Tehnologija
Kada govorimo o tehnološkim i tržišnim trendovima posljednjih godina, po pitanju sustava za pohranu podataka posve je jasno kako su NVMe PCIe SSD-ovi u potpunosti ovladali tržištem i postali glavni diskovi koji se ugrađuju u većinu modernih računala. SSD-ovi koji koriste SATA sučelje sve su manje prisutni na tržištu, a kao i stariji tvrdi diskovi, većinom se koriste za skladištenje veće količine podataka.
NVMe je novi standard
Moderni operacijski sustavi, zahtjevne aplikacije i najnovije igre danas jednostavno zahtijevaju korištenje brzog sustava za pohranu podataka, što PCIe NVMe diskove čini jedinim i idealnim odabirom. Posebno moderne igre zauzimaju sve više prostora na disku i za optimalne performanse zahtijevaju brz sustav za pohranu.
Profesionalna računala, bilo da se koriste za obradu videa, slika, 3D animacije ili bilo kakve druge zahtjevne zadaće, postavljaju ogromne zahtjeve po pitanju što većeg, ali i što bržeg sustava za pohranu podataka koji može omogućiti odgovarajuće performanse potrebne za obradu ovakvog materijala u realnom vremenu.
Bez obzira radi li se o nekakvom uredskom ili manje zahtjevnom kućnom multimedijalnom računalu, instalacija operacijskog sustava na NVMe SSD donijet će vam osjetno brže pokretanje računala i znatno brže učitavanje aplikacija. Svakako preporučamo korištenje brzog NVMe PCIe SSD-a kao glavnog diska računala na koji ćete instalirati OS i najčešće korištene aplikacije.
Tehnološki gledano, danas su NVMe diskovi koji koriste PCIe 4.0 sabirnicu postali dio mainstreama. Kada govorimo o osnovnoj tehnologiji, tu u posljednje vrijeme nije bilo nekakvih velikih novosti. Jedina novost su PCIe 5.0 diskovi koji su najavljeni već prije nekog vremena, no trebali bi se tek sredinom ove godine pojaviti u većem broju na tržištu. Međutim, PCIe 5.0 diskovi će u prvo vrijeme biti prilično skupi i neće biti posebice zanimljivi prosječnim korisnicima.
Svi Solid State diskovi koje smo ovog puta testirali unutar našeg usporednog testa jeftinijih NVMe diskova koriste M.2 priključak, te za prijenos podataka koriste brzu PCIe sabirnicu. Ovdje napomenimo da M.2 označava format priključka, ranije poznat kao i NGFF (Next Generation Form Factor), a NVMe (Non Volatile Memory Express) označava trenutno najmodernije sučelje koje koriste svi PCIe diskovi. M.2 format, odnosno NGFF je prvenstveno osmišljen kao zamjena za standard mSATA, ponajprije kako bi se smanjile dimenzije SSD-ova namijenjenih ugradnji u prijenosna računala. Danas se pak koristi kod svih NVMe PCIe diskova, bez obzira jesu li namijenjeni ugradnji u stolna ili prijenosna računala.
NVMe SSD je mala pločica koja na sebi sadrži NAND flash memorijske čipove i odgovarajući kontroler, a dimenzije mogu iznositi 4, 8 ili 10 cm
PCI Express za ultrabrze diskove
Od čega se zapravo sastoji M.2 NVMe SSD? Riječ je zapravo 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. Danas se kao svojevrsni standard kod većine računala koristi M.2 2280 format koji uključuje pločicu veličine 8 cm. Ove se pločice ugrađuju u za to predviđene M.2 utore na matičnoj ploči. Kod modernih SSD-ova M.2 označava format odnosno sam priključak, NVMe komunikacijski protokol, a PCI Express sabirnicu putem koje se vrši prijenos podataka.
Korištenje PCI Express sabirnice omogućuje iznimne brzine ovim diskovima prilikom prijenosa podataka. Barem kada govorimo o teorijski najbržim mogućim brzinama prijenosa. Najnapredniji NVMe SSD-ovi današnjice koriste spomenutu PCIe 5.0 sabirnicu, što omogućuje nekakve maksimalne brzine sekvencijalnog čitanja podataka od oko 12.000 MB/s. Treba reći kako najnoviji PCIe 5.0 standard za prijenos podataka podržavaju isključivo najnovije hardverske platforme poput AMD-ove AM5 ili Intelove LGA 1700.
