Test : SSD Samsung SM961, la nouvelle bombe à 3200 Mo/s

Introduction

L’année dernière, Samsung a informé les médias du fait que le 950 Pro verrait sa capacité maximale augmenter grâce à la V-NAND MLC 48 couches de 3^ème génération. Nous pensions avoir plus d’informations en janvier cette année, mais rien n’a filtré pendant le CES. En parallèle, Samsung a dévoilé son Portable SSD T3, vainqueur de notre comparatif, et proposé des SSD 850 Evo de plus grande capacité grâce à la V-NAND TLC 48 couches. On comprend désormais pourquoi la firme coréenne était restée silencieuse au sujet de ses produits MLC.

Après le SM951, le SM961

SSI (filiale de Samsung implantée aux Etats-Unis) a récemment commencé à livrer le successeur du SSD NVMe SM951 (équivalent OEM du 950 Pro, que nous avons aussi testé) qui nous avait ravis l’année dernière. Le nouveau SM961 embarque un nouveau contrôleur Polaris tout en profitant d’une NAND de nouvelle génération. On ne sait que très peu de choses au sujet de ce contrôleur, mais les semaines qui viennent devraient nous éclairer. Rappelons que le SM951 s’appuyait sur de la NAND MLC 2D et souffrait d’une endurance inférieure à celle du SSD NVMe 950 Pro vendu dans le commerce, mais les choses ont changé : le SM961 est livré avec ce que Samsung sait faire de mieux à l’heure actuelle, à savoir la V-NAND 3D haute endurance de dernière génération.

Le SM961 est donc un produit destiné aux OEM. Nous l’avons découvert le mois dernier sur le site de Lenovo. Après avoir commencé à surveiller deux des nouveaux portables de la marque, nous avons constaté que Lenovo s’était mis du jour au lendemain à proposer une option de stockage sous le nom nébuleux de « Unité SSD 1 To, PCIe –NVMe ». Nous avons alors envisagé l’achat d’un Lenovo X1 Carbon 4^ème génération afin de poursuivre nos recherches, avant d’être informés du fait que deux exemplaires du SM961 étaient en chemin pour le laboratoire.

Des débits de folie : 3200 Mo/s !

Samsung décline son SM961 sur quatre capacités, allant ainsi de 128 Go à 1 To (1024 Go). Sans aucune autre informations disponible, les caractéristiques techniques mentionnées ci-dessus ont donc été récupérées grâce à une présentation que Samsung a tenu au Japon en mars dernier.

Le nouveau contrôleur, baptisé Polaris, est au cœur du SM961. Certaines boutiques en ligne rapportent que ce contrôleur dispose de cinq coeurs, mais cette information n’a pas encore été confirmée par le géant coréen.

Le SM961 est le premier produit à embarquer la nouvelle V-NAND MLC à 48 couche. Jusqu’alors, la densité de la MLC était en retard par rapport à la TLC (cellule triple-niveaux), mais les deux technologies atteignent la parité à 256 Gbit pour la première fois grâce à la V-NAND de 3^ème génération du géant coréen. Malheureusement, l’endurance de ces nouvelles puces est encore inconnue à défaut de données fournies par le constructeur.

Notons que le SM961 affiche des débits vertigineux : la version 1 To parvient ainsi à 3200 Mo/s en lecture et 1800 Mo/s en écriture séquentielle, éclipsant tout autre SSD NVMe actuellement disponible dans le commerce. Dans le cadre de nos tests, nous avons même réussi à dépasser les 3200 Mo/s en lecture séquentielle annoncés par Samsung avec un benchmark très particulier. Le SM961 est ainsi capable d’atteindre un débit maximum de 3500 Mo/s dans des conditions idéales avec les bons logiciels. Ce résultat dépasse tout ce que l’on pouvait attendre d’un SSD PCIe 3.0 4x.

