Что такое nvme в чем отличие от ssd и m2 и как выбрать

Их можно подключать в любой слот M.2 NVME

Многие современные материнские платы имеют несколько слотов M2. В нашей тестовой ASRock Taichi X470 Ultimate один слот обслуживался непосредственно процессором, а второй — южным мостом. Соответственно, верхний слот поддерживает соединение PCI Express 3.0 x4, а нижний — PCI Express 2.0 x4. Производительность Transcend MTE110S находится в пределах возможностей шины PCI Express 2.0, так что теоретически, при подключении к южному мосту, этот накопитель должен работать на той же скорости. Проверим?

Если не брать в расчет погрешность и случайный доступ в 8 потоков, то фактически максимальная скорость та же самая, что подтверждает сказанное выше: Transcend MTE110S одинаково работает что в слоте южного моста, что в слоте северного.

Современные контроллеры, применяемые в NVMe накопителях, используют кэширование не только в ОЗУ, но и в NAND-чипах самого накопителя. Часть TLC-ячеек памяти диска при записи используется в режиме SLC, что позволяет создавать огромный буфер с быстрой записью. В частности, в MTE110S под SLC-кэш выделено до 150 Гб, то есть почти треть накопителя, что очень хорошо видно по графику записи HD Tune 5.7.

То есть, практически всегда, когда вы пишете на накопитель, вы пишете в SLC-область, и мало кто станет закидывать на накопитель сразу 200-300 Гб.

Производительность сильно зависит от заполненности диска

Скорость SSD дисков сильно зависит от объёма свободного пространства: вы уже видели, что SLC-кэширование работает лишь на трети накопителя, и именно в той области мы имеем максимальную скорость записи. Конечно, контроллер будет стараться всегда держать её свободной, но с уменьшением свободного пространства, снизится и скорость накопителя. Синтетические тесты в таких случаях не имеют смысла, и давайте посмотрим на производительность реальных задач, которую мы сэмулируем нашими паттернами тестового пакета IoMeter. Мы будем делать два измерения: для 30% и 80% заполненности, без сжатия NTFS, при нагрузке в 1 поток, характерной для домашнего использования.

Начнём с синтетики. Случайный доступ

последовательный доступ

Посмотрим на паттерны. Резервное копирование.

Результаты говорят о том, что для резервного копирования накопитель Transcend MTE110S не предназначен, хотя кто в здравом уме покупает NVME диск, чтобы складывать на него бэкапы?

Антивирусное сканирование

Работа с мультимедиа контентом. Импорт видео:

Конвертация фото:

В то же время, заполненность никак не влияет на случайный доступ, так что сохранение файлов в Photoshop, сохранение в играх и любые другие операции записи с небольшими файлами будут проходить через буфер со скоростью 400-500 Мб/с, что в общем-то, отлично.

Имейте в виду — NVMe платы сильно греются

Компания Transcend разместила гарантийную наклейку именно на лицевой стороне модуля, как раз с той стороны, где на современных материнских платах устанавливаются радиаторы на NVMe модули. Наклейка закрывает контроллер и несколько чипов памяти, ухудшая охлаждение устройства. В характеристиках MTE110S сказано, что накопитель имеет расширенный троттлинг для предотвращения перегрева, и это легко проверить на нашей тестовой материнской плате ASRock X470 Taichi, имеющей два слота M2: один с радиатором, другой — без.

Как видите, наклейка не мешает полноценному охлаждению карточки, и если кто-то на форумах пишет, что нужно сдирать стикеры для лучшего охлаждения — это как минимум преувеличение, даже небольшого радиатора достаточно для того, чтобы обезопаситься от троттлинга. А реально ли вообще встретить срабатывание теплозащиты, ведь вряд ли обычный пользователь будет разом записывать на диск сотню гигабайт данных, да ещё и постоянно? Мы ответим на этот вопрос чуть дальше, а пока что вспомним, что новый, только что распакованный накопитель в тестах покажет чудеса скорости, а уже через неделю начнёт работать медленнее. Чтобы избавиться от этого эффекта «нового накопителя», нам нужно полностью заполнить Transcend MTE110S данными, стереть с него все файлы и только после этого мы получим более-менее реальные цифры. Поехали.

Бюджетный диск даёт чуть меньше 1700 Мб/с на чтение и 1383 Мб/с на запись — при цене, сопоставимой с SATA SSD, это буквально подарок энтузиастам. Все мы любим красивые тесты CrystalDisk Mark, которые на деле имеют мало общего с реальностью, но нам они пригодятся.

