Самостоятельная сборка карт памяти CFexpress Type B из SSD M.2 2230: достоинства и недостатки подхода

Адаптер CFexpress Type B для SSD M.2 2230
Тестирование
Методика тестирования
Участники тестирования
Заполнение данными
Работа с большими файлами
Комплексное быстродействие
Итого

Методика тестирования накопителей образца 2021 года

В предыдущих материалах мы познакомились с несколькими картами CFexpress Type B двух производителей и заодно неоднократно упомянули основную их проблему с точки зрения потребителя: цена. Понятно, что самые быстрые карты памяти на рынке стоить дешево не могут. Тем более, и оборудование, для которого нужны такие скоростные характеристики носителей, к массовому сегменту по-прежнему никак не относится, так что всё вроде бы нормально сочетается: на фоне цены «тушек» и набора «стекол» стоимость носителей перестает иметь существенное значение. Но всегда хочется сэкономить.

Масла в огонь добавляет и понимание внутреннего устройства таких карт. По большому счету, что CFexpress, что SD Express (пока оказавшийся невостребованным со стороны производителей техники, но формат-то существует, и карты такие уже встречались) представляют собой совершенно обычные NVMe SSD в специальной упаковке. Для SD Express, впрочем, нужно обеспечение совместимости с обычным интерфейсом SD UHS-I, что требует специальных контроллеров, но для CFexpress и это не обязательно. Поэтому мы уже обнаружили как минимум два знакомых контроллера — Maxio MAP1602 и Phison E21T, — которые используются как в картах CFexpress, так и в бюджетных твердотельных накопителях. Флэш-память, естественно, тоже аналогичная. А цены — разные. В результате 2 ТБ в формате M.2 как правило обходятся дешевле, чем 512 ГБ в виде карты CFexpress Type B.

Обидно, понимаешь! Особенно в условиях ограниченных денежных средств. Да, на фоне стоимости техники, использующей такие носители, эти рассуждения выглядят забавно. Но ведь места много не бывает. Особенно если экспериментировать с тем самым 8К-видео в RAW-формате, где одна минута записи занимает десятки гигабайт дискового пространства. Возникают потребности в нескольких терабайтах такового, которые по стоимости потянут уже на десятки терабайт в пересчете на «обычные» SSD. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в чью-то светлую голову очень давно пришла идея совместить разные направления флэш-продуктов.

Адаптер CFexpress Type B для SSD M.2 2230

Базируется эта идея на том, что сам по себе формат Type B, унаследованный еще от XQD, по современным меркам достаточно габаритный — по всем трем измерениям. Твердотельный накопитель самого распространенного вида M.2 2280 в такие размеры не впихнешь, а вот M.2 2230 помещается как раз. Проблем с интерфейсом нет: и там, и там PCIe, причем в картах линий меньше. Так что нужен просто механический переходник, выпуск которых давно освоили китайские компании.

Неисправимые. Лет 30 назад на развалах всех веселили штампованные в Китае CD с пиратским софтом с гордыми заголовками «Вся мульпимедла для вашего ПК!». Судя по надписи «Maed in China», и к английскому на местности относятся без особого пиетета 🙂

Стоят такие железки копейки, хотя сами SSD — конечно нет, да и выбор в этом формате ограниченный. Но всё познается в сравнении, а сопоставление цен карт и дисков было озвучено выше. Поэтому самостоятельное «производство» карт совсем уж непопулярным не назовешь.

Благо сам по себе процесс очень прост: надо купить SSD и переходник, либо даже несколько штучек и того, и другого, и наделать карточек. Никаких неудобств на первый взгляд нет — спорт своеобразный, но не сказать, что совсем уж непопулярный, так что производители разных аксессуаров давно обратили на него внимание. Потенциальных покупателей также соблазняет, что всё аккуратно встает на свои штатные места, и с камерой ничего делать не нужно.

