Производительность SSD: тесты обновлёных прошивок и TRIM
Редакция THG,  15 марта 2011


"Увеличиваем" производительность SSD до максимума

Отделы маркетинга продавцов SSD постоянно говорят и пишут про безумно высокие скорости и заоблачные IOPS (количество операций ввода/вывода в секунду). Эти цифры не являются неточными, но и не обязательно отражают правду. Ежедневные операции, которые делает жёсткий диск в компьютере у обычного пользователя, не соответствуют идеальным тестовым условиям, в которых проводит тестирование производитель с целью определить максимально возможную скорость накопителя. Таким образом, указанные технические характеристики, фактически, могут быть достигнуты, но потребуется дополнительная оптимизация.

Производительность SSD: тест и обзор

Сам факт того, что новые SSD пользуются популярностью за свою скорость не означает того, что они действительно являются скоростными. Вы используете последние драйверы контроллера SATA? Вы когда-либо проверяли, включен ли AHCI-режим в вашем BIOS? Уверены ли вы, что функция TRIM работает? Есть ли более новая версия прошивки для вашего твердотельного накопителя? Может недавние изменения конфигурации замедлили производительность накопителя? Если вы недавно потратили на накопитель столько же, сколько другие люди тратят на целый нетбук, то вполне законно провести небольшое расследование, для того чтобы узнать, на что ушли ваши деньги.

Мы видели как очень высокую, так и очень низкую производительность SSD, и причины плохой производительности могут быть разными. Прежде всего необходимо использовать продукцию хорошо зарекомендовавших себя производителей. Судить о производительности обычных жёстких дисков относительно легко, однако, характеристики твердотельных накопителей зависят от многих параметров. Большинство потребительских SSD, доступных сегодня, основаны на нескольких каналах MLC NAND флэш-памяти и используют одну из популярных архитектур контроллера. Семейство Intel X25 обладает неплохой производительностью, но с определенными недостатками в сфере пропускной способности при записи. Контроллеры Indilinx способствовали прорыву SSD. Благодаря интерфейсу на 6 Гбит/с, накопитель Real SSD C300 от Crucial находится впереди всех по пропускной способности. Контроллер SF-1200 от Sandforce первым показал, что высокая пропускная способность и скорость операций ввода/вывода идут рука об руку. Последний претендент это Samsung 470-й серии, его мы и использовали для оценки производительности.

Мы уже отметили некоторые факторы, влияющие на производительность и поняли, что важно проверить их все. В этой статье, мы рассмотрим последние обновления прошивки и проверим уровни производительности с включенной TRIM-функцией и без неё.

Требуется, необходимо, разыскивается

Требуется: подходящая система

Многие пользователи считают, что SSD станет прекрасным обновлением даже для старых систем, так как влияние быстрой подсистемы хранения данных на общую производительность компьютера очень заметно. Однако, производительность SSD частично, а иногда и в значительной степени определяется способностью системы обрабатывать большое количество операций ввода-вывода. Это значит, что SSD покажет максимальную производительность в том случае, если он установлен в быструю систему. Выяснилось, что даже самые высокоскоростные SSD работают на 10-20% ниже своей максимальной производительности, если они установлены в компьютер со слабым процессором. Такое происходило в компьютерах на старых Pentium 4 или на Athlon64 ранних поколений с одним ядром. Поэтому мы рекомендуем потратиться на приличную платформу, прежде чем отдавать пару сотен долларов на твердотельный накопитель.

Производительность ограничивается не только процессором, но и контроллером жёстких дисков. Хорошо иметь SATA на 6 Гбит/с, но в настоящее время всего один SSD может использовать это преимущество. Как бы то ни было, обратите особое внимание на характеристику контроллера: только контроллер с AHCI (Advanced Host Controller Interface) может полностью раскрыть потенциал SSD, это означает, что использование устаревшего контроллера почти всегда приведёт к понижению производительности, просто из-за того, что он не поддерживает команды, такие как очерёдность и TRIM.

Окончательная проверка системы должна также включать в себя проверку программного обеспечения. Вы уверены, что используете свежий драйвер контроллера жёстких дисков? Если нет, то необходимо скачать и установить последнюю версию, поскольку свежее программное обеспечение необходимо по той же причине, что и AHCI: вы должны быть уверены, что SSD поддерживается полностью. И последнее, любое изменение конфигурации может повлиять на работу накопителя. Например, на системах с SSD пропускная способность падала до 10 Мбайт/с после смены контроллера накопителей. Несмотря на то, что Windows автоматически распознаёт новое устройство и устанавливает программное обеспечение, нам пришлось удалить и переустановить драйвера контроллера жёстких дисков, для того чтобы вернуть максимальную скорость SSD.

