Ускорение последовательной записи с технологией TurboWrite

#TurboWrite #Intelligent_TurboWrite

Увеличение скорости последовательной записи

     С целью усовершенствования предыдущего поколения SSD серии 840, для серии 840 EVO компания Samsung разработала эволюционную технологию TurboWrite. Эта новая технология прошивки значительно увеличивает скорость последовательной записи (которая в задачах перемещения больших файлов является критическим параметром) – более чем в три раза у дисков емкостью 120 ГБ и более чем в два раза у дисков емкостью 250 ГБ.

Сравнение характеристик	840			840 EVO
Ёмкость	120 ГБ	250 ГБ	500 ГБ	120 ГБ	250 ГБ	500 ГБ/ 750 ГБ/ 1 ТБ
Последовательное чтение, МБ/с	530	540	540	540
Последовательная запись, МБ/с	130	250	330	410	520	520

     Для достижения столь заметного прогресса разработчикам пришлось в корне пересмотреть путь данных, записываемых во флэш-память NAND.

Что представляет собой технология TurboWrite?

     Как известно, запись в 3-битные ячейки памяти MLC NAND происходит достаточно медленно, потому что дополнительные «биты» требуют больше времени для обработки сигнала и программируемой коррекции ошибок при записи. В SSD 840 EVO эта проблема решается путем имитации на выделенном участке накопителя более быстрой памяти SLC NAND, благодаря чему достигается намного более высокая производительность.

     Рисунок ниже иллюстрирует принцип работы технологии TurboWrite.



     В области накопителя, где имитируется быстрая память SLC, технология TurboWrite создает буфер для быстрой записи. При ускоренной записи данные сначала перемещаются из хоста в высокопроизводительный буфер, а затем, во время периодов простоя, данные перемещаются из буфера в основное хранилище. Данная технология позволяет пользователю «почувствовать» высокую начальную скорость записи.

     В таблице ниже приведены размеры буфера в зависимости от емкости SSD. Минимальный размер буфера составляет 3 ГБ – это значение получено по результатам всестороннего тестирования, проведенного Samsung, и признано достаточным для выполнения повседневных задач. Обратите внимание, что размеры буфера указаны в масштабе SLC, то есть в 3-битной памяти MLC физическая емкость будет в 3 раза больше.

Ёмкость SSD	120 ГБ	250 ГБ	500 ГБ	750 ГБ	1 ТБ
Размер буфера (в масштабе SLC)	3 ГБ	3 ГБ	6 ГБ	9 ГБ	12 ГБ

     При последовательной записи без периодов простоя буфер в конце концов заполняется. В этот момент процесс передачи данных переключается из режима TurboWrite в режим записи непосредственно в основное хранилище накопителя с обычной для 3-битной MLC скоростью.

Ёмкость SSD	120 ГБ	250 ГБ	500 ГБ	750 ГБ	1 ТБ
Скорость записи в режиме TurboWrite, МБ/с	410	520	520
Скорость записи после выхода из режима TurboWrite, МБ/с	140	270	420

     Размер буфера также определяет максимальное время работы в режиме TurboWrite, т.е. наибольшую продолжительность непрерывной записи с повышенной скоростью. В таблице ниже приведены значения времени миграции (необходимого периода простоя), требуемые для полного опорожнения буфера.

Ёмкость SSD	120 ГБ	250 ГБ	500 ГБ	750 ГБ	1 ТБ
Время миграции, с	28,2	18,5	32,5	44,9	55

     Еще один возможный вопрос – где физически располагается буфер TurboWrite, поскольку резервная область (Over-Provisioning) недостаточно велика для того, чтобы вместить этот буфер целиком. Для понимания этого необходимо познакомиться со стандартами емкости IDEMA (International Disk Drive Equipment and Material Association). В IDEMA разработан численный метод для определения фактических значений емкости накопителя и соответствующего количества адресов LBA (Logical Block Address), которые немного отличаются от значений, доступных пользователю. Это общераспространенное явление, и вы не раз могли убедиться, что значение емкости, указанное на этикетке, отличается от того, которое показывает операционная система при отображении доступного пространства на диске. Таким образом, буфер TurboWrite формируется за счет: а) – емкости резервной области, и б) – «остаточной» емкости, определяемой по стандартной методике IDEMA.

