Обзор адаптера для подключения двух M2 NVMe SSD к одному PCI-E порту (поддержка PCI-E Gen3)

Всем привет. Сегодня я расскажу об адаптере, позволяющем подключить сразу два M2 NVMe SSD к одному PCI-E порту. Такое может понадобиться, например, если нужно создать программный RAID-массив из двух накопителей (средствами ОС), а слот М2 на материнской плате всего один, но есть свободные PCI-E слоты.
Для корректной работы адаптера требуется поддержка PCI-E Bifurcation со стороны BIOS материнской платы (возможность настройки этого параметра встречается не сильно часто).


Обычно, когда нужно подключить M2 NVMe SSD через PCI-E слот, используется вот такой вот пассивный адаптер с разводкой x4:
Его можно использовать как на древнем компьютере где вообще нет М2 слотов, так и на современном, если одного или двух (бывает не всегда) М2 слотов не достаточно для задач пользователя. Бывают ещё и варианты таких адаптеров, физически выполненные с коннектором x1.
В моём случае, так же можно было использовать такой вариант, когда один SSD работает в М2 NVMe слоту, и второй в таком вот простеньком адаптере, а саму ОС грузить с SATA SSD.
Но вариант использования именно активного адаптера на два SSD сразу, мне видится более интересным, так как его стоимость относительно небольшая (примерно в 2.5- 3 раза дороже пассивного на один SSD), и у меня остаётся возможность задействовать оставшийся свободным М2 NVMe слот при необходимости, а так же, у адаптера есть бонус в виде DC-DC понижаек с 12В (забегаю вперёд), по питанию каждого из SSD, что пригодится мне если я таки смогу реализовать что то вроде самодельного бесперебойника, с основным выходом на 12В, но это уже другая история.
Кроме того, если блок питания используется сомнительного качества, то SSD будут получать более стабильное питание, чем если бы они напрямую сидели на 3.3В от БП.

Распаковка и обзор аппаратной начинки адаптера, для понимания его возможностей.

Приехал адаптер в обычной коробочке, но в данном случае чем дешевле упаковка тем лучше, при условии что она надёжно защищает адаптер при транспортировке.
Внутри коробки находится сам адаптер, 4 винта и две гайки для крепления SSD, два винта для крепления планок, отвёртка, две планки (полноразмерной высоты и укороченная).
Адаптер имеет интерфейс PCI-E x8.
Контроллер адаптера и DC-DC преобразователи с 12В в 3.3В:
Адаптер построен на контроллере SL28PCIE14. В описании к нему сказано что это «PCI-Express Gen 2 & Gen 3 Clock Generator & Fan-out Buffer with EProClock ® Technology». Насколько я понимаю, контроллер содержит 4 тактовых генератора, максимально рассчитанных на работу шины в режиме PCI-E Gen3, и используется данный контроллер видимо для синхронной работы нескольких устройств в рамках одного порта.
Т.е даже если вставить этот адаптер в PCI-E Gen4 слот, работать он всё равно будет в режиме Gen3. С PCI-E Gen1 он возможно вообще не заработает (не проверял).
Что касается контроллеров DC-DC преобразователей, я не смог найти информацию о них по маркировке WCCZI.

Как настроить компьютер под корректную работу адаптера?

Предыстория покупки такова, что у меня есть компьютер, построенный на материнской плате JGINYUE TITANIUM D3, которая умеет PCI-E Bifurcation, так как BIOS там сдёрнут с серверной двухсокетной платы. На базе этой платы я планирую строить быструю онлайн хранилку, с использованием ZFS кэширования второго уровня, на NVMe SSD, и ещё кое что интересное.
На плате всего один слот под NVMe SSD, а мне хочется установить именно два таких накопителя. Данная материнская плата имеет хорошее количество PCI-E слотов, способных обеспечить нужные скорости как для двух NVMe SSD, так и для PCI-E Ethernet карты на 10Гбит/c, RAID контроллера (под работу с SAS HDD), так и для видеокарты (так как в процессорах E5 нет встроенной графики, видюха нужна чисто для показа картинки и не более).