Необходимо: поддержка TRIM

На обычных жёстких дисках управлять данными просто, так как информация хранится в индивидуальных блоках, которым присвоены логические адреса LBA (logical block addressing). Жёсткий диск обычно знает, где находятся необходимые индивидуальные блоки и исходя из этого позиционирует головки для их чтения или записи. Эти действия повторяются для любых блоков.

У флэш-памяти NAND есть свои особенности. Одна из них – ограниченная продолжительность жизни ячеек, что заставляет производителей SSD работать с алгоритмами выравнивания износа для увеличения продолжительности жизни всех ячеек памяти на твердотельном накопителе. Ещё одной характерной чертой является тот факт, что ячейка MLC флэш-памяти должна быть очищена перед записью, к тому же диски работают с более крупными блоками, чем операционная система (512 Кбайт против 4 Кбайт). Это означает, что для записи нескольких килобайт необходимо считать весь блок, удалить из него всё, модифицировать информацию и записать блок заново. Понятно, что это занимает некоторое время и изнашивает все вовлечённые ячейки памяти. Для сопоставления физических данных SSD и логических LBA-данных используется FTL (Flash Transition Layer), но вам несложно представить, что сбалансировать износ ячеек и производительность - это не слишком тяжёлая работа для контроллера. Это называется усилением записи и выражается в виде простого числа, показывающего процентное отношение всех записанных данных к данным, записанным на самом деле.

Функция TRIM облегчает работу контроллера. Эта команда исходит от операционной системы и позволяет SSD удалить лишний скопившийся мусор. Любое удаление, инициированное операционной системой на уровне страниц, не приводит непосредственно к физическому удалению, вместо этого страницы помечаются как доступные. Любая операция удаления всегда вовлекает в процесс весь блок, даже если удаляется всего лишь одна страница. Таким образом, TRIM предотвращает все лишнии операции, связанные с фоновой записью, чтобы устранить задержки, когда запись происходит на самом деле.

Требования

Во-первых, вам нужен SSD, поддерживающий функцию TRIM. Она присутствует почти во всей продукции, представленной сегодня на рынке. Она также может быть добавлена к более старым накопителям при помощи обновления прошивки. Однако большинство производителей перестали выпускать новые прошивки для старых моделей твердотельных накопителей и вместо этого используют TRIM как отличительную особенность новых SSD. Чтобы предотвратить проблемы, связанные с поддержкой и обновлениями, проще купить современный твердотельный накопитель.

Во-вторых, вам нужен AHCI-совместимый SATA-контроллер. Интерфейс Advanced Host Controller Interface появился несколько лет, поэтому, если ваша система поддерживает эту опцию, потребуется включить её в BIOS. Кроме того, убедитесь, что вы используете последние драйвера контроллера жёстких дисков.

И последнее – операционная система тоже должна поддерживать функцию TRIM. Она имеется во всех версиях Windows 7, Windows Server 2008 R2, Linux 2.6.33, OpenSolaris и FreeBSD 8.1. Если вы используете операционную систему, которая не поддерживает TRIM, но есть контроллер или накопитель, которые эту функцию поддерживают, то для запуска команды вручную можно использовать утилиту hdparm для Linux, но будьте осторожны при использовании других утилит, так как существует возможность того, что они могут сделать физический сброс SSD. Эта функция называется "sanitization", её не следует путать с TRIM, так как "санитарная обработка" производит полное стирание SSD.

Разыскивается: последняя прошивка

В ходе тестирования мы обновили прошивки различных накопителей. Поэтому, можно сказать, что SSD один из самых чувствительных компонентов в отношении модификации прошивки и её обновление сильно влияет на производительность. RAID-адаптеры, как правило, путём изменения прошивки можно настроить под различные сценарии, но для жёстких дисков или оптических приводов обновление прошивки является чем-то вроде сервисного обслуживания. Но для твердотельных накопителей всё выглядит по-другому.

Первый накопитель X25-M не обладал высокой производительностью, пока Intel не начал выпускать первые обновления. Но и тогда накопитель сохранял высокий уровень производительности, даже в сценариях с интенсивной нагрузкой. Это было в те времена, когда TRIM ещё не была доступна, поэтому хороший уровень производительности, ожидаемый пользователями, зависел только от накопителя.