Jeftiniji NVMe diskovi danas koriste PCIe 4.0 sabirnicu brzine x4 koja omogućuje maksimalnu propusnost do 8.000 MB/s. Valja napomenuti kako jeftiniji NVMe diskovi nisu dovoljno brzi da u potpunosti iskoriste mogućnosti PCIe 4.0 sabirnice. Štoviše, dobar broj jeftinijih modela NVMe diskova koristi nešto stariju PCIe 3.0 sabirnicu brzine x4 s maksimalnom propusnošću od 4.000 MB/s.
Većina modernih računala, bilo stolnih ili prijenosnih, danas dolazi s podrškom, odnosno odgovarajućim utorima za PCIe 4.0 diskove. Međutim, ako u ovaj utor ugradite PCI 3.0 disk neće se dogoditi ništa dramatično, s obzirom na to da su svi noviji utori kompatibilni sa starijim PCIe standardima. Tako da sve radi bez problema. Ipak, preporuka je da odaberete PCIe 4.0 disk, posebno ukoliko posjedujete novije stolno ili prijenosno računalo.
Kako pravilno ugraditi NVMe disk?
Što se tiče same ugradnje ovih M.2 NVMe diskova u novija stolna ili prijenosna računala, tu nema neke velike razlike. U slučaju da vaše računalo posjeduje odgovarajući M.2 PCIe utor, sve što trebate napraviti je pločicu diska ubaciti u zadani utor, te je potom putem malenog vijka učvrstiti.
Nakon toga ponovno pokrenite računalo i unutar odgovarajuće opcije za upravljanje diskovima unutar željenog operacijskog sustava inicijalizirajte i potom formatirajte disk. Nakon toga je vaš novi NVMe disk spreman za korištenje.
Što se tiče samog kapaciteta, trenutno su daleko najisplativiji M.2 NVMe diskovi kapaciteta od 1 TB, pa smo prvenstveno njih uvrstili u ovu usporedbu. Smatramo kako su trenutno diskovi ovog kapaciteta optimalan odabir za većinu korisnika. Diskovi kapaciteta od 512 GB se po nama ne isplate previše, s obzirom da im je za današnje pojmove kapacitet prilično ograničen. Vjerujemo kako su M.2 NVMe diskovi kapaciteta od 1 TB najoptimalniji odabir po pitanju brzine i dostupnog kapaciteta, prvenstveno ako ih se koristi za instalaciju operacijskog sustava, te najčešće korištenih aplikacija i igara. Svakako su kod jeftinijih NVMe diskova i modeli kapaciteta od 2 TB vrlo primamljiva opcija s obzirom na trenutačne cijene.
Imajte na umu kako je stvarni formatirani kapacitet diskova uvijek osjetno manji od deklariranog, pa ćete tako kod terabajtnog diska stvarno na raspolaganju imati od 930 do 940 GB. Posljedica je ovo famozne priče o označavanju deklariranog kapaciteta od strane proizvođača, kao i o određenom prostoru na disku kojeg kontroler rezervira za optimizaciju rada i produljenje radnog vijeka samog uređaja.
Korištenje 3D tehnologije prilikom proizvodnje NAND flash memorijskih čipova omogućilo nam je osjetno jeftinije SSD-ove većeg kapaciteta
Kontroler i NAND flash memorija - ključni dijelovi NVMe diska
Nema sumnje kako M.2 NVMe SSD-ovi donose impresivne mogućnosti prijenosa podataka na maloj pločici duljine od 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, kao i odgovarajući kontroler.
Kontroler je ključan dio svakog modernog NVMe SSD-a koji je zadužen za sve potrebne operacije kako bi disk mogao normalno funkcionirati.
