Wanneer zijn PCIe-ssd's in de praktijk sneller?
Wanneer PCIe-ssd's ook in de praktijk sneller zijn
Op papier steken PCIe-ssd's met kop en schouders boven hun SATA-tegenhangers uit. Maar in de dagelijkse praktijk komen die voordelen er alleen onder bepaalde voorwaarden en met een beetje hulp helemaal uit.
De specificaties van PCIe-ssd's laten de harten van hardwarefanaten sneller kloppen. Transferrates van boven de 3 GB/s en meer dan 100.000 Input/Output Operations per Second (IOPS) maken van PCIe-ssd's de racewagens onder de flashdrives. Dan beginnen je handen al snel te jeuken om je SATA-ssd in te ruilen voor een PCIe-model met NVMeprotocol. Maar wanneer laten de nieuwe snelheidsduivels hun ware kracht zien?
Om die vraag te beantwoorden, lieten we SATA- en NVMe-ssd's het tegen elkaar opnemen. Ze moesten laten zien wie er aan kop ging bij het booten, bij het opstarten van programma's, bij het laden van savegames, bij videomontage en beeldbewerking en bij installeren en kopiëren.
De referentiewaarden kwamen van Samsungs 850 Pro met SATA-aansluiting. Ook drie jaar na de introductie op de markt neemt die nog steeds een toppositie in onder de SATA-ssd's. Het geteste 256GBmodel haalt dezelfde performance als de een slag grotere 512GB-versie. Die laatste kost ongeveer 250 euro. Aan de NVMe-kant traden twee recente modellen aan met 512 GB uit de test van pagina 58. Samsungs 960 Pro van zo'n 330 euro mag momenteel gelden als snelste PCIe-ssd voor de thuisgebruiker. Voor de PCIe-instapklasse ging de met 220 euro relatief goedkope XPG Gammix S10 van Adata de strijd aan.
Uit wetenschappelijke interesse namen we ook Intels Optane Memory [1] mee in de vergelijking, ook al valt die eigenlijk buiten de competitie. Met 32 GB is hij wel groot genoeg om er Windows 10 op te installeren – alleen is 85 euro voor dat doel wel erg veel. Eigenlijk is de Optane bedoeld als cache voor pc's en laptops met harde schijven. Het 3D XPoint genoemde geheugen levert bij weinig parallelle benaderingen
meer IOPS dan flash-ssd's – dat belooft voordelen bij desktopsoftware.
Opstarten, laden en opslaan
Moderne besturingssystemen op actuele pc's starten echt snel op vanaf een ssd. Vanaf het aanzetten tot een bruikbare Windows gingen bij de 850 Pro gemiddeld 25 seconden voorbij. Dat bleef in deze vergelijking het beste resultaat. Daarbij bleef de concurrentie niet achter door gebrek aan snelheid, maar door het BIOS van ons Asusmoederbord. Als we Windows van een NVMe-disk startten, duurde de initialisatie ongeveer vijf seconden langer.
Zonder dit blok aan het been zou Intels Optane de kortste boottijd gehaald hebben. Dat is ook wel te begrijpen. Bij het booten benadert het besturingssysteem veel kleine bestanden na elkaar – en dat is precies het scenario waarin Intels IOPSsterke geheugen uitblinkt (zie grafiek). Dit patroon geldt ook voor het opstarten van programma's. Vandaar dat de Optane bij het laden van Photoshop CC 2017 opnieuw de leiding nam.
Bij het installeren van SPEC Viewperf 12.1 hadden de NVMe-ssd's van Adata en Samsung een duidelijk voordeel. Daarbij pakt de installer eerst een sterk gecomprimeerd archief uit om vervolgens de uitgepakte bestanden – van verschillende grootte – naar het betreffende opslagmedium te kopiëren. Daar nemen ze uiteindelijk ruim 55 GB aan opslagruimte in. Daarvoor zijn dus een goede IOPS-performance en hoge transferrates gevraagd: twee sterke kanten van PCIe-ssd's. De Optane viel op dit onderdeel uit vanwege zijn beperkte capaciteit.
Retoucheren en monteren
Ook bij de foto- en videobewerking hadden we gerekend op grote voordelen voor de supersnelle ssd's. We verwachtten dat vooral bijzonder grote en complexe projecten sneller in Photoshop en Premiere geladen zouden worden en ook opslaan zou sneller moeten gaan.
Maar in de praktijk kwam dat er niet consequent uit. De Samsung 960 Pro opende een complex project van 1,9 GB wel anderhalve seconde sneller dan zijn SATA-broer, maar de Adata Gammix moest die laatste voor laten gaan. Bij het opslaan bleven de verschillen voor alle flashdrives binnen de marges van de meetnauwkeurigheid. De Optane eindigde bij beide disciplines op de laatste plaats.
Een ssd kan de workflow in Photoshop ook wel versnellen, maar alleen als je werkgeheugen krap wordt [2]. Daarom kun je beter geld investeren in extra RAM in plaats van het uit te geven aan een nieuwe ssd – tenzij je sowieso meer opslagruimte nodig hebt.
Voor videobewerkingsprogramma's als Adobe Premiere Pro ligt de bottleneck volgens onze ervaring bij andere componenten dan het opslagmedium. Bij transcoderen en exporteren wordt de snelheid meestal beperkt door cpu of gpu. Maar het lukte de PCIe-ssd's geen enkele keer om projecten sneller te openen, op te slaan of media in kortere tijd te importeren. Daarom probeerden we andere mogelijke voordelen uit.
