Обзор производительности современных накопителей |HDD, SSD, NVMe

Устройства хранения данных в компьютере прошли долгий путь развития. Появились твердотельные накопители с интерфейсом PCIe 4.0, диски формата NVMe стали стандартом в новых компьютерах, а цены на классические жёсткие диски снизились. В этом обзоре внимание будет уделено не только дорогостоящим моделям, но и всему рынку устройств хранения данных.

Если вы решили самостоятельно собирать компьютер, выбор устройств хранения данных огромен и сделать его нелегко. Необходимо определиться: нужны ли вам твердотельные накопители последнего поколения с самыми высокими характеристиками, средние модели или очень дешёвые жёсткие диски SATA?

Существует множество сегментов рынка с разными ценами, поэтому трудно сказать, будет ли оправдана более дорогая покупка и даст ли она существенный прирост производительности.

Кроме того, как производительность механических жёстких дисков выглядит на фоне современных твердотельных накопителей?

В таблице ниже описаны все рассматриваемые в данном обзоре модели и вкратце сказано, почему выбраны именно они. Этот обзор написан не затем, чтобы показать лучшую модель в каждой категории. Вместо этого мы покажем, как разные типы и модели дисков проявляют себя в различных приложениях.

Участники тестирования

Начнём снизу, где располагаются три классических жёстких диска. Они крупные как по размерам, так и по объёму данных. Диски дешёвые, совместимые с любой системой, такие использовались на протяжении десятилетий. Большинство дисков обладают скоростью вращения шпинделя 7200 или 5400 оборотов/мин. Существуют также модели 10000 оборотов/мин, но они встречаются реже. Естественно, чем выше этот параметр, тем дороже HDD.

Модели WD Red и Seagate Firecuda имеют значение 5400 оборотов/мин, а более крупный Seagate Ironwolf 7400 оборотов/мин. Если сравнивать WD Red и Seagate Ironwolf, модель 7200 оборотов/мин дешевле в пересчёте на 1 Гб данных, но лишь потому, что объём здесь больше. Если брать диски одинакового размера, версии 7200 оборотов/мин почти всегда немного дороже.

Третий механический диск Seagate Firecuda является гибридным. Здесь есть небольшой объём встроенной твердотельной памяти, чтобы повысить скорость доступа к данным, при этом сохранив цены HDD.

Часто используемые файлы могут читаться и записываться сначала в кеш, что уменьшает задержки и увеличивает пропускную способность. Когда кеш заполнен или нужный файл в нём отсутствует, приходится обращаться к более медленной механической части диска.

Остальные модели являются твердотельными накопителями с разными стандартами и ценами. Есть модель Crucial MX500 с широко распространённым интерфейсом SATA. Это один из самых продаваемых накопителей, поскольку он недорогой и предлагает значительно более высокую производительность по сравнению с традиционными механическими жёсткими дисками.

Дальше идёт Samsung 860 Evo. Это ещё один накопитель с интерфейсом SATA, но на этот раз используется более популярный формат M.2. Данный накопитель позиционируется чуть выше по сравнению с MX500, но в нём тоже есть технологии возрастом несколько лет.

Следом у нас располагаются Samsung 970 Evo Plus и 970 Pro – одни из наиболее популярных накопителей NVMe SSD. Как и другие накопители с названием Evo, модели 860 Evo и 970 Evo Plus используют 3-битную флеш-память MLC NAND против 2-битной в версиях Pro.

В результате долговечность работы у них ниже.

Диски Evo содержат кеш для повышения скорости записи небольших файлов, что позволяет быстрее загружать программы –  на уровне скоростей накопителей Pro.

Два наиболее продвинутых диска в этом обзоре — Intel Optane 900p и Corsair MP600. Optane призван объединить в себе быстрое время отклика у оперативной памяти и большую ёмкость твердотельных накопителей. Это самая дорогая технология на потребительском рынке устройств хранения данных.

Optane лучше всего проявляет себя в специфических промышленных приложениях, поскольку скорость чтения и записи данных у него меньше, чем у других накопителей по значительно более низкой цене. Диск Corsair располагается на вершине в цепочке современных твердотельных накопителей за счёт последнего стандарта PCIe 4.0.

Желающие могут увидеть разницу между дисками с Gen 4.0 и Gen 3.0. MP600 не самый быстрый из существующих, но он показывает достижимый уровень производительности подобных накопителей.

Переход от механических жёстких дисков на твердотельные накопители стал большим событием для компьютерного мира. Если сравнить SSD первой пары поколений с самыми быстрыми современными —  разница тоже большая.

В последнее время переход от SATA на NVMe позволил получить значительно более высокую пропускную способность, но это не всегда означает прирост реальной производительности, которую вы можете почувствовать.

Чтобы понять это, нужно помнить, что хранилище данных является не единственным компонентом компьютера.

