Czy nośnik SSD zwalnia po zapełnieniu?

Wszystkie testy, benchmarki i zwykłe obserwacje wykazują jasno, że napędy półprzewodnikowe SSD po napełnieniu powyżej 40-50% wykazują już oznaki spadku wydajności. Jeśli dysk zostanie napełniony jeszcze bardziej – do 70, 80 czy nawet 90%, to wtedy jego sprawność działania drastycznie spadnie, spowalniając przy tym pracę całego komputera, bo musimy dłużej czekać, aż dana czynność zostanie wykonana. To oczywiście bardzo uciążliwa sytuacja, gdyż po pierwsze – nie możemy wtedy w pełni komfortowo korzystać z dostępnej pojemności, a po drugie – przede wszystkim z obiecywanej przez producenta wydajności takiego nośnika SSD. Dlatego dziś w praktyce sam sprawdzę, jak stopniowe zapełnianie czterech różnych pojemnościowo (jak i technicznie) nośników SSD wpływa na ich wydajność końcową. Zapraszam.

SPIS TREŚCI:

2. Platforma testowa

3. Testy syntetyczne – AS SSD @ CristalDiskMark

4. Testy syntetyczne – ATTO @ IOMeter

5. Kopiowanie plików

6. Kopiowanie plików #2

7. Kopiowanie plików #3

8. Archiwum RAR.

9. Instalacja programów i gier

10. Wpływ stopniowego (10-100%) zapełniania dysku SSD 3D-TLC na wyniki synetyczne w ATTO

11. Transfer MB/s podczas kopiowania wybranych plików, przy różnym zapełnieniu dyksu SSD

12. Podsumowanie testu

Wielu użytkowników nośników SSD skarży się, że im więcej danych zapiszą, tym wolniej wszystko działa. Dowodem na taki stan rzeczy są liczne testy, benchmarki i zwykłe obserwacje użytkowników. Niestety jest to prawda i przyczyną nie jest wada dysku, awaria czy błąd fabryczny, a charakterystyka tego typu rozwiązań. Po zapełnieniu dysku SSD SATA (głównie typu TLC z buforem SLC) do pełna, transfer zapisu drastycznie spada. Tego efektu nie ma, gdy na dysku jest dużo wolnego miejsca. Dlatego też urządzenia flash typu SSD SATA oparte o kości TLC/3D-TLC/3D V-NAND nadają się świetnie na dyski systemowe, ale przechowywanie dużych rozmiarowo plików multimedialnych, bibliotek filmów muzyki jednak zleciłbym normalnemu dyskowi talerzowemu. Tam spadków wydajności nie będzie praktycznie żadnych. Magazyn danych SSD sprawdzi się rewelacyjnie jako baza pod system, tudzież trzymanie na nim małych gabarytowo plików (nie zajmujących więcej niż 30% objętości dysku), ale jako przenośny dysk na ważące po kilkanaście gigabajtów filmy FullHD BlueRay, czy muzykę w najwyższej jakości 320kb już nie bardzo. Czemu?

Podczas zapisywania dowolnego pliku na dysku typu SSD, system szuka dla niego wolnego bloku, a następnie zapełnia go tym właśnie plikiem. Może to być jeden, dwa, dziesięć lub 100 bloków w zależności od wielkości plików. Przy okazji warto wspomnieć, że pamięć NAND Flash zapisuje dane na stronach o pojemności 4 KB w blokach 256 KB. By dodać nowe strony do częściowo zapełnionego bloku, dysk SSD musi najpierw wyczyścić cały blok, aby znów zapisać na nim dane. Gdy wolnych bloków na wymianę danych jest niewiele, cały proces kopiowania, przenoszenia, zapisywania, kasowania itp. trwa bardzo długo. Między innymi dlatego, aby utrzymać dysk SSD w pełnej gotowości, w systemach Windows 7, 8 i 10, stosowana jest technologia TRIM, która po usunięciu pliku w systemie (poprzez opróżnienie kosza) usuwa również plik z dysku SSD bezpowrotnie. W dyskach magnetycznych usunięty z systemu plik może być odzyskany, na dysku SSD jest to praktycznie niemożliwe. Technologia TRIM odpowiada za to, aby zwolnione na dysku miejsce było natychmiast gotowe do zapełnienia przez inny plik.

Jeśli dysk półprzewodnikowy SSD typu MLC jest zapełniony w połowie lub więcej, pustych bloków jest pod dostatkiem i spadków wydajności nie ma, bo ogólnie na dyskach typu MLC taka sytaucja nie występuje. Ale co się dzieje, gdy używamy zwykłej konstrukcji TLC SATA a na dysku jest kilka/naście procent (czy nawet te 40%) wolnego miejsca? W takim momencie, w tego typu nośniku na 99% pojawi się problem. Nie koniecznie jednak takie problemy będą pojawiać się w konstrukcjach wykorzystujących standard M.2 lub PCI zamiast SATY. Wracając do zagadnienia. Nawet, jeśli na dysku 120 GB SATA TLC (a 111 GB do dyspozycji) mamy np. 30 GB wolnego miejsca (analogicznie więcej jest to w przypadku wersji 240, 480 czy 500 GB TLC) i chcemy zapisać plik o wielkości 10-15 GB, to z dużą dozą prawdopodobieństwa, transfer zapisu będzie bardzo, bardzo niski (nawet do 5 razy niższy od deklarowanego przez producenta). Dlaczego? Otóż do zapisania danych niezbędne są wspomniane wolne bloki – nie mogą być one nawet w najmniejszym stopniu zajęte. Konstrukcje TLC niejako oszukują nas, wykorzystując tzw. bufor SLC do udostępniania tych wolnych bloków, ale kończy się on przeważnie po przekroczeniu 30% pojemności dysku. Dyski flash typu MLC z założenia nie mają tego typu problemów.

