Review – SSD Samsung 970 Pro 512GB – Como um SSD MLC se comporta em 2024!

Hoje, testaremos um SSD NVMe da Samsung, do segmento topo de linha Gen3, modelo 970 Pro, com NANDs MLC, o qual um amigo me enviou para testes!

Ele vem no formato M.2 com barramento de 32Gbps, ou seja, 4 linhas PCIe 3.0, protocolo NVMe 1.3 e capacidades que variam desde 512GB até 1TB, o que deixa a desejar já que não temos a opção de 2TB. Seu preço na unidade de 512GB geralmente se encontra na faixa dos R$900 usado e mais de R$1300 novo, isso quando é encontrado, e sim, é um preço absurdo para um SSD Gen3.

Especificações do Samsung 970 Pro 512GB

A seguir, informações mais detalhadas sobre o SSD que será testado (unidade de 512GB):

Softwares do SSD

A Samsung oferece um software chamado Samsung Magician, o qual é bastante conhecido no mercado e é repleto de funcionalidades. Nele temos opções que vão desde o monitoramento do 
 SSD, testes sintéticos para medir suas velocidades aleatórias, atualização de firmware, algo recomendável devido aos problemas apresentados por essa linha, fora algumas opções mais avançadas, como possibilidade de diminuir ou aumentar a porcentagem de Over Provisioning.

Unboxing

Por não termos a caixa original, não fizemos unboxing, mas podemos observar que ele tem na parte superior um pequeno papel mostrando a fabricante, modelo, capacidade e seus números de série, e na parte traseira temos apenas um adesivo sem nenhum componente.

Ao remover o adesivo na parte superior constatamos que ele tem 4 componentes principais. Seu controlador, duas NAND Flashs, e sua DRAM Cache, além é claro de seu PMIC junto de seus outros componentes do VRM.

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.

Este SSD usa um controlador top de linha da Samsung: o Phoenix, modelo ARM 32-bit de “5” núcleos Cortex®-R7 (Penta-core). Ele também é encontrado nos demais SSDs da Samsung como o 970 Evo, EVO Plus, além dos SSDs OEM como PM981A e PM981 e também em SSDs de Datacenter da própria Samsung.

Este controlador também possui suporte para até 8 canais de comunicação com barramento de 800 MT/s NV-DDR3, onde cada um desses canais possui suporte até 4 comandos Chip Enable, o que possibilita este controlador se comunicar com até 32 Dies simultaneamente utilizando a técnica de Interleaving.

E ele foi desenvolvido num processo de fabricação da própria Samsung, sendo feito em FinFET 14nm e ele suporta trabalhar com NANDs tanto, SLC, MLC e TLC.

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.

Vemos também que este SSD acompanha 1 C.I.s como DRAM Cache da Fabricante Samsung que são utilizados para armazenar as tabelas de metadados. No caso são C.I.s do tipo LPDDR4, modelo K4F4E3S4HF-BGCH e trabalha com velocidades de até 1866 MT/s

NAND Flash
Com relação a seus circuitos integrados de armazenamento, o SSD de 256GB possui 2 chips Nand flash “K9PMGY8J5A-CCK0”. Tratam-se de Nands da fabricante sul-coreana Samung, modelos V-NAND V4 sendo neste caso dies de 256Gb (32GB) MLC de modelo K9GFGD8x0A, contendo 64-Layers de dados e um total de 71 gates, gerando uma array efficiency de 90.1%.

Neste SSD, cada NAND Flash possui 8 dies com 256Gb de densidade, totalizando 256GB por NAND, com total de 256GB. Elas possuem um barramento de 800 MT/s que se comunicam com seu controlador nessa velocidade para melhor performance.

É isto que obtemos ao utilizar o Decoder da Samsung, a primeira letra “K” simboliza a fabricante Samsung, “9” significa que se trata de um memória NAND Flash, “P” simboliza Octa-Die (8 Dies empilhados por NAND) do tipo MLC. “MG” simboliza a densidade da NAND Flash que neste cenário é de 2048Gb (Gigabit) ou seja 256GB (Gigabyte).

Logo em seguida vemos o “Y8” que simboliza o modo de operação da NAND que neste caso é Toggle NV-DDR3 x8. A letra “J” simboliza as rails de alimentação Vcc e VccQ da NAND Flash, que nesta NAND é de 2.5V (Vcc = 2.35V ~ 2.75V) e 1.2V (VccQ = 1.14V ~ 1.26V).