Некоторые приложения сильно зависят от хранилища, другие от вычислительной мощи процессора. Ограниченные хранилищем приложения используют много данных, но им не нужна большая мощность для обработки этих данных. Например, копирование файлов не слишком нагружает процессор, поэтому более быстрый жёсткий диск позволяет выполнить копирование быстрее.

С другой стороны, ограниченные по вычислительной мощи приложения используют мало данных, но им требуется большая производительность для их обработки. Это могут быть игры и рабочие приложения. Наступает момент, когда более быстрый твердотельный накопитель не повышает скорость выполнения таких задач.

Теперь давайте посмотрим на бенчмарки. Несколько синтетических тестов покажут, насколько быстрые рассматриваемые диски. Затем посмотрим на реальные сценарии применения. Все тесты запускались как минимум три раза.

Бенчмарки

Тесты стандартной скорости последовательного чтения и записи показывают разницу в производительности между устройствами разных поколений. Механические жёсткие диски выдают примерно 100 Мб/с, SATA SSD около 500 Мб/с, диски PCIe 3.0 около 3000 Мб/с, а у PCIe 4.0 скорость чтения достигает 5000 Мб/с.

Хотя 970 Evo Plus на $100 дешевле по сравнению с 970 Pro, он превосходит его в тестах записи данных за счёт более высокоскоростного кеша. Если в тестах использовать более крупные файлы, которые быстро заполняют буфер, скорость записи Evo падает вдвое.

Последовательное чтение

Последовательная запись

Если смотреть на скорость чтения и записи случайных блоков данных, механические диски почти не видны на графиках. Им в таких случаях нужно ждать, пока плата доберётся до считывающей головки. В твердотельных накопителях движущихся частей нет и им достаточно запросить определённый бит.

Случайное чтение

Как и предполагалось, диск Optane вышел победителем за счёт низкой задержки при доступе к случайным файлам. Самый дешёвый твердотельный накопитель MX500 является и самым медленным среди них.

Три накопителя Samsung показали близкие друг к другу результаты, хотя интерфейс SATA значительно медленнее по сравнению с PCIe. Поскольку в этом тесте пределы пропускной способности SATA не были достигнуты, более быстрый интерфейс ничего не даёт.

Случайная запись

Случайный доступ к данным является одним из тестов, где более высокая цена обычно означает более высокую производительность. Разработчикам устройств очень просто обеспечить высокую скорость последовательного чтения и записи данных, а вот чтение случайных данных намного сложнее. В этом случае более крупные бюджеты на исследование и разработку помогают создавать более продвинутые алгоритмы доступа к данным.

Трассировка приложений (производительность Office)

Дальше идут тесты Application Storage Traces в бенчмарке PCMark 8. Хотя результаты взяты из бенчмарка, они отражают работу в реальных приложениях. Они показывают копирование запросов на чтение и запись от различных приложений и сколько времени занимает выполнение.

Во всех трёх наборах тестов твердотельные накопители выдают почти одинаковые результаты, тогда как жёсткие диски намного отстают. Это снова связано с тем, что приложения ограничены вычислительной мощью компьютера, когда хранилище быстрее, чем 200 Мб/с.

Трассировка приложений (создание контента)

Среди жёстких дисков Seagate Ironwolf является явным победителем, поскольку у него скорость вращения шпинделя 7200 оборотов/мин, а у двух других 5400 оборотов/мин. Seagate Firecuda хорошо проявляет себя в приложениях создания контента за счёт кеша NAND объёмом 8 Гб.

Обработка видео является типичной задачей для подобных систем. Если же запускать игры, большие файлы текстур или рандомный контент не получают преимущества от более высокой скорости шпинделя.

Трассировка приложений (игры)

У твердотельных накопителей результаты разнятся всего на несколько процентов. Модель Optane снова выигрывает, но преимущество очень незначительное. MX500 почти не уступает, при этом цена у него в пересчёте на 1 Гб данных в 10 раз ниже.

Если посмотреть на остальные SSD, переплата не даёт заметного повышения производительности. Впрочем, эти три теста не слишком нагружают устройства хранения данных, поэтому нужно смотреть на другие.

Время запуска игры CS:GO

Например, на скорость загрузки игр. В данном случае рассматриваются популярная киберспортивная игра CS:GO и Tomb Raider, более кинематографичная игра. В последней между запусками компьютер перезагружался, тогда как в тесте CS:GO нет.

В этой методологии нет явных преимуществ и недостатков, она просто показывает разные сценарии применения. Во всех трёх тестах явно выраженным победителем был накопитель Corsair.

Время запуска игры Shadow of the Tomb Raider

В Tomb Raider второе и третье место с незначительной разницей заняли Optane и 970 Pro. Optane испытывает некоторые затруднения с запуском CS:GO, поскольку он создан не для игр.

Время загрузки уровней игры Shadow of the Tomb Raider

Во время запуска игр механические жёсткие диски не слишком уступают SSD, поскольку время загрузки само по себе невелико. Если же происходит загрузка определённого уровня внутри игры, SSD справляются в 2-3 раза быстрее. Причина в том, что значительная часть данных для загрузки представляет собой текстуры и файлы окружения.

