SSD накопитель OCZ Vertex 4­ - исследуем проблему падения производительности

Данная статья является обновлением и дополнением ранее выпущенного материала с участием Vertex 4 объемом 512 и 256 Гбайт. Причин тому несколько. Одна из них - отличие серийных экземпляров от инженерных образцов «уполовиненным» кэшем. Необходимо проверить, сильно ли это повлияло на производительность. А еще вышла прошивка 1.5, удалось раздобыть «народную» модель объемом 128 Гбайт, так что работы добавилось предостаточно.
5 октября 2012, пятница 03:00
Dentarg для раздела Лаборатория

Оглавление

Вступление

Данная статья по SSD OCZ Vertex 4 является обновлением и дополнением ранее выпущенного материала. Причин тому несколько. Самая главная – паника в сети из-за обнаруженного катастрофического падения производительности заполненных накопителей. Необходимо разобраться, так ли это, а если да, то почему и как с этим бороться. Кроме того, подтвердился прогноз, что серийные экземпляры отличаются от инженерных образцов «уполовиненным» кэшем – необходимо проверить, сильно ли это повлияло на производительность. А еще вышла прошивка 1.5, и удалось раздобыть «народную» модель объемом 128 Гбайт, так что работы добавилось предостаточно.

Участники тестирования

OCZ Vertex 4, 256 Гбайт


В прошлый раз я привел достаточно общей информации, поэтому стоит сосредоточиться на отличиях. Визуально розничную модель отличает от предсерийной только большая наклейка на обратной стороне. До этого она была минималистичной. Задняя крышка - все тот же фрезерованный металл, просто в этот раз освещение иное.

Накопители достались новые, их еще никто не успел загнать проверкой на выносливость. Прошивка 1.5 уже предустановлена, по словам производителя, «даунгрейд» на 1.4 мог вывести диск из строя, так что менять ее мне не разрешили. Для версии 1.5 декларировалось лишь исправление ошибок. В конце концов, важна не эволюция, а итоговое поведение изделия, но жаль, что не получилось сопоставить инженерный и серийный SSD с разными кэшами напрямую при прочих равных условиях.

OCZ Vertex 4, 128 Гбайт


Все сказанное про предыдущую модель на 256 Гбайт актуально и для этой.

S.M.A.R.T. все такой же бедный. Разработчику стоило бы добавить как минимум индикатор состояния наиболее изношенных ячеек.

Внутреннее строение

Было получено разрешение на вскрытие пациентов.

Первое, что бросается в глаза, это «терможвачка» между контроллером и металлической крышкой. Таким образом, задняя стенка накопителя работает как радиатор. В сети встречаются обзоры с жалобами их авторов на сильный нагрев диска. Отмечу, что греется только сам Everest 2, микросхемы памяти остаются холодными. В моем случае температура крышки кристалла у обоих накопителей составила 38 градусов по Цельсию в простое («пальцевый термометр» выдал значение «теплый») и 49 градусов под нагрузкой (начинает обжигать через 5 секунд).

С радиатором эти числа должны быть существенно ниже, так что на открытом стенде или в корпусе ПК опасности перегрева нет. Другое дело - ноутбуки. Встречаются модели, где жесткие диски разогреваются до 60-70 градусов, в них SSD, для которого декларируется энергопотребление под нагрузкой 2.5 Вт (что сравнимо с 2.5” HDD), придется не сладко. Да и время жизни от батареи будет не лучшим.

Продолжим. Печатная плата у 256-гигабайтной версии выглядит так:

Отчетливо виден контроллер с маркировкой IDX400M00-BC, двухгигабитный чип кэша H5TQ2G63BFR-H9C производства Hynix и восемь микросхем флэш-памяти M2502128T048SX22 по 128 Гбит каждая с логотипом OCZ. Интернет подсказал, что в них скрываются кристаллы производства Micron. Интересно смотрится сервисный порт, похожий на SATA, но отличающийся размерами и числом контактов.

