مراجعة لأقراص SSD لعام 2011: Crucial M4, OCZ Vertex 3, Intel 510/320

ملاحظة هامة: تم تصغير الصور لتناسب الصفحة فاذا أردت رؤية الصور أكثر وضوحاً فتوجه الى مصدر المراجعة.
مصدر المراجعة هنا

 تتطور أقراص الحالة الصلبة (SSD) بشكل سريع جداً، ففي عام 2009 كانت أقراص Intel X25-Mو OCZ Vertex و Crucial M225 بمتحكمات انتل و Indilinx هي المسيطرة على السوق، ولكن في عام 2010 تغير الوضع تماماً بدخول متحكما Marvell و SandForce المنافسة بأقراص Crucial C300 و OCZ Vertex 2 و Corsair Force.
 الان نحن في عام 2011 والمنافسة ما تزال على أشدها للفوز بقمة أداء أقراص SSD.

 الأقراص المتنافسة:
 أقراص 2011:
 Crucial M4 256GB
 Crucial M4 128GB
 Intel 320 300GB
 Intel 320 120GB
 Intel 510 250GB
 Intel 510 120GB
 OCZ Vertex 3 240GB
 OCZ Vertex 3 120GB

 كما تلاحظون الأقراص المختبرة اليوم هي أقراص صدرت هذا العام، وجميعها باستثناء أقراص Intel 320 تأتي بواجهة توصيل SATA 6Gb/s السريعة، وتغطي أقراصنا اليوم ثلاث متحكمات حديثة من شركات Intel و Marvell و SandForce.

 ذواكر فلاش بدقة تصنيع 25 نانومتر
 باستثناء عائلة Intel 510، هذه الأقراص تأتي بذاكرة فلاش بدقة تصنيع 25 نانومتر من تصنيع انتل/ميكرون (IMFT)، والفارق في حجم الشرائح يظهر في الصورة التالية: (الصورة تُقارن بين شريحتان بمساحة 4GB بدقة 34nm وشريحة واحدة بمساحة 8GB بدقة 25nm وأخيراً شريحة واحدة أيضاً بمساحة 8GB بدقة 20nm)

مع صغر دقة التصنيع قل حجم الترانزستورات وبالتالي يمكن الوصول الى نفس المساحة التخزينية ولكن بشرائح أصغر حجماً، فمثلاً حجم الشريحة بمساحة 4GB بدقة تصنيع 34nm هو 172mm²، و167mm² هو حجم الشريحة بمساحة 8GB بدقة 25nm، أما الشريحة بمساحة 8GB وبدقة 20nm فحجمها 118mm²، وهذا بالتالي يؤدي الى تقليل تكلفة الانتاج مما ينعكس بالإيجاب على أسعار أقراص SSD.

 دقة التصنيع لذاكرة فلاش (MLC NAND) ذات الحجم الأصغر بالرغم من تأثيرها الايجابي على السعر الا أنها لا تأتي بدون عيوب، فخلايا الذاكرة (الترانزستورات) مع هذه الدقات المنخفضة تصبح أقل تحملاً ويقل عدد مرات كتابة/مسح البيانات وبذلك يقل عمرها الافتراضي. في دقة 34nm كانت عدد مرات مسح/كتابة البيانات (قبل أن تتلف خلية الذاكرة) هي 5000 مرة، أما مع دقة تصنيع 25nm انخفض هذا الرقم الى 3000، المتحكم في هذا الحالة (ودائماً) يحاول بقدر الامكان خفض معدل تلف خلايا الذاكرة (Wear Leveling) وخفض معدل تضخم الكتابة (write amplification)، تقول شركة انتل مثلاً أن ٌقرصها بمساحة 120GB يتحمل كتابة 20GB يومياً لمدة 5 سنوات، وشركة Crucial تذكر 40GB يومياً لأقراصها بمساحة أكبر من 64GB و20GB يومياً لتلك التي بمساحة 64GB.
 الشيء الآخر من عيوب الانتقال لدقة تصنيع أصغر هي انخفاض الأداء المتوقع وذلك بسبب أن معدل الأخطاء سيرتفع مما سيؤدي بالمتحكم الى استهلاك وقت أطول محاولاً تصحيح هذه الأخطاء (ECC).

 النقطة الأخيرة بخصوص ذاكرة فلاش بدقة 25nm ومع وصول الشرائح بمساحة 8GB حدثت بعض التغييرات المعمارية بالمقارنة مع دقة 34nm، فقد تم تغيير مساحة الصفحة (Page) من 4KB الى 8KB وتغيرت مساحة الوحدة (Block) من 512KB الى 1MB، هذا التغيير ربما يساعد على زيادة سرعة القراءة والكتابة التتابعية، ولكن سرعة المسح واعادة الكتابة ستنخفض.