Сжатие NTFS улучшает скорость

На таких скоростях, да ещё и с современными процессорами, имеет смысл активно использовать сжатие файловой системы в Windows. Нажмите правой кнопкой на иконке нужного диска в проводнике Windows -> Свойства и поставьте галочку «сжимать диск для экономии места». 

Скорость чтения и записи на сжатую папку теперь зависит не столько от самого накопителя, сколько от вашего процессора. Но овчинка выделки стоит, и например 4-5 современных игр сжимаются на 20-30%, в некоторых случаях повышается скорость чтения и записи, т.к. количество блоков данных, проходящих через флэш-память, снижается, а общий объём остаётся тем же. Опять же, меньший объём записи на диск приведет к меньшему износу SSD.

Убедимся, что материнская плата поддерживает NVMe накопители

Если у вас на материнской плате компьютера имеется слот M.2, это ещё не значит, что вам подойдут NVMe карточки. Слот M.2 может использоваться для с интерфейсом SATA или просто для PCI Express плат расширения, таких как модули Wi-Fi. Поэтому первое правило перед апгрейдом старого компьютера — не полениться почитать инструкцию и найти там информацию о поддержке NVMe накопителей формата M.2. Наша тестовая материнка Asrock Taichi 470 Ultimate поддерживает всё на свете и имеет два слота M.2, один из которых управляется непосредственно процессором, а второй — чипсетом. В оба слота можно установить M.2 накопители.

Так же стоит убедиться, что новый диск физически влезет на плату: обычно производители указывают длину карточки, например 30, 42, 60 или 80 мм. Если же размеры не указаны, то должен быть указан формат: 2230, 2242, 2280, 22110, где 30, 42, 80 и 110 — и есть длина карточки.

Не удивляйтесь, что в комплекте к карточке не будет винтика для фиксации её на материнской плате — у разных производителей ноутбуков, материнок и моноблоков разная резьба, поэтому крепеж поставляется вместе с компьютером или материнкой. По этой причине про комплект поставки Transcend MTE110S можно не говорить: современные NVME платы поставляются в маленьких коробочках, внутри которых — миниатюрная плата, в нашем случае размерами 80x22x3.58 мм и весом всего 8 грамм, меньше чем у DIMM-модулей, но при этом — целых 512 ГБ под ваши самые требовательные игры и программы.

Некоторые M.2 накопители имеют расположение чипов с одной стороны, но наша 512-гигабайтная карточка Transcend MTE110S имеет 2-сторонний дизайн, а вы наверняка уже наслышаны о том, что накопители подобного типа очень сильно греются при работе. Источник тепла — контроллер, маленький чип, который легко может нагреваться до 90 градусов Цельсия. В нашем тестовом Transcend MTE110S используется контроллер Silicon Motion SM2263XT. Он интересен тем, что использует для кэширования ОЗУ компьютера (технология HMB), что позволяет удешевлять SSD накопитель, не устанавливая на него DRAM-чипы. Данная технология автоматически включается в операционных системах Windows 10 Fall Creator’s Update (версия 1709 и более поздняя).

Что такое Socket 1, Socket 2, Socket 3 в применении к M.2 (NGFF) устройствам?

Действительно встречается понятие сокет для M.2 устройств. Принцип деления наглядно показан в следующей таблице:

По данным в таблице видно, что любой SSD с универсальным ключом B+M можно установить в слот M.2 M Key. В свою очередь SSD с ключом M установить в слот B невозможно физически, даже если логический интерфейс устройств совпадает.

SSD накопитель формата m.2 – плюсы

Основной плюс – это намного большая скорость чтения и записи чем на обычных SSD дисках формата 2.5 (ноутбучные)

SSD накопитель 960 EVO m.2

– M.2 порт поддерживает модуль M.2 SATA 6Gb/s – M.2 порт поддерживает модуль M.2 PCIe со скоростью до 10Gb/s – M.2 порт поддерживает модули длиной 4.2см/ 6см/ 8см – Поддерживаются режимы RAID 0, RAID1, RAID 5 и RAID 10 – Поддерживаются технологии Intel Smart Response Technology, Intel Rapid Start Technology и Intel Smart Connect Technology.

Кстати, существует такая полезная вещь как адаптер для ssd накопителя m.2 – специальный переходник  – адаптер USB 3.1 Gen 2 на m.2 NVMe со штекером или адаптер M.2 на SATA или Адаптер M.2 NVME -> PCIe x16.

