Tehnologija
Superbrzi storage budućnosti
Ponajprije treba reći da je upravo sada pravo vrijeme za kupnju M.2 NVMe PCIe SSD-ova. U posljednjih nekoliko mjeseci cijene ovih SSD-ova konstantno padaju, što ih čini sve pristupačnijim. Danas je, možda kao nikada prije, apsolutno neophodno imati najbrži mogući sustav za pohranu što većeg kapaciteta.
Moderne igre zauzimaju sve više prostora na disku te, za optimalne performanse, zahtijevaju brz sustav za pohranu. Govorimo li pak o obradi videa, 4K polako postaje svojevrsni standard, što znači i ogromne zahtjeve po pitanju dostupnog prostora za pohranu, ali i odgovarajuće storage performanse potrebne za obradu ovakvog materijala u realnom vremenu.
Čak i kada govorimo o nekakvom uredskom ili manje zahtjevnom kućnom multimedijalnom računalu, instaliranje operativnog sustava na NVMe SSD donijet će vam osjetno brže podizanje sustava i znatno brže učitavanje aplikacija. U svakom slučaju, preporučujemo korištenje brzog NVMe PCIe SSD-a kao glavnog diska na koji ćete instalirati OS i najčešće korištene aplikacije.
Ukupno gledano, danas SSD-ove dostupne na tržištu možemo podijeliti u dvije grupe. Prvu čine nešto stariji SSD-ovi klasičnog 2,5“ formata koji za prijenos podataka još uvijek koriste S-ATA III sučelje uz maksimalnu propusnost od 600 MB/s. Prednost ovih SSD-ova je to što su dostupni u velikim kapacitetima (do 8 GB) i cijena po gigabajtu dostupnog prostora im je nešto povoljnija.
Ovo ih čini odličnim odabirom za pohranu veće količine podataka ili igara. Nasuprot njima imamo M.2 NVMe diskove koji za prijenos podataka koriste bržu PCIe sabirnicu. Napomenimo ovdje da M.2 označava format, ranije poznat kao i NGFF (Next Generation Form Factor), a NVMe (Non Volatile Memory Express) najmodernije sučelje koje koriste svi PCIe diskovi. Naglašavamo ovo zbog činjenice da na tržištu postoje i M.2 diskovi koji za prijenos podataka koriste S-ATA sučelje, što znači da su osjetno sporiji od NVMe diskova.
Format M.2, odnosno NGFF, prvenstveno je osmišljen kao zamjena za standard mSATA, ponajprije kako si se smanjile dimenzije SSD-ova namijenjenih ugradnji u prijenosna računala. Nakon svega se, međutim, danas dominantno koristi i kod NVME PCIe diskova, bez obzira na to jesu li namijenjeni ugradnji u stolna ili prijenosna računala.
Kad govorimo o M.2 NVMe SSD-ovima, zapravo govorimo o impresivno maloj pločici koja na sebi sadrži NAND flash memorijske čipove i odgovarajući kontroler, a dimenzije ovih pločica mogu iznositi 4, 8 ili 10 cm. Zapravo bi ih preciznije bilo prozvati flash memorijskim pločicama za pohranu, nego diskovima, jer izgledaju daleko više poput memorijskih modula. Danas se u pravilu koristi M.2 2280 format koji uključuje pločice veličine 8 cm. Ove se pločice ugrađuju u za to predviđene M.2 utore na matičnoj ploči.
Dakle, da rezimiramo. Kod modernih SSD-ova, M.2 označava format, odnosno sam priključak, NVMe protokol, a PCI Express sabirnicu putem koje se vrši prijenos podataka.
PCIe 4.0, PCIe 3.0, NVMe-, što, kako i zašto?
Razlikujemo dvije osnove grupe M.2 NVMe SSD-ova koje smo uključili u ovaj naš usporedni test. Najnoviju, najmoderniju i najbržu verziju predstavljaju PCIe 4.0 x4 SSD-ovi koji koriste najbržu PCIe 4.0 sabirnicu. Ovi su se diskovi pojavili prije nekih godinu dana, a kako biste mogli optimalno iskoristiti njihove performanse, odnosno maksimalnu dostupnu propusnost od 8000 MB/s, trebat će vam minimalno AMD-ov Ryzen 3000 procesor i matična ploča s B550 ili X570 čipsetom.