Это существенное отличие от адаптеров-«выкидышей», позволяющих подключить к камере практически любой SSD формата M.2 2280, но ценой неудобства конструкции, бо́льшая часть которой будет болтаться снаружи камеры, заодно заставляя держать открытой крышку отсека для карт. Любители такого находятся (так что и товары в продаже есть), но понятно, что нормально таким колхозингом можно пользоваться лишь в стационарных условиях в пределах помещения. Сборка же карты на базе SSD M.2 2230 таких проблем не вызывает.

Однако у нее есть свои недостатки, связанные с подбором подходящего SSD. Для начала, по максимальной емкости здесь ничего не выиграешь: большинство накопителей формата M.2 2230 на данный момент ограничены объемом 1 ТБ. Модели на 2 ТБ обычно основаны на QLC-памяти, а для потоковой записи больших объемов информации это решение непригодно. Да и с TLC возможны скоростные проблемы — из-за SLC-кэширования. В картах, как мы видели, либо вовсе отключено кэширование, либо используется маленький статический кэш, не мешающий писать за его пределами без радикального снижения скорости. Для SSD же характерно динамическое кэширование, приводящее к необходимости «разгребать» записанные раньше данные, что автоматически приводит к просадкам скорости ниже допустимой для старших видеорежимов. С этой проблемой уже столкнулись многие первопроходцы направления, выбравшие WD PC SN740. Ну, как выбравшие — долгое время и выбора как такового практически не было, а при необходимости приобрести в таком формате 2 ТБ с TLC-памятью его нет и сейчас. Но недостатком этой модели является SLC-кэш на все свободные ячейки с последующим снижением скорости записи ниже 600 МБ/с, чего не всегда будет достаточно. Сейчас же появились накопители с более удачными схемами кэширования — как это выглядит на практике, мы оценим чуть ниже.

И следует изначально быть готовым к тому, что такие конструкции могут в принципе не заработать в каких-то камерах. Либо сейчас, либо в дальнейшем — по мере обновления их прошивок. Пока всё это направление живо лишь потому, что производители фото- и видеотехники не слишком злобствуют, но кто им запретит-то? А запросить нужную информацию у носителя не так уж сложно. Различия начинаются буквально сразу же: например, выше приведены скриншоты с данными двух карт на одном и том же контроллере, но у «настоящей» карты скоростной режим ограничен PCIe Gen3 прямо на уровне прошивки. Что забавно, количество линий при этом полное — просто еще две физически некуда развести. Можно, конечно, обойти это, выбирая SSD на контроллерах поколения PCIe Gen3, но тогда возможны потенциальные проблемы со скоростями.

Плюс, естественно, прошивки SSD никто не оптимизирует под энергопотребление в «ограниченных» режимах, когда надо быстро-быстро выполнить работу и потом можно долго спать. Длительная работа на максимальной скорости сильно разогревает контроллер, не на максимальной — разогревает слабее, но поспать у контроллера возможности всё равно нет. А теплоотвод во многих камерах изначально оставляет желать лучшего, и иногда при записи сжатого видео сам центральный процессор перегревается за пару десятков минут. К картам у такого режима особых требований нет — ни по емкости, ни по скорости. Но два источника тепла нагревают топку паровоза эффективнее, чем один.

Почему же это направление относительно популярно, несмотря на все недостатки? Цена. Как уже было сказано в начале, стоимость гигабайта в разном исполнении может отличаться в 3-4 раза. Этим можно пренебречь при покупке одной карты на 512 ГБ, но такой емкости слишком мало, чтобы «поиграться» со многими возможностями современных камер. А дальше — простая арифметика. Одни из самых дешевых карт CFexpress Type B на AliExpress под хоть под мало-мальски знакомым названием делает Reletech, но их карта на 1 ТБ стоит как два их же SSD M.2 2230 той же емкости каждый. То есть даже в таком случае будет двукратный выигрыш, усугубленный тем, что еще неизвестно содержимое таких экстремально дешевых карт, а с SSD разобраться попроще. Кроме того, самостоятельная сборка карт памяти — это изначально не российская забава, так что освоившие ее сравнивали несколько другие цены. И экономили, по своим расчетам (при удачном стечении обстоятельств), долларов этак 500, а то и 1000 — что уже никак не назовешь незаметным даже на фоне цены соответствующих камер.