 Crucial M4
 أعلنت شركة ميكرون عن أقراصها RealSSD C400بمعرض CES في شهر يناير من هذا العام، كانت الأقراص C300 تصدر تحت العلامة التجارية "Crucial" وهي الذراع التسويقي لشركة ميكرون، ولكن تم تغيير الاسم الى Crucial M4 وستصدر الأقراص C400 تحت اسم شركة ميكرون للشركات OEM، ولكن لا فارق بينهما سوى التسمية فقط. سلسلة أقراص C300 والتي صدرت منذ عام كانت ممتازة جداً من ناحية الأداء والسعر وكانت من أوائل الأقراص التي تعمل على واجهة SATA 6Gb/s السريعة.

 أقراص Crucial M4 تأتي بنفس المتحكم القديم Marvell 88SS9174 لكن بتعديل (Revision) BLD2 بينما الأقراص القديمة C300 كانت تأتي بتعديل BJP2، وطِبقاً لشركة ميكرون فالفارق الأساسي هو في الـ Firmware وليس بنسخة المتحكم المُستخدم.
 الجدول التالي يُبيّن أداء هذه الأقراص:
بالمقارنة مع العائلة السابقة (C300) وفي نفس المساحة فقد زادت سرعة القراءة بحوالي 17% وزادت سرعة الكتابة بحوالي 20.9% الى 26.7%، كما زادت أيضاً سرعة الكتابة العشوائية ولكن سرعة القراءة العشوائية انخفضت!
الصورة السابقة هي للقرص Crucial M4 128GB من الداخل فهو يحتوي على المتحكم Marvell 88SS9174 وذاكرة للكاش من شركة ميكرون و16 شريحة ذاكرة فلاش بمساحة 8GB لكل شريحة وبدقة تصنيع 25nm، مساحة الصفحة 4KB ومساحة الوحدة 1MB.
الصورة السابقة هي للقرص Crucial M4 256GB من الداخل وهو يختلف عن النسخة بمساحة 128GB في شرائح ذاكرة فلاش التي تأتي بمساحة 16GB لكل شريحة، هذه المرة أصبحت مساحة الصفحة 8KB ومساحة الوحدة أصبحت 2MB.

 المساحة الفارغة الداخلية (Spare Area) لهذه الأقراص والتي تُستخدم لخفض معدل تلف البيانات ولتحسين الأداء تقدر بحوالي 7%.

 OCZ Vertex 3
 أقراص OCZ Vertex 3 هي أول الأقراص التي تَستخدم متحكم SandForce SF-2000، علاقة شركة OCZ توطدت مع شركة SandForce منذ اطلاق أقراص OCZ Vertex 2 ونجاحه ليصبح أحد أكثر أقراص SSD شعبية العام الماضي ولتصبح شركة OCZ الشريك الأول لشركة SandForce وما يترتب على ذلك من معاملة تفضلية!

 المتحكم الجديد وطِبقاً لكلام شركة SandForce يصل لسرعة 500 MB/s للقراءة والكتابة وهذا الأداء يعتبر ضعف ما كان يقدمه الجيل السابق، كما أن عدد العمليات في الثانية (IOPS) قد تضاعف أيضاً من 30,000 الى 60,000، شركة OCZ تستخدم في أقراصها Vertex 3 نسخة المتحكم الموجه للمستهلكين FS-2281 مع ذاكرة بدقة 25nm من IMFT. متحكم SandForce لا يستخدم شرائح DRAM لذاكرة كاش كما بالمتحكمات الأُخرى ولكنه يُخصص جزء من ذاكرة فلاش لهذا الغرض.

 حتى الان لا توجد الا المساحات 120 و 240 و 480 جيجابايت من أقراص Vertex 3، والجدول التالي يوضح أداء هذه الأقراص:
كل الأرقام السابقة تأتي عند استخدام بيانات قابلة للضغط وهذه هي أفضل الحالات، فمتحكم SandForce يقوم بضغط البيانات قبل كتابتها الى ذاكرة فلاش للحفاظ على ذاكرة فلاش ولتسريع عمليات القراءة والكتابة، هذا الضغط يعمل جيداً مع البيانات القابلة للضغط (مثل ملفات النصوص) ولكن مع الملفات الغير قابلة للضغط (مثل ملفات الوسائط المتعددة والصور) فهذه الطريقة غير فعّالة وينخفض الأداء حين ذلك.
كما تلاحظ أيضاً بالجدول السابق فالقرص بمساحة 120GB هو أقل الأقراص سرعة أثناء القراءة العشوائية.
الصورة السابقة للقرص OCZ Vertex 3 120GB من الداخل يحتوي على متحكم Sand Force SF-2281 و16 شريحة ذاكرة فلاش من شركة انتل بدقة تصنيع 25nm وكل شريحة بمساحة 8GB.
الصورة السابقة للقرص OCZ Vertex 3 240GB من الداخل بنفس المتحكم السابق و16 شريحة ذاكرة فلاش من شركة انتل بدقة تصنيع 25nm وكل شريحة بمساحة 16GB، ومساحة الصفحة 8KB ومساحة الوحدة 2MB.

