Overclocking em SSD – Não só possível como víavel, mas será uma boa ideia?

Nesse faremos algo inédito! A Intel, muitos anos atrás, tinha lançado um SSD capaz de ser realizado overclocking, mas apenas como demonstração, já hoje, vamos utilizar um SSD SATA de 2.5″ para realizar este projeto de overclocking. Mas antes disso vamos ver um pouco das especificações deste SSD.

Especificações do SSD Cobaia

O SSD escolhido é baseado em um controlador da Silicon Motion pois facilita bastante este processo. É possível fazer com outros controladores e NAND Flashs, porém, alguns são muito complicados e demandam de muito mais tempo e conhecimento.

NÃO RECOMENDO QUE FAÇAM ISSO!!!

Obviamente isto que estou fazendo é apenas como curiosidade e mostrar que é possível, mas é totalmente não recomendado, pois realizar overclock em componentes muito sensíveis como NAND Flashs pode gerar problemas graves como corrupção de dados, devido aos erros de leitura e escrita aumentarem exponencialmente, além de aumentar a dissipação térmica e seu consumo elétrico.

FERRAMENTAS NECESSÁRIAS

Para realizar este procedimento foi necessário utilizar um adaptador que já vimos aqui no site, trata-se do adaptador de entrada SATA para USB 3.0 com Bridge Chip da Jmicron modelo JMS578.

Além desta pinça como vemos, para realizar o curto nos terminais do ROM/Safe Mode no PCB do SSD.

COMO O OVERCLOCK FOI FEITO

Por razões de segurança, não posso mostrar o passo a passo de como é feito, por inúmeros motivos, tais como, usuários mais leigos tentarem replicar isso e acabarem danificando o SSD, fazendo ele parar de funcionar e anular a garantia do fabricante já que estamos fazendo em realizar a gravação de um firmware customizado no SSD.

Mas ai podem me perguntar por que não escolhi um SSD NVMe? Isso é porque os SSDs que eu encontrei que eram NVMe já tinham seu controlado e NAND Flash configurados em frequência máxima o que ainda é possível aumentar, mas a chance de sucesso é muito menor.

Controlador
O controlador do SSD é o responsável por fazer todo o gerenciamento de dados, over provisioning e garbage collection, dentre outras funções que ocorrem em segundo plano. E, é claro, isso faz com que o SSD tenha um bom desempenho.

Neste projeto, o SSD utiliza este controlador da Silicon Motion modelo SM2259XT2 que é uma variante nova do SM2259XT.

Neste caso, trata-se de um controlador single-core, ou seja, com 1 núcleo principais que fazem o gerenciamento das Nands, com arquiterura ARC-32 bit e não ARM como estamos acostumados. Este controlador tem uma frequência de operação que vai até no máximo de 550 MHz, porém, como veremos na imagem a seguir neste projeto ele estava trabalhando à 425 MHz.

Este controlador também possui suporte para até 2 canais de comunicação com barramento de até 800 MT/s, onde cada um desses canais possui suporte até 8 comandos Chip Enable, o que possibilita este controlador se comunicar com até 16 Dies simultaneamente utilizando a técnica de Interleaving.

O que era diferente do seu antecessor, o SM2259XT, que tinha 4 canais e 4 C.E. suportando no máximo 16 dies.

DRAM Cache ou H.M.B.
Todo SSD topo de linha que visa oferecer um alto desempenho consistente necessita de um buffer para poder armazenar suas tabelas de mapeamento (Flash Translation Layer ou Look-up table). Com isso, ele consegue ter desempenho aleatório melhor e ser mais responsivo.

Por ser um SSD SATA DRAM-Less, ele não oferece suporte a tecnologia HMB.

NAND Flash
Com relação a seus circuitos integrados de armazenamento, o SSD de 240GB possui 1 chip Nand flash “TH58LJT1V24BA8H”. Tratam-se de Nands da fabricante japonesa Kioxia/Toshiba, modelo BiCS4, sendo neste caso dies de 256Gb (32GiB) contendo 96-Layers de dados e um total de 109 gates, gerando uma array efficiency de 88,1%.

