Por muito tempo, SSDs sem buffer pareciam algum tipo de compromisso ridículo. A rejeição do chip DRAM, que é usado no SSD para um propósito muito importante – acelerar a busca de dados na memória flash, levou a uma queda notável no desempenho, que foi especialmente pronunciada em operações de blocos pequenos. Além disso, isso foi superado pela fraqueza inerente dos controladores sem buffer, nos quais os desenvolvedores não apenas sacrificaram a interface de memória dinâmica, mas também cortaram metade dos canais para o array de memória flash. Como resultado, as unidades de estado sólido baseadas em DRAM sempre foram percebidas exclusivamente como um grupo especial de produtos, cujos representantes são obviamente inferiores em termos de desempenho a qualquer SSD construído de acordo com um esquema completo. E uma excelente ilustração disso foi a retórica que os próprios fabricantes aderiram:
Quase nada mudou com o início da era das unidades PCIe 4.0. Muitas empresas, no espírito da época, transferiram SSDs sem buffer para uma nova interface, mas isso não mudou muito. Mesmo as unidades que são construídas em controladores sem buffer de nova geração, como o WD Black SN750 SE ou o Smartbuy Stream E19T, parecem tão sombrios no contexto de seus equivalentes completos quanto seus antecessores. Basta dizer que eles não desenvolvem as velocidades para as quais realmente precisariam de uma interface PCIe 4.0 com largura de banda de 7,9 GB / s, e ainda estamos falando de soluções que são “ainda mais rápidas que as unidades SATA” e não mais Togo . Sem surpresa, os SSDs PCIe 4.0 sem buffer quase sempre superam os SSDs PCIe 3.0 com buffer DRAM.
A única unidade mais ou menos bem sucedida sem DRAM onboard foi o Samsung 980 lançado no ano passado. Pelo menos, apesar do uso da antiga interface PCIe 3.0, até recentemente superava qualquer outro modelo sem buffer em desempenho e era até capaz de competir com modelos baratos modelos SSD com arquitetura completa. No entanto, essa unidade dificilmente poderia ser recomendada para uso em sistemas modernos de alto desempenho – estava muito atrás das principais ofertas da classe Samsung 980 PRO ou WD Black SN850.
Agora, no entanto, a situação parece estar mudando radicalmente. Um controlador sem buffer finalmente apareceu no mercado, o que deve levar as unidades sem DRAM a um novo nível. Estamos falando do Innogrit IG5220 – um chip barato desenvolvido por pessoas da Marvell. Suas características pelos padrões das soluções sem buffer de quatro canais usuais parecem fantásticas. O Innogrit IG5220 promete uma velocidade máxima de linha de 5,0 GB/s, superando em muito todos os outros controladores sem buffer de 4 canais. E é bem possível acreditar que não são palavras vazias. A Innogrit já provou em atos que é capaz de projetar plataformas produtivas. Por exemplo, seu principal controlador IG5236 permite criar PCIe 4 bastante competitivo.
Quanto ao chip Innogrit IG5220 sem buffer, até agora apenas dois fabricantes de SSD o adotaram: ADATA, que o usou nos modelos Legend 840 e XPG Atom 50, e Patriot, que lançou o drive P400 baseado nele. E nesta análise, conheceremos o Patriot P400, pois já foi colocado à venda nas lojas russas.
⇡#Aparência e disposição interna
A plataforma Innogrit IG5220 surpreende imediatamente, mesmo ao primeiro conhecimento de suas características. Os desenvolvedores do controlador afirmam que sua ideia, que não possui uma interface DRAM, conta com a tecnologia HMB (Host Memory Buffer) e oferece apenas quatro canais para organizar um array de memória flash, podendo realmente usar a largura de banda da interface PCIe 4.0. Comparado a outros controladores PCIe 4.0 sem buffer, como o Phison PS5019-E19T ou o SMI SM2267XT, o Innogrit IG5220 promete pelo menos um terço de desempenho melhor.