 المساحة الفارغة الداخلية (Spare Area) لهذه الأقراص تقدر بحوالي 12.7% تستخدمها لخفض معدل تلف ذاكرة فلاش ولتحسين الأداء وكذلك في تقنية SandForce RAISE وهذه التقنية تهدف لمنع فقد البيانات في حالة تلف جزء من ذاكرة فلاش.

 Intel SSD 320
 هذه الأقراص هي بالفعل الجيل الثالث من أقراص X25-M، أقراص X25-Mتم اطلاقها في العام 2008 وكانت بذاكرة فلاش بدقة تصنيع 50nm ولكم تم استبدال هذه الأقراص بالجيل الثاني في سبتمبر من عام 2009 والذي حمل اسم رمزي "Postville"، وجاءت بذاكرة فلاش بدقة تصنيع 34nm ودعمت الأمر TRIM، أقراص X25-Mسيطرت على سوق أقراص SSD في العام 2009 بمشاركة أقراص OCZ Vertex (بمتحكم Indilinx Barefoot).

 أقراص عائلة Intel SSD 320 تأتي كتحديث للجيل الثاني من أقراص X25-M، بواجهة توصيل SATA 3Gb/s ونفس المتحكم السابق Intel PC29AS21BA0 ولكن هذه المرة بذاكرة فلاش بدقة تصنيع 25nm الأقل ثمناً من ذاكرة فلاش 34nm والأقل عمراً أيضاً، ولكن شركة انتل تقول أن هذه الأقراص الجديدة يمكن الكتابة عليها بمقدار 20GB يومياً وحتى 5 سنوات بدون أن تتلف ذاكرة فلاش (مع العلم أن الاستخدام الطبيعي المكتبي يتراوح بين 5 و10 جيجابايت يومياً).

 الجيل السابق وصل لمساحة 160GB ولكن كما سترى في الجدول التالي فالأقراص الجديدة وصلت حتى 600GB!
الأداء بوجه عام ارتفع عن الجيل السابق وخصوصاً في الكتابة.
الصورة السابقة للقرص Intel SSD 320 120GBمن الداخل متحكم Intel PC29AS21BA0 وذاكرة كاش DRAM من شركة Hynix بمساحة 64GB، أما عن ذاكرة فلاش فوضعها مختلف قليلاً عن المعتاد فهو يحتوي على 10 شرائح بدقة 25nm أربعة منها بمساحة 8GB لكل شريحة وباقي الستة شرائح كل شريحة تأتي بمساحة 16GB، هذا الترتيب بسبب أن المتحكم يستطيع أن يقسم ذاكرة فلاش الى 5 أو 10 قنوات فقط وبالتالي لا يمكن الحصول على مساحة 120GB الا بهذه الطريقة.
الصورة السابقة للقرص Intel SSD 320 300GB من الداخل يحتوي على 20 شريحة من ذاكرة فلاش بدقة 25nm وكل شريحة بمساحة 16GB.

 المساحة الفارغة الداخلية (Spare Area) لهذه الأقراص تقدر بحوالي 12.7% تستخدمها لخفض معدل تلف ذاكرة فلاش ولتحسين الأداء.

 Intel SSD 510
 منذ العام 2008 وشركة انتل تستخدم متحكم واحد من صنعها، ولكن مع هذه الأقراص Intel SSD 510 ولأول مرة تستخدم انتل متحكم من شركة أخرى لتقدم أقراص بواجهة توصيل SATA 6Gb/s.

 هذه الأقراص تستخدم ذاكرة فلاش بدقة تصنيع 34nm وتستخدم نفس المتحكم الموجود بأقراص Crucial M4 وCrucial C300 وهو متحكم Marvell 88SS9174 ولكن بتعديل (Revision) BKK2، الـ Firmware المستخدم في هذه الأقراص كُتب بالتعاون مع شركة مارفل وخصيصاً لهذه العائلة من الأقراص.

 الجدول التالي يبين أداء هذه الأقراص:
السرعة التتابعية ممتازة وهي أعلى بحوالي من 10% الى 20% مما تقدمه أقراص Crucial M4 ولكن ذلك يأتي على حساب السرعة العشوائية المنخفضة بحوالي 6 مرات!
الصورة السابقة لقرص Intel SSD 512 120GB من الداخل يحتوي على متحكم Marvell 88SS9174-BKK2 وذاكرة كاش DRAM من شركة Hynix بمساحة 128MB و16 شريحة ذاكرة فلاش بدقة تصنيع 34nm وكل شريحة بمساحة 8GB.
الصورة السابقة لقرص Intel SSD 512 250GB ويختلف عن السابق باحتوائه على شرائح بمساحة 16GB.