Вы можете задать вопрос – если существует ssd накопитель,  и SSD формата m.2, то в чём разница? А разница в форм-факторе и скорости передачи данных, m.2 гораздо компактнее и быстрее!

Но надо обратить внимание на размеры M.2. Если SSD для ноутбука все одинакового размера и форм-фактора, то M.2 накопители имеют разную длину! Их совместимость с различными вариациями разных слотов — это отдельная песня)

Если покупать себе ssd накопитель формата m.2, то какой выбрать? Тут все просто – главное не брать самый дешевый Китай! Intel или Samsung будут дороже но и надежнеее.

Впринципе вы можете выбрать себе и купить ssd накопители формата m.2 любого формата от 2230 до 22110, в зависимости от того какой формать поддерживает ваш ноутбук или стационарный компьютер.

M.2 диски имеют разную длину!

Начать следует с того, что платы доступных на рынке твердотельных накопителей формата m.2 обладают шириной 22 мм, но имеют пять вариантов длины: 30, 42, 60, 80 или 110 мм.

Данная размерность находит отражение в маркировке, например форм фактор m.2 2280 означает, что карта накопителя имеет ширину 22 мм и длину 80 мм.

Для слотов же m.2 обычно указывается полный перечень размерностей карт накопителей, с которыми они могут быть физически совместимы.

Установка твердотельного накопителя m.2 тоже никаких проблем не вызывает, все интуитивно понятно. Там просто нужно один конец вставить в разьем, другой в паз и все.

Если интересно прочитать про обычные SSD диски формата 2.5 (для ноутбуков) , читайте тут – SSD диск – ускорьте ваш пк!

Модели для PCI-Express, напротив, выглядят как звуковые или графические карты без вентилятора. Оба варианта используют для передачи данных линии PCI Express и, как правило, протокол NVM-Express для коммуникации.

SSD накопитель формата m.2 – минусы

Сравнение M.2 и SATA

Из минусов применительно к SSD стоит отметить то, что феноменальная скорость работы ячеек памяти, в этом случае, ограничена скоростью передачи интерфейса САТА.

Да, обычный твердотельный накопитель можно подключить и к старой материнке, где используются еще SATA-порты первой ревизии, однако ощутимого прироста производительности пользователь не заметит.

А плюс обычных SSD в том, что их можно вставить как в обычный стационарный компьютер, так и в ноутбук! А M.2 можно установить только на специальную материнскую плату где есть такой разъем (то есть далеко не во все компьютеры можно поставить – это конечно минус).

SSD накопители формата m.2 имеют утапливаемое крепление в разъемах m.2 системных плат. Форм-фактор обеспечивает возможность повышенной производительности при пониженном потреблении ресурсов, а также технологического усовершенствования в будущем.

Кроме того, для подключения карт не требуются кабели питания или данных. Как и SSD mSATA, накопители SSD M.2 просто вставляются в разъем.

Пару слов хотелось бы сказать о таком об ssd накопителе NVMe в формате m.2. Чем же он лучше обычных SSD и m.2 вместе взятых? NVMe – это тип твердотельного накопителя, который подключается через интерфейс PCI Express (куда видеокарта вставляется). В этом все и отличие.

Заключение

m.2 – более компактный форм фактор SSD накопителей. Многие модели выпускаются как в традиционном 2.5-дюймовом формате, так и в виде небольшой платы с разъемом m.2.

Если в ноутбуке или на материнской плате присутствует такой разъем, то это хороший повод разместить в нем накопитель. Сделать ли его системным, или использовать для других целей – отдельный вопрос.

Сравнение M.2 и SATA

SSD накопитель формата m.2

Показатель ресурса: TBW — ещё не приговор

Компания Transcend честно указывает ресурс записи, который способен выдержать накопитель MTE110S: для 512-гигабайтной версии он составляет 270 Тб или 135 Тб по JEDEC стандарту. Вроде бы, 275 Тб — это много, если не пытаться угробить диск специально, а 135 Тб — это уже как-то ближе к возможностям, тем более с такими скоростями. Почему по JEDEC стандарту параметр в два раза ниже? Дело в том, что по стандарту JEDEC, значение TBW означает не тот лимит перезаписи, при котором накопитель сдохнет, а то количество перезаписей, при котором вероятность появления бэд-блоков на SSD приблизится к вероятности появления бэд-блоков на HDD в тех же условиях. Ниже на диаграмме вы видите, что вероятность появления невосстанавливаемых ошибок на HDD линейно зависит от выработки ресурса, а на SSD — зависимость экспоненциальная.