U workstation svijetu PCIe 4.0 diskove podržavaju najnoviji procesori Threadripper u kombinaciji s odgovarajućim pločama. Intelovi procesori i dostupne hardverske platforme trenutno ne podržavaju PCIe 4.0, pa samim time nećete dobiti optimalnu brzinu s NVMe PCIe 4.0 diskovima na Intelovoj platformi. Jasno, PCIe 4.0 x4 SSD-ovi će uredno raditi i na matičnim pločama s Intelovim čipsetima, međutim, prijenos podataka će im biti ograničen na maksimalno (teoretski dostupnih) 4000 MB/s, koliko omogućuje PCIe 3.0 x4 sučelje.
Drugu grupu testiranih M.2 NVMe SSD-ova čine PCIe 3.0 X4 diskovi koji su već neko vrijeme prisutni na tržištu i znatno su brojniji od PCI 4.0 x4 varijanti. Optimalne performanse ovih diskova možete ostvariti s gotovo svim modernim matičnim pločama i hardverskim platformama dostupnim na tržištu unatrag posljednjih nekoliko godina. Mi smo se prilikom ovog našeg usporednog testa prvenstveno fokusirali na diskove namijenjene ugradnji u stolna računala. Međutim, veliku većinu testiranih M.2 NVMe diskova možete bez problema ugraditi i u prijenosno računalo, posebno ako govorimo o novijim laptopima koji posjeduju PCIe 3.0 x4 M.2 utore.
Što se tiče kapaciteta, trenutno su daleko najisplativiji i najbrojniji M.2 NVMe diskovi kapaciteta 512 GB i 1 TB, pa smo prvenstveno njih uvrstili u ovu usporedbu. Smatramo da su trenutno diskovi ovih kapaciteta optimalan odabir za većinu korisnika. Diskovi kapaciteta 256 GB se po nama previše ne isplate jer su sporiji, a i sam kapacitet je za današnje pojmove prilično ograničen. Vjerujemo da će M.2 NVMe diskovi kapaciteta 512 GB i 1 TB biti optimalan izbor po pitanju brzine i dostupnog kapaciteta, prvenstveno onda kad ih koristite za instalaciju OS-a i najčešće korištenih aplikacija i igara.
Mozak operacije je zapravo - SoC!
Već smo spomenuli da moderni M.2 NVMe SSD-ovi donose impresivne storage mogućnosti na maloj pločici dužine 8 cm. Na samoj pločici nalaze se NAND flash memorijski čipovi koji mogu biti s jedne (single sided konfiguracija) ili s obje strane (double sided) pločice. Nadalje, ključan dio svakog modernog NVMe SSD-a je ugrađeni storage kontroler.
U današnje vrijeme navedeni kontroler je postao kompleksan SoC (System on a Chip) koji uključuje custom ARM Cortex procesore određenog radnog takta. Ovo ne čudi s obzirom na to da ovakvi kontroleri danas podržavaju impresivne brzine sekvencijalnog prijenosa, hardversku enkripciju podataka te brojne druge tehnologije i algoritme kojima se SSD održava u top formi, kao što su wear leveling, over-provisioning, garbage collection. Moderni kontroleri podržavaju višekanalni pristup NAND flash memoriji, što zapravo omogućuje impresivne performanse modernih NVMe SSD-ova.
U velikoj većini slučajeva moderni M.2 NVMe SSD-ovi posjeduju i odgovarajući DRAM cache koji znatno poboljšava performanse. U pravilu je ovdje riječ o DDR3 ili DDR4 memorijskim modulima kapaciteta 512 MB ili 1 GB, no ovaj kapacitet ovisi o kapacitetu SSD-a. Neki od novijih, najjeftinijih NVMe SSD-ova ne posjeduju DRAM cache, već se dio radne memorije računala koristi za poboljšanje performansi. Ova se tehnologija zove HMB (Host Memory Buffer).