На обратной стороне расположены еще восемь флэш микросхем и вторая микросхема DDR-3. В итоге, кэш действительно составляет 512 Мбайт, а 1 Гбайт теперь доступен только в топовой 512-гигабайтной модели.

Теперь посмотрим, что под капотом у младшего собрата.

Выглядит как модель из другой линейки. Другая PCB, «интеловская» флэш-память 29F64G08ACME3, «микроновский» чип DDR-3 с номером 2DD22-D9PBW. Найти его подробное описание не удалось, но, по всей видимости, его объем составляет те же 2 Гбита.

Микросхемы на обратной стороне дополняют суммарную емкость до заявленного значения. Кстати, весь объем флэш-памяти доступен пользователю, запаса под over-provisioning нет.

Тестовый стенд и методика тестирования

Тестовый стенд:
  • Процессор: Intel Core i7-2600K, 4.8 ГГц (100 х 48);
  • Система охлаждения: GELID Tranquillo Rev.2;
  • Материнская плата: ASRock Z68 Extreme7 Gen3 (BIOS 1.30);
  • Оперативная память: G.SKILL Ripjaws Z, F3-17000CL9Q-16GBZH (1866 МГц, 8-10-9-26 1N) 2x4 Гбайта;
  • Жесткий диск: WD Caviar Blue, WD3200AAKX-001CA0, 320 Гбайт;
  • Видеокарта: ASUS GTX 580 DirectCU II, 1.5 Гбайт GDDR5;
  • Блок питания: Hipro HP-D6301AW, 630 Вт.
Системное ПО:
  • Операционная система: Windows 7 x64 SP1 Ultimate RUS;
  • Обновления операционной системы: все на 08.03.2012, включая Direct X;
  • Драйвер для видеокарты: NVIDIA GeForce 295.73;
  • Драйвер для SATA контроллера: Intel RST 11.1, контроллер работает в режиме RAID.
Методика тестирования

Глобальные настройки:

  • В ОС не установлен никакой антивирус, способный влиять на результаты замеров, Windows Defender отключен;
  • По той же причине отключены служба индексирования файлов, служба обновлений и плановая дефрагментация;
  • Отключен Windows UAC, который делал невозможным работу некоторых тестовых программ;
  • Отключены System Restore и гибернация – экономия места на диске;
  • Отключен Superfetch;
  • Файл подкачки – 1 Гбайт;
  • Профиль электропитания – высокая производительность. Отключать диски - никогда;
  • В момент снятия замеров не используются программы фонового мониторинга типа Crystal Disk info, HWMonitor, счетчиков perfmon и прочих;
  • Кэш записи дисков включен, если не указано иное (в диспетчере устройств в свойствах диска на вкладке «политика» поставлена галка «разрешить кэширование записей для этого устройства»). «Повышенная производительность» не активирована. Включен TRIM (DisableDeleteNotify=0). Обычно диск по умолчанию настроен так, но все же нужно удостовериться;
  • Все накопители подключались к порту SATA-III.

Набор тестовых приложений следующий:

  • HD Tune Pro 4.60 Данный бенчмарк плохо подходит для тестирования SSD, но именно на его примере лучше всего заметна граница изменения производительности при заполнении объема.

  • Crystal Disk Mark 3.0 x64. Завоевавший популярность тест, который позволяет измерить скорость диска в восьми режимах: чтение и запись при последовательном доступе, в случайном режиме крупными блоками по 512 Кбайт, мелкими блоками по 4 Кбайта и те же 4-Кбайтные запросы при длине очереди к диску в 32 запроса (проверка эффективности работы NCQ и механизмов распараллеливания нагрузки). Использовались настройки по умолчанию, а именно пятикратный прогон несжимаемых данных на участке 1000 Мбайт.

  • PCMark 7 x64. Последняя версия тестового пакета Futuremark.

