А внедрение флэш-памяти NAND с четырьмя битами на ячейку (QLC) продолжается, свидетель тому — первый потребительского SATA SSD с QLC NAND от Samsung. Новый 860 QVO поднимает планку «начального уровня» в очень успешном семействе продуктов SSD от Samsung. В отличие от предыдущих бюджетных предложений, таких как 750 EVO и обычный 850, 860 QVO готовится к массовому производству и готов закрепиться на рынке.

Samsung 860 QVO

Samsung 860 QVO — это первая модель из новой серии SSD SATA, которая сможет перебить цены даже твердотельных накопителей на базе DRAM без TLC благодаря повышенной плотности QLC NAND, к тому же 860 QVO оснащен полноразмерным кэшем LPDDR4 DRAM.



Потребительская линейка продуктов SATA от Samsung теперь состоит из 860 QVO, 860 EVO и 860 PRO. Все 860-е используют общую аппаратную платформу, основанную на SSD-контроллере Samsung MJX, и их 64-слойном 3D NAND, причем продукты отличаются в основном количеством бит, хранящихся в одной ячейке флэш-памяти.



Производитель присваивает 860 QVO рейтинг стойкости при записи, эквивалентный 0,3 «записи диска в день» (DWPD). Даже для 1 ТБ диска это означает 300 ГБ записи ежедневно, что выходит за пределы потребностей большинства пользователей. Цена установлена на уровне 150 долларов США для самой маленькой модели (1 ТБ), и 600 долларов США для модели объемом 4 ТБ, стоимость за ГБ одинакова для всего диапазона. Но следует отметить, что предварительный показатель MSRP для 860 QVO не настолько уж агрессивен с учетом рекордных продаж, которые мы наблюдали в последнее время в случае твердотельных накопителях TLC.

MLC против TLC против QLC: почему Q имеет значение

«Двухбитовый» MLC, используемый в 860 PRO, в настоящее время довольно редко встречается среди потребительских твердотельных накопителей, и почти полностью отсутствует в современных корпоративных SSD, поскольку его в значительной степени вытеснили трехбитовым TLC, используемым в 860 EVO. С каждым увеличением количества битов, сохраняемых в каждой ячейке, производительность и выносливость записи снижаются, поскольку все большая точность требуется, чтобы различать уровни напряжения, которых теперь целых 16 у QLC NAND.
Хотя усовершенствования контроллера и другие улучшения процесса NAND (особенно переход от планарного к 3D NAND) позволили TLC преодолеть почти все свои недостатки по сравнению с MLC, от технологии QLC NAND не ожидали подобного успеха. Ранние образцы QLC NAND могли выдержать всего несколько сотен циклов записи / стирания, что привело бы к созданию дисков, требующих очень осторожной рабочей нагрузки, которая, в итоге, рассматривала бы QLC как носитель с однократной записью и многократным чтением (WORM — write-once, read-many). Когда QLC созрел для массового производства, картина изменилась, и стало ясно, что QLC NAND будет обладать достаточной выносливостью для использования в качестве хранилища общего назначения.

Intel и Micron были первыми, кто начал поставки своих QLC NAND — сначала в корпоративных SATA SSD Micron 5210 ION, а затем в потребительских твердотельных накопителях Intel 660p и Crucial P1 M.2 NVMe. Оба накопителя — 660p и P1 — представили QLC NAND на рынке потребительских SSD, но, как и накопители NVMe, но в плане цены они находились в премиальном сегменте SSD SATA. Однако, как уже упоминалось выше, вводные цены MSRP для 860 QVO не особо агрессивны с учетом рекордных продаж TLC. Эти продажи связаны не только с праздничным сезоном — цены на флэш-память падают в целом, потому что у каждого производителя есть 64-слойная NAND в серийном производстве, а продажи ПК и смартфонов замедляются. Между тем, есть слухи, что доходность QLC NAND была очень низкой, а истинная стоимость близка к стоимости TLC, и не соответствует «удешевлению» ГБ на 25%.