Danas je ovaj kontroler u svojoj osnovi zapravo kompleksan SoC (System on a Chip) koji uključuje, primjerice, custom ARM Cortex procesore. Ovo ne čudi s obzirom da ovakvi kontroleri danas podržavaju impresivne brzine sekvencijalnog prijenosa, hardversku enkripciju podataka, te brojne druge tehnologije i algoritme kojima se SSD održava u najboljoj formi, kao što su wear leveling, over-provisioning i garbage collection. Moderni kontroleri podržavaju višekanalni pristup NAND flash memoriji, što zapravo omogućuje impresivne performanse modernih NVMe SSD-ova.
NAND flash memorijski čipovi ključan su dio svakog SSD-a. Na svojim počecima SSD-ovi su isključivo koristili SLC (Single Level Cell) memorijske čipove. SLC znači kako se u svaku pojedinu ćeliju NAND flash memorije može zapisati jedan bit podataka. Ovakvi su diskovi bili najpouzdaniji, no 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. Konačno, danas imamo i QLC flash čipove (zapisivanje četiri bita po ćeliji) koji su ponajprije omogućili SSD-ove osjetno većeg kapaciteta.
3D NAND i HMB - recept za jeftine diskove
Osim QLC flash čipova, za pojavu jeftinijih NVMe SSD-ova svakako je najvažniji razvoj 3D NAND (V-NAND) tehnologije. Kod 3D NAND flash memorijskih čipova su memorijske ćelije posložene okomito u više slojeva, za razliku od 2D tehnologije koja se koristila ranije, te su ćelije koje pohranjuju podatke smještene vodoravno, jedna do druge. Veća gustoća memorijskih ćelija omogućuje veće kapacitete bez povećanja cijene. 3D NAND tehnologija također omogućuje dulji vijek trajanja i manju potrošnju energije.
Svakako su QLC i 3D NAND tehnologije najznačajnije za pojavu NVMe diskova većeg kapaciteta. No nisu bez određenih nedostataka. Prije svega, QLC memorijski čipovi donose nešto kraći vijek trajanja samih ćelija i slabiju pouzdanost, što se u konačnici odražava na maksimalnu količinu podataka koju možete zapisati na disk i koja se obično označava s TBW (Total Bytes Written). Preciznije, TBW se odnosi na maksimalnu količinu zapisanih podataka na disku prije nego pojedine ćelije memorijskih čipova počnu biti neupotrebljive. Nakon toga će disk i dalje raditi, ali će pojedine ćelije biti isključene iz uporabe, kapacitet smanjen, a jamstvo vam više neće vrijediti.
Još jedna vrlo značajna tehnologija koju koriste gotovo svi testirani jeftiniji NVMe PCIe diskovi zove se HMB (Host Memory Buffer). Velika većina novijih SSD-ova posjeduje odgovarajući DRAM cache u obliku DRAM memorijskih čipova, koji osjetno poboljšava performanse (osjetno brže vrijeme pristupa, značajno brži pristup najčešće korištenim podacima), posebno prilikom zapisivanja podataka.
Kako bi se ponudili što jeftiniji NVMe diskovi, proizvođači su odlučili predstaviti modele bez DRAM cachea. Umjesto toga koristi se tehnologija HMB, kod koje se dio radne memorije računala koristi kao brza priručna (cache) memorija za poboljšanje performansi samog diska. U pravilu se ovako dodjeljuje određena količina radne memorije (obično 64-100 MB) kako bi se ubrzao rad diska. Ova količina može biti i veća, s tim da OS u svakom trenutku po potrebi može ponovno početi koristiti ovako rezerviranu memoriju za disk. HMB tehnologija nije toliko učinkovita kao namjenski DRAM cache, ali omogućuje prilično dobre performanse. U određene nedostatke ove tehnologije možemo ubrojiti manju dugovječnost i slabije održive performanse, posebno prilikom zapisivanja podataka.
NVMe (Non Volatile Memory Express) je komunikacijsko sučelje i upravljački program koji definira skup naredbi i osnovnih značajki za sve najmodernije SSD-ove koji koriste PCI Express sabirnicu
Kako produljiti vijek trajanja?