Стоит вообще с этим связываться или нет — каждый решает самостоятельно. Мы же, пользуясь случаем, решили взглянуть и с этой стороны, раз уж вообще занялись картами данного формата, да и возможность представилась. Все нюансы рассмотреть в небольшой статье невозможно, конечно. Но хотя бы пару примеров того, с чем точно придется столкнуться в плане скоростных характеристик — стоит. А больше пары и не получится: такие адаптеры, как выяснилось, на многоразовое использование не слишком рассчитаны. Собрать — просто, разобрать без повреждений — не слишком. Можно было, конечно, еще их докупить, но уже не нужно: у нас под рукой есть всего три SSD нужного формата, однако один из них заведомо для такой переделки не интересен, ибо с QLC-памятью.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье, в которой можно более подробно познакомиться с используемым программным и аппаратным обеспечением. Здесь же вкратце отметим, что мы используем тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и системной платы Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590.

Участники тестирования

Про адаптер всё было сказано выше, а интересных для проверки SSD мы в своих запасах нашли две штуки.

Первым номером, безусловно, WD PC SN740. Как уже было упомянуто, это до сих пор одна из самых популярных моделей для переделки в карту памяти. К сожалению, в ее случае очевидны потенциальные проблемы со скоростью работы из-за алгоритмов SLC-кэширования, поскольку режимов работы при этом всего два: мы либо попадаем в кэш и пишем быстро, либо не попадаем и пишем медленно. Кстати, как будет справляться SSD со своим обслуживанием именно в камере, а не в компьютере — отдельный вопрос.

Поэтому мы взяли дополнительно KingSpec XF-1TB 2230, где реализован и режим прямой записи в TLC-массив, что должно ослабить описанные выше проблемы. Кроме того, использованный здесь контроллер MAP1602 точно встречается в картах памяти — именно его мы наблюдали в Exascend Vigor. А еще XF-1TB 2230 сейчас стоит заметно дешевле, чем PC SN740 той же емкости — если уж экономить, так со вкусом. Впрочем, SN740 на 2 ТБ на данный момент тоже экономически выгоднее обоих терабайтников, да еще и почти эксклюзив по емкости «одним куском» получается. Но есть ли смысл в применении этой модели, будет зависеть от скоростных показателей. Они у «двушки» WD ничем не лучше, чем у терабайтной модификации, так что для пристрелки хватит и ее.

Ну а для сравнения мы взяли уже упомянутую карту Exascend Vigor. Здесь тот же контроллер и аналогичная по скоростным возможностям память (128-слойная YMTC и 176-слойный Micron в SSD на одинаковых контроллерах почти неотличимы), а вот прошивки существенно разные. Так что можно будет оценить, как это сказывается. Причем против карты Vigor играет ее емкость: из терабайта можно выжать гораздо больше, чем из 512 ГБ. Но Exascend и в этом случае удалось получить огромный запас производительности для практического применения. А что будет с самодельными устройствами?

Заполнение данными

В принципе, этот тест — момент истины, после которого станет понятно если не всё, то почти всё.

Заполнение данными SSD WD PC SN740 (1 ТБ)

Например, у WD PC SN740 наблюдается ровно то, о чем говорилось выше: быстро пишем только в кэш (причем настолько быстро на деле не требуется), а за его пределами не добираемся даже до 500 МБ/с. Для обычного применения в компьютере это тоже быстро, конечно. Но придется забыть о 8K N-RAW в тех же камерах Nikon, да и о некоторых режимах ProRes RAW тоже. Правда, если вести запись небольшими порциями, а в паузах уплотнять записанные на карту данные, то проблем не будет. Но будет ли это так работать? Необходимо тестировать в конкретной камере. Если же не ориентироваться на тяжелые для карт режимы, то экономия от «самосбора» как-то резко усыхает: ведь терабайты дискового пространства просто перестанут требоваться, а цена пропорциональна объему.