  • Intel NAS Performance Toolkit 1.7.1. NASPT – очень мощный тест, сопоставимый по функционалу с IOMeter и разработанный, прежде всего, для тестирования сетевых накопителей. Вполне пригоден и для тестирования локальных дисков.

  • FC-test 1.0 build 11. Программа работала над двумя NTFS разделами, представляющими собой все доступное для форматирования пространство, разделенное пополам. Перед началом каждого замера компьютер перезагружался, весь процесс полностью автоматизирован.

    В качестве тестовых наборов использовались шаблоны Install (414 файлов общим объемом 575 Мбайт), ISO (3 файла общим объемом 1600 Мбайт) и Programs (8504 файла общим объемом 1380 Мбайт). Для каждого набора измерялась скорость записи всего набора файлов на диск (тест Сreate), скорость чтения этих файлов с диска (Read), скорость копирования файлов внутри одного логического диска (Copy near) и скорость копирования на второй логический диск (Copy far). Агрессивное кэширование записи Windows искажает результаты в тесте Create, а два способа копирования на SSD ничем не отличаются, поэтому ограничусь обнародованием двух оставшихся результатов для каждого шаблона.

  • WinRAR 4.11 x64. В этом и всех последующих тестах накопители были системными: эталонный образ Windows, включающий все необходимые программы и дистрибутивы, заливался с помощью Acronis True Image 12. Тестовым файлом служила заархивированная папка Windows 7. 83 000 файлов суммарным объемом 15 Гбайт были сжаты стандартным способом до 5.6 Гбайт. Измерение показало, что на скорость запаковки диски влияют минимально, поэтому для экономии своего и вашего времени тестировалась только распаковка в соседнюю папку.

  • Microsoft Office 2010 Pro Plus. Измерялось время инсталляции из дистрибутива, представляющего собой ISO копию оригинального DVD, смонтированного в Daemon Tools.

  • Photoshop CS5. Всеми любимый графический редактор инсталлировался из ISO образа, подключенного с помощью Daemon Tools. Устанавливались обе версии (x32 и x64) с английским интерфейсом и замерялось время установки. В качестве бенчмарка использовалась схема с этого специализированного форума, а именно - данный скрипт, создающий изображение 18661x18661 пикселей и выполняющий с ним несколько действий. Замерялось общее время выполнения без пауз между операциями. По-хорошему, для подобных вещей нужен громадный объем оперативной памяти, так что тест накопителей, по сути, сводится к проверке скорости работы с scratch-файлом и файлом подкачки Windows. Photoshop’у было дозволено занимать 90% памяти, остальные настройки оставались по умолчанию.

  • Загрузка Windows 7. Измерялись три отрезка времени: интервал с момента нажатия кнопки power до появления логотипа Windows, время до появления рабочего стола Windows и время до окончания загрузки приложений: в автозагрузке были расположены Word 2010, Excel 2010, Acrobat Reader X и Photoshop CS5, открывающие соответствующие файлы. Помимо этого, в фоновом режиме стартовали Daemon tools и Intel RST. Окончанием загрузки считалось появление фотографии в Photoshop, остальные приложения запускались раньше.

  • Запуск программ. В уже загрузившейся ОС запускался bat файл, запускающий одновременно вышеупомянутые Word, Excel, Acrobat Reader и Photoshop с их документами, а также WinRAR, открывающий тестовый архив с Windows. Самая долгая операция – чтение файлов в архиве и подсчет их количества.

  • Crysis Warhead. Популярный в прошлом шутер использовался для проверки скорости инсталляции и загрузки (с момента покидания рабочего стола до начала 3D сцены). Ранее выяснилось, что дискозависимость у этой игры одна из самых сильных, поэтому в качестве бенчмарка для накопителей она отлично подходит. Установка производилась из оригинального DVD, распакованного на системный диск в виде набора папок. Запуск осуществлялся через утилиту Crysis Benchmark Tool 1.05 со следующими настройками:

    - Quality Settings: Very High;
    - Display resolution: 1280 x 1024;
    - Global settings: 64 bit, DirectX 10;
    - AntiAliasing: no AA;
    - Loops: 1;
    - Map: ambush flythrough;
    - Time of Day: 9.