Jusqu’à 450 000 IOPS

Les performances aléatoires sont quant à elles données à 450 000 IOPS en lecture et 320 000 en écriture. Si l’Intel SSD 750 1,2 To propose 10 000 IOPS supplémentaires en lecture aléatoire, il accuse également un déficit de performance avoisinant les 40 000 IOPS en écriture aléatoire : le SM961 dispose donc d’un avantage certain sur son rival, même s’il ne faut pas s’attendre à atteindre ces valeurs en conditions d’usage réelles sur son PC portable ou fixe.

Rappelons à ce sujet que l’AHCI (Advanced Host Controller Interface), protocole inhérent au SATA, ne gère qu’une seule file d’attente avec 32 commandes. Les marques testent généralement les produits compatibles AHCI avec 32 commandes afin d’arriver aux meilleures caractéristiques de performance possible. Le NVMe peut créer la confusion, puisqu’il accepte un maximum de 64 000 files d’attente et 64 000 commandes pour chacune d’entre elles. Les fabricants de SSD NVMe testent donc leurs produits avec de multiples manageurs et processus au sein de leurs laboratoires : certains avec quatre processus et quatre commandes en file d’attente pour chacun d’entre eux (soit 16 opérations E/S concomitantes), tandis que d’autres testent plusieurs combinaisons de processus/commandes en file d’attente jusqu’à atteindre les meilleures performances possibles. Précisons qu’il est malheureusement impossible d’atteindre 450 000 IOPS avec des tâches normales pour un particulier tant que Microsoft ne développe pas un système de fichiers plus efficace de ce point de vue. Il est toujours possible de tester des produits de manière fantaisiste, mais nous n’envisageons pas de modifier le protocole de test dans le seul but de montrer les performances maximales des produits NVMe sachant qu’elles ne sont donc pas reproductibles dans un environnement normal.

Trop rapide pour du RAID ?

Nous avons essayé de monter un RAID 0 avec deux Samsung SMM961 avant de rapidement comprendre pourquoi OCZ dissuade vivement ses clients d’utiliser le RD400 dans une configuration similaire. Sur chipset Intel Z170, le RAID 0 a rencontré de sérieux problèmes de stabilité : une fois activé, le système nous gratifiait d’un écran bleu 45 secondes après le démarrage/redémarrage. Le problème semble venir du pilote RAID Intel RST NVMe ; OCZ l’a jugé tellement sérieux et problématique que la marque californienne est allé jusqu’à apposer un message d’avertissement sur son SSD RD400 NVMe.

Samsung affirme que la V-NAND à 48 couches devrait se traduire par une baisse de consommation de 40 % par rapport à la V-NAND de 2^nde génération (qui utilise 32 couches). Les économies énergétiques découleraient ainsi du fait qu’à densité égale, la V-NAND 3^ème génération utilise 50 % d’espace en moins sur le die.

Prix et garantie

Comme évoqué précédemment, RamCity proposera le SM961 en version 256 Go, 512 Go et 1 To, lesquelles sont respectivement vendues 128,5 € (190,90 AUD), 216,61 € (321,81 AUD) et 430,16 € (639,08 AUD). Ces prix semblent très raisonnables, mais le grand public attendra une disponibilité officielle en France pour se jeter sur ces SSD. Quoi qu’il en soit, le SM961 est disponible en précommande à cette adresse (stock attendu au 10 août à l’heure où nous écrivons ces lignes). Toutes les versions disposent d’une garantie de trois ans.

Tour du propriétaire

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Samsung a donc été capable d’atteindre une capacité d’un To avec seulement deux puces. Le premier contact impressionne, essentiellement parce que le SM961 marque la toute première arrivée de V-NAND MLC 256 bits au laboratoire.

Cette densité revue à la hausse permet à Samsung de regrouper tous les composants sur un seul côté du die, ce qui se traduit par l’appellation « single-sided » en termes de spécifications M.2. Cette configuration simple face permettra d’améliorer la finesse de certains ordinateurs portables, notamment.