Заполнение данными SSD KingSpec XF-1TB 2230 (1 ТБ)

У более дешевого «китайца» ситуация лучше — как раз благодаря участку прямой записи. На локальные провалы можно не обращать внимания, в работе они будут сглажены. Главное же — что на достаточных скоростях прописать можно не треть, а три четверти емкости. Правда, «забить» в один прием всю карту не выйдет: на последней четверти камера ругнется на низкую скорость и остановит запись. За небольшие деньги результат хороший — но не идеальный. С другой стороны, учитывая, что такой мутант терабайтной емкости стоит дешевле, чем «настоящие» карты на 512 ГБ, причем временами дешевле в разы, многих подобный результат может удовлетворить. Просто не надо дописывать до конца. Всё равно выгодно 😉

Заполнение данными карты памяти CFexpress Type B Exascend Vigor (512 ГБ)

Сравнение с результатом заполнения данными «настоящей» карты памяти показывает, что вопросы в случае использования SSD вовсе не к «железу», а к прошивке. Обе самодельные карты умеют быстро записывать информацию в кэш. На практике — быстрее, чем нужно в данном сценарии. Но за это наступает расплата, когда приходится уплотнять кэш, переписывая записанные в однобитном режиме данные. Если же кэш попросту отключить, то мы уже, возможно, до 1,6 ГБ/с не допрыгнем, но зато и проваливаться до 500 МБ/с не придется. Обеспечить стабильные 800+ МБ/с (больше на практике пока, напомним, не требуется) с запасом мог бы любой из двух SSD. Мог бы. Но не может. А карты памяти — могут. Причем при тщательном отборе компонентов они могут и больше — даже при меньшей емкости. То есть разная цена все-таки возникает не на пустом месте. Это немножко другой товар.

На этом можно было бы поставить точку, поскольку для практического использования (или неиспользования) самопальных карт этой информации в первом приближении достаточно. Но мы, пользуясь случаем, тесты продолжим: информация лишней не бывает.

Работа с большими файлами

Чтение 32 ГБ данных (1 файл), МБ/с

	Пустой накопитель	Свободно 100 ГБ
Exascend Vigor CFexpress Type B 512 ГБ	1482,7	1480,9
KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ	1484,8	1476,5
WD PC SN740 1 ТБ	1447,7	1435,4

Чтение 32 ГБ данных (32 файла), МБ/с

	Пустой накопитель	Свободно 100 ГБ
Exascend Vigor CFexpress Type B 512 ГБ	1782,8	1783,3
KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ	1785,3	1784,3
WD PC SN740 1 ТБ	1815,7	1814,5

Думаем, можно обойтись одним комментарием к обеим диаграммам. Операции чтения — задача простая, поэтому оба раза мы просто измерили пропускную способность PCIe Gen3 x2 — то есть внешнего интерфейса. Получили немного разные результаты, но для разных режимов это нормально. Да и для разных носителей тоже. Плюс-минус два лаптя от Солнца за счет немного разных способностей в «нормальном» режиме, чуть-чуть сказывающихся и в «ограниченном».

Запись 32 ГБ данных (1 файл)

	Пустой накопитель	Свободно 100 ГБ
Exascend Vigor CFexpress Type B 512 ГБ	1611,2	1620,8
KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ	1605,1	1585,9
WD PC SN740 1 ТБ	1662,7	1662,9

Запись 32 ГБ данных (32 файла), МБ/с

	Пустой накопитель	Свободно 100 ГБ
Exascend Vigor CFexpress Type B 512 ГБ	1695,4	1692,7
KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ	1762,4	1761,2
WD PC SN740 1 ТБ	1814,2	1812,9

В случае записи тоже хватит одного комментария на двоих. Размер тестовых файлов ограничен, так что в обоих случаях на самодельных картах мы вписываемся в SLC-кэш. Проблемы могут возникнуть, только если существенно превысить его размеры, то есть добраться до этих самых «хвостов». Однако в случае SSD KingSpec это сделать очень непросто, да и на WD нужно было записать на порядок больше данных. А у Exascend Vigor проблемам в принципе взяться неоткуда: SLC-кэширование не используется, так что скорости стабильны вне зависимости от объема записываемых данных.