Qual é o segredo do chip Innogrit não se sabe ao certo. Mas duas coisas falam a seu favor. Em primeiro lugar, é baseado na mesma arquitetura Rainer do carro-chefe IG5236, que os desenvolvedores aparentemente não destruíram muito no IG5220. Em segundo lugar, o IG5220 é produzido, como qualquer outro controlador SSD de alto desempenho, usando uma tecnologia de processo de 12nm relativamente moderna. Até agora, todos os controladores sem buffer eram baseados na tecnologia de processo de 20 nm. Em outras palavras, é muito fácil acreditar que estamos lidando com uma plataforma atípica sem buffer.
Além disso, seu segundo componente – memória flash – também inspira otimismo. É fácil ser infectado se você se familiarizar com o design da unidade Patriot P400 1 TB, que é a encarnação de referência da plataforma Innogrit IG5220 no produto final.
À primeira vista, o Patriot P400 é um drive NVMe comum no formato M.2 2280, que é feito em uma placa de circuito impresso de um lado. No entanto, ao contrário dos SSDs sem buffer que vimos até agora, ele possui um dissipador de calor “grafeno” (que na prática parece uma folha de cobre grossa). E este é um sinal positivo – o resfriamento geralmente requer SSDs com desempenho acima da média.
Mas ainda mais confiança de que estamos lidando com uma solução relativamente poderosa aparece se o dissipador de calor for removido da unidade. Na placa SSD, além do controlador, são encontrados dois chips de memória flash, montados, a julgar pelas marcações, de chips NAND TLC 3D de 176 camadas fabricados pela Micron. Eles foram empacotados por algum contratante terceirizado, mas isso não muda a essência – eles têm núcleos progressivos B47R dentro.
A memória de 176 camadas da Micron é baseada na tecnologia Replacement Gate da empresa, que é um cruzamento entre as tecnologias de gate flutuante e de retenção de carga. Como a prática já mostrou, essa memória é mais rápida do que todas as opções alternativas disponíveis no mercado no momento. Em particular, ele usa uma frequência de interface de 1600 MHz, que em teoria permite atingir uma largura de banda máxima de um array de memória flash de quatro canais a 6,4 GB / s.
Os chips usados no array de memória flash Patriot P400 têm capacidade de 512 Gbps. Portanto, no drive de 1 TB considerado na revisão, estão envolvidos 16 dispositivos TLC 3D NAND, que são conectados quatro em cada canal do controlador. Esse esquema permite atingir o nível máximo de desempenho, mas uma unidade com capacidade menor seria um pouco mais lenta.
⇡#Especificações
Tudo o que foi dito na última seção nos faz esperar algo especial nas especificações do Patriot P400, e tais expectativas não permanecem enganadas. Velocidades de leitura linear de 5 GB/s e velocidades de gravação de 4,8 GB/s são marcos que os SSDs sem buffer anteriormente não conseguiam chegar nem perto. Para comparação: WD Black SN750 SE promete velocidades não superiores a 3,6 GB / s e Samsung 980 – não superior a 3,5 GB / s. Ou seja, se você acredita nas características, estamos lidando com um SSD, suporte para PCIe 4.0 no qual não é de forma alguma uma formalidade.
O desempenho reivindicado para o Patriot P400 é confirmado na prática. No teste CrystalDiskMark que usamos para verificar as especificações, podemos ver os prometidos 5 GB/s lidos, e os números de desempenho para operações de blocos pequenos são ainda maiores que os valores declarados. Em termos de IOPS, a velocidade máxima de leitura aleatória prática atinge 850 mil IOPS e grava – 680 mil IOPS, o que é fenomenalmente alto para uma unidade com design sem buffer.
Mas a coisa mais surpreendente sobre os resultados do CrystalDiskMark é a velocidade de leitura aleatória em blocos de 4K na ausência de uma fila de solicitações. Os 99 MB/s mostrados na captura de tela são quase um recorde absoluto entre todos os SSDs modernos de 1 TB: até o carro-chefe Samsung 980 PRO tem esse valor um pouco menor. Ou seja, o desempenho do Patriot P400 promete trazer muitas surpresas agradáveis.
No entanto, os termos da garantia para o Patriot P400 contrastam um pouco com o desempenho. Seu prazo é limitado a apenas três anos, o que não é muito para os padrões modernos – a maioria dos fabricantes de SSD NVMe oferece uma garantia de cinco anos. Mas o recurso de gravação permitido parece bom ao mesmo tempo – durante a vida útil da unidade, é permitido substituir 800 vezes, ou seja, todos os dias você pode atualizar até três quartos da capacidade total do SSD.
