Мы уже разбирались, что такое SSD-накопители, выяснили, каких форм-факторов они бывают, бросили взгляд на типы применяемой NAND-памяти. Все это полезно, если планируется приобретение твердотельного диска, но не менее важным служит то, кто, собственно, управляет работой накопителя. Как у всего компьютера есть процессор, так и функционирование SSD-диска обеспечивается контроллером, установленным в нем. Именно от него во многом зависят характеристики накопителя и то, насколько оправданной будет покупка. Про то, как работают контроллеры, рассказано в другом материале, а сейчас поговорим про то, кто их сейчас делает и что они могут.

Контроллер – зачем нужен

Он обеспечивает обмен данными с шиной (SATA или PCIe), а также управляет операциями записи/чтения в ячейки памяти, контролирует состояние ячеек, выполняет их обслуживание и прочую вспомогательную работу. От того, насколько эффективно он этим занимается, и зависит быстродействие всего накопителя. Управляет работой специальная программа, зашитая в контроллер, и многие производители регулярно выпускают ее обновления, устраняющие найденные ошибки, оптимизирующие работу.

Производителей этих управляющих работой процессоров существенно меньше брендов, под которыми выпускаются SSD-накопители. Есть определенная дифференциация этих производителей, часть которых априори относится к тем, кто выпускает премиумную продукцию, и те, чьи контроллеры обычно используются в бюджетных накопителях. Тем не менее, ничто не вечно, и быстродействующие решения можно найти даже у тех разработчиков, которые, казалось бы, вполне комфортно чувствуют себя в качестве поставщика решений для дешевых дисков.

Различаются и способы работы с клиентами. Дело в том, что, например, компания Marvell может поставлять свои контроллеры без прошивки, или требуется ее серьезная доработка. Задача по ее созданию ложится на производителя SSD-дисков, а дело это непростое, поэтому по силам только серьезным компаниям, например, Crucial, Plextor и т. п.

Совсем другое дело – компания Phison. Она предлагает уже готовые решения в виде контроллера с прошивкой, платы, микросхем памяти и даже корпуса. По сути, остается только наклеить этикетку со своим брендом и выпустить «произведенный» SSD на рынок. Собственно, этим и объясняется наличие таких производителей, как «Smartbuy», «GOODRAM» и прочих.

Впрочем, даже известные компании не гнушаются идти подобным путем, правда, имея солидные инженерно-программистские возможности – дорабатывают или полностью переделывают прошивки самостоятельно. Характерный пример – компании Intel и Plextor, которые использовали контроллер Silicon Motion SM2258, типичного представителя решений для бюджетных накопителей. Использовав эталонный вариант поставки, в Intel выпустили модель 540s, уже «отметившуюся» унылой производительностью и стабильно занимающую последние места в различных тестированиях.

Совсем не так поступил Plextor в своём накопителе S2C, тестирование которого на надежность я недавно завершил. Была полностью переписана микропрограмма. Результат виден невооруженным глазом. Конечно, в лидеры диск не вырвался, не стоит надеяться на чудо, но из контроллера удалось выжать заметно больше.

Давайте посмотрим, чьи контроллеры можно встретить в тех SSD-накопителях, которые доступны на рынке.

JMicron

Один из старейших производителей, в свое время «отметившийся» неудачными моделями, чем серьезно повредил своей репутации. С тех пор сумел поправить ситуацию, выпустив вполне удачные версии контроллеров. В данный момент моделей SSD с использованием JMicron мало, учитывая наличие серьезных альтернатив. Все существующие на данный момент контроллеры предназначены для работы с шиной SATA. О поддержке более скоростной PCIe пока что ничего конкретного не слышно.