Чтение и запись 32 ГБ данных (последовательный доступ), МБ/с

	Пустой накопитель	Свободно 100 ГБ
Exascend Vigor CFexpress Type B 512 ГБ	1884,6	1877,6
KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ	2415,8	2360,3
WD PC SN740 1 ТБ	2215,2	2268,7

Для карт памяти это исключительно синтетический сценарий, хотя для SSD — очень даже жизненный. Допустим, скачал большой архив и распаковываешь его на тот же диск (обычно именно на тот же, поскольку в среднестатистическом компьютере ровно один диск и есть). Скорость распаковки (в отличие от сжатия) слабо зависит от процессора и других систем компьютера, поэтому для SSD в таких условиях высокая скорость работы как минимум желательна. А производителей карт памяти этот вопрос не беспокоит, и результат — налицо.

Чтение и запись 32 ГБ данных (произвольный доступ), МБ/с

	Пустой накопитель	Свободно 100 ГБ
Exascend Vigor CFexpress Type B 512 ГБ	1455,8	1454,7
KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ	1267,0	1247,5
WD PC SN740 1 ТБ	1024,2	1007,1

Впрочем, в следующем тесте испытуемые проявляют себя обратным образом, хотя для карт памяти эта нагрузка по-прежнему далека от типичной, а для SSD довольно близка (даже максимально близка) к реальной жизни. Это просто показатель того, что оптимизации бывают разными. В случае карты памяти постарались получить не столько высокие, сколько стабильно высокие скорости. Потребительские SSD же «заточены» на высокие пиковые результаты, поскольку живут обычно в режиме «немного работы — много сна». Чем быстрее работу выполнил, тем больше проспал. Но скорость в смешанном режиме легко может оказаться совсем не пропорциональной пикам в «чистой» записи или чтении.

Комплексное быстродействие

Краткое знакомство с новым тестовым пакетом PCMark 10 Storage

На данный момент лучшим комплексным бенчмарком для накопителей является PCMark 10 Storage, с кратким описанием которого можно познакомиться в нашем обзоре. Там же мы отметили, что не все три теста, включенных в набор, одинаково полезны — лучше всего оперировать «полным» Full System Drive, как раз включающим в себя практически все массовые сценарии: от загрузки операционной системы до банального копирования данных (внутреннего и «внешнего»). Остальные два теста — лишь его подмножества, причем, на наш взгляд, не слишком «интересные». А этот — полезен в том числе точным измерением не только реальной пропускной способности при решении практических задач, но и возникающих при этом задержек. Усреднение этих метрик по сценариям с последующим приведением к единому числу, конечно, немного синтетично, но именно что немного: более приближенных к реальности оценок «в целом», а не только в частных случаях, всё равно на данный момент нет. Поэтому есть смысл ознакомиться с этой. Правда, она немного избыточна для оценки даже «полноформатных» и небюджетных внешних SSD, не говоря уже о картах памяти, но нас и само по себе сравнение разных накопителей интересует как минимум в исследовательских целях.

PCMark 10 Storage Full System Drive

	Пустой накопитель	Свободно 100 ГБ
Exascend Vigor CFexpress Type B 512 ГБ	1872	1854
KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ	2120	1906
WD PC SN740 1 ТБ	2338	2246