Так совпало, что во время нашего тестирования, в котором мы пытались показать разницу между включенной и выключенной функцией TRIM, Samsung выпустил новую версию прошивки для SSD 470-й серии. Поэтому мы решили повторить тестирование с новой прошивкой 0701 и добавить результаты к полученным с 0601-й версией прошивки. Оказалось, что новая прошивка не только увеличивает общую производительность SSD, но и уменьшает потери производительности при выключенной функции TRIM. Для пользователей, использующих SSD на системе, не поддерживающей TRIM, этот факт очень важен.

Тестовая конфигурация

С конфигурацией тестового стенда и программым обеспечением, которое использовалось для проведения тестов, можно ознакомиться в таблице ниже.

Конфигурация тестового стенда
Процессор Intel Core i7-920 (45 nm, 2.66 GHz, 8 MB Shared L3 Cache)
Материнская плата (Socket 1366) Supermicro X8SAX, Revision: 1.0, Chipset Intel X58 + ICH10R, BIOS: 1.0B
Контроллер HighPoint Rocket 620
Оперативная память 3 x 1 Гбайт DDR3-1333, Corsair CM3X1024-1333C9DHX
Системный жёсткий диск Seagate NL35 400 Гбайт, ST3400832NS, 7200 RPM, SATA 1.5 Гбит/с, 8 Мбайт Cache
Блок питания OCZ EliteXstream 800W, OCZ800EXS-EU

Тесты
Измерения производительности PCMark Vantage 1.0.2.0

Программное обеспечение и драйвера
Операционная система Windows 7 Ultimate
Intel Rapid Storage Manager Version 9.6

Тестовый SSD: Samsung 470-ой серии, 256 Гбайт

Производительность SSD: тест и обзор

Для этой статьи мы использовали SSD Samsung 470-й серии, также известный как PM810. Это один из современных накопителей, поэтому нам были интересны его характеристики и производительность. Мы провели тестирование с полной нагрузкойдля того, чтобы увидеть разницу между 0601 и 0701 прошивками, а также разницу с включенной и выключенной функцией TRIM.

Порядок тестирования

В нашем тесте мы использовали возможность включения и выключения поддержки TRIM в операционной системе Windows 7. Для осуществления этого есть очень простой способ:

Чтобы включить TRIM (если он выключен), в командной строке введите:

fsutil behavior set disabledeletenotify 0

Чтобы выключить TRIM, в командной строке введите:

fsutil behavior set disabledeletenotify 1

Примечание: для выполнения fsitul вам потребуются права администратора.

Сначала несколько слов о TRIM и производительности. Благодаря высокой производительности, загрузить SSD до предела стало довольно сложно, поэтому для тестирования пришлось подбирать такие тесты, чтобы как можно больше нагрузить тестовую платформу. Раньше, для того чтобы вызвать значительные потери производительности, достаточно было запустить несколько интенсивных тестов операций ввода/вывода и пропускной способности.

С тестовым накопителем потребовалось намного больше усилий. Мы использовали тест Iometer database, который считывает и записывает на физический носитель много мелких блоков. Мы предпочли его, потому что он не позволяет SSD быстро восстанавливать и максимизировать производительность. Потом мы скопировали на SSD около миллиона различных файлов, пока 250 Гбайт не заполнялись на 80%. Затем мы быстро удаляли все файлы и запускали тест PCMark Vantage для накопителей. Точная методика ниже:

  • Очистить SSD (sanitization);
  • Создать том и отформатировать его;
  • Запустить PCMark Vantage(результаты помечены как "fresh");
  • Удалить том;
  • Запустить 3-х часовой Iometer, шаблонный тест базы данных от Q-1 до Q-32, 30 минут каждый;
  • Создать том и отформатировать его;
  • Копировать 37 экземпляров данных для тестирования USB флэш-дисков на SSD(более миллиона файлов);
  • Удалить файлы;
  • Запустить PCMark Vantage (результаты помечены как "tortured");
  • Подождать 30 минут;
  • Запустить PCMark Vantage (результаты помечены как "after 30 minutes idle").

Таким образом, мы получили три различных результата теста PCMark Vantage при различных условиях. Давайте посмотрим насколько они отличаются.

Результаты тестирования

PCMark Vantage: загрузка приложений, игры, редактирование видео

На "свежем" SSD 470-й серии со старой 0601-й прошивкой скорость загрузки приложений достигла 118 Мбайт/с при включённой функции TRIM. Два других результата - по 99 и 98 Мбайт/с означают, что привод показывает падение производительность при значительной нагрузке и достигает 84% от производительности "свежего" накопителя. Тем не менее, запуск такого же сценария, но без поддержки TRIM приводит к производительности "свежего" накопителя (84 Мбайт/с) и которая падает до 64 Мбайт/с после интенсивной нагрузки. Очевидно, что TRIM оказывает влияние.