Performances initiales

Panel de test

Si les fabricants de SSD ont rapidement adopté le NVMe pour les professionnels, l’adaptation de cette interface pour les particuliers a été plus laborieuse. A vrai dire, il n’y a que quatre produits NVMe actuellement disponibles pour ce public : Samsung 950 Pro, Intel SSD 750, OCZ RD400 et Zotac SONIX. Ce dernier ne figure pas dans nos graphiques pour cet article, car son contrôleur Phison E7 NVMe devrait bientôt bénéficier d’un nouveau firmware permettant d’améliorer ses performances.

Nous avons inclus au panel de test l’Intel SSD 750 NVMe dans sa version la plus modeste (400 Go) et la plus conséquente (1,2 To). Bien qu’il s’agisse d’un produit vendu aux assembleurs, le Samsung SM961 est un concurrent direct du 950 Pro de la même marque vu que les deux sont au format M.2 et se destinent aux configurations fixes et portables à hautes performances. Certains estiment que le SM961 de ce test débouchera sur la commercialisation d’un nouveau 960 Pro embarquant un contrôleur Polaris plus tard dans l’année.

Le panel de test est enfin complété par un Kingston Predator 480 Go. Ce dernier s’appuie sur un contrôleur Marvell PCIe 2.0 4x et sert de représentant à la précédente génération de SSD M.2 faisant appel au protocole AHCI.

Lecture séquentielle

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D’entrée, le Samsung SM961 1 To caracole en tête. Avec une seule commande en file d’attente, nous avons relevé un débit de 2100 Mo/s et même une pointe juste en-dessous de 2500 Mo/s. A titre de comparaison, il s’agit du niveau de performances que l’on atteint avec un contrôleur RAID professionnel dédié et cinq à six SSD SATA 6 Go/s performants en RAID 0. Le fait que l’on parvienne à ces débits avec un protocole de test qui fait sens pour un usage réel est admirable.

Ecriture séquentielle

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Les performances en écriture séquentielle s’envolent littéralement : le SM961 affiche une avance de 300 Mo/s sur le 950 Pro avec deux commandes en file d’attente, sans pour autant faiblir par la suite. Notons en revanche que les performances des SSD NVMe ne s’échelonnent pas au fur et à mesure que les commandes se multiplient.

Les résultats obtenus par l’OCZ RD400 sont irréguliers, mais la taille de la file d’attente n’est pas à l’origine du problème : le RD400 limite tout simplement ses performances compte tenu des contraintes thermiques découlant de tâches lourdes et soutenues comme c’est le cas ici.

Limitation des performances : contraintes thermiques

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La plupart des SSD, y compris une majorité de modèles SATA 2,5 pouces, finissent par se mettre en mode sécurité lors d’opérations intensives et prolongées en écriture. En usage courant, les données aléatoires arrivent par brèves séquences qui ne font pas chauffer le SSD. Certains des premiers SSD PCIe étaient sujets à des limitations lors de transferts séquentiels de gros fichiers en succession rapide. La majorité des critiques relatives à la limitation des performances du fait de contraintes thermiques sont le fait de benchmarks particulièrement éprouvants, et non pas de conditions d’utilisation réelles.

Nous avons tout de même essayé de forcer ce scénario afin de savoir quel était le seuil thermique à partir duquel le SM961 commence à limiter ses performances, ainsi que l’intensité de cette réduction dans le but de faire redescendre sa température. Le fait est que le SM961 n’a jamais dépassé les 50°C sous Crystal Disk Info, avec un benchmark extrêmement brutal générant 340 000 IOPS. Il aura fallu quelques minutes pour que la température du SSD passe de 22°C au repos à 50°C, suite à quoi le SM961 s’est stabilisé.

Le SM961 a été soumis à ce test séquentiel avec et sans radiateur Angelbird Wing PX1. Nous avons ensuite zoomé sur le graphique afin de présenter des résultats plus fins. Le contrôleur abaisse ses fréquences de fonctionnement au bout de 15 minutes, dans le but de réguler sa température.