Как уже не раз было отмечено, любая карта памяти CFexpress Type B может поработать быстрым SSD. А быстрая карта — очень быстрым. Результаты Exascend Vigor на деле примерно равны топовым моделям примерно восьмилетней давности — на восьмиканальных контроллерах с DRAM-буфером. И не в «обрезанном» скоростном режиме. Сейчас эти цифры особого пиетета уже не вызывают, даже относительно недорогие модели научились работать быстрее. Зато проявляется забавный нюанс. Как уже было сказано выше, в Exascend Vigor и в KingSpec XF-1TB 2230 один и тот же контроллер, да и память сопоставима по характеристикам. Емкость отличается, но, в принципе, для этой платформы 512 ГБ — уже почти достаточный объем. А производительность существенно разнится за счет прошивки. В первую очередь — за счет SLC-кэширования, что хорошо видно по скорости заполненного данными диска. Кэширование в таких условиях развернуться в полную силу не может, так что производительность карты и «карты» оказывается близкой. Пока свободного места достаточно, она разная. Вот только на практике в «карточной» сфере применения слишком высокая производительность не нужна. А тому, что нужно, кэширование только мешает.

Итого

Вопрос самостоятельной сборки карт памяти CFexpress Type B мы решили изучить, раз уж вообще взялись за эти карты. По крайней мере, тема «самосборных» карт сразу же начала всплывать в комментариях. На первый взгляд, идея очень привлекательная: получить 2 ТБ по цене в лучшем случае 1 ТБ. Все-таки места вечно не хватает, носители недешевые, элементная база у таких карт и у SSD одинаковая, одно в другое легко переделывается «физически». Казалось бы, ну что может пойти не так?

А «не так» могут сказаться (и сказываются) прошивка и прочие оптимизации. В SSD они нацелены на высокую производительность в штатном режиме, да и в картах тоже. Только вот штатный режим у этих носителей принципиально разный. Фактически единственное, что требуется от карт — стабильная скорость записи больших объемов информации. Причем скорость требуется даже не слишком высокая по современным меркам: 800 МБ/с пока достаточно для любых практически значимых режимов съемки. Но ее нужно вынуть да поло́жить в обязательном порядке. Если скорость будет ниже, то о некоторых форматах съемки придется забыть. А потому стабильные скорости выше порога — не количественное, а качественное требование.

К потребительским SSD качественных требований нет. Стабильность скоростных характеристик здесь обычно не требуется. Она не помешает топовым платформам, но компактные SSD на таких платформах и не выпускаются (на плату не влезает всё необходимое). В остальном же… Даже если скорость в неудобных условиях будет заметно падать, пользователь вполне может этого не заметить. Прерывание процесса съемки из-за невозможности опустошать буфер камеры в нужном темпе — дело совершенно иное. В случае SSD всё оптимизировано под выполнение краткосрочных запросов с максимальной скоростью, что позволяет больше времени проводить в состоянии сна и экономить энергию. При практических тестах в камере, кстати, это могло бы составить проблему для самодельных карт: писать данные очень долго, пусть и на невысокой скорости, обычным внутренним SSD тоже требуется редко, так что и под это их никто не оптимизирует.

Однако нам по результатам исследования даже не пришлось прибегать к «камерным» тестам, поскольку выяснилось, что с типичными для бюджетных потребительских SSD настройками кэширования невозможно обеспечить стабильную скорость записи. Одни модели будут подходить лучше, другие — хуже, но идеально — ни одна из них. Полноразмерные SSD формата M.2 2280 предлагают все-таки куда более широкий выбор — возможно, что-то подобрать удастся. Но для создания самодельных карт памяти приходится укладываться в размер M.2 2230 со всеми его особенностями. Понятно, что стабильно высокая скорость записи требуется только для старших видеорежимов без сжатия. Однако они и являются основными пожирателями дискового пространства. Если же ограничиваться только съемкой фото, например, то и смысла в этой возне становится меньше: можно просто купить одну-две недорогих карты по 512 ГБ, что на фоне цены камеры — мелочи. Серьезно сэкономить удастся, лишь когда нужна высокая емкость карточек. Однако со случаями, когда таковая реально требуется, этот метод экономии совмещается не очень хорошо. Такая вот неудобная дилемма.

25 сентября 2024 Г.

Андрей Кожемяко

Источник: ixbt.com