Há mais um momento desagradável – o Patriot P400 é vendido a um preço bastante alto. Não só é mais caro do que outras unidades sem buffer, incluindo soluções Samsung e WD, mas também supera o ADATA Legend 840 construído exatamente na mesma plataforma de hardware. No entanto, esta última circunstância nos permite esperar uma correção de preço antecipada para o Patriot P400 , o que seria muito apropriado.
A linha Patriot P400 consiste em apenas duas opções de volume – 512 e 1024 GB. É improvável que uma unidade de um quarto de terabyte faça sentido aqui devido ao fato de que seu desempenho provavelmente será insatisfatório. Mas é bem possível contar com o aparecimento de opções maiores – apenas metade dos assentos para chips de memória flash estão ocupados na placa de circuito impresso P400.
Resultado dos testes. conclusões
⇡#Programas
Nenhum utilitário de serviço para o Patriot P400 é oferecido pelo fabricante.
⇡#Descrição do sistema de teste e metodologia de teste
Por um lado, o Patriot P400 é um drive NVMe sem buffer que pode ser classificado como uma oferta de baixo custo. Por outro lado, suas especificações parecem competir com ofertas de médio porte, como o Samsung 970 EVO Plus ou até mesmo unidades PCIe 4.0 baseadas na plataforma Phison E16. Por causa disso, para testar o Patriot P400, tivemos que montar uma empresa bastante heterogênea de rivais, composta por SSDs populares de diferentes classes.
Por fim, oito SSDs participaram dos testes, cujas informações são fornecidas na tabela.
A configuração do sistema de teste ficou assim:
- Processador: Intel Core i7-12900K (Alder Lake, 8P+4E-cores + HT, 3.6-5.0/2.7-3.8GHz, 25MB L3).
- Refrigerador do processador: Noctua NH-D15.
- Placa-mãe: ASUS ROG Strix Z690-F Gaming WiFi (LGA1700, Intel Z690).
- Tamanho: 2 × 16 Гбайт SDRAM DDR5-4800, 38-38-38-70 (Kingston Fury Beast KF548C38BBK2-32).
O teste foi realizado no sistema operacional Microsoft Windows 11 Pro (21H2) Build 22000.282.0 com a atualização KB5008353 instalada, que corrige o desempenho do SSD durante operações de gravação aleatória. O sistema usou o driver Microsoft Standard NVMe Express Controller 10.0.18362.1.
As unidades para os testes foram instaladas no slot M.2, ao qual as linhas PCI Express foram conectadas diretamente do processador.
⇡#Cache SLC: gravação, leitura e exclusão de arquivos
O cache SLC é o algoritmo mais importante responsável por acelerar as operações de gravação em unidades modernas. Sua essência está no fato de que as informações em um SSD com memória TLC ou QLC são gravadas primeiro em um modo rápido de bit único, e sua compactação ocorre posteriormente, durante os momentos ociosos da unidade. Isso significa que as unidades modernas podem demonstrar altas velocidades apenas em quantidades limitadas de dados, cujo tamanho depende da implementação específica do algoritmo de cache SLC.
Para descobrir como isso funciona na prática e quais são as velocidades de um array de memória flash de unidades específicas ao operar em vários modos, realizamos um teste de gravação contínua de arquivos em um SSD até que sua capacidade esteja completamente esgotada enquanto medimos simultaneamente o desempenho. Esse teste usa operações de cópia de arquivo de fluxo único padrão do Windows para o SSD em teste (de um disco RAM) e o teste é realizado em três etapas: para um SSD completamente vazio; para um SSD meio cheio de dados; e para o SSD, que está inicialmente três quartos cheio.
Como mostra o teste, o algoritmo de cache no Patriot P400 é dinâmico. No modo acelerado, 280 GB de dados podem ser gravados em uma unidade de terabyte em branco e, se a unidade já estiver ocupada por dados, essa quantidade é reduzida proporcionalmente ao espaço livre restante. Nesse sentido, não há reclamações sobre a plataforma Innogrit IG5220 – ela pode regular bem o tamanho do cache ao diminuir e aumentar a área de dados não preenchida no SSD.