Za diskove koji koriste HMB tehnologiju, odnosno nemaju „pravi“ DRAM cache, vrlo je važno da posjeduju odgovarajući SLC cache, to jest, određeni dio memorijskih ćelija NAND flash čipova koji se temelji na SLC tehnologiji. Ovakav SLC cache omogućuje daleko brže zapisivanje podataka, a njegova količina dosta se razlikuje od SSD-a do SSD-a. Nakon što popunite ovakav SLC cache, brzina zapisivanja drastično pada jer je zapisivanje podataka kod memorijskih čipova temeljenih na drugim tehnologijama (QLC i sl.) dosta sporije.
Problem ograničene trajnosti memorijskih ćelija kod NAND flash čipova pod kontrolom drže već spomenuti i sve kompleksniji ugrađeni storage kontroleri. Pojednostavljeno rečeno, memorijske ćelije kod NAND flash čipova podržavaju ograničen broj ciklusa zapisivanja i brisanja prije nego što postanu neupotrebljive.
Uzrok ovog problema treba potražiti u strukturi i načinu funkcioniranja NAND flash memorijskih čipova. Memorijske ćelije kod NAND flash čipova sastoje se od stranica (pages) i blokova (blocks). Podaci se zapisuju u stranice, no 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 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 vrijednost maksimalne moguće količine zapisanih podataka (TBW) unutar jamstvenog roka. Ukoliko prijeđete ovu vrijednost, odnosno zapišete veći broj podataka, jamstvo vam više ne vrijedi.
Dugovječnost, odnosno osjetno manja količina maksimalne količine zapisanih podataka, glavni je nedostatak jeftinijih NVMe diskova. Međutim, za prosječnog korisnika računala ovo ne bi trebao biti veći problem.
Veći, brži, jeftiniji
Neupitno je kako moderna računala zahtijevaju sve brže sustave za pohranu podataka sve većeg kapaciteta. U tom smislu veseli tržišni trend koji nam donosi osjetno jeftinije brze NVMe diskove. Posebno naglasimo osjetno povoljniju cijenu po gigabajtu dostupnog prostora. Danas terabajtni diskovi predstavljaju nekakav početni kapacitet, 2 TB svojevrsni mainstream, a ni NVMe SSD-ovi od 4 TB nisu više toliko nedostižno skupi.
Ovaj usporedni test pokazao nam je kako jeftiniji NVMe SSD-ovi omogućuju jako dobar omjer cijene, performansi i kapaciteta. Nisu bez svojih nedostataka, koji su prvenstveno posljedica kompromisa koji su učinjeni da cijena bude što niža. Primjerice, izostanak DRAM cachea može se negativno odraziti na performanse prilikom zapisivanja podataka - premda HMB tehnologija relativno uspješno otklanja ovaj problem.
Osjetno značajniji nedostatak jeftinijih diskova je svakako potencijalno kraći vijek trajanja, odnosno manje maksimalne količine zapisivanja (TBW). Kod računala za kućnu uporabu ovo ne bi trebao biti veći problem. Osim toga, moderni operacijski sustavi i sami kontroleri na diskovima dobro su optimizirani za produljenje vijeka trajanja modernih SSD-ova. Za nekakvu profesionalnu uporabu, ove jeftinije NVMe diskove svakako ne bismo preporučili.
Što se tiče performansi, postoje razlike među testiranim diskovima, no one su najvidljivije kod maksimalnih vrijednosti sekvencijalnog čitanja i pisanja. U stvarnom radu će razlike biti manje primjetne i svaki od ovih diskova omogućit će vam vrlo dobre performanse.
Nekako su se izdvojili Kingstonov NV2 kao posebno jeftin disk, ADATA Legend 800 kao svojevrsni „best buy“, te Corsairov MP600 Core XT kao najbrži disk od testnih kandidata. Dobro pripazite i na cijene koje se znaju dosta razlikovati od trgovine do trgovine, posebice jer ima dosta starijih modela diskova koji su dulje vrijeme na tržištu, a njihova se kupnja isplati isključivo ukoliko im je cijena iznimno povoljna.
Svi proizvođači nude odgovarajući softver za praćenje rada, dijagnostiku i nadogradnju firmwarea diska
Aplikacija Crystal Disk Info omogućuje nam uvid u osnovne specifikacije diska. Najnoviji jeftiniji NVMe diskovi koriste PCIe 4.0 sabirnicu i podržavaju najmoderniju verziju sučelja NVMe 1.4
