Охлаждение для SSD-накопителей форм-фактора M.2

Изобретение твердотельных накопителей произвело настоящую революцию на рынке памяти. С тех пор жесткие диски перестали быть узким местом, тормозящим вычислительную мощность современного аппаратного обеспечения ПК.

Вторая волна этой революции началась два года назад, когда на рынке появились первые накопители, работающие на базе спецификации NVMe, скорость которых во много раз превышает скорость SSD, подключаемых по интерфейсу SATA.

Скорость последовательного чтения современного диска NVMe (например, Samsung 960 EVO) составляет примерно 3 Гбайт/с, последовательная запись того же диска достигает 1,7 Гбайт/с. А ведь предел скорости самых лучших твердотельных накопителей SATA составляет 600 Мбайт/с, что определяется пропускной способностью SATA-интерфейса. Одним словом, диски стандарта NVMe — это самое верное решение для всех высокопроизводительных ПК.

Но подобные накопители являются «горячей штучкой», причем в самом прямом смысле. Высокие скорости передачи данных по время чтения и записи требуют больше энергозатрат, чем у твердотельных накопителей SATA, в результате чего диски NVMe быстро нагреваются. Так, при тестировании накопителя Corsair MP500, он нагревался до 90 °C во время передачи больших объемов данных.

SSD-накопители NVMe и проблема теплоотвода

Существуют твердотельные диски NVMe, которые во избежание перегрева в процессе записи сбрасывают скорость уже через 20 с. За это время наш тестовый SSD успел записать примерно 30 Гбайт данных. Вроде как и много, но ведь 30 Гбайт может занимать всего один фильм в 4K или одна современная компьютерная игра.

Другие накопители NVMe (например, из серии Samsung 960) благодаря ­дополнительному слою меди, предназначенному для теплоотвода, выдерживают около полутора минут до срабатывания температурного троттлинга.

Ситуация осложняется тем, что новое поколение твердотельных накопителей, как правило, выпускается в виде компактных тонких карт расширения форм-фактора M.2. Их га­бариты составляют примерно три миллиметра в высоту и в среднем восемь сантиметров в длину, и они устанавливаются в соответствующий разъем параллельно материнской плате.

В этом положении тепло отводить не так просто, как, например, на видеокарте, установленной в разъем PCIe. Но разъем PCIe является альтернативным вариантом монтажа твердотельного накопителя NVMe с помощью переходника, на который крепится карта M.2, — так накопление тепла можно сделать более умеренным.

Тем не менее обычные китайские адаптеры за 100–200 рублей практически не решают проблему теплоотвода, поэтому мы рассмотрели специальные решения по охлаждению для накопителей M.2 и измерили то, насколько долго они позволяют накопителю работать на пике производительности, если позволяют вообще.

Стресс-тест радиаторов для твердотельных накопителей

Охладители для NVMe существуют в двух исполнениях: как адаптеры PCIe и как охлаждающие ребра, которые устанавливаются непосредственно на плату M.2. На рынке предлагаются два охладителя второго типа: Alphacool HDX M.2 примерно за 2000 рублей и kryoM.2 micro производства Aqua Computer, который стоит около 700 рублей. Однако рекомендовать непосредственно устанавливаемые радиаторы мы можем только условно, поскольку их установка весьма затруднительна (см. выше).

Для владельцев ПК, на наш взгляд, более удобным вариантом является адаптер PCIe. Для тестирования мы подобрали три продукта: Aqua Computer kryoM.2 evo примерно за 2500 рублей, Eisblock HDX-2 производства Alphacool (около 6000 рублей) и Angelbird Wings PX1 почти за 5000 рублей.

Все три адаптера поставляются в виде небольшого комплекта (см. блок вверху) с одними и теми же деталями: на карту M.2 накладывается термопрокладка: для Wings PX1 — с одной стороны, в случае с Eisblock и kryoM.2 evo — с обеих, и только затем с помощью винтиков на них монтируются радиаторы.