Também nos gráficos da velocidade de gravação linear, você pode ver duas opções para a velocidade de gravação após o esgotamento do cache. One – cerca de 1,9 GB / s – a velocidade de gravação direta na memória no modo TLC. A segunda – pouco abaixo de 500 MB/s – é a velocidade quando, simultaneamente à gravação, o controlador está alternando as células do modo SLC para TLC. E entre esses dois indicadores, atenção especial deve ser dada ao primeiro, porque para um array TLC 3D NAND de quatro canais, essa é uma velocidade muito alta. Acontece que em termos de velocidade “pura” de memória flash, o Patriot P400 pode competir em igualdade de condições com o Samsung 980 PRO, o que soa simplesmente incrível. Mas você precisa começar a se acostumar com esses indicadores de velocidade de gravação – o TLC 3D NAND de 176 camadas da Micron, com a abordagem correta, é capaz de mais.
Aliás, o Patriot P400 está entre os campeões em termos de velocidade de gravação no modo SLC. No gráfico de velocidade máxima, ele está no topo – ao lado do Crucial P5 Plus, que (surpresa!) é baseado exatamente na mesma memória flash Micron B47R.
Mas do ponto de vista da velocidade mínima de gravação, o Patriot P400 não é mais tão bom, o que não é surpreendente para uma unidade com um controlador sem buffer e mais barato. Na pior das hipóteses, esta unidade supera até mesmo o WD Black SN750 SE, que é baseado na plataforma sem buffer Phison E19T.
Se nos concentrarmos na velocidade média obtida pelo preenchimento consistente e contínuo de toda a unidade com dados, o resultado do Patriot P400 também não parece excelente. Uma versão de terabyte deste SSD pode ser totalmente carregada com arquivos em cerca de 21 minutos, o que é típico para unidades de médio porte e duas vezes mais que os SSDs principais se enchem de dados.
A velocidade de cópia de arquivos do Patriot P400 é um pouco mais lenta do que as unidades mais rápidas com controladores de oito canais. Mas pelos padrões de um SSD com uma matriz de memória flash de quatro canais, a unidade em questão parece muito digna. Tanto o Samsung 980 quanto o WD Black SN750 SE ficam para trás.
Quanto ao desempenho ao excluir arquivos, existem algumas reclamações sobre a plataforma Innogrit IG5220 (e o Patriot P400, em particular). Ele não sabe como processar o comando TRIM tão suavemente quanto, por exemplo, unidades no controlador Phison PS5019-E19T. Isso leva ao fato de que, depois de apagar os arquivos do SSD em questão, ele mergulha em um estupor por vários segundos, durante os quais reduz seu desempenho em uma ordem de magnitude e reage muito lentamente a quaisquer influências externas. Para ilustrar esse efeito, o gráfico a seguir mostra o desempenho de leitura aleatória e a latência imediatamente após apagar oito arquivos de 8 GB de um SSD.
Embora o Patriot P400 tenha um array de armazenamento flash muito rápido, isso nem sempre o ajuda a oferecer alto desempenho. Afinal, depende muito do controlador, e o chip Innogrit IG5220 usado neste caso ainda é uma solução sem buffer que foi reduzida em termos de recursos, embora mais potente em comparação com outros controladores desse tipo.
⇡#Desempenho de operações de arquivo complexas
A situação com a velocidade do Patriot P400 durante operações normais com arquivos dentro do drive é bastante curiosa. Duas entidades opostas coexistem neste drive: um array rápido de memória flash favorece o alto desempenho, e um controlador sem buffer, que não tem a capacidade de encontrar os dados necessários na memória flash em alta velocidade, favorece o baixo desempenho. Isso resulta em resultados mistos. Quando se trata de cópia simples de arquivos, em que as operações são em sua maioria sequenciais, o Patriot P400 está entre os líderes, perdendo apenas para o Samsung 980 PRO. Mas nos casos em que os arquivos estão sendo arquivados ou descompactados e a carga se torna mais irregular e confusa, o desempenho relativo do Patriot P400 cai visivelmente e perde não apenas para todas as unidades com buffer de DRAM,
⇡#Desempenho do aplicativo
No teste SPECworkstation, que simula o comportamento da unidade em cargas de trabalho com uso intensivo de recursos típicos de sistemas de trabalho produtivos, o Patriot P400 obtém uma pontuação bastante alta. Para drives usados por especialistas em atividades profissionais, o mais importante é a velocidade de leituras de pequenos blocos e gravações lineares. Ambas as operações, desde que estejamos falando de quantidades relativamente pequenas de dados, o controlador Innogrit IG5220 funciona bem. E é por isso que o Patriot P400 no SPECworkstation é mais rápido do que muitos SSDs construídos em controladores de oito canais completos, que não são tão bem otimizados para tais operações. Em particular, soluções baseadas na plataforma Phison E16 (MSI Spatium M470) e até mesmo o Crucial P5 Plus perdem para o drive Patriot.