SLC, MLC, TLC - kako funkcionira NAND flash memorija
Konačno, NAND flash memorijski čipovi ključan su dio priče oko svakog SSD-a. Vratimo li se malo u povijest, sjetit ćemo se da su na samom početku svog razvoja SSD-ovi isključivo koristili SLC ( Single Level Cell) memorijske čipove. SLC znači da se u svaku pojedinu ćeliju NAND flash memorije može zapisati jedan bit podatka.
Ovakvi su diskovi bili najpouzdaniji, međutim, SLC NAND flash čipovi su bili poprilično skupi za proizvodnju, što je praktički onemogućavalo dostupnost SSD-ova većeg kapaciteta. Nakon toga se tehnologija razvijala u smjeru MLC (Multi Level Cells) i TLC (Triple Level Cells) memorijskih NAND flash čipova. Danas gotovo svi NVMe SSD-ovi koriste TLC tehnologiju, odnosno NAND flash čipove koji mogu zapisati do tri bita podatka po ćeliji. Najnoviji QLC NAND čipovi se u pravilu ne koriste kod najbržih NVMe SSD-ova.
Korištenje TLC NAND čipova omogućilo nam je cjenovno pristupačne NVMe diskove većeg kapaciteta, no ovakva tehnologija nije bez određenih nedostataka. Ovdje možemo govoriti o brzini kontinuiranog zapisivanja podataka i trajnosti samog SSD-a, odnosno memorijskih ćelija po pitanju maksimalne količine zapisivanja tijekom vremena.
Kako produžiti vijek trajanja?
Kako bi se doskočilo ovim problemima, većina modernih NVMe SSD-ova posjeduje tzv. SLC cache, odnosno određeni kapacitet NAND flash čipova koji se temelji na SLC tehnologiji. Ovakav SLC cache omogućuje daleko brže zapisivanje podataka, a njihova količina dosta se razlikuje od SSD-a do SSD-a. Nakon što zapunite ovakav SLC cache, brzina zapisivanje drastično pada jer je zapisivanje podataka kod TLC memorijskih čipova dosta sporije.
Problem ograničene trajnosti memorijskih ćelija kod NAND flash čipova pod kontrolom drže već spomenuti sve kompleksniji ugrađeni storage kontroleri. Pojednostavnjeno rečeno, memorijske ćelije kod NAND flash čipova podržavaju ograničeni broj ciklusa zapisivanja i brisanja prije nego što postanu neupotrebljive.
Uzrok ovog problema treba potražiti u strukturi i način funkcioniranja NAND flash memorijskih čipova. Memorijske ćelije kod NAND flash čipova sastoje se od stranica (pages) i blokova (blocks). Podaci se zapisuju u stranice, međutim, mogu se brisati isključivo na razini blokova. Drugim riječima, postoji ograničen broj ciklusa zapisivanja/brisanja podataka kod ćelija, nakon čega postaju neupotrebljive.
Jedan od najvažnijih mehanizama odnosno funkcija samog storage kontrolera je ranije spomenuti wear leveling. Ovaj mehanizam osigurava ravnomjeran raspored ciklusa zapisivanja/brisanja među svim blokovima. Na ovaj način se sprečava prekomjerno trošenje pojedinih blokova te produljuje trajnost i pouzdanost SSD-ova.
Svaki proizvođač navodi određenu vrijednosti maksimalne moguće količine zapisanih podataka TBW (total bytes written) unutar jamstvenog roka. Ove vrijednosti dosta se razlikuju od proizvođača do proizvođača, no prosječan korisnik o njima ne treba previše brinuti jer teško da će tijekom životnog vijeka pojedinog SSD-a zapisati tolike količine podataka. Napredni i workstation korisnici bi trebali ipak baciti oko na ovaj podatak (s obzirom na planirano korištenje uređaja).
Trikovi za optimizaciju
Moderni operacijski sustavi, poput Windowsa 10, dolaze s podrškom za komandu TRIM koja efektivno produljuje vijek trajanja SSD-a. TRIM omogućuje da OS „obavijesti“ SSD koji blokovi podataka više nisu u upotrebi i mogu se sigurno izbrisati, kako bi se u njih mogli zapisivati novi podaci. U Windowsima 10 također postoji posebna opcija za redovitu optimizaciju rada SSD-a, koja je nazivno uključena, ali možete je provesti i sami po potrebi.