Тем не менее, можно встретить накопители на следующих контроллерах:

• JMF667H. Устаревшая модель, найти которую сейчас уже нельзя.
• JMF670H. Все еще встречающийся контроллер, являющийся обновлением предыдущего. В основе – одноядерный процессор ARM968 с архитектурой ARM9. Максимальная емкость накопителя – 512 ГБ. На его основе, например, выпускается ADATA XPG SX930. Это явно бюджетное решение, которое соперничать может разве что с Silicon Motion SM2246EN и Phison S10. Проблема заключается в том, что в недорогих SSD все активнее применяется память TLC, а вот именно с этим типом контроллер работать не умеет. Связано это с тем, что для работы с памятью TLC требуются продвинутые алгоритмы коррекции ошибок, а этот контроллер похвастаться ими не может. Зато с поддержкой памяти MLC проблем нет. Тем не менее, это уже устаревшая модель.
• JMF680H. Обещанное обновление контроллера, в котором должна появиться поддержка TLC памяти и максимальная емкость накопителя должна составлять 2 ТБ. К сожалению, хотя первоначально планировалось выпустить JMF680H еще год назад, до сих пор его нет.

Marvell

Компания Marvell – один из старейших производителей контроллеров, предлагающий целый ряд моделей. Это отнюдь не бюджетные модели, и накопители, выпускаемые на базе этого контроллера, претендуют как минимум на место в классе средне- и высокопроизводительных моделей.

Возможность внести изменения в исходную прошивку позволяет разработчикам добиваться разных результатов при том, что конфигурация накопителей схожая. Что и отражают многочисленные тесты. В целом наличие контроллера Marvell уже само по себе подразумевает достойный уровень производительности.

SATA и PCI-E 3.0

На данный момент актуальны следующие модели контроллеров:

• 88SS9187. Уже устаревающая модель, SSD c которой, тем не менее, еще можно найти в продаже, например, Plextor M6 Pro. Используются 8 каналов и, в целом, на его основе изготавливались весьма производительные накопители.
• 88SS1074. Это двухъядерный (процессор ARMv5, частота работы 400 МГц) четырехканальный контроллер, который поддерживает все современные типы памяти, включая 3D NAND. Сам производитель ориентирует свои решения для накопителей среднего класса. За счет уменьшения количества ядер и снижения производительности удалось снизить стоимость контроллера. Поддерживается шина SATA.
• 88NV11xx Family. (88NV1120 – SATA, 88NV1140 – PCIe Gen3x1, 88NV1160 — PCIe 3×2). Семейство двухъядерных (используются процессоры ARM на ядре Cortex R5) контроллеров, ориентированных на применение в накопителях бюджетного класса. Это вполне удачная попытка соперничать с дешевыми решениями от Silicon Motion и Phison. Не поддерживается использование микросхемы буферной памяти (как сейчас называют DRAM-less контроллеры). В семейство входят 3 модели:
  • 88NV1120 – поддерживается шина SATA.
  • 88NV1140 – поддерживается шина PCIe Gen3x1. На данный момент эта модификация не предлагается.
  • 88NV1160 – поддерживается шина PCIe Gen3x2.
• 88SS1093. Новый контроллер для шины PCIe, первый у компании Marvell, поддерживающий протокол NVMe версии 1.1b. Используются три ядра (процессоры ARM на ядре Cortex R5) и 8 каналов. Ориентирован для высокопроизводительных накопителей, что, собственно, и показывают появляющиеся на его базе модели. Наличие температурного датчика, похоже, сделано не только для удобства. Контроллер получился довольно горячим, что подтверждается, например, накопителем Plextor M8PeGN (в форм-факторе M.2) имеющим склонность к перегреву и троттлингу, чем, собственно, и заведует термодатчик.
• 88SS1092. Совсем недавно анонсированный контроллер, являющийся вторым поколением с поддержкой протокола NVMe. Из заметных отличий, которые можно найти в спецификации, только увеличенный объем поддерживаемой памяти (DDR3, DDR4, LPDDR2 и LPDDR3) до 8 ГБ. В предыдущем 88SS1093 это значение составляло 2 ГБ.
• 88SS1084. Данный контроллер предназначен для высокопроизводительных накопителей. Здесь 4 ядра Cortex-R5, для связи с NAND используется 4 канала. Максимальный объем DRAM составляет 4 ГБ. Контроллер предназначен для работы в том числе с 96-слойной TLC NAND, а также с QLC памятью.
• 88SS1100. Основное отличие от предыдущего – наличие 8 каналов для связи с чипами NAND и чуть больший размер кристалла.
• 88SS1098. Однопортовый контроллер, имеющий 4 ядра Cortex-R5 и 8 каналов связи с NAND. Реализовано новое, 4-е поколения технологии коррекции ошибок NANDEdge LDPC, что позволяет работать как с чипами 3D NAND TLC, так и QLC. Максимальный объем кэширующей DRAM составляет 8 ГБ, а емкость накопителя может доходить до 8 ТБ.
• 88SS1088. Двухпортовый контроллер отличается от предыдущего тем, что тут два блока по 4 ядра Cortex-R5, что позволяет получить 16 каналов связи с NAND. Максимальный объем DRAM составляет 16 ГБ. Контроллер позволяет производить SSD накопители с емкостью до 16 ТБ разных форм-факторов – M.2, U2, NGSFF, EDSFF и других, включая встроенные решения.

SATA

Модель	88NV1120	88SS1074
Шина	SATA	SATA
Протокол	AHCI	AHCI
Поддерживаемая NAND память	MLC/TLC	MLC/TLC
Поддержка 3D NAND	+	+
Кол-во ядер CPU	2	2
Тип CPU	ARM Cortex R5
Частота CPU, МГц	400	400
Потоков	4	4
Шифрование	AES-256

PCIe 3.0

Модель	88NV1140	88NV1160	88SS1092	88SS1093	88SS1084/	88SS1088/
Шина	PCIe Gen3x1	PCIe Gen3x2	PCIe Gen3x4		PCIe Gen3x4
Протокол	AHCI, NVMe 1.3	AHCI, NVMe 1.3	AHCI, NVMe 1.1b		AHCI, NVMe 1.3
Поддерживаемая NAND память	TLC/QLC
Поддержка 3D NAND	+	+	+	+	+	+
Кол-во ядер CPU	2	2	3		4	4/8
Тип CPU	ARM Cortex R5
Частота CPU, МГц	—	—	500		—	—
Потоков	4	4	8		4/8	8/16
Шифрование	AES-256

PCI-E 4.0

Модели для новой версии интерфейса PCIe 4.0, анонсированные в начале августа 2019 года. В семейство 88SS132x входят три модификации:

• 88SS1321. Все контроллеры семейства трехъядерные, использующие процессоры Cortex R5, выполнены по 12-нм техпроцессу. Данная модификация предназначена для SSD с поддержкой буферной DRAM объемом до 8 ГБ.
• 88SS1322. DRAM-less модификация предыдущей модели. Среди отличий — меньшее количество каналов связи с NAND 4 против 8 у 88SS1321.
• 88SS1323. Упрощенная модификация, использующая только 2 линии PCIe 4.0 или PCIe 3.0. Кэширующая DRAM не поддерживается.

SandForce (LSI)

Также один из старейших и уважаемых производителей, о котором, к сожалению, давно толком ничего не слышно. Даже те производители SSD-накопителей, которые традиционно отдавали предпочтение контроллерам SandForce, перешли на использование альтернативных решений. Ожидание выхода новых моделей контроллеров уже слишком затянулось. Тем не менее, до сих пор можно найти в продаже накопители на довольно старом, но все еще актуальном контроллере SF-2281. Например, Kingston HyperX FURY.

В настоящее время SandForce стала собственностью компании Seagate, которая начала производство собственных контроллеров для накопителей своего производства.

Silicon Motion

Довольно молодой производитель, контроллеры которого можно смело отнести к бюджетному классу. Тем не менее, регулярно обновляется линейка контроллеров, в последней модели появилась поддержка шины PCIe и протокола NVMe.

Компания Silicon Motion поставляет не только собственно контроллеры, но и весь набор, чтобы начать выпускать SSD-диски. Поэтому многочисленные накопители доселе неизвестных компаний, да и те, на которых стоит известный в компьютерном мире бренд, использующие начинку от Silicon Motion, по сути, ничем, кроме этикеток, не отличаются.

В настоящее время можно найти SSD-диски на следующих контроллерах:

• SM2256. Довольно удачный 4-канальный контроллер, поддерживающий шину SATA. В настоящее время является уже устаревшим и используется все реже.
• SM2258. Обновленная модель для шины SATA. Популярное решение для SSD-накопителей начального уровня. Больших отличий от предыдущего нет, за исключением более качественной поддержки памяти 3D TLC NAND, новых алгоритмов SLC-кэширования и еще ряда мелких улучшений. Тем не менее, множество моделей бюджетных накопителей построено на базе этого контроллера.
• SM2258XT. Модификация предыдущего, в котором отсутствует возможность использования кэширующей DRAM.
• SM2271. Восьмиканальный высокопроизводительный контроллер позволяет выпускать накопители емкостью до 16 ТБ для корпоративного рынка. Чипы NAND памяти могут быть как TLC, так и QLC.

Модель	SM2256	SM2258/SM2258XT	SM2259/SM2259XT	SM2271
Интерфейс	SATA
Кол-во ядер CPU	1	1	1	2
Поддерживаемая NAND память	MLC/TLC			TLC/QLC
Поддержка 3D NAND	+
Поддержка DRAM	+	+/-	+/-	+
Тип CPU	32-bit Argonaut RISC			ARM Cortex R5
Потоков	4	4	4	8
Шифрование	AES-256

PCIe

В сегменте более производительных контроллеров для шины PCIe имеются следующие модели контроллеров:

• SM2260. Более скоростная шина потребовала изменений в архитектуре контроллера, что вылилось в применение двухъядерного процессора с 8 потоками. Такая конфигурация выглядит довольно слабой на фоне трех и более ядер в контроллерах других компаний, но и ориентированность решений Silicon Motion распространяется на нижний сегмент твердотельных накопителей с поддержкой этой шины.
• SM2263EN. Двухъядерный четырехканальный контроллер построен на ARM Cortex. Поддерживается протокол NVMe 1.3. Этот контроллер ориентирован не накопители начального уровня.
• SM2263XT. Аналог предыдущего с той лишь разницей, что кэширующая DRAM не используется.
• SM2262EN. Более производительная модель с 8 каналами доступа к NAND. Используется внешняя микросхема DRAM. В отличие от предыдущих, разрядность доступа к кэширующей ОЗУ может быть как 16, так и 32 бита. Улучшены скоростные показатели.
• SM2270. Высокопроизводительная модель, позволяющая использовать 8 линий PCIe. Используется три ядра ARM Cortex R5. Для доступа к NAND есть 16 каналов. Контроллер ориентируется на использование в корпоративной среде, в честности, в датацентрах. Внешняя DRAM может достигать емкости 16 ГБ, доступ – 32-битный. Накопители на этом контроллере могут достигать емкости до 16 ТБ.

Модель	SM2260		SM2263EN/ SM2263XT	SM2262	SM2262EN	SM2270
Шина	PCIe Gen3x4					PCIe Gen3x8
Протокол	NVMe 1.2		NVMe 1.3	NVMe 1.3	NVMe 1.3	NVMe 1.3
Поддерживаемая память	MLC/TLC
Поддержка 3D NAND	+
Кол-во ядер CPU	2		2	2	2	3
Тип CPU	ARM Cortex					ARM Cortex R5
Потоков	8	4		8	8	16
Макс. скорость чтения, ГБ/с	2.4	2.4		3.5	3.5	3.2
Макс. скорость записи, ГБ/с	1.0	1.7		3.0	3.0	2.8
Шифрование	AES-256

Phison

Еще один производитель «из молодых». Бюджетность контроллеров этой компании всегда была очевидна. SandForce, Marvell и иже с ними всегда играли в другой лиге. И все же то, что предлагает компания, заслуживает внимания, тем более, что есть интересные решения. Под брендом Phison поставляется еще и память, на самом деле, производимая Toshiba (OCZ), с которой налажено тесное сотрудничество.

В накопителях с этим интерфейсом можно найти следующий контроллеры:

• PS3108-S8. Уже отжившая свой век 8-канальная модель для шины SATA. Тем не менее, еще можно найти в некоторых моделях бюджетных SSD-дисков.
• PS3110-S10. Популярный 4-ядерный контроллер с 8 потоками. Совокупность качеств позволяет уже соперничать с доселе недостижимыми конкурентами. Весьма интересная модель для недорогих накопителей, при этом показывающих производительность скорее на среднем уровне, что как-то не позволяет по этому параметру относить к бюджетным решениям. От репутации производителя самых дешевых и самых медленных контроллеров компания постепенно уходит.
• PS3111-S11. Более дешевая модификация предыдущей модели, в которой установлен одноядерный процессор. Это тоже весьма интересное решение, на базе которого получаются весьма неплохие накопители для повседневного использования без высокой нагрузки на дисковую подсистему. Можно сказать, это более чем крепкий бюджетник, с замашками на производительность, которая приближается к среднему классу. Учитывая низкую стоимость, привлекательность становится еще выше.
• PS3112-S12. Развитие модели S10. Максимальная емкость SSD может составлять 8 ТБ. Для доступа к NAND используются 8 каналов.
• PS3113-S13T. Свежая модель, информации по которому еще мало, и по мере появления будет уточнена. Максимальный объем накопителя составляет 2 ТБ. Судя по всему, это наследник DRAM-less модели S11.

• PS5007-E7. 4-ядерный, 8-канальный контроллер под шину PCIe и поддерживающий протокол NVMe версии 1.2. Построенные на его основе такие SSD, как Corsair Force MP500 или Patriot Hellfire M.2, показывают более чем достойные результаты. Заявлена поддержка всех видов памяти. Между анонсом и реальным выходом на рынок прошло довольно много времени, которое было потрачено на отладку микропрограммы. В целом, в полку производительных решений для шины PCIe прибыло.
• PS5008-E8/E8T. Урезанная версия предыдущего контроллера, использующая только 2 линии PCIe. Кстати, попадалась информация, что данный контроллер планирует использовать Intel в своем SSD 600p, в котором на данный момент устанавливается Silicon Motion SM2260. Из доступных 8 каналов в этой модели диска используются только 6 из-за особенностей применяемых микросхем памяти. Этот SSD стал печально известен своей унылой производительностью, на уровне средних моделей, использующих шину SATA, хотя 600p – это SSD, работающий на шине PCIe. С контроллером от Phison удалось удвоить скорость последовательного чтения.
• PS5012-E12. Контроллер для массового рынка с поддержкой NAND TLC и QLC. Установлен двухядерный ARM процессор, для связи с чипами памяти имеется 8 каналов.
• PS5012-E12C. Упрощенная версия предыдущей модели с урезанным вдвое количеством каналов доступа к NAND.
• PS5013-E13T. DRAM-less версия контроллера PS5012.

PCIe 4.0

С выходом чипсета AMD X570, первого, в котором появилась поддержка новой, 4-й версии интерфейса PCI-E, стали выходить и устройства под эту шину. По сути, основными «потребителями» нового поколения PCI-E zвляются SSD накопители, и первые модели снабжены контроллерами именно этого производителя, т. е. Phison.

На данный момент предлагаются следующие модели контроллеров:

• PS5016-E16. Вслед за анонсом первых материнских плат с интерфейсом PCIe версии 4.0 последовали анонсы накопителей, поддерживающих эту новую шину. В частности, прототипы будущих SSD показали Corsair, GIGABYTE, PNY. Контроллер содержит два ядра ARM Cortex5, а также используется DRAM DDR4 в качестве кэша. По сути, это модернизация контроллера PS5012-E12 под новый интерфейс.
• PS5018-E18.Судя по характеристикам, именно этот контроллер можно назвать не модернизацией, и разработкой именно под PCIe 4-го поколения. Ядер ARM Cortex5 тут три, да и выпускается этот контроллер по техпроцессу 12 нм, в то время как остальные довольствуются более старым 28 нм.
• PS5019-E19. Еще одна модель для PCIe 4.0 — облегченная DRAM-less версия контролера PS5016. Это одноядерный чип без поддержки кэширующей микросхемы DRAM. Ориентирован на использование в бюджетных моделях накопителей. Скоростные показатели лишь немногим превышают возможности интерфейса PCIe 3.0.