Neste SSD, cada NAND Flash possui 8 dies com 256Gb de densidade, totalizando 256GB por NAND, que ao todo se gera 240GB. Elas se comunicam com o controlador com seu barramento máximo de 193.75 MHz (387,5 MT/s) o que é bem abaixo do que as NAND são capaz. Pois tanto estes dies BiCS4 512Gb e BiCS4 256Gb são capazes de rodar a 400 MHz (800 MT/s).

Existe alguns motivos para estarem rodando tão baixo assim, como por exemplo, possa ser devido o fabricante optar em diminuir o consumo elétrico e o aquecimento. Ou até mesmo esse Batch de NAND Flashs não consegue passar pelo Q.C. (Quality Control da Kioxia) à frequência maiores e acaba sendo vendida mais barata ou talvez tenha uma endurance menor também, o que em geral gera um custo da NAND menor, possibilitando SSDs como este ter um valor bem baixo.

SOFTWARES UTILIZADOS PARA O OVERCLOCKING

Como se trata de um controlador Silicon Motion, nós vamos utilizar uma ferramenta de produção em massa deles, conhecida como MPtools.
Valendo ressaltar que, estes softwares NÃO são disponibilizados pelo fabricantes e sim VAZADOS por pessoas com acessos, e postados em fórums russos ou chineses.

Para este projeto vamos utilizar o “SMI SM2259XT2 MPTool TSB-FBiCS4 U1026A FWU0916A0“ que precisa ser compatível com tanto o controlador quanto a NAND Flash, e esse nos permite isso.

Logo após baixarmos o software precisamos começar a fazer as modificações, o que de cara pode parecer simples já que no caso esquerdo inferior temos as sessões de “Flash Clock” e “CPU Clock”. Porém temos muitos parâmetros que devemos ajustar para que ele fique com um “Fine-tunning” e funcione sem ter problemas, tais eles como:

• Flash IO Driving com suas sub-divisões
• Flash Control Driving
• Flash DQS/Data Driving

Aonde estes 2 parâmetros utilizam valores em hexadecimais, e tem de ser alterados de acordo com a velocidade desejada que configuraremos o SSD.

Temos também muitos mais parâmetros como:

• Control ODT (On-die Termination)
• Flash ODT (On-die Termination)
• Schmitt Window Trigger

O que não vou abordar o que são neste artigo para não ficar muito longo e chato para os internautas já que são coisas mais avançadas voltado a questão de sinais para checar integridade tanto do transmissor quanto receptor além de diversos outros parâmetros.

OVERCLOCK REALIZADO, AGORA AOS TESTES

De maneira com que o SSD fique ao menos estável durante a realização dos testes, eu consegui estabilizá-lo com uma frequência de 500 MHz no controlador o que foi um overclock de mais de 17%. Enquanto que nas NAND Flashs eu consegui fazer elas rodarem por um certo tempo em 800 MT/s sendo mais que o dobro. Alterei o nome do SSD para “Overclocking” já que o SSD é meu mesmo e já invalidei a garantia ao aplicar meu firmware customizado.

BANCADA DE TESTES
– Sistema Operacional: Windows 11 Pro 64-bit (Build: 22H2)
– Processador: Intel Core i7 13700K (5.7GHz all core) (E-cores e Hyper-threading desabilitados)
– Memória RAM: 2 × 16 GB DDR4-3200MHz CL-16 Netac (c/ XMP)
– Placa-mãe: MSI Z790-P PRO WIFI D4 (Bios Ver.: 7E06v18)
– Placa de Vídeo: RTX 4060 Galax 1-Click OC (Drivers: 537.xx)
– Armazenamento (OS): SSD Solidigm P44 Pro 2TB (Firmware: 001C)
– SSD testado: SSD “Overclock” (Firmware: Meu customizado)
– Versão drive Chipset Intel Z790: 10.1.19376.8374.
– Windows: Indexação desabilitada para não afetar resultados dos testes.
– Windows: Atualizações do Windows updates desabilitados para não afetar resultados dos testes.
– Windows: A maioria dos aplicativos do Windows desabilitados de rodar em segundo plano.
– Teste Boot Windows: Imagem limpa com apenas drivers e todos os updates.
– Teste de pSLC Cache: O SSD é arrefecido por fans para não gerar thermal throtling, interferindo no resultado.
– Windows: Anti-Vírus desabilitado para diminuir variação de cada Rodada.
– SSDs Testados: Utilizado como disco secundário, com 0% de espaço sendo utilizado e outros testes com 50% de espaço utilizado para representar um cenário realista.
– Quarch PPM QTL1999 – Teste de consumo elétrico: realizo com 3 parâmetros, em idle aonde o disco é deixado como secundário e após um tempo em idle é realizado a gravação por 1 hora e tirado a média.