Есть у меня и более современный компьютер на базе MSI Z590-A PRO, который я конечно же не планировал использовать под хранилку, но было любопытно поддерживается ли там PCI-E Bifurcation. Ответ — нет. В BIOS нет таких опций, несмотря на то что плата весьма функциональна, и по сути относится к околотоповому сегменту если мы говорим о материнских платах на чипсете Z590.
Вот скриншоты доступных в BIOS настроек:

В BIOS платы JGINYUE TITANIUM D3 настройка PCI-E Bifurcation находится здесь:
Настройки конфигурации портов по умолчанию:
Адаптер рассчитан для подключения в PCI-E слот x8, что логично, так как разведено там 2*4 линии PCI-E.
Устанавливать адаптер я буду в верхний PCI-E слот (x16), материнской платы. В BIOS он обозначается как Port2, его и будем настраивать.
Если выбрать вариант разделения линий внутри слота на пару устройств, по x8 каждая, то адаптер не будет работать корректно. ОС в таком случае увидит лишь один накопитель из двух. Тоже самое будет если вообще ничего не конфигурировать, оставив лишь 16 линий, чисто под одно PCI-E устройство, или установить адаптер в ту же MSI Z590-A PRO.
Для корректной работы адаптера, нужно выставить вариант x4x4x4x4, т.е. разделяя 16 линий на 4 устройства, отдавая по 4 линии на каждое устройство.

Тесты

Для тестов я взял два NVMe SSD на 1ТБ. В данном случае это Team Group A440 и Team Group MP44 (скоро напишу про них полноценные обзоры).
Не смотря на то что это разные модели, их начинка на 100% одинаковая, даже на их платах написан один и тот же номер.
На вышепоказанном фото, можно видеть что винты вкручены кривовато, так как только в таком положении удалось закрепить накопители, и то не с первого раза, из-за того что продавец положил в комплект слишком короткие винты для крепления SSD.
Данные из программы от Вадима Очкина (vlo) по начинке MP44:

Кстати, касаемо программного RAID 1 (зеркало), покрайней мере реализованного средствами Windows 10, то он не гарантирует достоверность данных, он лишь защищает от их потери. Другими словами, данные он отдаст в случае краха одного из накопителей, но вот будут ли это именно те данные что записывались, гарантии нет. Конечно, вероятность такой ситуации что будут отданы искажённые данные крайне мала, но она есть.

Некоторое время назад я проводил эксперемент на виртуалке, изменяя значения данных через WinHex на одном из накопителей, входящих в массив, тем самым эмулируя ситуацию что на двух накопителях находятся разные данные. ОС, (с ФС NTFS), никак это не проверяет, так как такой задачи изначально видимо не ставилось, и сами данные не проверяются на достоверность. Та же ФС ZFS может чекать корректность хранимых данных по запросу.


Ну и собственно пора начать тестирование. Тестировать я буду в программе CDM.

Для начала, убедимся что в диспетчере дисков видны оба накопителя:
В CDI оба SSD определяются корректно (на момент создания скринов, они уже находились в составном накопителе, поэтому у обоих SSD одна и та же буква):
Как видим, Gen4 SSD здесь работают в режиме Gen3 (и материнская плата и активный адаптер поддерживают только Gen3 режим PCI-E).

Проверю скорости в CDM, при работе только одного SSD (второй стоит без нагрузки):

Получившиеся скорости соответствуют потолку возможностей PCI-E Gen3 x4. Такие же скорости наблюдались бы по данному SSD будь он установлен через пассивный x4 переходник, в этот же PCI-E слот материнской платы. Вот такие скорости обеспечивает SSD при работе через пассивный переходник, т.е прямом подключении к PCI-E контроллеру процессора:
Сам SSD может работать существенно быстрее, если дать ему PCI-E Gen4 x4 шину.

Скриншот тестов в MSI Z590-A PRO (SSD работает в режиме PCI-E Gen4 x4):


Теперь запущу одновременный тест в CDM (почти одновременно жму кнопку запуска теста по обоим SSD):
Видно, что скорости получились одинаковыми (разница на уровне погрешности), при этом скорости не режутся между накопителями, так как на каждый идёт по 4 выделенных линии PCI-E Gen3. Скорости при одновременной работе двух SSD, аналогичны скоростям когда работал только один SSD из двух, если мы говорим про линейное чтение/запись большими блоками. Случайное многопоточное чтение с очередью (Q32T16) несколько просело (задержки увеличились), но это не так критично.

Теперь создам ради интереса чередующийся том:
Начинается форматирование дисков, тратящее ресурс SSD:
Из-за форматирования после создания составного тома, я не стал демонстрировать другие варианты по составным томам, хотя их не так уж и много:

После форматирования чередующегося тома, получаем 2ТБ SSD, со скоростями близкими к PCI-E Gen4 x4. Единственное, по работе с мелкими 4К блоками задержка никуда не делась, и скорость таких операций не подросла.

Выводы

Показанный в обзоре адаптер (активный) выполняет заявленные функции, и позволяет практически без потерь в скорости эксплуатировать одновременно два SSD накопителя в одном PCI-E слоту, если материнская плата поддерживает такую возможность.
Единственное, адаптер не поддерживает работу с шиной PCI-E Gen4, но зато имеет весьма демократичную стоимость.