Nośniki danych użyte do testów obciążeniowych

ADATA SU650 120 GB jest konstrukcją nową, niedawno co debiutującą na rynku. Jest to nośnik SSD wyposażony w kości pamięci 3D-TLC NAND, wspierane przez bufor SLC. Niestety jak dotąd producent nie podał do opini publicznej, na jakim kontrolerze ta konstrukcja bazuje. Produkt standardowo korzysta z interfejsu SATA 6 Gb/s. Producent deklaruje, że rodzina SU650 osiąga prędkości przesyłu do 520/450 MB/s podczas odczytu/zapisu danych oraz do 40 000/75 000 IOPS dla losowych operacji wejścia-wyjścia. Do sprzedaży trafiły trzy modele oferujące pojemność 120 GB, 240 GB lub 480 GB, objęte w chwili zakupu trzyletnią gwarancją producenta. Za wersję 120 GB trzeba zapłacić 169 zł, model 240 GB wyceniono na 289 zł, a konstrukcja 480 GB kosztuje 489 zł. ADATA SU650 to to produkt skierowany do najmniej wymagających użytkowników, których do zakupu przekonać ma przede wszystkim niska cena zakupu.

Plextor M6S 256 GB to z kolei konstrukcja, która od jakiegoś już czasu posiada w sprzedaży swojego następcę, jednakże na potrzeby tego testu nada się idealnie. Urządzenie to bazuje na kontrolerze Marvell 88SS9188 oraz 19 nanometrowych pamięciach MLC NAND Flash produkcji Toshiby, które są oczywiście modułami synchronicznymi. Układ sterujący to dwurdzeniowa jednostka wspomagana przez pamięć podręczną wytwarzaną w fabrykach Hynix, jakiej wielkość uzależniona jest bezpośrednio od wersji pojemnościowej. Deklarowane parametry to: 440 MB/s przy zapisie oraz 520 MB/s podczas odczytu sekwencyjnego. Parametry IOPS w wersji 256 GB ustalono odpowiednio na 80.000/94.000 (odczyt/zapis). Plextor M6S podczas sprzedaży objęty był trzyletnim zamiast pięcioletnim okresem gwarancyjnym, aczkolwiek producent nie nakładał żadnych limitów zapisu.

Plextor M9PeY 512 GB to nośnik SSD wykorzystujący do przesyłania danych najwydajniejszy obecnie protokół, NVMe 1.2. Obsługuje także magistralę PCI Express ×4. W sklepach do wyboru mamy cztery wersje o pojemności 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB. Użyty na potrzeby tego testu nośnik ma ośmiokanałowy kontroler Marvell 88SS1093 oraz planarne kości pamięci Toshiba 3D TLC NAND BiCS trzeciej generacji, wykonane w procesie technologicznym 15 nm. Takie połączenie według producenta pozwala na sekwencyjny odczyt danych z prędkością 3200 MB/s i zapis z prędkością 2000 MB/s. Maksymalna liczba operacji wejścia-wyjścia na sekundę (IOPS) to, odpowiednio, 340.000 i 280.000. Nośnik jest objęty 5-letnią gwarancją producenta, która dodatkowo ograniczona jest parametrem TBW (Total Bytes Written) do wartości 320 TB.

Samsung Portable SSD T5 dostępny jest w czterech wersjach pojemnościowych: 250 GB, 500 GB, 1 TB oraz 2 TB, a wszystkie zamknięto w identycznych obudowach o wymiarach 57.3 x 74 x 10.5 milimetrów i wadze 51 gramów. Modele 250 i 500 GB pomalowano na kolor turkusowy (ciemny), pojemniejsze odmiany znajdziemy tylko w klasycznej czerni. Zastosowane pamięci to 64-warstwowe moduły 3D TLC V-NAND produkcji Samsunga, natomiast kontroler jest oznaczony symbolem S4LN062X01, będąc w rzeczywistości dwurdzeniowym układem MGX znanym z tradycyjnych, 3,5-calowych nośników Samsung SSD 850 EVO. Technologia V-NAND umożliwia pionowe układanie płaskich warstw komórek w nowe, trójwymiarowe konstrukcje. W tym celu Samsung zmodernizował architekturę CTF, opracowaną po raz pierwszy w 2006 roku. W ramach architektury NAND flash bazującej na modelu CTF, ładunek elektryczny zostaje tymczasowo uwięziony w komorze otoczonej nieprzewodzącą powierzchnią z azotku krzemu (SiN), zamiast korzystać ze swobodnej bramki zapobiegającej interferencjom pomiędzy sąsiadującymi komórkami pamięci. Wewnątrz rodziny Samsung T5 umieszczono konwerter mSATA-USB > ASMedia, dzięki czemu opisywany nośnik wykorzystuje interfejs USB 3.1 Gen 2 Type C, osiągając do 540 MB/s w zapisie i do 515 MB/s w odczycie sekwencyjnym. Na deser dołożono tu 1 GB pamięci podręcznej RAM DDR3. Brak części ruchomych i wytrzymała, metalowa obudowa sprawiają, że T5 bez szwanku przetrwa upadek z wysokości nawet 2 metrów. Podczas swojej rynkowej premiery, nośniki Samsung Portable SSD T5 zostały wycenione na odpowiednio: 140 euro (250 GB), 230 euro (500 GB), 430 euro (1 TB) i 850 euro (2 TB). Producent udziela na nie 3-letniej gwarancji.