Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | Введение
Когда Intel только представляла свой новый SSD-накопитель 600p, потребителям обещали производительность устройства с интерфейсом NVMe по доступной цене. Но первый SSD этой компании с интерфейсом M.2 NVMe оказался противоречивым продуктом. Два важных факта о нём, официально подтверждённых Intel, оказались ошибочными. Чтобы найти этому объяснение и отделить факты от вымысла, мы прогнали на 600p множество циклов записи и стирания.
Изначально указанный Intel на сайте ARK рейтинг износостойкости для накопителей 600p и 6000p любой ёмкости составлял 72 TBW (записанных терабайт). Показатель износостойкости в спецификациях означает объём данных, который может быть записан на SSD до прекращения гарантии, до износа флеш-памяти или до наступления обоих этих событий. Производители SSD указывают надёжность одним из двух способов, а Intel пользуется обоими, в зависимости от продукта. Надёжность своего первого потребительского NVMe SSD (серии 750) в Intel оценили как возможность записи 70 Гбайт данных в день в течение пяти лет, и этот рейтинг распространялся на модели всех трёх объёмов — 400. 800 и 1200 гбайт. Второй способ описать надёжность — это указать рейтинг TWB, означающий общий объём данных, который может быть записан на диск в течение гарантийного срока.
Intel уже случалось указывать один и тот же рейтинг надёжности для всех объёмов одной модели. Когда мы заметили на сайте Intel ARK единый рейтинг 72 TBW для всех модификаций, в Intel забеспокоились, но вовсе не потому, что они не использовали такую тактику раньше. SSD-накопитель Intel 600p имеет четыре модификации ёмкостью от 128 Гбайт до 1 Тбайта, а надёжность обычно растёт одновременно с объёмом. 72 ТBW — это вполне нормально для 128-гигабайтных накопителей других производителей, но это слишком низкий рейтинг для трёх других ёмкостей в линейке 600p. Впоследствии Intel без дополнительных объявлений повысила заявленный рейтинг надёжности для модификаций 600p высокой ёмкости.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | Это просто число
Производители SSD указывают рейтинг надёжности в качестве ориентира для пользователей, но реальные измерения производятся на уровне флеш-памяти, поскольку разные типы данных изнашивают память с различной скоростью. Небольшие нагрузки с произвольным доступом гораздо быстрее изнашивают ячейки, чем последовательные нагрузки. И даже если для накопителя заявлен рейтинг 72 TBW, NAND может выдержать многократное превышение этого объёма под нагрузкой с последовательным доступом.
Комитет JEDEC выпустил два обновлённых стандарта для измерения износостойкости. Стандарт JEDEC JESD218A описывает методику измерений для потребительских SSD, а JESD219A — для твёрдотельных накопителей корпоративного класса. Многие организации по стандартизации предоставляют полные тексты только своим платным членам, но оба эти стандарта доступны любому, кто заведёт бесплатную учётную запись на JEDEC.
SSD-накопитель информирует об износе флеш-памяти при помощи индикатора износа носителя MWI (Media Wear Indicator). Счётчик MWI доступен через протокол SMART и его значения можно считывать множеством различных утилит. Некоторые производители применяют иной протокол, и это может осложнить измерения. По возможности, мы стараемся использовать утилиту от производителя SSD.
В процессе первоначального тестирования Intel 600p мы столкнулись с проблемой: утилита Intel SSD Toolbox не распознавала этот накопитель и не могла считать данные об уровне износа. Путём проб и ошибок мы обнаружили, что популярное приложение HDD Sentinel способно прочитать значения SMART у 600p. После этого Intel выпустила новую версию SSD Toolbox, которая корректно отображает показатели износа у Intel 600p, но мы всё же снова воспользовались показаниями HDD Sentinel об уровне износа и температуре накопителя.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | …но что оно значит?