CONTRIBUIÇÃO PARA PROJETOS COMO ESTE NO FUTURO

Caso tenham gostado deste artigo e gostariam de ver mais artigos como este, estarei deixando a seguir um link onde é possível contribuir diretamente. No futuro pretendo trazer um comparativo mostrando diferença de tamanhos de SLC cache, transformando um SSD QLC ou TLC em SLC dentre diversos outros.

Link comissionado de Contribuição

CRYSTALDISKMARK
Realizamos testes sintéticos sequenciais e aleatórios com as seguintes configurações:

Sequencial: 2x 1 GiB (Blocos 1 MiB) 8 Queues 1 Thread

Aleatórios: 2x 1 GiB (Blocos 4 KiB) 1 Queue 1/2/4/8/16 Threads

No cenário de leitura e escrita sequencial, não houve uma diferença, pois o SSD já estava limitado pelo barramento SATA quando utiliza a técnica de SLC Cache, portanto, aqui não esperava ver alguma diferença notavel.

Já em suas latências, houve uma queda pequena quando fizemos o overclock, o que foi um ponto interessante.

E é aqui neste tipo de cenários que uma largura de banda maior nas NAND Flashs contribui em um SSD, vemos que tanto em sua leitura quanto escrita ele teve um aumento mais significativo.

O mesmo ocorre em QD1, embora tenha sido em uma proporção um pouco menor do que em Queue depth 4.

3DMark – Storage Benchmark

Neste benchmark, são realizados diversos testes voltados a armazenamento, incluindo testes de carregamento de games como Call of Duty Black Ops 4, Overwatch, gravação e streaming com o O.B.S. de uma gameplay à 1080p 60 FPS, instalação de alguns jogos e transferências de arquivos de pastas de games.

Já neste benchmark com foco maior em ambientes casuais, podemos ver que mesmo aqui conseguimos ver uma diferença legal de desempenho, veremos que no decorrer da análise ele não vai fazer games carregarem mais rápidos porém aumentou bem a largura de banda e diminuiu a latência, o que por fim acaba gerando um score maior.

PCMARK 10 – FULL SYSTEM DRIVE BENCHMARK

Neste teste, foi utilizada a ferramenta Storage Test e o teste “Full System Drive Benchmark”, que faz testes leves e pesados no SSD.

Dentre estes traces podemos observar testes como:
– Boot Windows 10
– Adobe After Effects: Iniciar a aplicação até estar pronto para uso
– Adobe Illustrator: Iniciar a aplicação até estar pronto para uso
– Adobe Premiere Pro: Iniciar a aplicação até estar pronto para uso
– Adobe Lightroom: Iniciar a aplicação até estar pronto para uso
– Adobe Photoshop: Iniciar a aplicação até estar pronto para uso
– Battlefield V: Tempo de carregamento até o menu iniciar
– Call of Duty Black Ops 4: Tempo de carregamento até o menu iniciar
– Overwatch: Tempo de carregamento até o menu iniciar
– Usando Adobe After Effects
– Usando Microsoft Excel
– Usado Adobe Illustrator
– Usando Adobe InDesign
– Usando Microsoft PowerPoint
– Usando Adobe Photoshop (Uso intenso)
– Usando Adobe Photoshop (Uso mais leve)
– Copiando 4 arquivos ISOs, 20GB ao total de um disco secundário (Teste de Escrita)
– Realizando a cópia do arquivo ISO (Teste de leitura-escrita)
– Copiando o arquivo ISO para um disco secundário (Leitura)
– Copiando 339 arquivos JPEG (Fotos) para o disco sendo testado (Escrita)
– Criando cópias destes arquivos JPEG (Leitura-Escrita)
– Copiando 339 arquivos JPEG (Fotos) para outro disco (Leitura)

Neste cenário, que é um benchmark prático com foco um pouco maior em escrita do que o 3DMark, vemos novamente que tivemos um incremento em sua pontuação o que foi legal de se ver.