Если например, взять по 10 HDD и по 10 SSD объемом 70 Гб, и записать на каждый накопитель по 70 Тб, мы совершим 1000 перезаписей для каждого устройства. Потом надо проверить, не появились ли на каждом из 20 накопителей бэд-блоки. Если появились, посчитать вероятность для каждого диска, и если у SSD и HDD она одинаковая, то ресурс SSD принимаем за 70 TBW

Причем обратите внимание на цифры по оси Y — максимум — 0.05 бэд-блока на каждый накопитель, то есть если взять не 10, а 100 SSD дисков и на каждый записать по 70 Тб, то суммарно на всех них придётся всего лишь 5 бэд-блоков. 

Это говорит нам о том, что о ресурсе можно не беспокоиться: как и в любой другой технике, NVMe либо сдохнет, либо нет, поэтому важнее параметра TBW гарантия и наличие сервисных центров.

Характеристики HGST SN100

• Объём: 0,8 ТБ, 1,6 ТБ, 3,2 ТБ
• Форм-фактор: U.2 (2,5″, высота 15 мм)
• Интерфейс: PCI-E 3.0 x4
• Производительность (в скобках — для модели 0,8 ТБ)
  • Последовательный доступ (блок 128КиБ): чтение — 3000 (2600) МБ/с, запись — 1600 (1400) МБ/с
  • Случайный доступ (блок 4 КиБ): чтение — 743 (634) тыс. IOPS, запись — 140 (80) тыс. IOPS, 70/30 чтение/запись — 310 (190) тыс. IOPS
  • Случайный доступ (блок 8 КиБ): чтение — 385 (330) тыс. IOPS, запись — 75 (42) тыс. IOPS
  • Средняя задержка (блок 512 байт, случайный доступ, запись): 20 мкс
• Поддержка T10 DIF. Размер сектора: 512/520/528 и 4096/4160/4224 байт
• Ресурс: 3 DWPD
• Максимальное энергопотребление: 25 Вт
• Гарантийный срок: 5 лет

Подробнее — в официальной спецификации.

Не бойтесь троттлинга

Возвращаясь к теме нагрева, используя тест последовательной записи, мы можем проверить, перегреется ли Transcend MTE110S без радиатора?

Результаты HD Tune 5.70 сильно отличаются от тех, что показывает CrystalDisk Benchmark, и здесь мы видим максимальную скорость записи на уровне 800 Мб/с, но обратите внимание на температуру: при полной перезаписи накопителя она достигает 71 градуса Цельсия, но троттлинга не видно. Так что, в принципе, если у вас старая или дешёвая материнка без кулера для SSD, то возможно он вам и не понадобится: при записи 512 Гб, температура диска выросла до 71 градуса, а обычно в тестах без радиатора не поднималась выше 61 градуса Цельсия

При какой температуре начинается снижение скорости, выяснить не удалось.

Результаты тестирования

Условия тестирования

• Два процессора Intel Xeon E5-2660 V3 (10 ядер, 2,6 ГГц, HT включен)
• 64 ГБ памяти
• Платформа 1028R-WC1R, системная плата Supermicro X10SRi-F, BIOS v 2.0
• CentOS Linux 7 X86_64
• Для генерации нагрузки применялся FIO версии 2.8
• Использовался штатный драйвер NVMe

• HGST Ultrastar SN100 1.6TB HUSPR3216ADP301
• Прошивка: KMGNP120
• Объём: 1600321314816 байт (1490,4 ГиБ)

Методика тестирования SSD неоднократно описывалась в наших предыдущих статьях. Актуальное описание можно увидеть в статье Тестирование NVMe SSD Intel P3608. Полное тестирование не проводилось из-за идентичности накопителей SN150 и SN100 — в феврале тестировался SN150 аналогичного объёма. Был повторён тест с измерением задержки при варьировании количества потоков (1–4) и глубины очереди (1–128).