Производители SSD использую счетчик MWI, чтобы убедиться в правомерности гарантийных требований. Если на счётчике ноль , это значит, что вы исчерпали ресурс накопителя и некоторые компании просто откажутся заменить его по гарантии. У всех производителей своя гарантийная политика и некоторые из тех, кто указывает в описании ограничения по общему объёму или по ежедневному использованию диска, на самом деле не прописывают таких ограничений в условиях гарантии и там даже не упоминается об их существовании. Это своего рода серая зона, которая в некоторых случаях становится полностью чёрной, когда компания вообще не упоминает в спецификациях предельную износостойкость. Вы не найдёте рейтинг надёжности на странице Intel 600p на сайте Intel, и его нет даже в спецификациях продукта.
Что касается Intel, то у этой истории есть продолжение. В последний раз, когда один веб-сайт с хорошей репутацией измерял надёжность SSD, накопитель Intel серии 335 дошёл до режима саморазрушения. И когда на мероприятии Intel по флеш-памяти, проходившем в Фолсоме, штат Калифорния, представителю компании задали об этом вопрос, он ответил, что такое поведение было заложено конструктивно. Во всех потребительских SSD Intel предусмотрен переход в режим офлайн для сохранения пользовательских данных после того, как в накопителе будет исчерпан запас ёмкости для замены ячеек, вышедших из строя. Вот, что говорится в отчёте Tech Report об этом эксперименте по измерению надёжности:
Накопитель Intel 335-й серии вышел из строя намного раньше, хотя, справедливости ради, отметим, что он сам спустил курок. Индикатор износа носителя просигнализировал об исчерпании ресурса записи NAND через некоторое время после отметки в 700 Тбайт. Intel не уверена в работоспособности накопителя после этой отметки, поэтому конструкцией предусмотрено, чтобы 335-я серия переходила в режим “только чтение” и превращалась в кирпич после отключения питания. Несмотря на наличие всего одного переназначенного сектора, наш экземпляр добросовестно выполнил заложенный сценарий. Данные на нём были доступны до тех пор, пока накопитель не проглотил свою виртуальную таблетку с цианидом”.
Нам всё ещё не слишком понятно, как накопитель, исчезающий из системы, одновременно позволяет сохранить данные, поскольку после перезагрузки 335-я серия не остаётся доступной для чтения, чтобы можно было спасти хранящуюся на диске информацию.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | Результаты
Наш экземпляр Intel 600p объёмом 256 Гбайт вышел из строя 9 ноября 2016 в результате 42-дневного сражения с Iometer. Мы тестировали износостойкость того же самого накопителя, который использовался для написания обзора. В ходе тестирования для обзора на него было записано всего 7790 Гбайт данных в течение более 88 часов.
После этого почти все данные, которые мы записывали на этот накопитель, представляли собой произвольную нагрузку с записью блоками по 4 Кбайта, которую мы использовали специально, чтобы ускорить износ SSD. 3 ноября 2016 года мы остановили тест на показателе 10% до выработки ресурса и запустили “предсмертные” тесты производительности. После лёгкой нагрузки приложениями из реального мира мы вернулись к произвольной нагрузке блоками по 4 Кбайта, чтобы окончательно вывести привод из строя.
Когда всё было кончено, на Intel 600p 256 Гбайт было записано в сумме почти 106 Тбайт информации. Это меньше 144 Тбайт TBW, заявленных в обновлённой спецификации на сайте ARK. Однако, как мы уже говорили, методика тестирования JEDEC для потребительских SSD не подразумевает стопроцентную нагрузку 4-килобайтными блоками. Мы просто сильнее нагрузили привод, чтобы его износ шёл быстрее.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | Зачёт-незачёт
Для теста Intel 600p мы также приготовили испытание типа “зачёт-незачёт”. Перед нажатием на цифровую гашетку, мы записали на SSD PDF-файл. Если мы сможем восстановить его после записи 144 Тбайт данных, то зачёт будет сдан. Если не сможем, то экзамен провален.
До момента, когда Iometer вылетел с ошибкой, мы записали 106 Тбайт данных. Индикатор износа носителя достиг нуля и мы больше не могли записать на привод ни один 4-килобайтный блок. SSD перешёл в режим “только чтение”, который позволил нам открыть как полный тестовый файл Iometer, так и наш PDF.
