平澤寿康の周辺機器レビュー
Samsung「Samsung SSD 840 EVO」
～疑似SLCモードのバッファを用意し書き込み性能を向上
（2013/7/26 00:00）
韓国Samsung Electronicsは、2.5インチSSDの新モデルとなる「Samsung SSD 840 EVO」シリーズを発表した。「Samsung SSD 840」シリーズの後継となる製品で、従来モデル同様にメインストリーム向けとして位置付けられている。日本では8月上旬の発売を予定。今回750GBモデルをいち早く試用する機会を得たので、性能を中心にチェックしていきたいと思う。
TurboWrite Technologyにより書き込み速度が大幅に向上
「Samsung SSD 840 EVO」(以下、840 EVO)シリーズは、世界初となるToggle DDR 2.0 3bit MLC NANDフラッシュメモリ(いわゆるTLC NANDフラッシュメモリ)を採用した「Samsung SSD 840」(以下、840)シリーズの後継となる、メインストリーム向け2.5インチSSD最新モデルだ。容量は、120GB/250GB/500GB/750GB/1TBの5種類をラインナップする。
Toggle DDR 2.0 3bit MLC NANDフラッシュメモリを採用する点は、従来モデルの840と同じ。ただ840 EVOでは、こちらの記事にもあるように、NANDフラッシュは製造プロセス1xnm(発表会では19nmと言及された)の新世代メモリを採用している。
また、搭載コントローラは「MEX」に進化した。ARM Cortex-R4コアを3コア内蔵する点は、従来モデルに搭載されている「MDX」と同じだが、動作クロックが300MHzから400MHzに上昇し、処理能力が向上。さらに、内蔵キャッシュメモリ容量が最大1GBまで搭載可能(750GB/1TBモデルは1GB、250GB/500GBモデルは512MB、120GBモデルは256MB搭載)となった。こういったハードウェア面に加え、ファームウェア強化によって、アクセス速度、特に書き込み速度が大幅に向上している点が最大の特徴となっている。
表1は、840 EVOの公称アクセス速度をまとめたものだ。これを見ると分かるように、従来モデルの840と比べ、連続読み込みこそほぼ同等だが、それ以外の速度は多くが従来モデルから向上している。また、上位モデルとなるSamsung SSD 840 PRO(以下、840 PRO)と比べてみても、多くが同等以上となっており、840 EVOの高速さが見て取れる。
| 【表1】840 EVO/840/840 PROの公称アクセス速度 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 840 EVO | 840 | 840 PRO | ||||||
| 容量 | 120GB | 250GB | 500GB/750GB/1TB | 120GB | 250GB | 500GB | 128GB | 256GB/512GB |
| 連続読み込み(MB/sec) | 540 | 540 | 540 | 530 | 540 | 540 | 530 | 540 |
| 連続書き込み(MB/sec) | 410 | 520 | 520 | 130 | 250 | 330 | 390 | 520 |
| ランダム読み込み(4KB/QD1)(IOPS) | 10,000 | 10,000 | 10,000 | 7,900 | 7,900 | 7,900 | 9,800 | 9,900 |
| ランダム書き込み(4KB/QD1)(IOPS) | 33,000 | 33,000 | 33,000 | 29,000 | 29,000 | 29,000 | 31,000 | 31,000 |
| ランダム読み込み(4KB/QD32)(IOPS) | 94,000 | 97,000 | 98,000 | 86,000 | 96,000 | 98,000 | 97,000 | 100,000 |
| ランダム書き込み(4KB/QD32)(IOPS) | 35,000 | 66,000 | 90,000 | 32,000 | 62,000 | 70,000 | 90,000 | 90,000 |