Zo zouden de grenzen van het gebruikte opslagmedium aan het licht moeten komen als je een H.264-video in 4K versneld afspeelt – in ieder geval overstijgt daarbij de sequentiële datadoorvoer de grenzen van de SATA-interface. Stapsgewijs verhoogden we de afspeelsnelheid. Bij 200 en 500 procent leverden de ssd's nog braaf content aan. Pas bij 750 procent leek het hen te veel te worden, want Premiere meldde steeds meer weggelaten beelden (dropped frames).
Toch bleek de bottleneck daarbij niet in de hardware te zitten, maar in de software. We herhaalden de poging maar speelden het bestand af uit de 64 GB grote RAM-disk van een met een GeForce GTX 1080 uitgerust Threadripper-systeem met 16 kernen en 32 threads. Opnieuw haperde de weergave bij 750 procent. Blijkbaar kan de videorenderer van Premiere Pro dan niet meer meekomen.
Gamen en kopiëren
Door de hoge schrijf- en leesnelheden van PCIe-ssd's is het verleidelijk om te denken
Ook bij de foto- en videobewerking
hadden we gerekend op grote voordelen voor de supersnelle ssd's
dat je ze als gameversneller kunt gebruiken. Sommige fabrikanten prijzen hun producten daar ook echt mee aan. Toch klopt dat voor de geteste disks in elk geval niet. Die bieden op dit punt geen voordelen ten opzichte van de 850 Pro. Die laatste had wel een halve seconde langer nodig om een savegame in Rise of the Tomb Raider te laden dan de Adata Gammix S10, maar bij GTA V was hij juist precies die fractie sneller. De wedstrijd eindigde dus onbeslist.
Bij kopieertaken scoren ssd's altijd al goed. Daarbij kunnen ze uitblinken met hoge schrijf- en leessnelheden. Met drie kopieertests probeerden we verschillende scenario's uit. De drives moesten een video van 20 GB kopiëren, een map met mp3bestanden van ongeveer 7 GB en tot slot een map met allerlei kleine bronbestanden voor de Linux-kernel. Als bron dan wel doel gebruikten we bij de video een andere NVMe-ssd en voor de twee andere tests een RAM-Disk.
De videotest leverde het verwachte resultaat, maar bij de twee andere disciplines vielen de waarden verrassend laag uit. Uitgerekend de SATA-ssd kopieerde de Linuxbronbestanden het snelst. Daarbij hadden de NVMe-concurrenten met hun goede IOPS-prestaties eigenlijk in het voordeel moeten zijn. De mp3's gooiden ze tenminste nog iets sneller heen en weer. Blijkbaar maakt Windows Verkenner niet optimaal gebruik van de hardware. We kopieerden met de handrem erop.
Wisselen naar de in Windows geïntegreerde commandlinetool Robocopy leverde een merkbare snelheidsboost op. Die tool kan bestanden eventueel parallel kopiëren. Met de parameter MT:[n] gaven we de opdracht om bij de NVMe-ssd's 128 threads in te zetten voor het kopieerproces. Voor de SATA-ssd kozen we er 32 – meer ondersteunt het AHCI-protocol niet. Nu vlogen ook de kernel- en muziekbestanden veel sneller van bron naar doel. De 850 Pro deed er ook wel een schepje bovenop, maar de NVMe-disks konden zich daar duidelijk van onderscheiden.
Conclusie
Het NVMe-protocol geeft snel flashgeheugen de ruimte om zich volledig te ontplooien. Maar de voelbare snelheidswinst bij de overstap van een harde schijf naar een ssd herhaalt zich in de dagelijkse praktijk niet bij PCIe-ssd's ten opzichte van hun SATAtegenhangers. Alleen in specifieke scenario's profiteer je van de hogere sequentiële doorvoer en de betere IOPS-waarden.
Wat dat betreft hebben PCIe-ssd's hetzelfde probleem als sportwagens. Daar heb je pas echt voordeel van op de Duitse Autobahn. In het stadsverkeer moet je gewoon achter de gezinsauto aan van stoplicht naar stoplicht.
Bovendien kan het NVMe-protocol geen wonderen verrichten. Traag TLCflashgeheugen wordt er niet opeens sneller van. Bij veel toepassingen zet een goede SATA-ssd een middelmatig PCIe-model op zijn nummer. Als je op zoek bent naar een ssd als systeemschijf, voor officetaken en voor games, kun je de meerprijs voor PCIe rustig uitsparen en in een SATA-disk met grotere capaciteit investeren. Dan heb je ook het voordeel dat er meer data op het snelle medium staan.
Mocht je toch voor een PCIe-ssd kiezen, dan moet je het gewenste model uitzoeken op basis van het geplande toepassingsscenario. Als je veel met grote bestanden werkt, profiteer je van hoge sequentiële transferrates. Ben je vaker bezig met veel kleine bestanden, zoals bij compileren en indexeren, dan moet je zelfs bij lage queue depths zo hoog mogelijke IOPS-waarden op je verlanglijstje zetten.
(hhe)
Literatuur
[1] Lutz Labs, Schijventurbo, Intels Optane Memory
als systeemversneller, c't 7-8/2017, p.33
[2] André Kramer, Power voor de pixels, Welke hardware heb je nodig zodat Photoshop het beste werkt?, c't 5/2015, p.110