Vertex нельзя назвать демократичными. Гигабайт ёмкости у этой серии накопителей оценен в $1.15-1.25, а это – достаточно высокий на сегодняшний день уровень. Впрочем, демпинг – совершенно не в интересах OCZ, старающейся представить новинку как высококачественный и высокопроизводительный продукт. В то же время, став разработчиком и производителем контроллеров, компания OCZ имеет теперь большие возможности по гибкому ценообразованию. Поэтому, при изменении рыночной конъюнктуры Vertex 4 могут и серьёзно подешеветь, тем более, что определённое снижение цены по сравнению с моментом анонса уже произошло.
 
Поставляются OCZ Vertex 4 в стандартной для всех накопителей серии Vertex серо-чёрных картонных упаковках, украшенных на этот раз нетипичным логотипом «Indilinx Infused». Комплектация новинок также абсолютно ординарна – вместе с SSD в коробке уложена небольшая инструкция, рекламная наклейка и салазки для установки 2.5-дюймового накопителя в 3.5-дюймовый отсек корпуса компьютера.

Внешний вид Vertex 4, если не считать наклейку с его наименованием, также не отличается от прошлых продуктов OCZ. Заметим, что в отличие от многих других производителей, OCZ использует корпус, выполненный из металла лишь наполовину. Его верхняя крышка сделана из сравнительно мягкого пластика.

Дизайн печатной платы, лежащей в основе накопителей Vertex 4, имеет достаточно оригинальные черты.

Во-первых, контроллер Everest 2 развёрнут на 45 градусов относительно остальных микросхем – такие решения обычно применяются для выравнивания длины проводников до памяти с целью улучшения синхронизации.
 
Во-вторых, каждая микросхема памяти снабжена отдельным чипом мультиплексором, который отвечает за интерливинг.
 
В-третьих, и на 256- и на 512-гигабайтной версиях накопителей устанавливается по две 512-мегабайтных микросхемы памяти DDR3-800 SDRAM, которые реализуют кэш. Однако получающийся в сумме 1 Гбайт буферной памяти целиком используется только в модификации с ёмкостью 512 Гбайт. В 256-гигабайтной же модели Vertex 4 под кэш отводится половина этого объёма, а половина памяти вообще не используется. Обратите внимание, рядом с одной из микросхем DDR3 SDRAM имеется суперконденсатор, так что инженеры OCZ позаботились о сохранности находящейся в кэше информации при внезапном отключении питания.
 
И, в-четвёртых, возросшая частота процессора потребовала задуматься об отводе тепла. Между микросхемой контроллера и металлической частью корпуса проложена теплопроводящая прокладка, и в процессе работы Vertex 4 серьёзно нагревается. 

Откровенно говоря, новинка OCZ – это самый горячий SSD из побывавших в нашей лаборатории. Мы даже столкнулись с перегревом накопителя: при эксплуатации Vertex 4 в тесной корзине без принудительной вентиляции интенсивные и продолжительные операции провоцируют сбои при передаче данных по интерфейсу Seral ATA, которые вынуждают контроллер принудительно переводить его в режим 3 Гбит/сек.
 
В то время как наиболее производительные современные твердотельные накопители используют 32-нм и 24-нм Toggle NAND производства Toshiba, OCZ решила обойтись немного более дешёвым синхронным MLC флэшем, выпускаемым IMFT по 25-нм технологии. Таким образом, производитель оставляет за собой право позднее выпустить и модификацию, которую условно можно назвать Vertex 4 Max IOPS.
 
В модели Vertex 4 объёмом 256 Гбайт стоят микросхемы Intel с интерфейсом ONFI 2.2, объединяющие внутри себя по два 64-Гбит NAND-устройства. 512-гигабайтная модификация оборудована примерно такими же чипами, в которых содержится по четыре полупроводниковых кристалла с флэш-памятью. Таким образом, Vertex 4 256 Гбайт используется четырёхкратное чередование NAND-устройств в каждом канале, в то время как вдвое более вместительная версия работает с восьмикратным чередованием. Это – ключ к увеличению производительности Vertex 4 с ростом их объёма.
 
В Vertex 4 разработчики OCZ отказались и от типичного для SandForce-накопителей избыточного резервирования пространства. Пользователю недоступно лишь 7.5 % ёмкости, что типично для многих SSD потребительского уровня. Этот объём используется в Vertex 4 для работы технологии Ndurance 2.0.
 
Программное обеспечение, предлагаемое производителем для обслуживания новых SSD, это – очередная модификация OCZ Toolbox. Утилита позволяет обновлять прошивку, просматривать SMART-атрибуты и выполнять операцию Secure Erase.

По сложившейся традиции, первая версия микропрограммы, используемая в Vertex 4, оказалась далеко не окончательной, а скорее даже предварительной. По прошествии месяца с момента анонса производителем была предложена новая прошивка версии 1.4, улучшающая скоростные параметры серии. Пока что она носит не финальный, а RC-статус, тем не менее, изучение новинок мы проводили именно с её использованием. Изменение производительности на примере 256-и 512-гигабайтных накопителей мы по традиции иллюстрируем результатами бенчмарка AS SSD.
 
