Продуктивність SSD: тести оновлення прошивок і TRIM

"Збільшуємо" продуктивність SSD до максимуму 

Відділи маркетингу продавців SSD постійно говорять і пишуть про шалено високі швидкості й захмарні IOPS (кількість операцій введення / виводу в секунду). Ці цифри не є неточними, але і не обов'язково відображають правду. Щоденні операції, які робить жорсткий диск в комп'ютері у звичайного користувача, не відповідають ідеальним тестовим умовам, в яких проводить тестування виробник з метою визначити максимально можливу швидкість накопичувача. Таким чином, зазначені технічні характеристики, фактично, можуть бути досягнуті, але буде потрібна додаткова оптимізація.

Продуктивність SSD: тест і огляд 

Сам факт того, що нові SSD користуються популярністю за свою швидкість не означає того, що вони дійсно є швидкісними. Ви використовуєте останні драйвери контролера SATA? Ви коли-небудь перевіряли, чи включений AHCI-режим у вашому BIOS? Чи впевнені ви, що функція TRIM працює? Чи є більш нова версія прошивки для вашого твердотільного накопичувача? Може недавні зміни конфігурації забарилися продуктивність накопичувача? Якщо ви недавно витратили на накопичувач стільки ж, скільки інші люди витрачають на цілий нетбук, то цілком законно провести невелике розслідування, для того щоб дізнатися, на що пішли ваші гроші.

Ми бачили як дуже високу, так і дуже низьку продуктивність SSD, і причини поганої продуктивності можуть бути різними. Перш за все необхідно використовувати продукцію, яка добре зарекомендувала себе. Судити про продуктивність звичайних жорстких дисків відносно легко, проте, характеристики твердотільних накопичувачів залежать від багатьох параметрів. Більшість споживчих SSD, доступних сьогодні, засновані на декількох каналах MLC NAND флеш-пам'яті і використовують одну з популярних архітектур контролера. Сімейство Intel X25 володіє непоганою продуктивністю, але з певними недоліками в сфері пропускної здатності при запису. Контролери Indilinx сприяли прориву SSD. Завдяки інтерфейсу на 6 Гбіт / с, накопичувач Real SSD C300 від Crucial знаходиться попереду всіх за пропускною спроможністю. Контролер SF-1200 від Sandforce першим показав, що висока пропускна спроможність і швидкість операцій введення / виводу йдуть рука об руку. Останній претендент це Samsung 470-ї серії, його ми і використовували для оцінки продуктивності.

Ми вже відзначили деякі фактори, що впливають на продуктивність і зрозуміли, що важливо перевірити їх усі. У цій статті, ми розглянемо останні оновлення прошивки і перевіримо рівні продуктивності з включеною TRIM-функцією і без неї.

Потрібно, необхідно, розшукується 

Потрібно: підходяща система 

Багато користувачів вважають, що SSD стане прекрасним оновленням навіть для старих систем, так як вплив швидкої підсистеми зберігання даних на загальну продуктивність комп'ютера дуже помітно. Проте, продуктивність SSD частково, а іноді і в значній мірі визначається здатністю системи обробляти велику кількість операцій введення-виведення. Це означає, що SSD покаже максимальну продуктивність в тому випадку, якщо він встановлений у швидку систему. З'ясувалося, що навіть самі високошвидкісні SSD працюють на 10-20% нижче своєї максимальної продуктивності, якщо вони встановлені в комп'ютер зі слабким процесором. Таке відбувалося в комп'ютерах на старих Pentium 4 або на Athlon64 ранніх поколінь з одним ядром. Тому ми рекомендуємо витратитися на пристойну платформу, перш ніж віддавати пару сотень доларів на твердотільний накопичувач.

Продуктивність обмежується не тільки процесором, але і контролером жорстких дисків. Добре мати SATA на 6 Гбіт / с, але в даний час всього один SSD може використовувати цю перевагу. Як би там не було, зверніть особливу увагу на характеристику контролера: тільки контролер з AHCI (Advanced Host Controller Interface) може повністю розкрити потенціал SSD, це означає, що використання застарілого контролера майже завжди приведе до зниження продуктивності, просто через те, що він не підтримує команди, такі як черговість і TRIM.