O número “5” representa a quantidade de terminações Chip Enable estão interligados junto dos RnB conhecido como Ready and Busy. No caso o Chip Enable é um comando enviado pelas traces do PCB até a NAND Flash que faz com que seja habilitado o Die para que ele possa ser utilizado pelo controlador. Já o RnB RnB indica o estado de prontidão do chip NAND Flash. Ele informa se o chip está ocupado executando uma operação interna (como leitura, gravação ou apagamento) ou se está pronto para aceitar novos comandos.

Logo em seguida temos o “A” que representa a variável responsável pela identificação do Die, neste caso a letra “A” representa este Die “K9GFGD8x0A A-Die 256Gb MLC V-NAND V4 64-L” lançado ao final de 2017.

Logo depois, temos mais algumas informações, a primeira letra “C” representa o tipo do Package ou seja o tipo do chip e sua solda no PCB, que neste caso represeta uma solda “316-ball BGA 14×18 (Pb/Halo-Free)” como vemos na imagem abaixo como exemplo.

A próxima letra “C” representa a “binagem” ou o ramo do mercado deste produto, pois estas NANDs podem ter sido utilizada em inúmeros setores além do ramo consumidor como vemos neste SSD, como Datacenters, automotivo e outros. No caso a letra “C” representa o mercado “comercial” ou consumidor como mais conhecemos.

É bem interessante ver NANDs com dies MLC, pois a partir deste SSD não foram mais produzidos SSDs para o mercado consumidor com Dies MLC, apenas produtos para servidores/enterprise.

PMIC (Power Delivery)

Assim como qualquer componente eletrônico que exerce algum trabalho, SSDs também possuem um nível de consumo de energia que pode variar desde poucos miliwatts  até próximo de 10 watts, beirando o limite de alguns conectores ou slots. O circuito responsável por todo gerenciamento de energia é o PMIC, que significa “Power Management IC“, um chip responsável por prover alimentação para demais componentes. 

Vemos na imagem a direita o seu PMIC principal, que tem como marcação S2FPS05A01 que pode ser encontrado em diversos SSDs da Samsung, mas infelizmente, não foi possível encontrar um datasheet para este C.I.

Já na imagem da esquerda, vemos que este “13XH” é na verdade um Load Switch da Texas Instruments na qual consegue trabalhar com até 5.7V fornecendo até 6A de corrente contínua com uma resistência de 16m?.

Este outro componente da imagem da esquerda trata-se de um Load Switch da fabricante Texas Instruments, ele tem marcações “RB990 TI“. Porém trata-se do modelo TPS22990 da Texas Instruments cujo é um Load Switch que trabalha com até 5.5V conseguindo fornecer até 10A de corrente contínua e possui uma resistência de 3.9m?.

Já o componente na imagem do meio trata-se também de outro Load Switch, porém, é um de 2 canais também da Texas Instruments. No caso, sua marcação era “RB996 TI” que na verdade trata-se do TPS22966 da Texas Instruments.

Este load switch trabalha com tensões de até 5.5V embora esteja trabalhando agora com 3.3V, mas consegue fornecer até 6A de corrente contínua com uma resistência bem mais elevada do que o RB990, de cerca de 16m?.

SSD Power States

Como sempre mencionamos em análises sobre consumo de energia, neste trecho veremos mais sobre os estados de alimentação deste SSD.

Por padrão ele tem seus 5 power states, sendo 3 ativos e 2 em Idle, onde as latências de transição entre eles são bem baixas, o que é bem legal. E o target de temperatura utilizado pelo fabricante é relativamente adequado, ficando na faixa dos 81ºC, para iniciar o thermal throttling.

CURIOSIDADES SOBRE O SSD SAMSUNG 970 PRO

Da mesma forma que circuitos integrados de memória RAM em um pente de memória sofrem variação, o mesmo ocorre com SSDs, nos quais há casos de mudanças de componentes como controlador e NAND flashs.

Por se tratar de um SSD Samsung de Dies MLC não existem variantes deste SSD com componentes diferentes.

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 Samsung 970 Pro 512GB (Firmware: 1B2QEXP7)
– 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.

ONDE COMPRAR

Links comissionados da Pichau e Amazon a seguir:

Mercado Livre – Samsung 970 Pro

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

Novamente, podemos observar que embora este seja um dos melhores SSDs Gen3 do mercado ele ainda fica atrás do Kingston NV2 que testamos no passado, mas isso é uma limitação do barramento PCIe 3.0 x4 que este SSD utiliza. Na prática veremos que em vários cenários ele “bate” no NV2.

Este foi um dos cenários como mencionamos acima, isto ocorre pois o tPROG e o tREAD, tempo estimado de programação de cada página e sua leitura, deste Die é bem mais rápido que os TLCs. Ao menos as do Kingston NV2.

Novamente, podemos observar que mesmo sendo um SSD Gen3 ele consegue até superar alguns Gen4 de maior desempenho sequencial, isto novamente graças as suas NANDs MLC.

Obviamente este não será o SSD com desempenho em QD1 mais elevado, todavia, ele ainda apresenta um excelente desempenho. Em sua leitura ele ultrapassa o Kingston NV2, enquanto na sua escrita, ele alcança o Netac NV7000.

ATTO Disk Benchmark QD1 e QD4

Realizamos um teste utilizando o ATTO para observar a velocidade dos SSDs em determinados tamanhos de blocos diferentes. Neste benchmark, foi configurado da seguinte forma:

Blocos: de 512 Bytes até 8 MiB

Tamanho do arquivo: 256MB

Queue Depth: 1 e 4.

O ATTO Disk Benchmark é um software que faz um teste de velocidade sequencial com arquivos comprimidos, ou seja, para uma simulação em uma carga de transferência de dados como no Windows, geralmente vemos algo em torno dos blocos de 128KB à 1 MiB, agora, em sua leitura, em blocos pequenos ele foi um dos SSDs com melhores desempenhos, ele acaba ficando para trás a partir de 16KB devido ao seu barramento PCIe 3.0.

Na sua escrita podemos notar o mesmo comportamento.

Novamente, em sua leitura, ele começa a frente dos demais, apenas perdendo sua posição em blocos maiores que 16KB, o mesmo pode ser observado em sua escrita.

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.

Neste teste vemos uma ótima pontuação para este SSD Gen3, onde ele ficou acima até mesmo de SSDs Gen4 de mais de 7000 MB/s fora o Kingston NV2.

PCMARK 10 – FULL SYSTEM DRIVE BENCHMARK

Aqui foi utilizada a ferramenta Storage Test e o “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 benchmark, com um foco um pouco maior na escrita, ele ficou levemente inferior ao NV2 devido ao seu esquema de SLC Cache, com uma largura de banda maior e latência menor que este SSD Samsung, isto ocorre pois este Samsung não usa SLC Cache.

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.

No carregamento deste projeto no Premiere foi possível observar um empate técnico entre este Samsung e o SSD Acer FA200 que testamos recentemente, outro ótimo resultado para o Samsung.

TESTE DE TEMPO DE CARREGAMENTO DE GAMES E WINDOWS
Aqui temos uma comparação entre múltiplos SSDs e um HD, utilizando uma instalação limpa do Windows 10 Build 21H1 junto do benchmark do Final Fantasy XIV abrindo o modo campanha. O teste consiste no melhor resultado após três boots seguidos do sistema, considerando o tempo total até finalizar na área de trabalho com o score informado pelo aplicativo, por isso, é mais lento do que o boot até mostrar a tela da área de trabalho. 

Novamente vemos outro excelente resultado deste SSD, tendo um empate técnico até mesmo com o NV7000-T

Neste programa, consta deste o tempo de boot até o carregamento dos últimos drivers do OS, o que neste caso, é feito uma instalação limpa com apenas drivers de sistema operacional, como de Rede, Wireless + Bluetooth, Áudio, Drivers Nvidia, PCH dentre outros, observamos que ele teve um tempo menor que os NV2.

TESTE DE VELOCIDADE SUSTENTADA | SLC CACHING

Boa parte de SSDs no mercado atualmente utiliza como base a tecnologia de SLC Caching, em que certo percentual de sua capacidade de armazenamento, seja ele MLC (2 bits p/ célula), TLC (3 bits p/ célula) ou QLC (4 bits p/ célula), é usado para armazenar apenas 1 bit por célula. No caso, é usada como um buffer de escrita e leitura, em que o controlador inicia a gravação e quando o Buffer se esgota ele escreve nas NAND Flash nativas (MLC / TLC / QLC).