Когда мы начинали этот тест, мы не ждали, что Intel 600p и дальше будет оставаться в режиме “только чтение”, поскольку в Intel ранее утверждали, что потребительские SSD должны переходить в режим блокировки. Мы также не ожидали, что тестирование закончится до отметки в 144 Тбайта. Мы смогли восстановить наши данные, но привод не смог достичь 144 Тбайт, хотя менее требовательная нагрузка наверняка позволила бы SSD прожить дольше.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | В реальном мире
Intel 600p обеспечивается пятилетней гарантией, но мы подозреваем, что большинство его владельцев успеет заменить свой накопитель ещё до её окончания. Рейтинг 72 TBW слишком мал для большинства активных пользователей (или кого-то с аккаунтом в Usenet). К счастью, это ограничение относится только к 600p минимальной ёмкости — факт, который Intel первоначально не указала на своём сайте или не сообщила нам до нашего первого теста. Учитывая увеличенные рейтинги надёжности, мы не верим в то, что вы сможете достичь этих значений, не ощутив удовлетворение от того, что вы не зря потратили свои деньги.
Если ваш 600p или любой другой потребительский SSD доживёт до режима “только чтение”, с него нельзя будет загрузить Windows. Вам придётся установить операционную систему на другой диск — а можно просто подключить накопитель с выработанным ресурсом к другому компьютеру. После этого вы сможете восставить хранящиеся на нём данные. В случае с Intel 600p мы хранили SSD без подключения к питанию в течение 30 дней после перехода в режим “только чтение”. И даже после этого мы смогли считать наши тестовые файлы. Поскольку в Intel реализовали жёсткий лимит записи и накопитель не вышел из строя из-за неисправимых ошибок, мы полагаем, что данные будут доступны в течение всего установленного JEDEC срока, а именно, год без подключения питания.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | “Предсмертное” тестирование и выводы
Код с малой плотностью проверок на чётность (LDPC) — это улучшенный алгоритм исправления ошибок (ECC), используемый для увеличения срока службы памяти NAND. Впервые в SSD потребительского класса эта технология появилась одновременно с презентацией планарной NAND-памяти TLC (три бита на ячейку), но сегодня она также встречается в некоторых продуктах на базе 3D NAND MLC (2 бита на ячейку). Технология LDPC имеет и целый ряд других применений, например, она используется в спутниковых трансляциях. Применительно к SSD, LDPC примерно втрое эффективнее классических алгоритмов BCH ECC, на смену которым она пришла.
Если описать её в очень упрощённой форме, то в современном SSD для восстановления вышедшей из строя ячейки сначала будет применяться декодирование с жёстким принятием решения и низкой латентностью. Если это не поможет, то SSD задействует алгоритмы декодирования с мягким решением, которые требуют больше вычислительной мощности. Декодирование с мягким принятием решения для восстановления данных извлекает дополнительную информацию как из сбойной, так и из соседних ячеек. Неудача декодирования с жёстким решением и последующий переход к декодированию с мягким решением повышает латентность операций чтения.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | “Предсмертное” тестирование производительности
Intel 600p — это первый SSD с технологией LDPC, у которого нам удалось выработать ресурс. Исправление ошибок с мягким решением может происходить в любой момент, и это случается всё чаще по мере приближения к концу флеш-памяти. Мы решили протестировать накопитель после тяжёлой нагрузки, чтобы выяснить, можно ли заметить какие-либо изменения в производительности из-за возросшего числа коррекций ошибок с мягким решением. При 10% остатке ресурса мы провели несколько тестов для определения изменений латентности и последующего сравнения с результатами первого теста. Мы не стали пропускать изношенный привод через полный набор наших тестов из опасения, что он выйдет из строя в их разгаре, поэтому перед вами результаты сокращённой программы.
Четырёхстороннее тестирование
Скорость последовательного чтения блоками 128 Кбайт, Мбайт/с (больше – лучше)
Скорость последовательной записи блоками 128 Кбайт, Мбайт/с (больше – лучше)
Произвольное чтение, IOPS (больше – лучше)
Произвольная запись, IOPS (больше – лучше)
Мы не заметили никакого существенного изменения производительности в синтетических тестах. Это “быстрые” тесты, призванные продемонстрировать пиковую производительность. А Intel 600p склонен к подобным всплескам по природе, поскольку в нём реализован переменный SLC-буфер. Так как наше время с деградировавшим накопителем было ограничено, для получения точных измерений мы воспользовались именно такой нагрузкой.