Два основных недостатка QLC NAND в сравнении с более распространенным TLC NAND заключаются в скорости и выносливости записи. Обе проблемы могут быть устранены путем использования большего количества NAND в целом, что позволяет параллельно распределять запись между несколькими матрицами NAND. Это и (надежда на) снижение цены делают QLC NAND наилучшим выбором среди SSD-накопителей большой емкости. Как следствие, линейка продуктов 860 QVO начинается с 1 ТБ. При таком объеме для 860 QVO требуется всего 8 штампов QLC NAND, но он может поддерживать запись только со скоростью 80 МБ / с. Это означает, что кэш записи SLC на 860 QVO ещё более важен, чем для TLC. При работе в кеше, 860 QVO может насыщать канал SATA при случайной или последовательной записи. Кэш функционирует почти так же, как кэш SLC на 860 EVO, и имеет емкость, которая варьируется от минимум 6 ГБ, когда диск относительно полон, до 42 ГБ на модели 1 ТБ или 78 ГБ на моделях 2 ТБ и 4 ТБ. Потребительские QLC Intel и Crucial также имеют кэш SLC переменного размера, но с заметными ограничениями на максимальный размер кеша, и политикой хранения данных в кеше до тех пор, пока накопителю не понадобится дополнительное пространство. В отличие от конкурентов, 860 QVO, похоже, использует более стандартный подход агрессивной очистки кеша во время простоя, чтобы подготовиться к будущим всплескам активности записи.

Показатели производительности для 860 QVO при работе из кэша SLC примерно соответствуют другим мейн-стрим SATA SSD. После заполнения кеша производительность значительно падает, что особенно заметно в последовательной записи. Энергопотребление также сопоставимо с другими недавними твердотельными накопителями SATA от Samsung: для модели мощностью 1 ТБ требуется чуть более 2 Вт, а для более крупных моделей – немного более 3 Вт во время записи. Модели 2TB и 4TB имеют практически одинаковую производительность и номинальную мощность, что указывает на то, что 2TB QLC достаточно для заполнения всех каналов NAND контроллера MJX.
Сроки гарантии и рейтинги выносливости у 860 QVO — еще одна область, где явно обнаруживается негативное влияние использования QLC NAND. Гарантийный срок 860 QVO составляет три года, что типично для недорогих твердотельных накопителей, и это меньше, чем 5 лет гарантии, которые имеют 860 EVO и PRO. Срок службы рассчитан исходя из 360 полных операций перезаписи диска, или 0,3 DWPD в течение 3-летней гарантии. Это сравнимо с некоторыми из более дешевых дисков TLC, имеющихся сейчас на рынке, и с точки зрения общего количества записанных байтов рейтинг 860 QVO примерно на 80% выше, чем у Intel 660p и Crucial P1, несмотря на то, что эти накопители NVMe QLC предоставляют пятилетнюю гарантию.



Корпус 860 QVO имеет тот же простой дизайн, что и другие недавние SSD SATA от Samsung, но окрашен в темно-серый цвет вместо традиционного черного. С внутренней стороны 1TB 860 QVO показывает, насколько нелепо выглядит теперь завышенный размер 2,5-дюймового форм-фактора накопителя. PCB имеет три крупных BGA микросхемы: DRAM, контроллер и стек из восьми 1TB QLC. На задней части корпуса есть пустые крепления, где можно разместить другой пакет NAND. Samsung обычно упаковывает до шестнадцати слоев NAND вместе, так что даже 4 ТБ QVO могли бы обойтись такой же маленькой печатной платой — но размещение DRAM становится более важной проблемой. Samsung заявляет, что их текущий контроллер MJX поддерживает накопители до 8 ТБ, но при этом очевидно, что потребительские SSD с такой большой емкостью особо не востребованы. Сам по себе 2,5-дюймовый форм-фактор может вместить не менее 16 ТБ, или даже 32 ТБ, если две печатные платы сложены в 15-мм толстый диск. Эти возможности могут проявить себя в корпоративных продуктах, но, вероятно, потребительский рынок твердотельных накопителей не увидит таких предложений еще несколько поколений.

Samsung не анонсировал версию M60 860 QVO для M.2, но это вполне возможно при наличии спроса. Они, вероятно, способны разместить даже 4TB 860 QVO на односторонней 80-мм карте M.2.