Тестирование в классических бенчмарках

HD Tune и падение производительности

Проверка скорости чтения в этом тесте не проводилась за ненадобностью. Скорость записи замерялась в режиме full test, то есть на накопители отправлялся объем данных, равный их емкости.

OCZ Vertex 4, 256 Гбайт

OCZ Vertex 4, 128 Гбайт

Это именно то, о чем кричали на каждом первом специализированном форуме: «OCZ – бракоделы, опять попытались всех надуть!». Или другими словами, скорость записи Vertex 4 резко падает при заполнении диска даже с прошивкой 1.5. Разными авторами назывались различные гипотезы, начиная с использования некачественных микросхем и заканчивая алгоритмом работы с MLC памятью как с SLC, то есть записью сначала только одного бита в ячейку, а потом уже второго (будто ячейка это магазин с патронами, а не 2/4/8 уровней напряжения).

Вот обновленный ответ вице-президента OCZ по маркетингу на эту проблему:

Prior to the development of the latest firmware OCZ has been gathering usage data patterns for quite some time and between selected test case customers and internal SSD usage there are several trends that have repeatedly surfaced that we wanted to address directly with this latest update. One of these is that SSDs, more often than not, have large percentages of unused space. Examples include users leveraging SSDs as boot drives, for their hot data or simply for their more performance oriented applications. In the current firmware releases OCZ leveraged these findings and optimized our garbage collection to provide a significant performance boost to users that fall into this category. Effectively what this means is that drives that are less than half full will enjoy further optimized performance and after crossing more than half full the garbage collection algorithm will re-optimize the drive for maximum efficiency based on a larger data footprint. During this transition there may be a small latency hit, but this is a onetime event, and overall performance quickly improves as the drive is now optimized for the larger amount of storage. OCZ feels that this firmware optimization further enhances the overall SSD experience for our customer base.

В переводе на русский язык это будет звучать примерно так:

Перед разработкой последней прошивки OCZ в течение достаточно долгого времени собирала данные о сценариях использования данных. Было выявлено несколько тенденций, которые мы хотели учесть в последнем обновлении. Одна из них заключается в том, что SSD чаще всего имеют большой процент неиспользуемого пространства [мягко говоря, спорно]. Исследуемые примеры включали в себя использование SSD в качестве загрузочного, для активно используемых данных и для ресурсоемких приложений. В текущей версии прошивки OCZ использовала эти данные и оптимизировала алгоритм фоновой сборки мусора, чтобы обеспечить значительный прирост производительности для пользователей, которые попадают в эту категорию. В итоге это означает, что с дисками, которые заполнены менее чем наполовину, вы будете наслаждаться еще более улучшенной производительностью, а при пересечении этой границы алгоритм сборки мусора заново оптимизирует накопитель для достижения максимальной эффективности при таком сценарии. Во время этого перехода может наблюдаться небольшая задержка, но это однократное событие, общая производительность быстро восстановится, как только диск будет оптимизирован для хранения большого объема данных. OCZ считает, что такая оптимизация прошивки еще больше усилит [положительные?] впечатления наших клиентов от использования SSD.

Эта информация вряд ли удовлетворит энтузиастов, поэтому был получен от разработчиков прошивки, который сводился к тому, что рекордно высокие скорости записи у младших Vertex 4 достигаются ценой ограниченности объема данных, которые можно записать непрерывным потоком на большой скорости. Графики HD Tune отражают не степень заполнения диска, и не скорость на отдельных его участках, а размер той самой порции данных. После долгой безостановочной записи накопителю требуется некоторое время на то, чтобы «прийти в себя», после чего его производительность должна восстановиться на прежний уровень за несколько минут. Технические специалисты посчитали, что такой «турборежим» лучше подходит обычным пользователям, нежели стабильные, но невыдающиеся характеристики.