OCZ Vertex 4 256 Гбайт:

OCZ Vertex 4 512 Гбайт:

В ближайшее время изменения затронут и формальные спецификации, в которых в сторону увеличения должны будут скорректированы скорости последовательного доступа.

Наибольший прирост производительности касается 128-гигабайтной модели, особенно на записи, но и в случае старших модификаций должно наблюдаться вполне заметное ускорение операций чтения. Примерно об этом же позволяют судить и практические результаты, приведённые на скриншотах выше.

Тестовая система

Для тестирования SSD накопителей мы собрали специальную систему, построенную на материнской плате с набором логики Intel H67, который, как известно, обладает парой SATA 6 Гбит/сек портов. Именно на этих портах мы и испытываем твердотельные накопители.
 
Для целей тестирования компания OCZ Technology представила нам две наиболее ходовые и производительные модификации Vertex 4 – с ёмкостью 256 и 512 Гбайт. Их практическое сравнение мы выполняли с накопителями аналогичной ёмкости, основанными на различных, конкурирующих Indilinx Everest 2 контроллерах. SandForce-продукты объёмом 240 Гбайт были представлены типовым диском с 32-нм Toggle NAND (OCZ Vertex 3 Max IOPS), типовым диском с 25-нм синхронной ONFI-памятью (Corsair Force Series GT – аналог OCZ Vertex 3), типовым диском с 25-нм асинхронной памятью (Corsair Force Series 3 – аналог OCZ Agility 3) и уникальным Intel SSD 520 Series на базе обычной 25-нм синхронной памяти, но использующим эксклюзивную прошивку. 512-гигабайтной версии Vertex 4 противопоставлялся, аналогично, 480-гигабайтный накопитель OCZ Vertex 3 с 25-нм синхронной ONFI-памятью. Кроме того, в тестах приняли участие накопитель на базе контроллера Marvell 88S9174, Corsair Performance Pro объёмом 256 Гбайт и основывающийся на контроллере Indilinx Everest накопитель OCZ Octane 512 Гбайт.
 
В целом, наша тестовая конфигурация включала следующий набор оборудования:

Процессор – Intel Core i5-2400 (Sandy Bridge, 4 ядра, 3.1 ГГц, технологии EIST и Turbo Boost –отключены); 
Материнская плата - Foxconn H67S (версия BIOS A41F1P03);
Память - 2 x 2 GB DDR3-1333 SDRAM DIMM 9-9-9-24-1T;
Системный накопитель – Crucial m4 256 Гбайт (CT256M4SSD2);
Тестовые накопители:

Corsair Force 3 Series 240 Гбайт (CSSD-F240GB3-BK, прошивка 1.3.3);
Corsair Force GT Series 240 Гбайт (CSSD-F240GBGT-BK, прошивка 1.3.3);
Corsair Performance Pro 256 Гбайт (CSSD-P256GBP-BK, прошивка 1.0)
Intel SSD 520 240 Гбайт (SSDSC2CW240A3K5, прошивка 400i);
OCZ Octane 512 Гбайт (OCT1-25SAT3-512G, прошивка 1.13);
OCZ Vertex 3 Max IOPS 240 Гбайт (VTX3MI-25SAT3-240G, прошивка 2.22);
OCZ Vertex 3 480 Гбайт (VTX3-25SAT3-480G, прошивка 2.22);
OCZ Vertex 4 256 Гбайт (VTX4-25SAT3-256G, прошивка 1.4);
OCZ Vertex 4 512 Гбайт (VTX4-25SAT3-512G, прошивка 1.4).

Операционная система - Microsoft Windows 7 SP1 Ultimate x64;
Драйверы:

Intel Chipset Device Software 9.3.0.1019;
Intel Graphics Media Accelerator Driver 15.22.54.2622;
Intel Rapid Storage Technology 11.1.0.1006.

Производительность

Скорость случайного и последовательного чтения/записи
 
Для измерения скорости случайного и последовательно чтения и записи мы используем тест CrystalDiskMark 3.0.1. Этот бенчмарк удобен тем, что позволяет измерять скоростные характеристики SSD-накопителей как на случайных несжимаемых данных, так и при использовании полностью сжимаемых шаблонных данных. Эта возможность важна при тестировании накопителей, основанных на контроллере SF-2281/2282, который перед записью данных во флэш-память пытается применить к ним алгоритмы компрессии. На приводимых далее диаграммах приводится по два числа – максимальная и минимальная скорость работы накопителя. Реальные же показатели, соответственно, будут лежать внутри изображённых диапазонов в зависимости от того, как с их сможет уплотнить контроллер.
 
Заметим, что приведенные в этом разделе результаты тестов производительности относятся к «свежему» (FOB - Fresh Out-of-Box) недеградировашему состоянию накопителя.

Результаты новых накопителей семейства Vertex 4 можно характеризовать как неоднозначные. Их основная проблема, как нетрудно заметить, заключается в невысокой скорости последовательного чтения. По этому параметру они заметно проигрывают не только современным SSD на базе контроллеров SandForce второго поколения с синхронной флэш-памятью, но и даже своему предшественнику, накопителю Octane с контроллером Everest полугодичной давности.
 
Если же закрыть глаза на результаты, представленные на первой диаграмме, то в остальных случаях Vertex 4 держатся молодцом. Они могут предложить рекордную скорость при любых операциях записи и при случайном чтении с глубокой очередью запросов. Простое же чтение 4-килобайтными блоками, которое, к слову, является весьма распространённой операцией на практике, ставит новинки на базе Indilinx Everest 2 на второе место. При такой нагрузке они уступают Corsair Force GT – типичному SandForce-накопителю с синхронной памятью.
 
В целом, Vertex 4 предлагают несколько нетипичный для рынка десктопных решений набор характеристик. При чтении он не слишком хорош, зато при записи данных готов дать фору любому из существующих соперников. Причём, результаты скорости чтения улучшаются с ростом очереди запросов, то есть с увеличением интеллектуальной нагрузки на контроллер. Всё это наводит на мысли о том, что вычислительная часть Everest 2, действительно, очень сильна, но вот алгоритмы работы интерфейса с флэш-памятью уступают применённым в разработках SandForce. Ситуацию отчасти спасает реализованная в Vertex 4 кэш-память, но, увы, панацеей она не является.
 
Деградация и производительность в устойчивом состоянии
 
К сожалению, SSD-накопители демонстрируют высокую скорость, свойственную «свежему» состоянию, далеко не всегда. В большинстве случаев через какое-то время производительность понижается, и в реальной жизни мы имеем дело совсем не с теми скоростями записи, что приведены на диаграммах в предыдущем разделе. Причина данного эффекта состоит в том, что по мере исчерпания свободных страниц во флэш-памяти, контроллер SSD приходит к необходимости проводить перед сохранением данных операции очистки блоков страниц, которые добавляют существенные задержки. Впрочем, находясь в состоянии покоя, контроллеры современных SSD-дисков частично восстанавливают быстродействие накопителя, упреждающе освобождая неиспользуемые страницы флэш-памяти. На это направлено два ключевых алгоритма: Idle-Time Garbadge Collection (сборка мусора) и TRIM.
 
Очевидно, что пользователя больше интересует скорость, которую он будет иметь во время продолжительной эксплуатации накопителя, а не в тот небольшой промежуток времени после установки нового SSD, в течение которого флэш-диск демонстрирует максимальные результаты. Сами же производители SSD, напротив, сообщают скоростные параметры лишь «свежих» накопителей, так как они выставляют их продукты в наиболее выгодном свете. Учитывая это, мы приняли решение исследовать падение производительности при переходе накопителя из «свежего» в «использованное» состояние.
 
Для получения картины деградации скорости мы, основываясь на методике SNIA SSSI TWG PTS, провели специальные тесты. Их суть состоит в последовательном измерении скорости операций записи в четырёх случаях. Вначале - для «свежего» состояния накопителей. Затем – после полного двукратного заполнения накопителей информацией. Далее – после получасовой паузы, дающей контроллеру возможность частично восстановить производительность за счёт операции сборки мусора. И в завершение – после подачи команды TRIM.
 
Измерения выполнялись при помощи синтетического бенчмарка IOMeter 1.1.0 RC1, в котором мы отслеживали скорость случайной записи при работе с выровненными относительно страниц флэш-памяти блоками данных объёмом 4 Кбайта с глубиной очереди запросов 32 команды. При тестировании использовалось псевдослучайное заполнение.

Как видно по приведённым результатам, самостоятельная фоновая сборка мусора в накопителях OCZ Vertex 4 не работает. Зато отрабатывают команду TRIM они, что называется, «по полной». Производительность возвращается к первоначальному уровню, что их выгодно отличает от многочисленных SandForce-моделей. Иными словами, при эксплуатации Vertex 4 в системах с поддержкой TRIM (в частности, в обычных компьютерах, работающих под управлением Windows 7) деградация их производительности, скорее всего, заметна не будет. Естественно, при условии наличии незанятого данными дискового пространства.
 
Учитывая, что большинство SSD всё же изменяют свои характеристики после их перевода из нового в устоявшееся рабочее состояние, мы повторно замеряем их скорость записи бенчмарком CrystalDiskMark 3.0.1. На следующих диаграммах показаны результаты такого измерения. В данном случае мы используем случайное заполнение и уделяем внимание лишь производительности при записи, так как скорость операций чтения остаётся неизменной.

В любом случае: при линейной и случайной записи, с глубокой очередью запросов и без, накопители OCZ Vertex 4 демонстрируют существенное превосходство над всеми остальными моделями, многие из которых ухудшили свои результаты. Это ещё раз подтверждает все наши выводы, сделанные о контроллере Evertest 2 ранее.