Lecture aléatoire

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Le Samsung SM961 offre tout simplement les meilleures performances en lecture aléatoire que nous ayons mesurées à ce jour avec une seule commande en file d’attente. Notons cependant qu’en y regardant de plus près, on peut voir que les performances de ce dernier ne sont que marginalement plus élevées que celles du 950 Pro avec des files d’attente réduites. Par ailleurs, le SM961 voit rapidement ses performances atteindre un plateau tandis que les autres modèles affichent un échelonnement positif au fur et à mesure que la file d’attente s’allonge. Bien que ce cas de figure ne soit pas représentatif d’un cadre d’utilisation normale, on retient tout de même que le contrôleur Polaris est limité en la matière. Ceci étant dit, le SM961 est capable de performances supérieures si l’on tire avantage des possibilités offertes par le NVMe en matière de files d’attente, ce qui passe bien souvent par une multitude de clients (threads) générant chacun des commandes E/S.

Ecriture aléatoire

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Le SM961 est légèrement plus lent que les deux déclinaisons du 950 Pro avec une commande en file d’attente, mais il les dépasse allègrement dès que l’on passe à deux commandes et plus. En parallèle, l’Intel 750 et même l’OCZ RD400 font systématiquement mieux que le petit dernier de Samsung sur ce test.

Charges mixtes et performances steady state

80 % d’opérations séquentielles

Le SM961 1 To rivalise avec le Samsung 950 Pro 512 Go lorsqu’il y a deux ou quatre commandes en file d’attente, seuil au-delà duquel c’est avec la version 256 Go qu’il fait jeu égal jusqu’au terme du benchmark. Notons que le Kingston Predator, seul SSD AHCI du test, est significativement à la traine par rapport à l’ensemble du panel.

80 % d’opérations aléatoires

Une charge mixte a dominante aléatoire ne pose aucun problème au SM961, tout du moins avec des files d’attente réduites, c’est-à-dire celles qui importent le plus pour l’immense majorité d’entre nous. On peut voir que le petit dernier de Samsung démarre plus fort que tous les autres SSD et voit ses performances s’échelonner positivement jusqu’à seize commandes en file d’attente, seuil qui va bien au-delà d’un usage normal.

Performances séquentielles steady state

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Le SM961 démarre très bien ce test, mais il voit ses performances diminuer rapidement. Le SM961 se perd alors en milieu de peloton avant d’émerger pour prendre la tête une fois que l’on passe à 100 % d’opérations en écriture.

Notons par ailleurs que les performances du petit dernier de Samsung sont particulièrement bonnes avec une charge mixte à 80 % (représentative d’un usage classique sur PC) et à 70 % en lecture (pertinente pour une de station de travail). Certes, le SM961 ne surpasse pas tous les produits du panel, mais son comportement est respectable en toutes circonstances. En parallèle, le Kingston Predator illustre bien le gouffre qui sépare maintenant les SSD NVMe des modèles AHCI lorsqu’il s’agit de charges mixtes aléatoires, domaine particulièrement important.

Ecriture aléatoire steady state

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Le SSD Intel SSD 750 dominait jusqu’ici le marché des SSD destinés aux particuliers en matière d’écriture aléatoire steady state. Si le 950 Pro est toujours significativement à la traine dans ce test, on voit surtout que Samsung a décidé de s’attaquer frontalement à Intel avec son SM961, lequel permet au géant coréen de revenir au sommet. Si seulement Intel voulait bien régler les problèmes induits par le pilote RST NVMe, on pourrait alors voir ce dont est capable une paire de SM961 en RAID 0.

 

Performances pratiques

PCMark 8 : benchmarks en situation réelle

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Les benchmarks sous PCMark 8 ont donné du fil à retordre au SM961. A vrai dire, nous nous attendions à mieux : le SSD de Samsung aurait dû littéralement écraser la concurrence. Afin d’en avoir le cœur net, les tests ont été conduits sous Windows 8.1 et Windows 10, avec deux chipsets Intel différents : le Z97 (ASRock Z97 Extreme6 avec port M.2 directement relié au CPU) et le Z170 (ASRock Z170 Extreme7+ avec port M.2 relié au PCH).