TESTE DE PROJETO – Adobe Premiere Pro 2021

A seguir, utilizamos o Adobe Premiere para medir o tempo médio de abertura de um projeto de cerca de 16.5GB com resolução 4K, 120Mbps de bitrate, cheio de efeitos até que estivesse pronto para edição. Ressaltando apenas que o SSD testado é sempre como drive secundário sem o sistema operacional instalado, pois isso poderia afetar o resultado, gerando inconsistências.

Já aqui não foi possível notar uma diferença, portanto, um empate técnico.

TESTE DE TEMPO DE CARREGAMENTO DE GAMES

Fizemos uma comparação entre múltiplos SSDs e um HD, utilizando o benchmark do Final Fantasy XIV abrindo o modo campanha.

O mesmo ocorre em carregamento de games, onde a limitação é o jeito que o game carrega as texturas e informações necessárias.

TESTE DE CÓPIA DE ARQUIVOS

Neste teste, foi feita a cópia dos arquivos ISOs e do CSGO de uma RAM Disk para o SSD para ver como ele se sai. Foram utilizadas a ISO do Windows 10 21H1 de 6.25GB (1 arquivo) juntos da Pasta de instalação do CSGO de 25.2GB. 

Em um teste mais realístico como este, foi possível ganhar 1 segundo de transferência de arquivos pequenos.

E ao utilizarmos pastas maiores a diferença aumenta, mas não tanto a ponto de ser uma lavada.

TESTE DE TEMPERATURA

Neste trecho da análise, observaremos a temperatura do SSD durante um teste de stress, onde o SSD recebe arquivos de forma contínua, para podermos saber se houve algum thermal throtling com seus componentes internos que pudessem gerar algum gargalo ou perda de performance.

O SSD acaba esquentando mais devido ao overclocking, porém, em stock ele fica sempre “cravado” em 40ºC, isso pois o fabricante configurou o SSD desta forma e para provar, deêm uma olhada nesta imagem abaixo.

Não creio que tenha sido uma escolha interessante mas eu compreendo o por que o fabricante faz isso. E realmente ele não fica muito acima disso, com o SSD configurado para sofrer thermal throttling em 54ºC.

CONSUMO ELÉTRICO E EFICIÊNCIA

SSDs da mesma forma que diversos outros componentes do nosso sistema tem um determinado consumo elétrico. Os mais eficientes conseguem realizar tarefas que foram requisitadas de forma rápida e com um consumo relativamente baixo, para que assim consiga transitar novamente para seus power states em idle aonde tende a ter um consumo menor.

Neste trecho da análise utilizaremos o Quarch Programmable Power Module que a Quarch Solutions nos enviou (foto acima) para realizar estes testes e verificar o quão eficiente o SSD é. Nesta metodologia serão realizados 3 testes: O consumo máximo que o SSD possui, uma média em cenários práticos e casuais e em idle.

Este conjunto de teste, especialmente o de eficiência e em idle são importantes principalmente para usuários que pretendem utilizar drives em laptops, pois SSDs ficam a esmagadora maioria do tempo em power states de baixo consumo (Idle), portanto, isso ajuda e muito a economizar bateria.

O SSD teve uma eficiência “OK”, porém vemos que devido ao overclocking que aumentou o consumo do SSD fez com que sua eficiência no final caísse drásticamente.

Vemos que ao aplica este overclocking seu consumo quase que dobrou, então foi algo bem interessante de se ver, mas que penaliza muito a eficiência e por esse motivo além dos mencionados anteriormente a fabricante deve ter configurado o SSD com frequências menores.

Seu consumo médio aumentou consideravelmente embora sua largura de banda tenha aumentado bem pouco.

Por último e mais importante, teste em Idle, sendo o cenário em que a esmagadora maioria dos SSDs se encontram no uso do dia a dia ou cotidiano, vemos que seu consumo em idle também aumentou mais de 30%, o que é considerável.

A má notícia é que o SSD no fim das contas morreu, porém, consegui finalizar toda a bancada de testes! Ele foi de base durante um teste de escrita que estava fazendo para averiguar o WAF média que ele estava apresentando.

Bom é isso por hoje pessoal, espero que tenham gostado. E fiquem ligados que em breve farei um artigo transformando um SSD QLC ou TLC rodar em modo SLC como se fosse um SSD super duravel e muito mais rápido aumentando demais a sua vida útil.