Проще всего устанавливать kryoM.2, в том числе и потому, что используется только один тип винтиков. С Eisblock придется немного пово­зиться. Но все же монтаж радиаторов несложен, в особенности с учетом того, что к каждому из них прилагается обстоятельное руководство с иллюстрациями.

Испытания в лаборатории Chip

В тестировании использовался сильно нагревающийся во время работы твердотельный накопитель Corsair MP500 480GB. Кроме того, мы проверили, как срабатываются внешние радиаторы с уже встроенным охлаждением на Samsung 960 EVO. Тестирование было проведено с помощью программы для измерений DiskBench, которую мы обычно используем для определения скоростей твердотельных накопителей.

Чтобы в буквальном смысле разогреть накопители, мы запустили пять прогонов по сто секунд последовательного чтения, сразу за которыми следовали сто секунд последовательной записи, и в заключение еще раз пять прогонов по двести секунд чтения. Для проб мы использовали ту же материнскую плату, которую обычно берем для тестирования SSD-накопителей. Она установлена в хорошо вентилируемый корпус ПК.

В целях эксперимента мы частично заклеили вентиляционную решетку, так что поток воздуха хоть и проходил, но был ограничен — это тоже должно было поспособствовать нагреву накопителя. Результаты мы сравнивали с показателями по передаче данных, которых Corsair достигал без охлаждения.

Во время чтения и записи больше всего тепла производит не флеш-память, а контроллер. Эта микросхема отвечает за получение данных, их запись в кеш или во флеш-память, а также их считывание оттуда. Из всего перечисленного наиболее сложную задачу представляет запись данных; данную операцию контроллер выполняет дольше, чем чтение. Это же показывают результаты наших измерений.

Без охлаждения скорость передачи данных Corsair во время записи с 20-й секунды падает с 1,3 Гбайт/с до 1 Гбайт/с после 27-й. Потом кривая сглаживается, и к 100-й секунде Corsair записывает уже со скоростью всего около 800 Мбайт/с. Если же накопитель в процессе записи охлаждается, скорость в пределах 1,3 Гбайт/с сохраняется на протяжении всего процесса записи. В этом сценарии все наши испытуемые продемонстрировали отличную работу.

На высоких скоростях: с охлаждением и без него

А вот с чтением ситуация немного другая. Без охлаждения скорость передачи данных Corsair почти сразу же после холодного старта периодически резко снижается и тут же поднимается. В первый период скорость после восьми секунд работы неожиданно падает с 2,5 Гбайт/с до 2 Гбайт, а с 70-й секунды, когда накопитель остывает, снова «прыгает» до 2,3 Гбайт/с.

Следующие периоды протекают так же, только скорость продолжает падать и устанавливается на уровне 1,7 Гбайт/с — и лишь в отдельных случаях срывается до 1,5 Гбайт/с. Corsair осиливает 2 Гбайт/с и потом борется за 2,3 Гбайт/с, прежде чем снова сдаться.

Сразу после холодного старта наилучшим образом проявляет себя радиатор Wings PX1. Адаптер PCIe выравнивает Corsair на уровне 2,2 Гбайт/с и быстрее его «встряхивает» — и накопитель вновь достигает 2,4 Гбайт/с. Оба других адаптера устанавливают скорость на уровне 2,1 Гбайт/с, но позже, чем Wings, достигают 2,4 Гбайт/с.

Тестовый прогон с Corsair показывает, что в целом радиаторы в значительной степени влияют на скорость передачи данных. При записи их работа ощущается уже после седьмой секунды, в течение которых Corsair успевает записать около 9 Гбайт данных. При чтении же радиаторы принимаются за дело практически сразу, поскольку твердотельный накопитель без охлаждения не может достичь пика, за исключением нескольких секунд после запуска.