Le SM961 n’a pas affiché un comportement inquiétant sur ces benchmarks ayant vocation à représenter les performances au quotidien, mais on reste donc un peu sur notre faim. On peut voir que le SSD de Samsung brille lorsqu’il s’agit de benchmarks comportant de lourdes opérations séquentielles, mais rentre dans le rang lorsque l’on passe aux opérations aléatoires.

Voici les résultats moyens : le SM961 est donc devancé par les deux déclinaisons du 950 Pro, tout en affichant une avance confortable sur le reste de la concurrence.

PCMark 8 : benchmarks avancés

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Le Samsung SM961 est impressionnant, mais on ne le recommandera peut-être pas à tous : s’il excelle sur des charges brèves, ses performances diminuent dans le temps au fur et à mesure que la quantité de données stockées augmente.

Nous avons conduit des tests supplémentaires en remplissant le SM961 aux trois quarts afin de vérifier si nos soupçons étaient fondés. A vrai dire, la nouvelle NAND MLC 256 Gbit du coréen nous rappelle la NAND TLC 384 Gbit que Crucial a utilisé sur le MX300. Les deux architectures ont un aspect novateur en commun, puisque nous n’avions pas vu de NAND aller au-delà de 128 Gbit jusqu’ici. Cependant, l’essentiel est ailleurs : la transition d’une densité de 64 Gbit à 128 Gbit a engendré des problèmes de performances que les fabricants ont fini par contourner en proposant des modèles de plus haute capacité, profitant ainsi d’un parallélisme accru.

Le SM961 n’emploie que deux puces embarquant chacune 16 die. Samsung aurait vraiment du répartir ces 32 die sur quatre puces afin d’améliorer le comportement de son SSD lorsqu’il fait face à des charges intenses : la tenue des performances dans le temps aurait alors profité d’un plus grand parallélisme. Dans l’état actuel des choses, l’architecture du SM961 avec cette capacité de stockage force le contrôleur à lire toutes les données via un nombre de canaux limité.

Sans aller trop loin sur un sujet qui pourrait faire l’objet d’un article, on observe également un effet Yathzee, c’est-à-dire que tous les dies ne sont pas mobilisés avec la même charge. Ce phénomène est décrit dans un PDF (en anglais) présenté dans le cadre du Flash Memory Summit de 2013.

Temps d’accès total

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Les temps d’accès élevés du SM961 nous donnent encore plus de matière à analyser. En effet, le nouveau die de 256 Gbit augmente également la taille des blocs, ce qui veut dire que le SSD de Samsung doit lire, modifier et écrire des jeux de données plus conséquents. En ajoutant cela à ce que l’on a évoqué dans la section précédente, on commence à comprendre pourquoi le SM961 affiche les meilleures performances en lecture aléatoire que nous ayons vues, sans pour autant être capable de surpasser le 950 Pro lorsqu’il s’agit de charges intenses.

Busy Time

Pour mémoire, le busy time représente le laps de temps pendant lequel le SSD est actif.

Sans vouloir en remettre une couche, le fait est que le SM961 1 To doit également travailler plus longtemps que le 950 Pro 512 Go afin d’accomplir les mêmes tâches. Ceci n’est pas sans conséquences au niveau de la consommation.

Autonomie sur portable

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Le Samsung SM961 proposerait une autonomie équivalente voir supérieure à celle du 950 Pro si la NAND flash était le seul composant entrant en ligne de compte, mais ce n’est pas le cas : la configuration mémoire du premier ambassadeur de la V-NAND 48 couches déteint sur sa consommation.

Le format monoface du SM961 a forcé Samsung à un extrême auquel on ne s’attendait pas. Il est fort probable qu’un ou plusieurs des principaux OEM, comme Lenovo, ait demandé un SSD M.2 monoface afin d’amincir ses portables de quelques millimètres. Si Samsung répartissait les die sur quatre puces au lieu de deux, il est très probable que l’on aurait constaté de meilleurs résultats sur l’ensemble des tests pratiques.