Что ж, на практике мало кто регулярно записывает десятки гигабайт за одну операцию, а скорость записи на «жизненных» нагрузках у Vertex 4 действительно очень высока. Возможно, овчинка все же стоит выделки. Осталось проверить, восстанавливается ли исходная скорость со временем и нет ли деградации на заполненных SSD.

Crystal Disk Mark

Методика проста. Сначала тест запускался на накопителях «из коробки» (хотя на них уже успел поработать HD Tune), затем диски заполнялись на 80% различными видеофайлами, второй прогон осуществлялся через пять секунд после завершения копирования (этого достаточно для сброса оставшихся данных из кэша Windows на SSD), а третий – после пятиминутной паузы. На модели 128 Гбайт действительно еще во время копирования проявилось замедление скорости записи ниже 100 Мбайт/с, экземпляр на 256 Гбайт завершил процесс нормально. А вот что показал сам Crystal Disk Mark:

Скорость линейного чтения, Мбайт/с

В это с трудом верится, но экзекуция пошла только на пользу. Через пять минут скорость перешагнула отметку 500 Мбайт/с, а раньше линейное чтение было слабым местом Vertex 4. Падение скорости чтения (которого вообще-то не должно быть совсем) наблюдается только у младшей модели сразу после завершения копирования.

Скорость линейной записи, Мбайт/с

Скорость записи у младшей модели действительно восстанавливается на прежний уровень, а у старшей замедление не удалось поймать вовсе.

Скорость случайного чтения (блок 512 Кбайт), Мбайт/с

Заполненные диски работают чуть медленнее, чем пустые, но относительно инженерного образца с прошивкой 1.4 все в пределах допустимого.

Скорость случайной записи (блок 512 Кбайт), Мбайт/с

Здесь можно видеть злополучное падение скорости у модели на 128 Гбайт, но через пять минут она приходит в норму.

Скорость случайного чтения (блок 4 Кбайт), Мбайт/с

Забавно, что тяжелая запись улучшила чистое время доступа. Здесь у предсерийного экземпляра с гигабайтным кэшем были все шансы уйти в отрыв, поскольку в теории он мог работать с тестовым файлом вообще без обращения к флэш-памяти. Этого не произошло, а значит, скромные 512 Мбайт у серийных моделей не так уж и плохи.

Скорость случайной записи (блок 4 Кбайт), Мбайт/с

Розничные образцы с новой прошивкой во всех случаях показывали результаты лучше.

Скорость случайного чтения (блок 4 Кбайт, длина очереди 32), Мбайт/с

Стройные ряды.

Скорость случайной записи (блок 4 Кбайт, длина очереди 32), Мбайт/с

И здесь почти стройные ряды.

PCMark 7

Здесь и далее тесты с пятисекундными задержками не проводились, «балластная» информация была записана лишь один раз. Если после завершения очередного теста накопитель оказывался заполнен более чем на 90%, часть информации удалялась, чтобы вернуться на отметку 80%.

Windows Defender, Мбайт/с

importing pictures, Мбайт/с

Video editing, Мбайт/с

Windows Media Center, Мбайт/с

adding music, Мбайт/с

starting applications, Мбайт/с

gaming, Мбайт/с

storage score, баллы

Сколь-либо заметная разница есть только в шаблоне Importing Pictures, в нем предсерийный образец оказался побыстрее, зато в большинстве других тестов он немного отставал. По итоговому баллу все испытуемые отличаются менее чем на 1%.

Intel NAS Performance Toolkit

HD Video Playback, Мбайт/с

2x HD Playback, Мбайт/с

4x HD Playback, Мбайт/с

В отличие от Crystal Disk Mark, никто даже не попытался перешагнуть психологическую отметку в 500 Мбайт/с.