Начальная MSRP для 860 QVO не выглядит «отличным предложением» в сравнении с уже имеющимися на рынке SATA SSD. К примеру, цена гигабайта на 860 EVO в настоящее время 13 центов, против 15 центов QVO при емкости 1 ТБ и 2 ТБ. В настоящее время у Samsung нет конкурентов в области 4-ТБ SATA SSD-дисков, поэтому ГБ на их 4 ТБ 860 EVO значительно выше, что предоставляет возможность 860 QVO выглядеть дешевле. Чтобы стать действительно сильным конкурентом на потребительском рынке, гигабайт на диске QVO 860 должен стоить не более 13 центов, и эта граница может быть преодолена в течение следующих нескольких месяцев, так как цены на флэш-память продолжают падать, а прибыльность продукции QLC растет.

Заметка о нашем тестировании: случайный отказ диска

Samsung предоставил нам образцы 1 ТБ и 4 ТБ 860 QVO. Тестирование модели объемом 1 ТБ прошло гладко, но 4TB 860 QVO столкнулся с проблемами, приводящими к исчезновению накопителя из интерфейса системы. Эти проблемы наиболее заметны при горячей замене накопителя, что является обычной частью нашей процедуры тестирования SATA SSD. Также были трудности распознавания 4 ТБ диска материнской платой во время загрузки, в результате чего загрузка на некоторых системах останавливалась на неопределенное время.

Следует отметить, что наш режим тестирования довольно сложный, и мы иногда получаем сбои дисков. Неполадки случаются, но только некоторые из них специфичны для конкретного диска.
В результате эти проблемы, по-видимому, не относятся к 860 QVO или его использованию QLC NAND, и были обнаружены как на 4TB 860 EVO, так и на 4TB 860 PRO на нескольких хост-системах, но не возникали ни в одном из более мелких 860-х. Кроме того, 3,84 ТБ 860 DCT и 4 ТБ 850 EVO также отработали без сбоев, так что это не проблема твердотельных накопителей 4 ТБ в целом. Мы по-прежнему работаем с Samsung, чтобы определить масштабы и характер этих проблем с накопителями емкостью 4 ТБ, и пока неясно, существует ли общая проблема совместимости или наша процедура тестирования вызвала ошибку микропрограммы, которая вызывала отказ оборудования.

Из-за этих проблем некоторые результаты тестов для накопителей емкостью 4 ТБ мы пока что не предоставляем. Несмотря на производительность и цену, я не могу порекомендовать какой-либо из твердотельных накопителей серии 4TB 860, пока не смогу понять природу проблем.

Гонка за лидерство

Других потребительских твердотельных накопителей QLC SATA на рынке пока нет, хотя ADATA и анонсировала свой SU630, который будет иметь необъяснимо малый объем. Intel 660p и Crucial P1 являются единственными доступными в настоящее время SSD QLC, но они рассчитаны на рынок NVMe. Большая часть конкуренции за 860 QVO будет приходиться на SATA SSD с TLC NAND, как на модели начального уровня с контроллерами DRAMless (например, Toshiba TR200), так и на более популярные модели, такие как 860 EVO, Crucial MX500 и WD Blue. Почти все линейки продуктов SATA SSD имеют модель класса 1 ТБ, но моделей с 2 ТБ все еще относительно немного, и конкурентов на 4 ТБ объявлено не было. Скорее всего, это изменится, когда появятся другие накопители QLC, и даже накопители TLC объемом 2 ТБ в этом году стали более распространенными.

Заполнение всего диска: тестирование кэша SLC

Этот тест запускается на только что очищенном диске, и заполняет его последовательной записью 128 КБ на глубине 32 очереди, регистрируя скорость записи каждого 1 ГБ сегмента. Этот тест не является показателем привычного использования диска потребителем, но он позволяет нам наблюдать изменения в поведении диска по мере его заполнения. Это может позволить нам оценить размер каждого кеша записи SLC, и получить представление о том, сколько производительности остается в тех редких случаях, когда использование в реальных условиях приведет к записи данных после заполнения кеша. Официальные характеристики Samsung:



Наши результаты показывают следующее:

Samsung 860 QVO 1TB


Samsung 860 QVO 4TB


Samsung 850 PRO 1TB


Samsung 860 EVO 1TB


Samsung 860 EVO 4TB


Intel SSD 660p 1TB


Crucial MX300 2050GB


Crucial MX500 1TB


Crucial P1 1000GB


Toshiba TR200 960GB


WD Black 7200RPM 1TB


WD Blue 1TB 3D NAND

QVO Samsung 860 исчерпывает кэш SLC точно согласно спецификации, 42 ГБ для модели 1 ТБ и 78 ГБ для 4 ТБ. После этого оба устройства очень медленны, и очень устойчивы до конца теста.





Скорость последовательной записи на 1 ТБ 860 QVO резко падает, когда кэш-память SLC исчерпана, но модель 4 ТБ способна в этой ситуации поддерживать вдвое большую скорость записи, и опережает жесткие диски, но и некоторые из медленных TLC.

BAPCo SYSmark 2018

SYSmark 2018 от BAPCo — это основанный на приложениях бенчмарк, который использует реальные приложения для воспроизведения активности бизнес-пользователей, и определяет показатели продуктивности, креативности и отзывчивости. Результаты отражают общую производительность системы и калибруются относительно эталонной системы, производительность которой определена как 1000 в каждом из сценариев. Оценка, скажем, 2000, будет означать, что тестируемая система в два раза быстрее, чем эталонная система.

Оценка SYSmark основана на общем времени отклика приложения, которое видит пользователь, включая не только задержку хранения, но и время, затраченное процессором. Это означает, что есть предел тому, насколько улучшение накопителя может увеличить баллы, потому что SSD используется только для небольшой части общей продолжительности теста. Это является существенным отличием от наших тестов ATSB, где отображается только рабочая нагрузка диска, а время простоя диска сокращается до 25 мс.



В тестировании SSD с помощью SYSmark мы использовали другую систему, чем в остальных наших тестах SSD. Эта машина настроена для измерения общего энергопотребления системы, а не только мощности привода.







QVO 860 не отстает от других дисков в случае сложных вычислительных задач, и даже в тесте зависящем от скорости ввода / вывода QVO 860 опережает накопитель DRAMless TLC и не сильно отстает от Crucial MX500.

Потребление энергии

Бенчмарк SYSmark оценивает и измеряет общее энергопотребление системы, за исключением дисплея. Наша тестовая система для SYSmark потребляет при простое около 26 Вт, и достигает пиковых значений мощности более 60 Вт, измеренных во время теста производительности. Твердотельные накопители SATA редко потребляют более 5 Вт, а при простое — доли ватта, к тому же SSD проводят большую часть теста в простое. Это означает, что показатели использования энергии неизбежно будут очень близки. Типичная система для ноутбуков лучше оптимизирована для повышения энергоэффективности, чем наша настольная система, поэтому потребление SSD будет составлять гораздо большую часть от общего объема, и разница в показателях между SSD будет более заметной.



Энергопотребление Samsung 860 QVO во время SYSmark не выявило никаких проблем, поскольку он потребляет немного меньше, чем обычные диски SATA TLC.

AnandTech Destroyer

Destroyer — очень длительный тест, многократно повторяющий операции доступа для очень интенсивного использования ввода-вывода. Как и при использовании в реальных условиях, накопители иногда получают перерыв, который позволяет провести фоновую сборку мусора и очистку кешей, но время простоя ограничено 25 мс, поэтому запуск теста не занимает целую неделю. Наши тесты AnandTech Storage Bench (ATSB) не включают запуск реальных приложений, сгенерировавших рабочие нагрузки, поэтому результаты тестирования почти нечувствительны к изменениям производительности ЦП и ОЗУ нашего нового испытательного стенда, но переход на более новую версию Windows и более свежие драйверы может изменить результат.



Мы оцениваем производительность в этом тесте, сообщая среднюю пропускную способность диска, среднюю задержку операций ввода-вывода и общую энергию, использованную диском в течение теста.

Терабайтный Samsung 860 QVO не очень справляется с Destroyer, показав среднюю скорость передачи данных немного меньше, чем у TLC без DRAM. Для сравнения, накопители NVMe QLC от Intel и Micron лишь немного медленнее, чем 860 EVO и MX500.



Диски QLC показали себе еще хуже в показателях задержки, чем в тесте на пропускную способность. Особенно заметно при графике в 99-м процентиле. 1TB 860 QVO занимает последнее место как по средней задержке, так и по задержке 99-го процентиля, и все три накопителя QLC имеют худшую задержку 99-го процентиля, чем накопитель DRAMless TLC.