840シリーズの連続書き込みの遅さは、NANDフラッシュメモリにTLC NANDを採用していることが大きな要因だ。TLC NANDは、1つのセルに3bitのデータを記録できる反面、電圧制御やエラー訂正などの処理が複雑となるため、書き込み速度が遅い。ランダム書き込みはSSDに内蔵しているキャッシュメモリによってカバーしやすいものの、連続書き込みはキャッシュメモリではカバーしにくく、TLC NANDの書き込み速度の遅さが大きく影響する。840 EVOでもTLC NANDを採用しているのだが、840 EVOでは、ファームウェアに「TurboWrite Technology」という新機能を追加することによって、MLC NANDを採用する840 PRO同等の連続書き込み速度を実現している。
840 EVOは、840シリーズ同様に、NANDフラッシュメモリの全領域をユーザー領域として利用せず、信頼性確保のために一部を予備領域として確保している。予備領域は、ユーザー領域に不良ブロックが発生した場合などに、それを代替するためのものだ。
そして840 EVOでは、この予備領域の一部を、書き込み専用のバッファとして利用する。その書き込みバッファ部分のセルには1bitのデータのみ書き込むという、特殊なアクセス方法を採用している。1セルに3bitのデータが記録できるところに1bitのデータしか書き込まないため、その部分に書き込める容量は3分の1になるものの、アクセス方式はSLC NAND同等となるために、SLC NAND同等の高速な書き込み速度が得られる。これがTurboWrite Technologyの仕組みだ。
書き込みバッファの容量は、製品の容量によって異なっている。120GB/250GBモデルは3GB(実容量9GB)、500GBモデルは6GB(実容量18GB)、750GBモデルは9GB(実容量27GB)、1TBモデルは12GB(実容量36GB)と、大容量モデルほど大きな書き込みバッファが確保される。書き込みバッファは容量が限られているため、書き込みが連続して行なわれると、バッファを使い切ってしまう場合がある。その場合、書き込みはバッファ経由ではなく、ユーザー領域への直接書き込みへと切り替わり、書き込み速度は表2のように低下してしまう。その後、書き込みバッファ上のデータがユーザー領域に転送され空き領域ができれば、再び書き込みはバッファ経由で行なわれるようになり、速度も回復する。Samsungは通常利用の範囲内であれば書き込みバッファが尽きる場面は少なく、速度が低下することは希であるとしている。
| 【表2】TurboWrite Technologyが利用できない状態での連続書き込み速度 | |||
|---|---|---|---|
| 120GB | 250GB | 500GB/750GB/1TB | |
| 連続書き込み(MB/sec) | 140 | 270 | 420 |
ちなみに、TurboWrite Technologyは、書き込みバッファ領域のNANDフラッシュメモリが不良になると、それ以降は一切利用できなくなるという。だがSamsungは、書き込みバッファ領域のセルはSLC NAND相当のアクセスのため、セルの書き換え寿命はSLC NAND同等の約100,000回となるため、短期間で不良になる可能性は非常に低いとしている。
これ以外の840 EVOの特徴などについては、こちらの記事を参照してもらいたい。
内容物の異なる3パッケージを用意
840 EVOシリーズには、内容物の異なる3種類のパッケージが用意される。まず1つは、SSD単体モデルとなる「ベーシックキット」。120GBから1TBまで5種類の容量ラインナップ全てが用意されるのは、このベーシックキットのみとなる。主なパッケージの内容物は、SSD本体に、マニュアルと専用ソフトウェアを収録したCD-ROM。今回試用した750GBモデルも、ベーシックキットパッケージのものであった。
次に、ノートPCのHDD換装用に最適な「ノートパソコンキット」。こちらは、SSD本体とマニュアルと専用ソフトウェアを収録したCD-ROMに加えて、本体の高さを9.5mmに合わせるスペーサーと、SATA-USB 3.0変換アダプタが付属する。SATA-USB 3.0変換アダプタは、従来モデルに付属していたSATA-USB 2.0変換アダプタに比べて約3倍高速で、100GBのデータを約24分でコピーできるという。容量は250GBと500GBをラインナップする。
もう1つが、デスクトップPCでの利用を想定した「デスクトップキット」。こちらは、SSD本体とマニュアルと専用ソフトウェアを収録したCD-ROMに加え、3.5インチベイに取り付けるためのマウンタ、SATAケーブル、SATA-USB 2.0変換アダプタが付属する。容量は、120GBと250GBのみが用意される。