HD Video Record, Мбайт/с

Как обычно, в этот тест записи вмешался кэш Windows, тем не менее, модель на 256 Гбайт во всех случаях работала быстрее предсерийного образца. 128-гигабайтный диск тоже ведет себя достойно.

HD Video Playback and Record, Мбайт/с

Заполненные диски работают чуть медленнее, но ничего катастрофического нет.

Content Creation, Мбайт/с

Младшей модели заполнение пошло только на пользу.

Office Productivity, Мбайт/с

Абсолютное равенство.

File Copy To NAS, Мбайт/с

Несмотря на искажение кэшированием заметно, что модель на 128 Гбайт работает чуть медленнее.

File Copy From NAS, Мбайт/с

Пустые диски обошли инженерный образец, а заполненные немного уступили.

Directory Copy To NAS, Мбайт/с

При прочих равных условиях ранняя версия Vertex 4 оказалась в аутсайдерах.

Directory Copy from NAS, Мбайт/с

И в этот раз тоже.

Photo Album, Мбайт/с

А здесь превосходство розничных моделей просто подавляющее.

FC-test

Read

ISO, Мбайт/с

Install, Мбайт/с

Programs, Мбайт/с

На чтении крупных файлов серийные SSD немного уступили, но на более мелких они наверстали упущенное.

Copy

ISO, Мбайт/с

Install, Мбайт/с

Programs, Мбайт/с

Заполненный диск на 256 Гбайт отработал плоховато.

Тестирование в прикладных программах

Практические сценарии

WinRAR

Продолжительность распаковки, с

Распаковка архива во всех случаях прошла быстрее, чем на инженерном образце.

Photoshop CS5

Продолжительность выполнения скрипта, с

В этот раз заполненные диски были чуть медленнее пустых, тем не менее, абсолютные значения очень достойные.

Скорость установки программ

Office 2010

Продолжительность инсталляции, с
Этот тест очень процессорозависим, так что разница между дисками никак не проявилась.

Photoshop CS5

Продолжительность инсталляции, с

Странные показатели пустого диска на 128 Гбайт.

Crysis Warhead

Продолжительность инсталляции, с

Здесь отставание младшей модели вполне логично, поскольку все решает скорость линейной записи.

Скорость загрузки программ

Windows

BIOS | Рабочий стол | Программы, с

Windows стала загружаться неоправданно долго. Еще дольше, чем обычно. В отзывах на прошлую статью многие возмущались, чего я такого «нашаманил» с системой. Ничего сверхъестественного, все та же заливка мартовского образа с помощью Acronis True Image. После Нового года надо взяться за Windows 8.

Запуск пакета программ

Продолжительность загрузки, с

Зато программы стали загружаться на целую секунду быстрее.

Crysis Warhead

Продолжительность загрузки, с

И даже Crysis немного выиграл. Жду диска, способного преодолеть на этой платформе тридцатисекундный барьер.

Заключение

Розничные модели с кэшем 512 Мбайт и прошивкой 1.5 в большинстве случаев показали еще более высокие результаты, чем инженерные образцы в предыдущей статье. Проблема резкого падения скорости записи проявляется лишь при безостановочной записи десятков гигабайт. Это может быть проблемой лишь в специфических сценариях, например, в системе видеонаблюдения или сервере СУБД. Также стоит быть осторожным при установке Vertex 4 в ноутбуки – в тесном непродуваемом корпусе это чревато перегревом.

Просвещенные люди наверняка знают, что большинство твердотельных дисков также резко снижают скорость, но позже – после непрерывной записи двух-трех объемов в синтетических тестах типа IOMeter. У Vertex 4 этот порог начинается раньше. За счет этой жертвы разработчики выиграли в скорости при будничном сценарии использования накопителей. Решение хитрое, но не могу сказать, что плохое. Не удивлюсь, если аналогичное поведение обнаружится и у будущих моделей SSD.

Николаев Артем aka Dentarg