Тестирование в реальных условиях
Время работы ноутбука от батареи в минутах (больше – лучше)
Производительность при ограниченном энергопотреблении (больше – лучше)
Тестирование на время автономной работы ноутбука с участием Lenovo Y700-17 и BAPCo MobileMark 2014.5 выявило несколько небольших отличий. Этот тест длился свыше пяти часов на основе настоящего программного обеспечения, причём тестируемый диск был установлен в качестве системного, так что этот бенчмарк иллюстрирует реальную нагрузку на компьютер в течение среднестатистического рабочего дня.
Мы выбрали этот тест по двум причинам. Это настоящий тест с настоящим ПО, но он также позволяет замерить производительность и энергопотребление. Процесс декодирования с мягким решением моментально повышает потребление электричества. Он также снижает производительность — при условии, что будет запускаться достаточно часто в течение этого пятичасового теста.
Мы выявили девятиминутное снижение времени автономной работы и падение производительности на 142 пункта. Это не особенно значительный провал, но достаточный для того, чтобы его можно было измерить.
Тестирование износостойкости SSD-накопителя Intel 600p | Выводы
Как и другие SSD производства Intel, 600p разработан с упором на надёжность. Intel гордится очень низкими объёмами возвратов, и одно время они даже лидировали. Возможно, что ситуация осталась неизменной, но у нас нет достаточно данных, чтобы подтвердить или опровергнуть это. Intel — одна из немногих компаний, которая блокирует SSD перед тем, как он может перейти в опасный режим, грозящий потерей данных.
Различные тесты износостойкости, проводимые заслуживающими доверия изданиями, показывают, что некоторые производители SSD позволяют пользователю записывать большие объёмы данных и после преодоления порога надёжности — местами, до петабайта. Однако эти тесты не придерживаются стандартов JEDEC и обычно не утруждают себя проверкой сохранности данных в течение длительных периодов без электропитания. Между тем, чтобы удовлетворять требованиям JEDEC, потребительские SSD должны быть способны не только записывать данные, они должны уметь их сохранять длительное время без подключения к розетке.
Мы считаем, что Intel занимает слишком агрессивную позицию относительно объёма записанных данных до перехода в режим “только чтение”. Скорее всего, именно поэтому мы не заметили никаких отличий в латентности в наших синтетических тестах у SSD с 10% остатком ресурса. Более длительные тесты с лёгкой нагрузкой и расширенным диапазоном LBA показали незначительное снижение производительности, но недостаточное для того, чтобы однозначно назвать его причиной работу технологии LDPC.
Intel 600p — это недорогой и надёжный SSD, и для большинства пользователей этого достаточно. На диаграмме показаны 30 лучших потребительских SSD по результатам новых тестов BAPCo. Специальный тест из пакета SYSmark 2014 SE был разработан для определения быстроты подсистемы хранения данных. В будущем мы намерены изучить этот тест целиком и его алгоритмы расчёта баллов. Результаты были получены от реальной клиентской нагрузке с реальным ПО, запущенным на выделенной платформе. Они представляют собой превышения значений по сравнению с базовой референсной системой, которой присвоены 1000 баллов (чем выше, тем лучше). В качестве такой референсной системы BAPCo взяли OEM SSD производства Samsung, близкий по показателям к модели 750 EVO объёмом 250 Гбайт.
Intel 600p ёмкостью 512 Гбайт быстрее любого из SATA-накопителей, который попадал к нам на тестирование, включая модели премиум-класса вроде SanDisk Extreme Pro, Samsung 850 Pro и Samsung 850 EVO. Существуют более быстрые SSD, но ни один из них не сравнится с 600p по цене. Немногие SSD с интерфейсом NVMe работают быстрее, при этом они стоят дороже, но и обеспечивают повышенную износостойкость.