Остаточна перевірка системи повинна також включати в себе перевірку програмного забезпечення. Ви впевнені, що використовуєте свіжий драйвер контролера жорстких дисків? Якщо ні, то необхідно завантажити та встановити останню версію, оскільки свіже програмне забезпечення необхідно з тієї ж причини, що й AHCI: ви повинні бути впевнені, що SSD підтримується повністю. І останнє, будь-яка зміна конфігурації може вплинути на роботу накопичувача. Наприклад, на системах з SSD пропускна здатність падала до 10 Мбайт / с після зміни контролера накопичувачів. Незважаючи на те, що Windows автоматично розпізнає новий пристрій і встановлює програмне забезпечення, нам довелося видалити і перевстановити драйвера контролера жорстких дисків, для того щоб повернути максимальну швидкість SSD.

Необхідно: підтримка TRIM 

На звичайних жорстких дисках керувати даними просто, тому що інформація зберігається в індивідуальних блоках, яким присвоєно логічні адреси LBA (logical block addressing). Жорсткий диск звичайно знає, де знаходяться необхідні індивідуальні блоки і виходячи з цього позиціонує головки для їхнього читання або запису. Ці дії повторюються для будь-яких блоків.

У флеш-пам'яті NAND є свої особливості. Одна з них - обмежена тривалість життя осередків, що змушує виробників SSD працювати з алгоритмами вирівнювання зносу для збільшення тривалості життя всіх елементів пам'яті на твердотільному накопичувачі. Ще однією характерною рисою є той факт, що осередок MLC флеш-пам'яті повиннен бути очищеним перед записом, до того ж диски працюють з більш великими блоками, ніж операційна система (512 Кбайт проти 4 Кбайт). Це означає, що для запису кількох кілобайт необхідно вважати весь блок, видалити з нього все, модифікувати інформацію та записати блок заново. Зрозуміло, що це займає деякий час і зношує всі залучені комірки пам'яті. Для зіставлення фізичних даних SSD і логічних LBA-даних використовується FTL (Flash Transition Layer), але вам нескладно уявити, що збалансувати знос осередків і продуктивність - це не дуже важка робота для контролера. Це називається посиленням запису і виражається у вигляді простого числа, що показує відсоткове відношення всіх записаних даних до даних, записаних насправді.

Функція TRIM полегшує роботу контролера. Ця команда виходить від операційної системи і дозволяє SSD видалити зайве сміття, що скупчилося. Будь-яке видалення, ініційоване операційною системою на рівні сторінок, не призводить безпосередньо до фізичного видалення, замість цього сторінки позначаються як доступні. Будь-яка операція видалення завжди втягує в процес весь блок, навіть якщо видаляється всього лише одна сторінка. Таким чином, TRIM запобігає всі зайві операції, пов'язані з фоновим записом, щоб усунути затримки, коли запис відбувається насправді.

Вимоги

По-перше, вам потрібен SSD, що підтримує функцію TRIM. Вона присутня майже в усій продукції, представленої сьогодні на ринку. Вона також може бути додана до попередніх його накопичувачів за допомогою оновлення прошивки. Однак більшість виробників перестали випускати нові прошивки для старих моделей твердотільних накопичувачів і замість цього використовують TRIM як відмінну особливість нових SSD. Щоб запобігти проблеми, пов'язані з підтримкою і оновленнями, простіше купити сучасний твердотільний накопичувач.

По-друге, вам потрібен AHCI-сумісний SATA-контролер. Інтерфейс Advanced Host Controller Interface з'явився кілька років, тому, якщо ваша система підтримує цю опцію, буде потрібно включити її в BIOS. Крім того, переконайтеся, що ви використовуєте останні драйвера контролера жорстких дисків.

І останнє - операційна система теж повинна підтримувати функцію TRIM. Вона є у всіх версіях Windows 7, Windows Server 2008 R2, Linux 2.6.33, OpenSolaris і FreeBSD 8.1. Якщо ви використовуєте операційну систему, яка не підтримує TRIM, але є контролер або накопичувач, які цю функцію підтримують, то для запуску команди вручну можна використовувати утиліту hdparm для Linux, але будьте обережні при використанні інших утиліт, так як існує можливість того, що вони можуть зробити фізичне скидання SSD. Ця функція називається "sanitization", її не слід плутати з TRIM, так як "санітарна обробка" робить повне стирання SSD.