 المساحة الفارغة الداخلية (Spare Area) للقرص بمساحة 120GB هي 12.7% أما القرص بمساحة 250GB فالمساحة الفارغة به حوالي 9.1%.

 الاختبارات النظرية
 في هذه المراجعة تم اختبار كل قرص على 4 وضعيات مختلفة كالتالي:
 *واجهة SATA 6Gb/s وباستخدام بيانات غير قابلة للضغط (incompressible).
 * واجهة SATA 6Gb/s وباستخدام بيانات قابلة للضغط (compressible).
 * واجهة SATA 3Gb/s وباستخدام بيانات غير قابلة للضغط (incompressible).
 * واجهة SATA 3Gb/s وباستخدام بيانات قابلة للضغط (compressible).

 للمقارنة سيتم المقارنة أيضاً مع أقراص عام 2010:
 Corsair Force 120 Go (SandForce SF-1200 + Flash IMFT 34nm)
 Crucial C300 128 Go (Marvell 88SS9174 + Flash IMFT 34nm)
 Crucial C300 256 Go (Marvell 88SS9174 + Flash IMFT 34nm)
 G.Skill Falcon II 128 Go (Indilinx Barefoot + Flash IMFT 34 nm)

ملاحظة هامة: في الاختبارات النظرية سأدرج هنا فقط صور النتائج على واجهة SATA 6Gb/s وباستخدام بيانات غير قابلة للضغط (incompressible) واذا أردت الاطلاع على باقي النتائج فتوجه الى مصدر المراجعة.

القراءة والكتابة التتابعية (Sequential throughput)
الصورة السابقة لسرعة القراءة والكتابة التتابعية ببيانات غير قابلة للضغط وعلى واجهة SATA 6Gb/s (اللون الأصفر يمثل الكتابة والأخضر يمثل القراءة).

 سرعة القراءة التتابعية على واجهة SATA 6Gb/s لأقراص OCZ Vertex 3 تعدت 500 MB/s بغض النظر عن نوع الملفات بعكس الأجيال السابقة، يتبعهم قرص Intel 510 ثم Crucial M4 ثم C300، أقراص Intel 320 حققت سرعة قراءة بحوالي 272 MB/s فقط.

 أما سرعة الكتابة فهناك فارق ملحوظ بين النسخ الكبيرة المساحة والنسخ الأصغر مساحة لنفس العائلة، أفضل الأقراص في سرعة الكتابة التتابعية كان القرص Intel 510 250GB وحقق 316 MB/s وتبعه القرص OCZ Vertex 3 240GB ويليه مباشرة Crucial M4 256GB، أما الأقراص بمساحة 120-128 جيجابايت فجاء القرص OCZ Vertex 3 متأخراً عن أقراص Intel 510 و Crucial M4.

 أداء القرص OCZ Vertex 3 120GB في الكتابة التتابعية أقل كثيراً من النسخة الأكبر بمساحة 240GB أثناء التعامل مع الملفات الغير قابلة للضغط.

 أداء القراءة العشوائية (Random Read)
الصورة السابقة تمثل سرعة القراءة العشوائية باستخدام بيانات غير قابلة للضغط وبطابور أوامر من 1 الى 32 على واجهة SATA 6Gb/s.

 بالرغم من أن هذه الأقراص الجديدة تقدم زيادة كبيرة في الأداء التتابعي الا أن أداء القراءة العشوائي متواضع، وكانوا جميعاً أقل من مستوى أداء قرص الجيل السابق Crucial C300!

 أسرع الأقراص الجديدة كانت أقراص Crucial M4 وكانت النسخة بمساحة 128GB أسرع من القرص بمساحة 256GB وربما السبب أن ذاكرة فلاش القرص M4 128GB بمساحة صفحات تقدر 4KB لكل صفحة بعكس القرص M4 256GB والذي يستخدم صفحات بمساحة 8KB لكل صفحة.

 يأتي بالمركز الثاني من بين الأقراص الجديدة أقراص Intel 320.

 أقراص Intel 510 و OCZ Vertex 3 هي أبطأ الأقراص الجديدة والثاني أسرع عند زيادة عدد الأوامر (Queue Depth) عن 4.

 هناك فارق في الأداء بين أقراص متحكم SandForce بحسب نوع البيانات (مضغوطة أو غير مضغوطة) ولكنه فارق صغير، كذلك الفارق في الأداء بين العمل على واجهة SATA 6Gb/s وواجهة SATA 3Gb/s صغير أيضاً، ولكنه ملحوظ على أقراص Crucial M4 عند زيادة الأوامر عن 4.

 تابع الموضوع بالمشاركة القادمة....