製品の保証期間は3年と、従来モデルの840と同じとなっている。
内部基板は非常にコンパクト
840 EVOの本体サイズは2.5インチHDDサイズで、高さは7mm。ネジ穴の位置なども変わらない。接続インターフェイスはSATA 6Gbps。
本体デザインは、基本的には従来モデルを踏襲しているが、濃いメタリックシルバーに、ロゴと、ロゴ下部の四角の模様とも黒となったことで、落ち着いた印象となっている。また、側面のダイヤモンドカットは従来通りだが、カット後にメタリック塗装が施されているため、目立たなくなっている。従来モデルでは四角の部分がオレンジで目立っていたが、今後オレンジはハイエンドモデルを象徴する色として上位製品でのみ採用することとなったため、840 EVOでは黒になったという。
内部の基板は、従来モデルと比べると若干小さくなっている。基板上にはMEXコントローラとキャッシュ用のLPDDR2メモリ、TLC NANDフラッシュメモリチップが搭載されている。コントローラの型番は「S4LN045X01-8030」。今回試用した840 EVO 750GBモデルでは1GBのキャッシュメモリを搭載しており、Samsung製のLPDDR2メモリモジュール「K4P8G304EB-FGC2」を採用。またNANDフラッシュメモリチップは、Samsung製「K9CHGY8S5M-CCK0」を基板表に4チップ、基板裏に4チップの計8チップ搭載する。全てSamsung製チップを搭載する点も、従来モデルと同じだ。
840 PROに匹敵する速度を確認
では、速度をチェックしていこう。今回は、ベンチマークソフトとしてCrystalDiskMark v3.0.2f、HD Tune Pro 5.00、AS SSD Benchmark 1.6.4237.30508、Iometer 2008.06.28の4種類を利用した。また、比較用として従来モデルの840 250GBと840 PRO 512GBの結果も掲載する。ただし、今回はこれら比較用の製品を用意できなかったため、過去に計測した結果となっている。そのため、840および840 PROの結果のうち、CrystalDiskMarkの結果はバージョンv3.0.1bを利用したものとなっている点はご了承願いたい。テスト環境は下に示すとおりだ。
| 【ベンチマークテスト環境】 | |
|---|---|
| CPU | Core i7-2700K |
| マザーボード | ASUS P8Z68V PRO/GEN3 |
| メモリ | PC3-10600 DDR3 SDRAM 4GB×2 |
| グラフィックカード | Radeon HD 5770(MSI R5770 Hawk) |
| HDD | Western Digital WD3200AAKS(OS導入用) |
| OS | Windows 7 PROfessional SP1 64bit |
まず、CrystalDiskMarkの結果を見てみると、840では読み出し速度に比べて書き込み速度が大きく落ち込んでいるが、840 EVOではランダム書き込み速度が大きく向上していることが分かる。これは、TurboWrite Technologyによる効果だが、連続アクセス、ランダムアクセスも、上位モデルの840 PROと比べてもほとんど見劣りしないものとなっており、840 EVOの性能の高さが伺える。AS SSD Benchmarkの結果もCrystalDiskMarkの結果とほぼ同じ傾向となっている。
それに対しHD Tune Proは、全体的にはCrystalDiskMarkやAS SSD Benchmarkの結果に近いものの、連続書き込みテストに関しては、やや特徴的な結果が得られている。840や840 PROでは連続書き込みは常にほぼ一定の速度となっているのに対し、840 EVOでは最初こそ500MB/secを超える速度となっているものの、途中から410MB/sec前後ほどに速度が低下していることがわかる。これは、TurboWrite Technologyで利用されている書き込みバッファを使い切ってしまい、ユーザー領域への直接書き込みへと切り替わったためだ。ただし、速度が低下しても500GB以上のモデルであれば、420MB/secなので、速度の低下を体感することはあまりないと考えていいだろう。