Оказалось, что новая прошивка 0701 сильно меняет ситуацию, поскольку пропускная способность накопителя возросла до 141 Мбайт/с. После тестирования под нагрузкой уровень производительности упал до 90% или 127 Мбайт/с, это означает, что общая производительность улучшилась, также, как и эффективность TRIM. Но даже если TRIM выключена, после тестирования накопитель восстанавливается гораздо быстрее.

Игровые результаты похожи, только отличия менее значительны.

В тесте редактирования видео новая прошивка не увеличивает производительность, но она оказывает положительное влияние, делая накопитель более устойчивым к нашему стрессовому тестированию.

PCMark Vantage: Windows Defender, Media Center, Media Player

Windows Defender почти не производит операций записи, поэтому различия не очень велики.

С новой прошивкой и включенной функцией TRIM производительность Windows Media Center стала более высокой.

Добавление музыки в Windows Media Player с включённое функцией TRIM и прошивкой 0701 практически не влияет на производительность накопителя. Скорость остаётся на уровне 132 Мбайт/с, в то время как старая прошивка потерпела поражение в тестировании, показав только 87 Мбайт/с на третьем прогоне PCMark Vantage после тридцати минут простоя.

PCMark Vantage: фотогалерея, запуск Vista, общий бал

Добавление изображений в Windows Photo Gallery не очень уместный тест, так как здесь используются большие файлы, которые обрабатываются на большой скорости. Файлы меньшего размера являются более сложными для записи на SSD.

Новая прошивка ускорила запуск операционной системы Windows Vista, но не сильно.

В целом, новая прошивка оказала положительное влияние на производительность в PCMark Vantage, как с включенной функцией TRIM, так и без неё.

Заключение

По результатам проведённых тестов можно сделать некоторые выводы, учитывая, что мы не проводили полное тестирование из-за временных ограничений. Каждый прогон занимает примерно пять часов, поэтому мы решили ограничиться проведением тестов в PCMark Vantage. Это, конечно, синтетический тест, но он довольно хорошо отражает ежедневную производительность накопителя. Новый SSD 470-й серии от Samsung является неплохим представителем рынка твердотельных накопителей для анализа TRIM и потенциального влияния обновленной прошивки.

Результаты дают понять, что лучше всего использовать систему, поддерживающую функцию TRIM. Общий уровень производительности практически равен как с использованием функции TRIM, так и без неё, однако SSD без TRIM теряет в производительности при интенсивных нагрузках, особенно если речь идёт о последовательных операциях чтении/записи (для больших объёмов данных) и большом количестве операций ввода/вывода. Это может произойти при нескольких параллельных загрузках торрент-файлов наряду с другой активностью пользователя, но, конечно, наш сценарий был разработан как наиболее тяжёлый. Для функции TRIM вывод прост: используйте современное аппаратное обеспечение, Windows7 и всё будет в порядке, иначе вы не сможете в полной мере воспользоваться всеми преимуществами вашего SSD.

В ходе тестирования мы обнаружили, что последняя прошивка имеет две впечатляющие особенности. С одной стороны, она действительно улучшает общую производительность SSD в некоторых тестах PCMark Vantage. С другой стороны, она максимизирует производительность таким образом, что после больших нагрузок, потери производительности не столь значительны. Это относится как к тестам, использующим TRIM, так и не использующим эту функцию. Это может заинтересовать пользователей, которым необходимо запускать SSD на операционных системах, предшествующих Windows 7.

Результаты наших испытаний также показывают, что ещё много можно сделать для того, чтобы наиболее полно оптимизировать существующие архитектуры, использовать весь потенциал доступных возможностей, таких как аппаратные средства, настройки прошивки SSD или просто более рационально использовать TRIM. Поэтому мы рекомендуем следить за обновлениями прошивок, так как сейчас они оказывают влияние на производительность SSD намного больше, чем раньше.

КОНЕЦ СТАТЬИ


Координаты для связи с редакцией:

Общий адрес редакции: thg@thg.ru;
Размещение рекламы: Roman@thg.ru;
Другие координаты, в т.ч. адреса для отправки информации и пресс-релизов, приглашений на мероприятия и т.д. указаны на этой странице.


Все статьи: THG.ru

 

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru