Samsung 950 Pro : le 1er SSD NVMe en M.2

Le Samsung 950 Series est un SSD au format très réduit (M.2), utilisant l'interface NVMe et équipé de mémoire flash de type V-NAND. Chacune de ces caractéristiques n'a rien de neuf. Mais ce SSD est le premier à toutes les regrouper.

Les constructeurs, ces dernières années, ont principalement travaillé sur la densité de données. Les puces MLC ont profité d'une gravure de plus en plus fine alors qu'arrivait la mémoire TLC, puis la NAND 3D. Ils ont réduit drastiquement les coûts de production et donc, les prix de vente, favorisant par conséquent l'adoption de ce support de stockage.


Durant cette période, les performances n'ont guère évolué, notamment depuis l'arrivée du SATA III. Désormais, le marché du SSD aborde un nouveau virage qui aboutira à offrir au grand public des possibilités largement revues à la hausse. Le 950 Pro de Samsung s'inscrit complètement dans cette logique. C'est du moins ce qu'avance le constructeur.

Le NVMe, la clé de performances décuplées

Avec son 950 Series, Samsung promet de mettre à disposition du grand public un SSD aux performances hors norme : 2,5 Go/s et 1,5 Go/s sur les lectures et écritures séquentielles pour le modèle de 512 Go, 2,2 Go/s et 900 Mo/s pour la version 256 Go.

L'utilisation par ce SSD du bus PCI-E n'est évidemment pas étrangère à ces débits. La bande passante offerte est ici bien plus importante qu'en SATA III, puisqu'on passe d'un débit théorique de 750 Mo/s à 3,94 Go/s, soit près de quatre fois plus.

Cependant, le PCI-E ne fait pas tout. Lui aussi relié à la carte mère par ce biais, un RevoDrive 350 d'OCZ, en version 960 Go, ne dépasse pas les 1 800 Mo/s en lecture, alors qu'il est basé sur un RAID 0 dont on connaît les dangers. C'est que sans maîtrise, la puissance n'est rien.

La maîtrise, c'est la façon dont sont régis les transferts. Le RevoDrive utilise l'ancestrale AHCI, tandis que le Samsung 950 Series se base sur le NVMe, qui permet de profiter pleinement des possibilités offertes par le PCI-E.


Le AHCI, ou Advanced Host Controller Interface, est une interface de gestion héritée de l'époque où les SSD n'existaient pas encore. Elle est aujourd'hui rendue obsolète par la mémoire flash, dont le fonctionnement est très éloigné de celui des disques durs.

L'exemple le plus frappant des limitations du AHCI : son incapacité à gérer plus de 32 commandes, et ce, sur une liste file d'attente. Le NVMe, quant à lui, doit en théorie pouvoir gérer 65 536 instructions, sur 65 536 files d'attente.

Même si le NVMe n'est pas tout à fait nouveau (la première ébauche de ce standard date de 2007), il n'est pas encore démocratisé à l'heure actuelle. Les prérequis matériels et logiciels sont nombreux, et tous les satisfaire n'est pas si évident. Vous aurez besoin :

Ces OS sont capables de gérer nativement un périphérique NVMe, puisqu'ils disposent d'un pilote adapté. Samsung, comme Intel, propose toutefois des drivers maison pour Windows 7, 8.1 et 10, et travaille par ailleurs sur des déclinaisons GNU/Linux et Windows Server.

Lignes PCI-E Gen 3, le casse-tête

Bien sûr, les enthousiastes, que vise en priorité ce genre de produits, n'auront aucun mal à adapter leur matériel ou leur système. Mais ils ont encore quelques étapes à franchir avant de parvenir à faire fonctionner un SSD tel que le 950 Series à plein régime. Pourquoi ? Parce que le 950 Series a besoin de quatre lignes PCI-E Gen 3. Une denrée rare.


Pour profiter de ce bus, il n'y a actuellement chez Intel que deux possibilités : le X99 ou le Z170. Sur le X99, point de PCI-E Gen 3 sur le chipset : il est nécessaire de passer par un CPU de type Haswell-E, qui intègre de 28 à 40 lignes de ce type selon les versions. Dès lors, 12 à 24 lignes supplémentaires sont disponibles, si l'on soustrait les 16 lignes forcément dédiées à la carte graphique. De quoi connecter quelques SSD en PCI-E 3.0. Et même dans le cas d'un SLI ou d'un CrossFire à deux cartes, il vous reste de un à quatre SSD, selon le processeur.

Si vous possédez une carte mère Z170 de dernière génération (CPU Skylake), 20 lignes PCI-E sont disponibles sur le southbridge de la carte mère (merci le DMI 3.0 !). Des connexions à partager éventuellement entre un module Wi-Fi 802.11ac, un contrôleur Gigabit additionnel, un autre gérant l'USB 3.1 (qui peut occuper jusqu'à 4 lignes), du SATA Express, de l'audio, et bien sûr le M.2 de votre SSD. Plus votre carte-mère Z170 est bardée de contrôleurs additionnels, plus ce partage sera important. Et la façon dont sont branchées ces puces peut fortement varier d'un constructeur à l'autre, d'une carte mère à l'autre.


Quel que soit le scénario (Haswell-E X99 ou Z170), il y a donc un petit exercice de calcul à effectuer pour que tous les composants fonctionnent au maximum de leur potentiel. Et après ce calcul, il reste évidemment à passer par la case BIOS pour entrer les meilleurs réglages, qui sont là aussi très variables selon la carte mère utilisée. Une aspirine ?

Le contrôleur, maillon faible du 950 Pro ?

Une fois correctement équipé, vous devriez être en mesure de faire fonctionner le 950 Pro de Samsung au maximum de ses possibilités et de profiter de ses débits gigantesques en lecture comme en écriture. Il faut dire qu'en termes de transferts séquentiels, voir des SSD de 256 et 512 Go atteindre de telles vitesses, c'est bluffant.

En revanche, nous avons été quelque peu surpris lorsque nous nous sommes intéressés aux performances en mode aléatoire de ce nouveau SSD. En effet, il atteint 300 000 IOPS en lecture et 110 000 IOPS en écriture dans sa version 512 Go, et se contente de 270 000 IOPS en lecture et 85 000 IOPS en écriture pour le modèle 256 Go.


En comparaison, un Intel 750 Series, également compatible NVMe, fait beaucoup mieux : 430 000 IOPS en lecture, et 230 000 IOPS en écriture pour la version 400 Go (et même 440 000 et 290 000 IOPS pour le modèle 1,2 To). Comment expliquer cette différence ?

A notre sens, le 950 Series est bridé de ce point de vue par son contrôleur. Le UBX, que l'on trouvait déjà dans le SM951 (équivalent OEM du 950 Pro sans la mémoire V-NAND), est une puce équipée de trois cœurs gérant jusqu'à huit canaux en parallèle. C'est à dire ni plus ni moins que ce que l'on trouve sur un 850 Evo ou Pro, ou bien d'autres SSD du marché.


Le contrôleur du 750 Series d'Intel bénéficie, quant à lui, d'une gestion sur 18 canaux. La différence entre les performances théoriques de l'un et de l'autre se situe sans doute à ce niveau.

Sachez par ailleurs que le UBX concocté par Samsung utilise 512 Mo de mémoire cache (de type LPDDR3) et prend en charge le chiffrement AES 256-bits, mais devra attendre une mise à jour de firmware pour supporter le standard eDrive de Microsoft, en adoptant la compatibilité TCG Opal 2.0 et IEEE-1667.

M.2, un format qui a presque tout pour plaire

Pour son premier SSD NVMe grand public, Samsung a fait le choix du M.2, plutôt que celui du PCB PCI-E. Un choix intéressant en ce qui concerne l'espace occupé, puisque ce 950 Series est on ne peut plus discret. Conformément au format M.2 2280, il mesure 22 mm de large pour 80 de long.

Un tel format est idéal lorsqu'on pense aux ordinateurs portables, ou même aux machines de bureau qui ont tendance à voir leurs dimensions réduire.

Pour atteindre cette compacité, Samsung a évidemment compté sur sa mémoire V-NAND, qui permet en outre de diminuer la consommation du SSD. Quand l'imposant 750 Series d'Intel engloutit 12 à 22 watts en charge (selon sa capacité), et 4 W au repos (d'après les chiffres fournis par Intel), le 950 Series n'a besoin en moyenne que de 5,1 watts pour la version 256 Go, et 5,7 watts pour le modèle 512 Go (d'après Samsung cette fois). Mieux, il dispose d'un mode Devslp qui permet de descendre à 2,5 mW lorsque le SSD est au repos.


Voilà pour le bon côté des choses. Certains diront ensuite que le format M.2 n'est pas encore démocratisé. A notre sens, ce n'est pas un frein. Les constructeurs de cartes mères ne proposent pas (encore) ce format de manière systématique, mais ce SSD parle aux enthousiastes, qui sont équipés, ou vont probablement s'équiper en la matière. Et il permet surtout aux OEM d'inclure ce SSD dans les ordinateurs portables haut de gamme, puisque le M.2 est particulièrement utilisé sur ce marché.

Enfin, pour ceux qui seraient tentés par ce 950 Series mais qui n'auraient pas envie de renouveler leur carte mère, il existe des adaptateurs M.2 vers PCI-E. Toutefois, en gardant à l'esprit que la carte-mère doit supporter le NVMe.


Nous retenons néanmoins deux limitations dues à ce format. L'impossibilité, d'une part, d'y adjoindre des condensateurs pour permettre l'exécution d'une écriture malgré une panne de courant (comme c'est le cas sur certains SSD ou sur le 750 Series).

D'autre part, difficile pour Samsung de placer des éléments destinés à dissiper la chaleur sur un si petit SSD. Tant et si bien que ce dernier est équipé d'un dispositif appelé « Dynamic Thermal Guard » qui abaisse la fréquence des composants dès lors que la température dépasse les 100°C. Le constructeur s'en défend, mais il est possible que ce mécanisme soit à l'origine de baisses de performances, notamment dans le cadre d'une charge sollicitant fortement le support.

Certains ont trouvé la parade en collant un petit radiateur prévu pour les Raspberry sur le contrôleur. Mais pour cela, il faut décoller l'étiquette placée sur le SSD, ce qui annule la garantie.

Une garantie en question

Le 950 Series est garanti 5 ans. Si l'on pense à la cible visée par le constructeur, c'est-à-dire l'enthousiaste, c'est cohérent : ces utilisateurs changent de composants régulièrement, et à ce titre, 5 ans, c'est déjà très long. Et si l'on regarde les chiffres annoncés par Samsung (200 To d'écriture pour la version 256 Go, 400 pour le modèle 512 Go), il n'y a pas vraiment de sujet d'inquiétude. En comparaison, le 750 Series d'Intel est capable d'assumer 219 To sur le modèle de 1,2 To. Le 950 Series est donc plutôt rassurant de ce point de vue, notamment grâce à ses puces MLC gravées en 40 nm.

Cependant, on ne peut s'empêcher de se questionner sur la politique commerciale de Samsung, qui a garanti 10 ans sur le 850 Pro. Car ce SSD et le 950 Pro partagent leur NAND flash, à savoir la seconde génération de V-NAND (« empilement » de 32 couches de die de 16 Go). Samsung prévoit au passage d'utiliser sa dernière V-NAND (48 couches) pour la déclinaison 1 To de son 950 Series, qui arrivera ultérieurement.


Samsung a-t-il volontairement dopé la garantie de son 850 Pro pour en faire un argument commercial, ou y a-t-il un souci sur le 950 Pro qui rend le constructeur plus prudent ? Contacté par nos soins, ce dernier n'a, pour l'heure, donné aucune réponse à ce sujet.

Nos mesures

Le moment est venu d'évaluer les performances du 950 Pro. Évidemment, nous avons mis en face un concurrent digne de ce nom, en NVMe et PCI-E, puisqu'il s'agit de l'Intel 750 Series, que nous testions au début du printemps. Pour apporter un élément de comparaison, nous avons ajouté les scores du Vector 180 d'OCZ, un SSD SATA 3 Gbps haut de gamme.

• Carte mère Asus Z170 Deluxe (BIOS 1101),
  
• Processeur Intel Core i7-6700K ,
  
• Mémoire 16 Go (4x 4 Go) DDR4-2666 Corsair @ 2666,
  
• SSD Crucial BX100 pour le système,
  
• Alimentation Cooler Master V1200 Platinum

IOmeter est un outil qu'il faut manipuler avec précaution lorsqu'il s'agit de tests de SSD. Ici, nous avons travaillé sur des secteurs et des fichiers de 4 Ko, avec des accès aléatoires à 100% (ce sont ceux qui sollicitent le plus le contrôleur), et selon deux scénarios différents :

• une activité comprenant 25% de lecture, 75% d'écriture ;
• un protocole qui comprend 75% de lecture et seulement 25% d'écriture.

Chacun de ces tests a été mené jusqu'à remplissage total des SSD et pour trois profondeurs de queue (QD) différentes : 1, 32 et 128. AHCI oblige, pas de scores en QD=128 pour le Vector 180.

Le premier constat qu'autorisent ces résultats concerne les très bonnes aptitudes du 950 Pro lorsque la profondeur de queue est égale à 1. Quelles que soient les conditions, le SSD de Samsung devance le Vector 180 d'OCZ tout autant que le 750 Series d'Intel.

Lorsque la profondeur de queue augmente, le modèle d'Intel reprend le dessus, particulièrement lorsque les SSD sont très sollicités en écriture (scénario 1). Lorsque la lecture constitue l'activité principale, les deux modèles sont quasiment à égalité.

CrystalDiskMark combine, pour sa part, une partie de tests séquentiels (sur un fichier de 1 Go) et une partie de tests aléatoires, avec différents scénarios (lecture et écriture d'un fichier de 512, puis 4 Ko, et de plusieurs fichiers de 4 Ko simultanément).


Ces résultats apportent une nouvelle indication sur les performances du 950 Pro : en lecture et écriture séquentielles, il se débrouille mieux, voire bien mieux que le 750 Series d'Intel, que ce soit sur les petits ou les gros fichiers. En aléatoire, c'est plus compliqué pour le SSD de Samsung, notamment lorsque la profondeur de queue augmente, ce qui confirme les scores obtenus sous IOMeter.

ATTO, enfin, est un logiciel qui ne travaille qu'en séquentiel. Selon toute vraisemblance, le 950 Pro devrait largement dominer son concurrent.


C'est en effet le cas sur les très petits fichiers, dont la taille n'excède pas 2 Ko. Sous cette limite, le 950 Pro est largement plus performant, même si la profondeur de queue est égale à 10. A 4 Ko, le 750 Series d'Intel rattrape son retard en lecture (tout en restant un peu moins rapide), mais pas en écriture : il conserve un handicap tant que la taille de fichier n'atteint pas 265 Ko.

Le SSD de Samsung semble donc réellement disposer d'un sérieux avantage sur celui d'Intel concernant les opérations séquentielles. Las, comme vous pouvez l'observer sur ce « Run 0 », dès que la taille de fichier atteint 1 Mo, les performances du 950 Pro s'écroulent, alors que celles du 750 Series demeurent stables.

Nous avons reproduit ce phénomène à plusieurs reprises, avec des variations importantes dans les résultats. Jusqu'à comprendre ce qu'il se passait.


Voici quatre captures de résultats obtenus sous ATTO : dès qu'un premier run s'achevait, nous lancions le suivant. Ce que nous mettons en lumière ici, c'est la dégradation, au fur et à mesure des exercices, des scores obtenus. La raison ? Le fameux « Dynamic Thermal Guard » de Samsung, qui limite les performances (du contrôleur, des puces mémoire ou des deux ?) lorsque la température atteint une certaine limite. Notre thermomètre, pointé sur le contrôleur, indiquait 91°C de façon constante, de plus en plus tôt au fur et à mesure des exercices, le tout dans un banc de test ouvert. Le SSD Samsung semble subir cette chaleur excessive, et ses performances, en pâtir largement.

Contacté par nos soins, Samsung se veut rassurant, indiquant que ce genre de sollicitations n'est pas celui qu'infligera à son SSD le consommateur. Nous préférons toutefois vous le préciser, puisqu'à notre sens, ce modèle s'adresse aux enthousiastes qui n'apprécient pas vraiment qu'on leur vende un SSD capable de pousser ses transferts à 2,4 Go/s seulement une partie du temps.

Nous avons aussi effectué quelques tests pratiques, comme la décompression d'un fichier WinRAR de 1,85 Go contenant des fichiers de tailles diverses comprises entre quelques Ko et plusieurs Mo.


Sur ce test sollicitant beaucoup mémoire et processeur, nos trois SSD sont relativement proches, et presque rien ne sépare les deux concurrents de chez Intel et Samsung.

Des tests de transfert sont évidemment de la partie : un fichier de 3,9 Go pour voir comment se comportent nos SSD sur les données de taille importante, et 1 Go de petits fichiers compris entre 12 et 34 Ko pour observer leurs performances sur les données de petite taille. Ces tests sont effectués à l'aide d'un RAMDisk de 12 Go (sur les 16 qu'en compte notre machine de test) fonctionnant sur de la mémoire cadencée à 2 666 MHz.




En lecture de gros fichiers, le SSD de Samsung et celui d'Intel réalisent sensiblement le même score, alors que l'on attendait mieux du SSD de Samsung (CrystalDiskMark indiquait près de 2 400 Mo/s). En écriture, en revanche, les résultats sont conformes à ceux que l'on avait pu entrevoir auparavant.

Concernant les petits fichiers, peu de différence entre les deux concurrents ou avec le Vector 180 d'OCZ.

La copie proche, qui consiste à lire et écrire le même fichier, est une opération sollicitant beaucoup le contrôleur : il convient de voir comment nos SSD s'en sortent.


Sur les petits fichiers, une nouvelle fois, peu d'écart : les performances sont clairement nivelées et le SSD n'y est pour rien. Sur les gros fichiers, le 950 Pro s'en sort mieux que l'Intel 750 Series, et réalise un score plus de trois fois supérieur à celui du Vector 180 d'OCZ.

Notre avis

D'après nos tests, le Samsung 950 Pro est un bon SSD... pour peu qu'on ne l'utilise pas en mode aléatoire sur des profondeurs de queue trop importante, domaine dans lequel son contrôleur ne lui permet pas de rivaliser avec le 750 Series d'Intel. Quand on y réfléchit, ce n'est pas incohérent si on considère la cible grand public visée par Samsung : les enthousiastes non plus n'ont pas forcément besoin qu'il réponde à un usage qu'on assimilerait plutôt à un SSD d'entreprise.

Le problème, c'est que même sur des exercices dans lequel il est à l'aise (et meilleur que le modèle d'Intel), il ne peut supporter une sollicitation trop longue, la faute à une élévation importante de température du contrôleur, qui le handicape sur des exercices qui demandent plus de temps qu'une simple copie d'un dossier. Et même les moins enthousiastes ne voudront pas d'un SSD dont les performances sont rapidement plombées pour laisser à une puce le temps de refroidir.

Cette chauffe excessive pose par ailleurs la question de la durée de vie de ce SSD : combien de temps le contrôleur pourra-t-il supporter une température que nous avons mesurée à plus de 90°C ? Et l'on comprend peut-être pourquoi Samsung a garanti son 950 Pro 5 ans au lieu de 10. C'est, de toute façon, la seule hypothèse que nous pouvons faire puisque le constructeur n'a pas répondu à nos sollicitations.

Si vous êtes bricoleurs et que vous parvenez à installer un dissipateur sur ce SSD, le 950 Pro constituera alors un très bon choix pour qui recherche la performance sur des usages enthousiastes, et non professionnels. D'autant qu'avec un modèle de 256 Go commercialisé autour de 200 euros, il donne accès à d'excellents débits à un prix accessible. Et le modèle 512 Go, vendu 360 euros, affiche un prix du gigaoctet, encore plus intéressant.

On ne peut toutefois pas s'empêcher de vous conseiller d'attendre : ce SSD est le premier du genre, et Samsung fera probablement des ajustements sur sa prochaine génération. D'autant plus si le constructeur destine ces SSD aux ultrabooks, dans lesquels la montée en température risque d'être encore plus rapide. Par ailleurs, JMicron et Phison proposeront bientôt des contrôleurs NVMe, et de nouveaux modèles débarqueront sans nul doute l'année prochaine. Rien ne presse, donc.