Розшукується: остання прошивка 

У ході тестування ми оновили прошивання різних накопичувачів. Тому, можна сказати, що SSD один з самих чутливих компонентів щодо модифікації прошивки та її оновлення сильно впливає на продуктивність. RAID-адаптери, як правило, шляхом зміни прошивки можна налаштувати під різні сценарії, але для жорстких дисків або оптичних приводів оновлення прошивки є чимось на зразок сервісного обслуговування. Але для твердотільних накопичувачів все виглядає по-іншому.

Перший накопичувач X25-M не володів високою продуктивністю, поки Intel не почав випускати перші оновлення. Але і тоді накопичувач зберігав високий рівень продуктивності, навіть в сценаріях з інтенсивним навантаженням. Це було в ті часи, коли TRIM ще не була доступна, тому хороший рівень продуктивності, очікуваний користувачами, залежав тільки від накопичувача.

Так співпало, що під час нашого тестування, в якому ми намагалися показати різницю між включеною і вимкненою функцією TRIM, Samsung випустив нову версію прошивки для SSD 470-ї серії. Тому ми вирішили повторити тестування з новою прошивкою 0701 і додати результати до отриманих з 0601-й версією прошивки. Виявилося, що нова прошивка не тільки збільшує загальну продуктивність SSD, але й зменшує втрати продуктивності при вимкненій функції TRIM. Для користувачів, що використовують SSD на системі, що не підтримує TRIM, цей факт дуже важливий.

Тестова конфігурація 

З конфігурацією тестового стенду та програм забезпечення, яке використовувалося для проведення тестів, можна ознайомитися в таблиці нижче.

Тестовий SSD: Samsung чотириста семидесятої серії, 256 Гбайт

Для цієї статті ми використовували SSD Samsung 470-ї серії, також відомий як PM810. Це один із сучасних накопичувачів, тому нам були цікаві його характеристики і продуктивність. Ми провели тестування з повним навантаженням для того, щоб побачити різницю між 0601 і 0701 прошивками, а також різницю з включеною і вимкненою функцією TRIM.

Порядок тестування У нашому тесті ми використали можливість включення і виключення підтримки TRIM в операційній системі Windows 7.Для здійснення цього є дуже простий спосіб:Щоб включити TRIM (якщо він вимкнений), у командному рядку введіть:fsutil behavior set disabledeletenotify 0 Щоб вимкнути TRIM, у командному рядку введіть: fsutil behavior set disabledeletenotify 1 Примітка: для виконання fsitul вам будуть потрібні права адміністратора. Спочатку кілька слів про TRIM і продуктивность. Завдяки високій продуктивності, завантажити SSD до межі стало досить складно, тому для тестування довелося підбирати такі тести, щоб якомога більше навантажити тестову платформу. Раніше, для того щоб викликати значні втрати продуктивності, достатньо було запустити кілька інтенсивних тестів операцій введення / виводу і пропускної здатності.

З тестовим накопичувачем знадобилося набагато більше зусиль. Ми використовували тест Iometer database, який зчитує і записує на фізичний носій багато дрібних блоків. Ми вважали за краще його, тому що він не дозволяє SSD швидко відновлювати і максимізувати продуктивність. Потім ми скопіювали на SSD близько мільйона різних файлів, поки 250 Гбайт не заповнювалися на 80%. Потім ми швидко видаляли всі файли і запускали тест PCMark Vantage для накопичувачів. Точна методика нижче:

    * Очистити SSD (sanitization);
    * Створити том і відформатувати його;
    * Запустити PCMark Vantage (результати позначені як "fresh");
    * Видалити том;
    * Запустити 3-х годинний Iometer, шаблонний тест бази даних від Q-1 до Q-32, 30 хвилин кожний;
    * Створити том і відформатувати його;
    * Копіювати 37 примірників даних для тестування USB флеш-дисків на SSD (більше мільйона файлів);
    * Видалити файли;
    * Запустити PCMark Vantage (результати позначені як "tortured");
    * Почекати 30 хвилин;
    * Запустити PCMark Vantage (результати позначені як "after 30 minutes idle").

Таким чином, ми отримали три різних результату тесту PCMark Vantage при різних умовах. Давайте подивимося наскільки вони відрізняються.