最後にIometerの結果だ。こちらはランダムアクセス速度のみを計測しているが、この結果も840を大きく上回り、840 PROをも上回る結果が得られている。これは、TurboWrite Technologyの効果に加えて、コントローラの動作クロックが速くなり処理能力が高まっている点も速度向上に寄与しているものと考えられる。840 EVOの性能の高さは、かなりのものと言ってよさそうだ。
| 【Iometer File Server Access Pattern】 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| SSD 840 EVO 750GB | SSD 840 250GB | SSD 840 PRO 512GB | ||||
| Queue Depth：1 | Queue Depth：32 | Queue Depth：1 | Queue Depth：32 | Queue Depth：1 | Queue Depth：32 | |
| Read IOPS | 5565.90 | 14297.73 | 2503.16 | 6879.19 | 5411.48 | 12550.33 |
| Write IOPS | 1395.06 | 3569.03 | 624.95 | 1719.75 | 1354.60 | 3132.64 |
| Read MB/sec | 60.27 | 154.54 | 27.08 | 74.24 | 58.68 | 135.77 |
| Write MB/sec | 15.00 | 38.63 | 6.77 | 18.54 | 14.64 | 33.85 |
| Average Read Response Time | 0.16 | 1.80 | 0.38 | 3.74 | 0.17 | 2.03 |
| Average Write Response Time | 0.07 | 1.76 | 0.09 | 3.63 | 0.07 | 2.07 |
| Maximum Read Response Time | 11.35 | 29.34 | 10.05 | 17.17 | 10.84 | 941.08 |
| Maximum Write Response Time | 2.06 | 29.40 | 0.43 | 17.07 | 1.49 | 941.05 |
専用ユーティリティ「Magician Software」にも高速化の仕組みを用意
今回、840 EVOに合わせて、Samsungが用意するユーティリティソフト「Magician Software」がバージョン4.2にアップデートされる。このMagician SoftwareにもSSDのアクセス速度を高める機能が搭載される。それは、「RAPID Mode」と呼ばれる機能で、メインメモリの空き領域をキャッシュとして利用することで、アクセス速度をさらに高めるというもの。今回は、Magician Software バージョン4.2の評価用ベータ版を利用できたので、RAPID Modeの効果を検証してみた。利用したベンチマークソフトやテスト環境は先ほどと同じだ。
まずCrystalDiskMarkでデータサイズを1,000MBに設定した場合の結果を見ると、連続読み込み、書き込みともに1,000MB/secを超える、非常に高速な速度が確認できた。データサイズを4,000MBに設定した場合には、600MB/sec前後にとどまっている。これでも、RAPID Modeを利用しない状態より高速となっているが、メインメモリの空き領域を利用して高速化するため、大容量データに連続でアクセスする場合には、キャッシュにヒットしない場面が増え、アクセス速度の向上度合いも減るものと考えられる。
他のテストについても結果はほぼ同等で、RAPID Modeによる効果は十分にあるものの、連続した大容量のファイルアクセス時には効果が得にくくなる。
| 【Iometer File Server Access Pattern】 | ||
|---|---|---|
| SSD 840 EVO 750GB Magician RAPID Mode有効 | ||
| Queue Depth：1 | Queue Depth：32 | |
| Read IOPS | 5721.30 | 16110.59 |
| Write IOPS | 1432.43 | 4020.09 |
| Read MB/sec | 61.95 | 174.51 |
| Write MB/sec | 15.53 | 43.53 |
| Average Read Response Time | 0.16 | 1.96 |