Observando os resultados do Patriot P400 em faixas individuais do SPECworkstation, seu desempenho brilhante no subteste de Mídia e Entretenimento chama a atenção. Ele simula uma carga de trabalho típica de criação de conteúdo – renderizando cenas complexas em pacotes como 3ds Max, Maya e Blender, bem como processamento e transcodificação de vídeo. Ao mesmo tempo, no cenário de Desenvolvimento de Produto, onde estamos falando de modelagem de engenharia em Solidworks, CATIA, Showcase, Patriot P400, pelo contrário, não brilha com indicadores de alto desempenho.
⇡#Desempenho de jogos
Os resultados do benchmark 3DMark Storage indicam claramente que temos um excelente drive para configurações de jogos. O Patriot P400 supera o Crucial P5 Plus e o Samsung 980 PRO neste teste e parece ser a melhor opção de jogo em geral.
Mas há nuances que aparecem em cenários de teste individuais. Se falarmos especificamente sobre a velocidade de lançamento de aplicativos de jogos com o Patriot P400, essa unidade definitivamente não é a mais rápida. Nesse caso, ele pode ser descrito como uma variante intermediária, comparável, por exemplo, ao Samsung 980 e MSI Spatium M470, mas não ao Samsung 980 PRO e Crucial P5 Plus. A liderança em termos do indicador 3DMark Storage integral se deve ao fato de que o Patriot P400 mostra altas velocidades ao gravar dados nele em casos de salvar o progresso do jogo, instalar jogos nele e simplesmente copiar o diretório com o jogo.
⇡#Testes Sintéticos: Operações Lineares
Em testes sintéticos de velocidades lineares de leitura e gravação, o Patriot P400 novamente demonstra o alto rendimento de seu array de memória flash, montado em chips Micron de 176 camadas. Com esse tipo de carga, esse drive de arquitetura quad-channel está quase em pé de igualdade com os modelos SSD de alto desempenho, que possuem o dobro de canais para comunicação com memória flash. Separadamente, gostaria de observar um fato bastante revelador: a plataforma sem buffer Innogrit IG5220 de baixo custo tem melhor desempenho ao trabalhar com cargas sequenciais do que a plataforma Phison E16, que foi considerada a solução principal há dois anos.
⇡#Testes Sintéticos: Operações de Pequenos Blocos
As unidades de design sem buffer não podem oferecer bom desempenho em operações de blocos pequenos devido ao seu design. Ou melhor, eles podem, mas apenas com a condição de que tais operações sejam realizadas com uma quantidade limitada de dados. Em nossos testes, um array de dados bastante grande aparece – 32 GB, então o Patriot P400 ocupa uma posição baixa nos gráficos e, ao medir o desempenho sob uma carga mista, acaba ficando completamente em último lugar, cedendo a outros SSDs sem buffer . Aqui aparece o principal ponto fraco do SSD em questão, mas é preciso entender que isso é mais uma falha teórica do que prática. Em cenários de usuário comumente usados, praticamente não há operações de pequenos blocos em grande escala.
⇡#Regime de temperatura
Embora as especificações do controlador Innogrit IG5220 digam que sua dissipação máxima de calor não excede 2,5 W (o que é relativamente baixo para os padrões de tais microcircuitos), o Patriot P400 acabou sendo inesperadamente quente. Na verdade, em termos de dissipação de calor, este SSD é superior a todos os outros modelos sem buffer, e a placa dissipadora de calor está instalada nele por um motivo.