Još jedan od trikova koji se koristi za optimizaciju performansi modernih SSD-ova i produljenje vijeka trajanja je tzv. over-provisioning. Kod svih SSD-ova određeni je prostor rezerviran za dodatne operacije zapisivanja, firmware kontrolera, neuspjele zamjene blokova i druge jedinstvene značajke samog kontrolera.
Zbog toga se vrlo često dostupni kapacitet kod pojedinih SSD-ova prilično razlikuje od deklariranog, dok će neki proizvođači već u startu svoje diskove prodavati s navedenim nešto smanjenim kapacitetom (primjerice 500 umjesto 512 GB). U praksi performanse svakog SSD-a počinju padati nakon što iskoristimo više od 50 % dostupnog kapaciteta. Moderni storage kontroleri pobrinut će se da ovaj pad performansi ne bude tako značajan, ali je korisno znati da posve pun disk nije jednako brz kao disk sa svega 10 % iskorištenog prostora.
Iz svega je ovoga posve jasno zašto je moderni storage kontroler danas custom SoC sa zasebnim procesorima. No dok kontroler odrađuje svoj posao, mi možemo uživati u do sada nezabilježenim storage performansama.
Procesor, ploča i hrpa brzih SSD-ova
Vrijeme je da se pozabavimo samim testnim kandidatima i pogledamo do kojih smo spoznaja došli tijekom našeg opsežnog usporednog testa M.2 NVMe SSD-ova. Prije svega recimo da smo se prilikom odabira testne platforme odlučili za AMD-ovu hardversku platformu, prvenstveno zbog pune podrške za PCIe 4.0 SSD-ove. Srećom, B550 matične ploče podršku za PCIe 4.0 donose i na mainstream segment tržišta, tako da više niste ograničeni samo na high end ploče želite li koristiti najbrže SSD-ove.
Prilikom testiranja smo za provjeru performansi osim sintetičkih testova koristili i real life testove, odnosno operacije koje će većina korisnika obavljati na svome računalu, što nam je dalo nešto bolju sliku o mogućnostima pojedinih SSD-ova. Detaljnije o samoj metodologiji testiranja možete pročitati u zasebnom okviru koji prati ovaj tekst.
Što se tiče samih uređaja koje smo imali na testu ovog puta, očekivano najveći broj spada u PCIe 3.0 x4 grupu SSD-ova, ali smo srećom imali priliku testirati i dva PCIe 4.0 x4 diska. Kada govorimo o zastupljenosti proizvođača, treba reći da se na tržištu SSD-ova iz dana u dan pojavljuju novi brendovi. Mi smo ovdje testirali proizvode renomiranih proizvođača i neke od ključnih igrača na tržištu SSD-ova poput Kingstona, Patriota, A-DATA-e. Nažalost, nismo imali priliku testirati diskove svih najpoznatijih proizvođača, no i ovako smo dobili dobru sliku mogućnosti superbrzih NVMe SSD-ova.
Isplate li se PCIe 4.0 diskovi?
Prva dvojba koju smo imali svakako se odnosila na isplativost nazivno najbržih PCIe 4.0 x4 SSD-ova. Većina testova doista ukazuje na to da su ovo trenutno najbrži SSD-ovi koje možete kupiti. S druge strane, u nekolicini real life testova, poput primjerice učitavanja igara, nismo zamijetili nikakvo osjetno poboljšanje performansi u odnosu na PCIe 3.0 x4 diskove. Jedina iznimka je prebacivanje, odnosno kopiranje velikih datoteka, pri čemu su se PCIe 4.0 diskovi pokazali znatno bržim od svih ostalih. Općenito, međutim, obzirom na to da su osjetno skuplji od svih ostalih, nisu osobito isplativi.
Nadalje, ono što smo zamijetili je da nema velike razlike između 512 GB i 1 TB modela istih diskova. U pravilu su diskovi većih kapaciteta nešto brži, no ovdje u velikom broju slučajeva te razlike nisu toliko izražene. Također je bilo zanimljivo vidjeti popriličnu razliku između sintetičkih i real life testova. I dok smo kod sintetičkih testova jasno mogli vidjeti razlike između pojedinih modela, kod real life testova to nije uvijek bio slučaj.