Средняя задержка чтения и записи у 860 QVO лишь немного хуже, чем у DRAMless TLC SSD. Диски NVMe QLC немного быстрее в задержке чтения, чем мейнстрим диски SATA, но отстают в средней задержке записи.



Всё же QVO 860 оказался не на последнем месте при тесте 99-го процентиля задержки записи, и даже гораздо лучшие показатели, чем накопитель DRAMless TLC. Тем не менее все диски QLC намного хуже, чем обычные диски TLC SATA.



Учитывая низкую производительность, растягивающую долгий тест на еще более длительный период, неудивительно, что все диски QLC потребляют гораздо больше энергии в течение работы с Destroyer, чем большинство дисков SATA. DRAMless Toshiba TR200 — впечатляющее исключение, которому удается быть очень эффективным, несмотря на его низкую общую производительность.

AnandTech Heavy

Наш тест накопителей Heavy дает гораздо большую нагрузку записи, чем Destroyer, но намного короче по времени. Количества записей в тесте недостаточно для заполнения накопителя, поэтому производительность никогда не падает до стабильного состояния. Этот тест является гораздо более показательным для повседневного использования, и на него особенно влияет пиковая производительность накопителя. Этот тест запускается дважды, один раз на только что очищенном диске, и один раз после заполнения диска последовательной записью.



Ни один из Samsung 860 QVO не может сравниться с обычными накопителями TLC в тесте интенсивной записи, но они оба превосходят накопитель DRAMless TLC. Диски NVMe + QLC от Intel и Micron работают намного лучше, когда тест проводится на пустом диске, но при заполнении они тоже отстают от основных TLC SSD.





У Samsung 860 QVO показатели задержки намного хуже, чем у обычных TLC-накопителей, а задержка 99-го процентиля ещё хуже, чем даже у DRAMless TLC SSD. Тем не менее диски Samsung QLC показали себя немного лучше, чем Intel / Micron QLC, когда тест выполнялся на полном диске.





Средняя задержка чтения от QVO Samsung 860 лишь немного проигрывает обычным TLC-накопителям, но средняя задержка записи хуже, по крайней мере, в два раза.





Показатели задержки чтения и записи в 99-м процентиле от 860 QVO плохие. Но они, по крайней мере, не имеют ужасающих проблем QoS при записи, которые показывает Toshiba TR200, и лучше, чем запись на заполненном приводе Crucial P1.



Samsung 860 QVO потребляет значительно больше энергии в ходе Heavy теста, чем другие диски SATA, и почти всегда больше, чем накопители NVMe QLC.

AnandTech Light

Тест накопителей Light имеет больше последовательных обращений и меньшую глубину очереди, чем The Destroyer или Heavy, это самый короткий тест. Он базируется в основном на приложениях, которые не особо зависят от производительности хранилища, так что в основном это проверка времени запуска приложений и загрузки файлов. Тест можно рассматривать как сумму всех небольших задержек при ежедневном использовании, но при сокращении времени простоя до 25 мс для тестирования требуется менее получаса. Как и в случае с тестом ATSB Heavy, этот тест выполняется с пустым диском, и после заполнения диска последовательными записями.



У Samsung 860 QVO нет проблем с тестом Light, когда он запускается на пустом диске, а потеря производительности полного привода не так уж и велика: 1TB 860 QVO остается впереди накопителя TLC DRAMless даже при заполнении диска.



Средняя задержка и 99-го процентиль от 860 QVO выглядят хорошо, когда тест выполняется на пустом приводе. Задержки значительно выше, когда накопители заполнены, но лучше, чем на накопителях Intel / Micron QLC.



Средние показатели задержки чтения и записи у 860 QVO явно хуже показателей дисков TLC при тестировании с заполненным диском, но, на самом деле, мы видели подобные показатели на TLC помедленнее.



99-го процентиль задержки чтения на 860 QVO — больное место, когда накопитель заполнен, но, по крайней мере, задержка записи не выходит из-под контроля, как у двух других накопителей QLC.



Все накопители QLC потребляют больше энергии, чем накопители TLC во время теста Light, особенно когда они заполнены, и им нужно выполнить больше фоновой работы.

Спасибо, что остаетесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до 1 января бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?