Normalmente, testamos as temperaturas do drive durante operações lineares dominadas por leitura mista, e o Patriot P400 funcionou até 94 graus sob essa carga. É verdade que, como segue na imagem abaixo do termovisor, registramos essa temperatura apenas na parte da placa SSD saindo de baixo do dissipador de calor. O sistema de refrigeração em si não esquenta muito. Sua borda mais próxima ao conector M.2, onde está localizado o controlador, atingiu uma temperatura de 83 graus, e a borda oposta aqueceu “apenas” a 72 graus.
Ao mesmo tempo, a temperatura que o drive relatou sobre si mesmo através do SMART foi de apenas 77 graus, o que nos permite falar sobre alguma subestimação de indicadores reais por software. O gráfico de mudanças de temperatura em uma carga de cinco minutos de acordo com a própria telemetria do SSD é o seguinte.
A principal conclusão que se segue deste gráfico é que, apesar do Patriot P400 não poder ser chamado de frio, ele não cai em estrangulamento durante a operação. Seu firmware é configurado de tal forma que o desempenho só é reduzido quando o drive ultrapassa a marca de 115 graus, e está muito longe disso.
⇡#Conclusões
A análise que você acabou de ler não é um simples relatório de teste sobre o próximo modelo de SSD de um fabricante de segundo nível. Este é um material fundamentalmente importante que muda fundamentalmente a ideia do que os SSDs com um design sem buffer podem ser. Se antes a falta de memória DRAM própria de uma unidade significava desempenho bastante baixo e a enviava automaticamente para a seção de soluções de compromisso baratas, o Patriot P400 mostrou que era hora de desistir de tais julgamentos estereotipados.
Até agora, o Samsung 980 era considerado o disco sem buffer mais rápido. Além disso, como a prática mostrou, seu desempenho é geralmente satisfatório para o usuário de massa e, graças a isso, o Samsung 980 conseguiu se tornar um dos SSDs mais populares do mercado. mercado. Mas o Patriot P400 é uma solução sem buffer em uma classe acima: em termos de desempenho, esse drive não apenas supera o Samsung 980, mas também pode competir com muitos SSDs completos que anteriormente eram considerados opções muito boas. Portanto, é pelo menos tão bom quanto o sucesso Samsung 970 EVO Plus e várias unidades PCIe 4.0 construídas na plataforma Phison E16.
A combinação do novo controlador Innogrit IG5220 e o TLC 3D NAND de 176 camadas da Micron torna o Patriot P400 um sucesso tão significativo. A força dessa combinação de componentes se manifesta em pelo menos duas situações. Em primeiro lugar, o Patriot P400, apesar de ser um array de memória flash sem buffer e de quatro canais, é capaz de realmente usar a largura de banda do barramento PCIe 4.0 – sua velocidade de leitura linear máxima excede 5 GB / s. Em segundo lugar, também se destaca por sua velocidade de leitura aleatória sem pipeline excepcionalmente alta, que pode desenvolver ao trabalhar com pequenas quantidades de dados. Ambos os fatores se somam para tornar o Patriot P400 uma boa escolha para sistemas de consumo típicos que não exigem desempenho excepcional sob cargas pesadas de disco.
Claro, o Patriot P400 não pode abalar a posição dos líderes de mercado de SSDs. Drives como o Samsung 980 PRO ou o WD Black SN850 são inegavelmente mais rápidos, especialmente quando se trata de escolher SSDs para sistemas que se enquadram na categoria “estação de trabalho”. No entanto, eles também são mais caros, não tendo chance de se tornarem soluções de massa. Mas a popularidade do “popular” Samsung 980, o drive Patriot testado pode facilmente abalar, a menos, é claro, que o Patriot estabeleça um preço semelhante por ele.
Temos que prestar atenção especial à questão do preço, pois no momento o Patriot P400 por algum motivo custa significativamente mais que o Samsung 980, embora claramente não deva ser assim. Isso pode ser confirmado pelo fato de que um drive ADATA Legend 840 semelhante, que também é baseado no controlador Innogrit IG5220, é vendido muito mais barato que a solução Patriot. Portanto, esperamos que o preço do Patriot P400 caia e, então, podemos recomendá-lo com segurança para quem procura um pendrive barato, mas rápido.