Realtek

Этот производитель сравнительно недавно появился на рынке контроллеров для SSD. Предлагается несколько моделей, как действующих, так и перспективных, анонсированных совсем недавно, летом 2019 года. Будучи известным как производитель аудиопроцессоров, в Realtek решили заняться и накопителями.

Информации о том, что за процессорные ядра и в каком количестве используются в контроллерах, я не нашел, но попадалась информация, что Realtek использует «ядра собственной разработки».

В настоящее время эти контроллеры можно найти,в частности, в SSD производства AData, хотя их можно встретить и в безродных китайских накопителях, например, в Reeinno R3S3, который в данный момент находится у меня на ресурсном тестировании.

Так, в упомянутом «китайце» установлен контроллер Realtek RTS5732DLQ — DRAM-less версия для накопителей с SATA интерфейсом. Это самый что ни на есть бюджетный вариант, и производительность, в частности, у накопителя Reeinno ST240GB R3S3, соответствующая.

Уже используются, или только готовятся к массовому применению контроллеры, предназначенные для более производительных моделей SSD. Это:

• RTS5760 — DRAM-less модель для интерфейса PCIe 3.0 x2. Он встречается, в частности, в накопителе AData XPG SX6000.
• RTS5762 — 8-канальный контроллер под шину PCIe 3.0 x4. Присутствует поддержка протокола NVMe 1.3 и кэширующей DRAM.
• RTS5763DL — 4-канальный DRAM-less контроллер под интерфейс PCIe 3.0 x4.
• RTS5771 — перспективная модель под шину PCIe версии 4.0. Это 8-канальный контроллер с использованием кэширующей DRAM.
• RTS5765DL — как и полагается, буквы «DL» в маркировке указывают на то, что данный контроллер лишен возможности использования DRAM в качестве кэша. Для доступа к NAND используется 4 канала.

Samsung

Компания имеет все ресурсы производить все необходимое самостоятельно. Тот факт, что именно Samsung сумела первой выпустить память 3D NAND и соответствующие высокопроизводительные контроллеры, во многом определило то, что накопители именно этого бренда часто рассматриваются как цель, которую все остальные стремятся достичь.

Новый контроллер Polaris имеет 5 ядер с архитектурой ARM, причем 1 ядро занимается обеспечением обмена между шиной PCIe и контроллером. Диски Samsung не являются дешевыми, но и быстродействие у них соответствующее.

Toshiba (Indilinx)

С контроллерами тут история занятная. В свои накопители, а также те, которые выпускаются под брендом «OCZ», устанавливаются собственные контроллеры, которыми являются модифицированные решения от Marvell, Phison или SandForce, хотя в свое время в состав Toshiba вошла компания Indilinx.

Учитывая серьезные технологические возможности компании, доработанные контроллеры других компаний (новые прошивки, сочетание с собственной же памятью), позволяют получать весьма достойные результаты. Выпускаемые под собственным брендом накопители (Toshiba или OCZ, что, суть, одно и то же), неизбежно оказываются в числе лучших в своих классах.

Заключение. Контроллеры SSD – какие лучше?

Ответить на это сложно. Та ситуация, которая наблюдалась еще пару лет назад, изменилась существенно. Раньше все было понятно: на одной стороне «поля» играли Phison и Silicon Motion, предлагая звезд с неба не хватавшие, но дешевые контроллеры. На другой – SandForce, Marvell, не говоря уже о Samsung. О низкой цене говорить не приходилось, но и о низкой производительности речи не было.

Сейчас же «все смешалось в доме Облонских». SandForce и JMicron, после перехода к другим хозяевам, дружно «ушли в тину», и пока что выглядывать не собираются, хотя и были анонсы новых продуктов.

Зато те, на которых ранее посматривали свысока, смогли удивить. Если Silicon Motion по-прежнему фокусируется на бюджетных решениях, Phison активно рвется в более высокий класс, и небезуспешно. Новые модели SSD-дисков на их контроллерах демонстрируют весьма высокие результаты на тестах.

О том, как подобрать SSD, учитывая, помимо всего прочего, и установленный контроллер, можете прочитать в этом материале.