Результати тестування

PCMark Vantage: завантаження програм, ігри, редагування відео

На "свіжому" SSD 470-ї серії зі старою 0601-й прошивкою швидкість завантаження програм досягла 118 Мбайт / с при включеній функції TRIM. Два інших результату - по 99 і 98 Мбайт / с означають, що привід показує падіння продуктивність при значному навантаженні і досягає 84% від продуктивності "свіжого" накопичувача. Тим не менше, запуск такого ж сценарію, але без підтримки TRIM призводить до продуктивності "свіжого" накопичувача (84 Мбайт / с) і яка падає до 64 Мбайт / с після інтенсивного навантаження. Очевидно, що TRIM впливає.

Виявилося, що нова прошивка 0701 сильно змінює ситуацію, оскільки пропускна здатність накопичувача зросла до 141 Мбайт / с. Після тестування під навантаженням рівень продуктивності впав до 90% або 127 Мбайт / с, це означає, що загальна продуктивність покращилася, також, як і ефективність TRIM. Але навіть якщо TRIM виключена, після тестування накопичувач відновлюється набагато швидше.

Ігрові результати схожі, тільки відмінності менш значні.

У тесті редагування відео нова прошивка не збільшує продуктивність, але вона робить позитивний вплив, роблячи накопичувач більш стійким до нашого стресового тестування.

PCMark Vantage: Windows Defender, Media Center, Media Player

Windows Defender майже не виробляє операцій запису, тому відмінності не дуже великі.

З новою прошивкою і включеної функцією TRIM продуктивність Windows Media Center стала більш високою.

Додавання музики в Windows Media Player з включене функцією TRIM і прошивкою 0701 практично не впливає на продуктивність накопичувача. Швидкість залишається на рівні 132 Мбайт / с, у той час як стара прошивка зазнала поразки у тестуванні, показавши лише 87 Мбайт / с на третьому прогоні PCMark Vantage після тридцяти хвилин простою.

PCMark Vantage: фотогалерея, запуск Vista, загальний бал

Додавання зображень в Windows Photo Gallery не дуже доречний тест, тому що тут використовуються великі файли, які обробляються на великій швидкості. Файли меншого розміру є більш складними для запису на SSD.

Нова прошивка прискорила запуск операційної системи Windows Vista, але не сильно.

У цілому, нова прошивка справила позитивний вплив на продуктивність в PCMark Vantage, як з включеною функцією TRIM, так і без неї.

Висновок

За результатами проведених тестів можна зробити деякі висновки, враховуючи, що ми не проводили повне тестування через часові обмеження. Кожен прогін займає приблизно п'ять годин, тому ми вирішили обмежитися проведенням тестів в PCMark Vantage. Це, звичайно, синтетичний тест, але він досить добре відбиває щоденну продуктивність накопичувача. Новий SSD 470-ї серії від Samsung є непоганим представником ринку твердотільних накопичувачів для аналізу TRIM і потенційного впливу оновленої прошивки.

Результати дають зрозуміти, що краще всього використовувати систему, що підтримує функцію TRIM. Загальний рівень продуктивності практично дорівнює як з використанням функції TRIM, так і без неї, однак SSD без TRIM втрачає в продуктивності при інтенсивних навантаженнях, особливо якщо мова йде про послідовні операції читання / запису (для великих обсягів даних) і великої кількості операцій введення / виводу . Це може статися при декількох паралельних завантаженнях торрент-файлів поряд з іншою активністю користувача, але, звичайно, наш сценарій був розроблений як найбільш важкий. Для функції TRIM висновок простий: використовуйте сучасне апаратне забезпечення, Windows7 і все буде в порядку, інакше ви не зможете повною мірою скористатися всіма перевагами вашого SSD.

У ході тестування ми виявили, що остання прошивка має дві вражаючі особливості. З одного боку, вона дійсно покращує загальну продуктивність SSD в деяких тестах PCMark Vantage. З іншого боку, вона максимізує продуктивність таким чином, що після великих навантажень, втрати продуктивності не такі значні. Це відноситься як до тестів, які використовують TRIM, так і не використовує цю функцію. Це може зацікавити користувачів, яким необхідно запускати SSD на операційних системах, що передують Windows 7.

Результати наших випробувань також показують, що ще багато можна зробити для того, щоб найбільш повно оптимізувати існуючі архітектури, використовувати весь потенціал доступних можливостей, таких як апаратні засоби, налаштування прошивки SSD або просто більш раціонально використовувати TRIM. Тому ми рекомендуємо стежити за оновленнями прошивок, так як зараз вони впливають на продуктивність SSD набагато більше, ніж раніше.