SNIA PTS: latency test

В таблице приведены данные для одного потока с QD=1. Данные отличаются от SN150 по причине перехода с CentOS 6 на CentOS 7. Процессор остался прежним — Xeon E5-2660 V3, но из-за перехода на 2-процессорную платформу понадобилась дополнительная оптимизация с учётом NUMA. Для этого сначала был определён процессор (точнее, узел NUMA), к которому подключён накопитель. В Linux это можно сделать, посмотрев топологию подключения при помощи lspci:

lspci -tv
\--+-00.0  Intel Corporation Xeon E7 v3/Xeon E5 v3/Core i7 DMI2
             +-01.0---+-00.0  Intel Corporation I350 Gigabit Network Connection
             |            \-00.1  Intel Corporation I350 Gigabit Network Connection
             +-02.0-----00.0  HGST, Inc. Ultrastar SN100 Series NVMe SSD
             +-02.1-----00.0  HGST, Inc. Ultrastar SN100 Series NVMe SSD

x

Средняя задержка.

99% перцентиль задержки.

99,99% перцентиль задержки.

SNIA PTS: Host Idle Recovery

Графики для этого теста приведены для одной половины накопителя. Напомним, что данный тест проводится после предыдущего, т.е. накопитель находится в режиме насыщения, с небольшим запасом подготовленных для записи ячеек. Производительность на запись снижена, далее мы даём накопителю возможность восстановить её, прерывая серию из 360 раундов с непрерывной нагрузкой (чёрный цвет на графике) сериями из 360-ти раундов с увеличивающимися паузами:

• 5 секунд нагрузки + 5 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 10 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 15 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 25 секунд паузы
• 5 секунд нагрузки + 50 секунд паузы

5-секундных пауз хватает на восстановление IOPS до уровня «свежего» накопителя. По мере увеличения пауз производительность стабилизируется.

Средняя задержка сразу же снижается с 1,8 до диапазона 0,6–0,7 мс, и в дальнейшем стабилизируется.

Перцентиль 99,99%. На начальном этапе мы видим уровень до 20-30 мс, в дальнейшем значение практически никогда не выходит за границы 7–8 мс.

Два HGST SN100

• Случайный доступ, блок 4 КиБ, 10 потоков с QD=128: 1565000 (1,5 миллиона) IOPS при средней задержке в 1,6 мс (99,9% сравнительном тестировании SAS контроллеров нам удалось получить «всего лишь» 1,1 млн. IOPS при 100% нагрузке на 12-ядерный Xeon E5-2690 V3 – накладные расходы по обработке ввода-вывода через традиционный стек SCSI в ОС выше в сравнении с NVMe.
• Последовательный доступ, блок 128 КиБ, 4 потока с QD=128: 6774 МиБ/с. Вполне ожидаемый результат, ограниченный пропускной способностью 8 линий PCIe 3.0.

Обязательно включите оптимизацию

Чтобы скорость всегда была высокой, убедитесь, что в Windows включена оптимизация накопителя по расписанию: нажмите правой кнопкой на иконке SSD-диска -> Свойства -> Сервис -> Оптимизация.

Как правило, еженедельного или даже ежемесячного запуска достаточно, чтобы держать скорость накопителя близко к паспортным данным. Если же не проводить оптимизацию, то скорость записи может быть вот такой:

На диаграмме сверху — наш Transcend MTE110S после нескольких циклов полной записи и удаления данных, без оптимизации. Как говорится, комментарии излишни, и кстати, в духе компании Microsoft, которая часто «забывает» включить ту или иную опцию, оптимизация SSD по умолчанию может быть отключена в Windows 10.

Почти все производители SSD предлагают свой фирменный софт для дисков. У Transcend программа SSD Scope автоматически включает функцию оптимизации диска «TRIM» и следит за обновлениями прошивки. Но самое полезное — это функция клонирования диска для лёгкой миграции на NVMe накопитель.

Выводы

NVMe накопители — это как раз тот самый случай, когда ты понимаешь, что твой SATA SSD уже устарел и просится под замену. Скорость 512-гигабайтной карточки Transcend MTE110S, конечно же, не рекордная, но реально разница между 500 Мб/с у SATA SSD и 1800 Мб/с у NVMe ощущается сильнее, чем между 1800 Мб/с и 3000 Мб/с у топовых NVME накопителей.

Учитывая «Ахиллесову пяту» NVME 3D NAND, можно выделить несколько областей, где использование этих карточек нежелательно:

• Виртуализация
• Экспорт 4K/8K видео
• Хранение резервных копий
• Хранение данных видеонаблюдения

Для всего остального: для игр, для офисной работы, для работы с фотографиями и 3D приложениями, для кэширования HDD-массивов…, 1800 Мб/с менее чем за 10 тысяч рублей — надо брать!

Михаил Дегтярёв (aka LIKE OFF)
09/12.2018