Копирование больших файлов

Теперь посмотрим на более распространённые задачи, то есть копирование файлов. Тест был разбит на две части. Сначала копировались примерно 100 файлов видео, затем примерно 13000 небольших файлов из установки игры.

Крупные файлы занимали около 16 Гб, а небольшие в сумме около 8,6 Гб. В обоих случаях копирование выполнялось внутри одного диска. Это позволяет оценить скорость чтения и записи при одной и той же операции.

Копирование маленьких файлов

Четыре лучших твердотельных накопителя показали высокие скорости последовательного чтения и записи данных. MX500 и 860 Evo были близки к своим конкурентам в других тестах, но теперь интерфейс SATA ограничил их возможности.

Файлы переполняют кеш, который в других тестах даёт преимущество и повышает скорость. Это видно по модели 860 Evo, которая намного уступила MX500. Corsair MP600 со своим новым стандартом PCIe 4.0 побеждает, но преимущество невелико.

Механические жёсткие диски показали примерно одинаковое время в обоих тестах, хотя при копировании крупных файлов объём данных в два раза больше. Разница в результатах в тестах с небольшими файлами уменьшается за счёт нагрузки на центральный процессор для обработки каждого файла и его метаданных.

Пропускная способность резервного копирования

Дальше посмотрим на производительность при работе программ резервного копирования. Каждый компьютерный пользователь должен установить хотя бы одну такую программу защиты данных на случай поломки диска или попадания в систему вирусов. Можно сказать, что это очень жизненные тесты.

Они измеряют пропускную способность при создании резервной копии основного загрузочного раздела жёсткого диска и записи результата на другой раздел этого же диска. Чтобы учитывать небольшую разницу в размерах системного раздела из-за временных файлов, пропускная способность вычислялась при делении объёма образа на время на его создания.

Казалось бы, такой тест должен сильно нагружать устройства хранения, но речь идёт не просто о копировании файлов из одного местоположения в другое. Файлы должны быть обработаны и добавлены к итоговому файлу образа, что занимает некоторое время.

В этом тесте победил 970 Pro, незначительно отстают от него MP600 и 970 Evo. Seagate Firecuda и 860 Evo намного уступают из-за более медленного в целом типа хранилища. Размер резервных копий составлял около 90 Гб, тогда как объём кеша у этих моделей всего несколько гигабайт.

Скорость загрузки Windows 10

Последний тест относится ко времени загрузки Windows 10. Во всех случаях выполнялась чистая установка операционной системы, набор программ и настройки были одинаковые. С одинаковым результатом лидируют MP600 и 970 Pro. Optane 900p уступает примерно на полсекунды, 970 Evo ещё на секунду. Seagate Firecuda показал худший результат примерно в 70 секунд.

Заключение

Рассматривая столько разных технологий, нужно хорошо понимать все их преимущества и недостатки, чтобы сделать правильный выбор. Вместо более быстрого твердотельного накопителя может быть имеет смысл выбрать более крупный накопитель с более низкой скоростью или вообще механический жёсткий диск.

Накопитель Corsair MP600 Gen4 стал победителем по сумме всех тестов в потребительских приложениях. Новый интерфейс PCIe 4.0 доступен только на последней платформе процессоров AMD с материнскими платами под них. Он даёт ряд преимуществ, но они не делают хранилища радикально более быстрыми по сравнению с предыдущим поколением.

Интересней тот факт, что диски Gen 4.0 дешевле почти всех остальных на рынке с аналогичным уровнем производительности. Из всех проверенных в недавних тестах накопителей Gen 4.0 больше всего понравился Sabrent Rocket за счёт высокой производительности и приемлемой цены. Если вы собираете компьютер, который не поддерживает PCIe Gen 4.0, всё равно можно использовать этот диск за счёт обратной совместимости.

Если этот вариант не для вас, диски с интерфейсом Gen 3.0 вроде Samsung 970 Evo Plus и WD Black тоже являются отличным выбором. Они обеспечивают солидную производительность значительно дешевле, чем их более старшие аналоги от этих же производителей.

Если вы создаёте бюджетную систему для друзей или членов семьи, которые не слишком сильно нагружают компьютер, старые модели накопителей SSD SATA тоже станут неплохим вариантом. Можно заплатить всего $100 за SSD объёмом 1 Тб или всего $58 за 500 Гб Crucial MX500. Скорость у них намного выше по сравнению с жёсткими дисками, в отличие от цены.

Механические HDD рекомендуются только для хранения мультимедийных файлов или создания резервных копий. В остальном их низкая скорость не годится для современных компьютеров. В частности, очень медленно работают диски со скоростью вращения шпинделя 5400 оборотов/мин.

Приходилось ждать по 20-30 минут после загрузки системы, прежде чем закончится выполнение фоновых задач и можно будет начинать работу. На SSD на это требуется несколько секунд. Если вы собрались покупать недорогие ноутбуки, убедитесь в наличии там приличного хранилища.