Когда радиатор неправильно охлаждает

С тестовыми прогонами на Samsung 960 EVO дела обстоят по-другому, поскольку радиаторы, по всей видимости, не вполне могут поддерживать процесс отвода тепла. Кроме того, адаптеры PCIe Eisblock и kryoM.2 evo не позволяют накопителю достичь максимальной скорости: без радиаторов в самом начале Samsung выдает скорость более 3,1 Гбайт/с, а с этими двумя охладителями — только около 3 Гбайт/с в среднем.

Эффекта торможения не производит только Wings PX1. Но если Samsung нагревается во время работы, ни один из радиаторов не оказывает существенного положительного воздействия. Скорее на­оборот: даже PX1 сохраняет уровень около 3 Гбайт/с, в то время как нагретый EVO и без радиатора достигает 3,1 Гбайт/с.

В скорости передачи данных у EVO тоже наблюдаются колебания: она может упасть до 2,9 Гбайт/с, и радиаторы не могут предотвратить такие падения. Они могут только выравнивать отдельные отклонения: иногда EVO без радиаторов кратковременно снижает скорость примерно до 2,7 Гбайт/с, а с радиаторами такого не случается.

С такой же скептической позиции нужно подходить к рассмотрению охладителей, которые устанавливаются на карту M.2 непосредственно, без адаптера. Несмотря на то что они оказывают такое же охлаждающее воздействие на карты, как и адаптеры, их установка сопровождается некоторыми рисками.

Радиаторы, теплопроводящие прокладки и накопитель крепятся друг к другу с помощью клипс. Если накопитель немного выше или если его поверхность неровная, например, если чипы установлены по обеим сторонам карты, как на нашем тестовом Corsair, радиатор загоняется в крепление с трудом, и если на секунду потерять бдительность, можно погнуть или вообще повредить накопитель.

Советы по увеличению скорости накопителей NVMe

Если вы являетесь счастливым обладателем накопителя NVMe, вам следует обратить внимание на некоторые детали. Высокоскоростные твердотельные накопители передают данные через PCI-Express. На современных материнских платах линии PCIe проходят к процессору либо напрямую, либо через чипсет.

Для оптимального прохождения данных предпочтительнее вариант с прямым соединением. На современных материнских платах, как правило, предусмотрены два слота PCIe для видеокарт. Если вы используете только одну видеокарту, на второй слот можно установить накопитель NVMe.

Преимущество в скорости с драйверами от производителя

«Правильный» драйвер обеспечивает большой выигрыш в скорости. Несмотря на то что Microsoft интегрировала в Windows 10 собственные драйверы для NVMe, в результате чего проблем с установкой ОС не возникает, они не оптимизированы под отдельно взятый накопитель и не могут «выжать» из него максимальной мощности. А для накопителей Samsung использование драйверов производителя во многих случаях увеличивает скорость до двух раз — их можно скачать прямо с сайта компании.

Тем не менее, если вы владелец готового ПК или ноутбука, на который установлен накопитель NVMe производства Samsung, это не значит, что вам будет просто найти нужный драйвер. Многие свои диски Samsung продает в виде версий OEM, которые вносятся в Windows под загадочными аббревиатурами вроде MZFLV.

На рисунке сверху представляем расшифровку наиболее популярных моделей и подходящие к ним драйверы, поскольку для OEM-моделей Samsung не обеспечивает прямой поддержки. Для OEM-накопителей серии 950 можно, например, использовать драйверы для Samsung 950 Pro, доступного в розничной торговле.

Для накопителей же 960-й серии такое не прокатит: процедура установки драйвера Samsung прекращается, как только выявляется версия OEM. Поэтому для распакованных официальным сообществом («чистых») драйверов процедур установки нет, они устанавливаются вручную. Скачать их можно на win-raid.com.

Установить «чистый» драйвер просто. Нужно запустить Диспетчер устройств Windows 10 и в списке «Контроллеры запоминающих устройств» выбрать «Стандартный контроллер NVM Express» в «Контроллерах запоминающих устройств», после ­чего в меню «Действие» выбрать «Обновить драйвер», указав папку с распакованными «чистыми» драйверами.

[socialpoll id=»2466213″]