Jasno da s obzirom na vremenska ograničenja nismo mogli provesti velik broj ovakvih stvarnih testova. Međutim, iz ovoga što smo vidjeli, razlike između pojedinih diskova po pitanju brzine učitavanja igara i dekompresije datoteka gotovo da i ne postoje. Ovo može sugerirati da su potencijalno neke druge komponente ograničavajući faktor i da su jednostavno svi diskovi dovoljno brzi. Jedini test kod kojeg smo zabilježili osjetne razlike bio je test kopiranja velikih datoteka. Ovdje se prvenstveno radilo o brzini sekvencijalnog zapisivanja koja dosta ovisi i o veličini SLC cachea.
Moramo spomenuti i da su ovi NVMe superbrzi diskovi doista „vruća“ roba. Naime, poprilično zagrijavanje (prvenstveno kontrolera i drugih komponenti) je definitivno prisutno. Kod nekih modela smo nakon naših dugotrajnijih testova zabilježili temperature do 80 °C. Ovo se posebno odnosi na PCI 4.0 diskove. To su već temperature kod kojih može doći do pogoršanja performansi.
Sve pristupačniji ultrabrzi gigabajti
Pojedini proizvođači na svoje modele diskova ugrađuju posebne aluminijske hladnjake, što svakako pomaže kod odvođenja topline. Također, većina novijih matičnih ploča posjeduje odgovarajuće hladnjake za M.2 utore. U svakom slučaju, pojedini diskovi nikako nisu pogodni za korištenje kod prijenosnih računala s obzirom na zagrijavanje. Ipak treba napomenuti da se ovi problemi sa zagrijavanjem mogu javiti nakon dugotrajnog opterećenja, uslijed primjerice zapisivanja podataka, dok kod uobičajenog rada ne bi trebalo biti problema.
Na kraju priče možemo reći da nećete nimalo pogriješiti nadogradite li svoje računalo bilo kojim od testiranih NVMe SSD-ova. Bilo da planirate zamijeniti stariji SATA SSD ili, ne daj Bože još uvijek aktualan tvrdi disk, ovi NVMe diskovi će vam donijeti enormno ubrzanje. Nadalje, smatramo da je od velikog značaja činjenica da brzi NVMe SSD-ovi velikog kapaciteta postaju cjenovno sve pristupačniji.
Tako postaju sve popularnija opcija, ne samo za instalaciju OS-a, već i za instalaciju i pokretanje igara, aplikacija te spremanje drugih materijala koje smo do sada držali na daleko sporijim diskovima. Upravo zato su nam se posebno dopali Patriotovi VPN100 ili Kingstonovi A2000 SSD-ovi jer je ovdje riječ o NVMe diskovima odličnih performansi koji su pritom dostupni po prihvatljivoj cijeni kada govorimo kapacitetima od 1 TB ili više.
Metodologija
NVMe torture test!
Usporedni test M.2 NVMe SSD-ova proveli smo koristeći AMD-ovu hardversku platformu koja se sastojala od procesora Ryzen 5 3600XT i B550 matične ploče, a koristili smo i 16 GB radne memorije brzine 2666 MHz. Na poseban SSD SATA disk instalirali smo Windows 10 u najnovijoj verziji sa svim pripadajućim nadogradnjama dostupnim u vrijeme testiranja.
Od sintetičkih testova koristili smo PC Mark 10 storage test, AS SSD benchmark, AJA Video System Test i Crystal Disk Mark 7.0. Svi ovi testovi su nam, svaki na svoj način, omogućili testiranje mogućnosti SSD-ova prilikom sekvencijalnog i nasumičnog čitanja i zapisivanja podataka, a u slučaju AJA System test performansi, fokus je više bio na obradi videa.
Od real life testova koristili smo test dekompresije 3 GB datoteke, test kopiranja datoteke veličine 40 GB, kao i test učitavanja određenog dijela igre Microsoft Flight Simulator 2020 (poznata je kao osobito zahtjevna po pitanju brzine sustava za pohranu podataka).
Konačno, pomoću poznatog alata AIDA engineer edition pratili smo zagrijavanje, odnosno temperature pojedinog SSD-a prilikom testiranja.