Através do IOmeter, podemos ter uma ideia do volume de SLC cache deste SSD, já que o fabricante muita vezes não informa este valor, entretanto, este SSD não utiliza SLC Cache, não pelo fato que a fabricante não quer mais desempenho, mas pelo simples fato de que esses Dies MLC sem esta técnica de SLC Caching já conseguem fornecer um desempenho capaz de saturar o barramento PCIe 3.0.

Outro motivo possível que a Samsung optou em não utilizar o SLC Cache é o fato de que em algum momento, o SSD precisa entrar no estado de Folding/Copyback, o que diminui o desempenho do SSD e como vemos nos gráficos acima, o desempenho dele em Steady State já é muito bom. Ele consegue se manter em uma média de 2305 MB/s durante sua capacidade inteira.

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. 

Ao utilizarmos a imagem .ISO do Windows 10, ele teve um resultado OK, ficando na frente dos NV2, o que foi interessante e por ser uma imagem pequena, ele conseguiu realizar o benchmark no pequeno espaço de SLC Cache que o controlador conseguiu recuperar.

Por sorte mesmo com um tempo extra a mais, foi possível que o Cache tenha se recuperado, pois ele conseguiu carregar o projeto em um tempo menor do que os NV2, mas em arquivos muito maiores isso não aconteceria.

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.

Pelos números deste resultado, preciso falar algo?

Realmente este SSD é quente…. Notamos que no seu sensor ele apresenta uma temperatura de mais de 95ºC, embora ao medirmos com um termopar, foi possível perceber que o IHS do seu controlador estava acima de 105ºC.

O mais impressionante é que, como ele ultrapassou os “81ºC” Target que vem de fábrica configurado no SSD como o acionador do Thermal Throttling, sua velocidade não caiu nem 100 MB/s, aonde ele saiu dos 2.3 GB/s para perto dos 2.2 GB/s.

Isto pode ser bom e ruim ao mesmo tempo, afinal, a performance não caiu, já o ponto negativo é que isso COM CERTEZA pode ser prejudicial ao SSD no longo prazo.

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.

Sua eficiência acabou ficando bem reduzida ao comparamos com SSDs Gen4. Isso ocorre devido ao fato de que os SSDs Gen4 tem uma largura de banda bem mais elevada, enquanto o Samsung teve um consumo médio na faixa dos 5.3W o que para um SSD Gen3 pode ser considerado elevado, já que existem SSDs mais eficiêntes com controladores de 4 canais como o MAP1602.

Apesar disso, há de se considerar que na época dele, em 2017-2018, era um resultado bem mais impressionante.

Vemos novamente um resultado consideravelmente elevado para um SSD Gen3, naquela época era comum vermos SSDs Gen3 com esse nível de consumo, mas para parâmetros de hoje em dia, temos SSDs Gen4 que ultrapassam os 7000 MB/s que não consomem nem 4.5W.

Durante nosso benchmark, vemos que ele teve um consumo muito elevado, o que como vemos prejudicou demais a eficiência deste SSD.

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, constatamos que mesmo aqui ele ainda tem um consumo elevado, ficando em quase 1500mW.

Conclusão

Vale a pena pegar este SSD?

Trata-se de uma pergunta complicada, pois ele apresenta um desempenho incrível para SSDs Gen3 ,sendo até superior a alguns Gen4, mas o maior ponto negativo é o seu preço, acaba inviabilizando demais.

Ele valeria apenas para pessoas que não tem conectores Gen4 em seus laptops ou desktops e queiram o melhor dos dois mundos, mas é claro que também deve ser adquirido junto de um dissipador caso seu dispositivo não acompanhe, devido ao alto consumo e dissipação de calor.

VANTAGENS

• Velocidades sequenciais de leitura decentes para um SSD Gen3
• Um dos melhores resultados de velocidade aleatória Gen3
• Excelentes latências para um Gen3
• Desmepenho prático semelhante a SSDs Gen4, e ótimo desempenho em produtividade
• Não possui variantes com componentes diferentes
• Software de gerenciamento bem completo.
• Excelente qualidade de construção, usa NANDs MLC
• Velocidade no Thermal throttling cai muito pequeno
• Não utiliza SLC Cache
• Velocidade de escrita não cai
• Durabilidade acima da média de SSDs TLC e QLCs
• Suporte à criptografia AES e TCP Opal.

DESVANTAGENS

• Não possui versões maiores que 1TB
• Alto consumo elétrico em Idle
• Baixa eficiência energética devido alto consumo
• SSD esquenta demais, necessário o uso de um dissipador
• Preço absurdo de alto