Количество LBA = 97 696 368 + 1 953 504 * (Ёмкость SSD [ГБ] - 50)

Ёмкость SSD	Ёмкость резервной области (OP), ГБ	Количество LBA	Ёмкость области пользователя, ГБ	Остаточная ёмкость, ГБ	OP + Остаточная ёмкость = Ёмкость для буфера TurboWrite, ГБ
120 ГБ	8	234441648	111,8	8,2	16,2
250 ГБ	6	488397168	232,9	17,1	23,1
500 ГБ	12	976773168	465,8	34,2	46,2
750 ГБ	18	1465149168	698,6	51,4	69,4
1 ТБ	24	1953525168	931,5	68,5	92,5

Практическое значение технологии TurboWrite

     Технология TurboWrite значительно повышает скорость последовательной записи и делает работу на компьютере более приятной и удобной. Хотя размер буфера ограничен, в Samsung внимательно подошли к вопросу выбора оптимального размера буфера, который гарантирует возможность ускоренной записи при выполнении большинства повседневных сценариев. Для исследования характеристик TurboWrite при работе с реальными приложениями в Samsung провели предварительный анализ данных об объемах пользовательских нагрузок. Результаты анализа показали, что пользователи ПК в среднем записывают 1,17 ГБ данных в час, при этом более чем в 90% случаев объем пользовательской нагрузки находится в пределах 3 ГБ, что соответствует минимальному размеру буфера (у SSD емкостью 120/250 ГБ). Таким образом, в большинстве случаев пользователь получает высокую скорость записи.

     Приведенная ниже диаграмма показывает выигрыш в производительности при использовании технологии TurboWrite – видно, что скорость последовательной записи значительно возрастает. Данные были получены в результате тестирования по программе CrystalDiskMark, которая наиболее часто используется для исследования характеристик SSD.



     Тест PCMark7, который имитирует работу с реальными приложениями, показывает, что технология TurboWrite дает прибавку 7% в части общей производительности системы и 15% в части производительности накопителя SSD (показатель Raw Score). Этот результат означает, что технология TurboWrite повышает производительность не только при последовательной записи, но и при выполнении различных практических сценариев.



     Например, и при копировании больших файлов, и при работе с фоторедактором осуществляются сценарии, состоящие в основном из операций последовательной записи. SSD 840 EVO (с TurboWrite) выполняет эти задачи быстрее, чем SSD серии 840 (без TurboWrite): копирование файлов занимает почти на 52% меньше времени, а редактирование фото – на 27% при использовании диска емкостью 120 ГБ и на 12% при использовании диска емкостью 250 ГБ.

Новая технология Samsung – Intelligent TurboWrite

     Благодаря эволюционной технологии Samsung TurboWrite диски 840 EVO вышли за пределы производительности, характерные для традиционных SSD с 3-битной памятью MLC. Следующая технология Samsung – Intelligent TurboWrite – позволяет увеличить скорость последовательного чтения и записи до 3200 и 1900 МБ/с соответственно (максимальные значения).^{1, 3}

     Эта технология впервые применена в серии SSD 960 EVO. Диски 960 EVO выпускаются в трех версиях – емкостью 250 ГБ, 500 ГБ и 1 ТБ ², каждая из которых предлагает пользователю ПК уровень производительности следующего поколения. Скорость случайного чтения и записи у SSD 960 EVO достигает соответственно 380000 и 360000 IOPS.³ Гарантийный срок SSD 960 EVO – 3 года, ресурс – 400 TBW (впервые среди SSD емкостью 1 ТБ).


¹ Скорость последовательной записи определялась для технологии Intelligent TurboWrite. После заполнения буфера Intelligent TurboWrite скорость последовательной записи составляла 300 МБ/с у SSD емкостью 250 ГБ, 600 МБ/с у SSD емкостью 500 ГБ и 1200 МБ/с у SSD емкостью 1 ТБ.

² 1 ГБ = 1 000 000 000 байт согласно стандартам IDEMA. Некоторая часть емкости может использоваться системой, поэтому величина доступной емкости может отличаться от указанной на этикетке.

³ Характеристики последовательного чтения и записи (получены по результатам тестов CrystalDiskMark 5.0.2/ IOmeter 1.1.0) и характеристики случайного чтения и записи (получены по результатам теста IOmeter 1.1.0.Performance) могут различаться в зависимости от версии прошивки SSD, системной конфигурации и комплектующих. Тестовая конфигурации: процессор – Intel® Core i7-6700K CPU@4.0GHz, память – DDR4 1700MHz 16GB, ОС – Windows 10 Pro x64, чипсет – ASROCK Z170 EXTREME 7.