Conclusion

Le SM961 que nous avons testé aujourd’hui s’appuie sur le firmware CXA7100Q ; nous sommes presque certains que cette révision est le premier firmware destiné à la production en masse du produit. En toute logique, on devrait donc voir des mises à jour débarquer pour le SM961, d’autant plus qu’il s’agit du premier SSD de Samsung à utiliser la nouvelle NAND MLC 256 Gbit : des optimisations sont donc attendues dans les mois qui viennent.

Un monstre en débit brut

Le SSD SM961 NVMe dispose d’un fort potentiel : on l’a vu se jouer de la concurrence en matière de débits bruts. En revanche, son architecture souffre de limitations, qui seront très probablement atténuées avec les optimisations apportées par les firmwares successifs.

Pour le moment, le SM961 est un très bon SSD. Pour peu que l’on exécute des transferts séquentiels particulièrement lourds, comme c’est le cas en production audio ou vidéo, il n’y a tout simplement pas mieux à l’heure actuelle. Pour un usage courant, on ne constatera pas de gain de performance énorme par rapport au 950 Pro 512 Go, mais il n’est pas nécessaire d’avoir un chronomètre ainsi que des réflexes éclair pour apprécier une différence qui existe bel et bien.

Un prix très encourageant

A vrai dire, le principal avantage du SM961 est de proposer une capacité d’1 To : sachant qu’il n’existe pas de variante 1 To du 950 Pro. Quid du prix ? Le SM961 1 To est disponible en précommande pour 430,16 € (639,08 AUD), certes hors frais de port et taxes douanières, mais le 950 Pro 512 Go coûte 338 € en France : même en passant par la case import, le SM961 présente un coût par Go plus intéressant.

A ce jour, il n’existe que deux SSD NVMe 1 To: l’OCZ RD400 (premier arrivé sur le marché) coûte environ 850 euros, tarif qui donne là aussi un avantage au SM961. Certains estimeront que l’addition reste salée par rapport à des SSD NVMe munis de NAND TLC : si l’on a pas besoin ou envie des meilleures performances et d’une latence extrêmement faible, alors oui, l’investissement n’est pas justifié.

Le SM961 n’offre pas un gain de performance incroyable avec des tâches légères. En revanche, le SSD de Samsung sait répondre présent quand on exige des performances élevées, là où un SSD TLC retombera aux débits natifs de sa NAND une fois que son cache SLC aura été vidé. Plus concrètement, le SM961 est capable de fournir des performances 10 à 15 fois supérieures à celles des SSD TLC lorsque l’on écrit de gros volumes de données séquentielles. Cet écart est encore plus important que celui qui séparait les premiers SSD accessibles aux particuliers des disques durs.

Quelques améliorations possibles

Premier problème : l’absence de RST (Rapid Storage Technology) RAID au niveau des chipsets Z170. Pour être tout à fait honnêtes, le problème n’est pas du fait de Samsung ni d’OCZ.

Second problème : le SM961 n’est pas compatible avec l’excellent logiciel Magician de la marque coréenne. De même, Samsung n’a pas activé le Rapid Mode (fonctionnalité de cache DRAM) sur le 950 Pro : soit on perd la meilleure fonctionnalité, soit on renonce au SSD le plus performant de la marque. A nos yeux, Samsung doit proposer Magician pour l’ensemble de ses SSD, peu importe qui finit par les vendre. Nul doute que les OEM apprécieraient également la valeur ajoutée de ce logiciel.

Le premier lot de SSD Samsung SM961 a déjà été vendu et expédié par RamCity, tandis que le second est attendu pour le mois prochain. Pour avoir déjà passé commande, nous n’avons jamais eu à nous plaindre de l’enseigne australienne : outre l’aspect commercial, son support client est très bien informé et elle propose des vidéos dédiées aux installations avancées.

Pour mettre la main sur un SM961 rapidement, le mieux à faire est donc de le précommander plutôt que d’attendre que l’offre puisse répondre à la demande. La disponibilité du SM961 finira évidemment par s’améliorer, mais en attendant, mieux vaut prendre rapidement sa place dans la file d’attente.