| Average Write Response Time | 0.05 | 0.10 |
| Maximum Read Response Time | 11.14 | 17.51 |
| Maximum Write Response Time | 2.47 | 3.54 |
次に、実ファイルをコピーした場合の挙動をチェックしてみた。別SSD(今回は、Intel SSD 520を利用)から840 EVOにファイルをコピーし、そのコピーにかかる時間をストップウォッチで3回計測し平均を出している。
まず、ファイル数613個、総容量約3GBのJPEG画像ファイルを保存したフォルダと、ファイル数5個、総容量約3GBのH.264動画ファイルを保存したフォルダをコピーした場合の時間を計測してみたところ、1度目のコピー時にはRAPID Modeオフの場合とほとんど同じか、わずかに遅いという結果だったが、1度目のコピー直後に再度コピーした場合には、半分ほどの時間に短縮された。
次に、ファイル数3,062個、総容量約15GBのJPEG画像ファイルを保存したフォルダと、容量約15GBのH.264動画ファイル1個をコピーした場合の時間を計測してみた。こちらも、先ほどの結果と同じように、1度目のコピー時にはRAPID Modeオフの状態と同等か、やや遅い結果で、1度目のコピー直後の2度目のコピー時には、動画ファイルに関しては高速とはならなかったものの、JPEGファイルのコピーは14秒ほど速くなった。
今回テストを行なったPCでは、メインメモリは8GB搭載だったため、約15GBのファイルアクセス時にはメインメモリのキャッシュに格納するのは不可能で、動画ファイルのコピー時間が高速化しなかったのは当然だろう。ただ、小容量のファイルを複数まとめて扱う場合には、十分に効果が得られると言えそうだ。
| 【ファイルコピー時間】 | |||
|---|---|---|---|
| RAPID Modeオフ | RAPID Modeオン | RAPID Modeオン2回目 | |
| 総容量約3GBのJPEGファイル | 約10.5秒 | 約11.4秒 | 約4.7秒 |
| 総容量約3GBの動画ファイル | 約8.4秒 | 約8.4秒 | 約4.7秒 |
| 総容量約15GBのJPEGファイル | 約52.1秒 | 約58.1秒 | 約44.6秒 |
| 総容量約15GBの動画ファイル | 約38.2秒 | 約37.4秒 | 約37.5秒 |
RAPID Mode利用時にファイルを書き込む場合、まずメインメモリ上のキャッシュ領域に保存され、その後SSDに転送されることになる。そのため、キャッシュ領域のデータがSSDに転送される前にPCの電源が落ちてしまうと、転送の終わっていないデータが失われてしまう。また、メインメモリの空き領域を活用するため、アクセスするファイルのサイズによって効果が変わるとともに、他のアプリケーションなどでメインメモリが大量に占有されている状態など、大きな効果が得られない場合もある。そういった意味で、RAPID Modeに過度の期待をするべきではないだろう。それでも、ソフトウェアのみで手軽に高速化を実現できるため、基本的にはオンでの利用をお勧めしたい。ちなみに、Magician Software 4.2は840や840 PRO、830など従来のSamsung製SSDでも利用できるが、RAPID Modeについては840 EVOでのみ利用可能だ。
コスト性能に優れるメインストリーム向けSSDとしてお勧め
840 EVOは、コントローラの進化と、書き込み速度を高める新機能、TurboWrite Technologyによって、TLC NANDフラッシュメモリの書き込み速度の遅さをカバーしている。基本的には容量の限られるキャッシュを利用した高速化のため、あらゆる場面で常に最高の速度が発揮されるわけではないが、通常利用の範囲内であれば、速度が低下する場面はかなり少ないと思われる。メインストリーム向けの製品ながら、ハイエンド向けの製品とほぼ同等の速度が得られるというのは、非常に大きな魅力がある。
日本での店頭想定価格は、120GBが12,000円前後、250GBが21,000円前後、500GBが41,000円前後、750GBが61,000円前後、1TBが76,000円前後で、同容量では従来モデルの840が登場した時よりやや高い。また現在では、840の販売価格が大きく下落しており、そちらと比較すると割高と感じるが、性能を考えると、十分に納得できるはず。メインストリーム向けSSDの新定番として、広くお勧めしたい。