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最強消費級SSD,三星980PRO 1TB評測首次達成7.0GB/s

上傳:wmh525     來源:信息存儲服務     日期:2021-01-04

[摘要]  
   三星Elpis同樣也是8道通主控,不過閃存接口速度高達1200MT/s,扣掉1.28的經驗倍率,實際帶寬=1200*8/1.28=7500MB/s,已經超過PCIe 4.0 x4的理論帶寬上限
 
[正文]    

一、前言:首款滿血的PCIe 4.0 SSD到來

   時代在變,然而思維陳舊的人會始終難以適應時代的變化!很多人無法理解ARM處理器的性能超越X86處理器,最強的RISC處理器(精簡指令集)比不上最弱的CISC(復雜指令集)處理器似乎就是天經地義,蘋果M1處理器的誕生顛覆了很多人的認知。

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   在SSD領域也有同樣的情況,似乎MLC閃存天生就比TLC高貴,TLC SSD再怎么努力也趕不上最弱的MLC。而三星980PRO SSD的誕生同樣將顛覆大多數玩家對于TCL SSD的認知,這是三星第一款采用TLC閃存的頂級SSD產品,也是第一款滿血的PCIe 4.0固態硬盤

1、PCIe4.0 x4的理論帶寬

下面是PCIe各版本鏈路性能指標:

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   有很多同學奇怪為什么PCIe通道的傳輸率的單位使用GT/s而不是我們常見的Gbps、GB/s,主要原因是傳輸率還包括不提供額外吞吐量的開銷位,比如 PCIe 1.x和PCIe 2.x使用8b / 10b編碼方案,會占用了20%的原始信道帶寬,也就是實際吞吐量只有傳輸率的8成。

   PCIe 3.0的物理層協議使用了全新的128b/130b編碼方案,也就是說有效吞吐量可以達到原始信道帶寬的128/130。因而,PCIe 3.0協議的每一條通道的實際帶寬= 8.0GT/s * 128 / 130/8=984.6MB/s。那么PCIe 3.0 x4就能提供3938MB/s的吞吐量。

   PCIe 4.0協議的傳輸率翻倍到了16GT/s,同樣也是使用了128b/130b編碼方案,PCIe 4.0 x4的吞吐量可以達到7976MB/s,是PCIe 3.0 x4的二倍。

2、PCIe4.0 SSD的理論速度是最高可以達到多少?

   任何數據PCIe系統傳輸,都會產生一定的開銷。PCIe設備是以TLP的形式發送報文的,數據報文在Device Core產生之后,在分別經過事務層(Transaction Layer)、數據鏈路層(Data Link Layer)、物理層(Physical Layer)之后會依次被增加ECRC,Sequence Number,LCRC,Start,END等數據塊。

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   PCIe 3.0/4.0 中一個TLP最高可以攜帶4096Bytes有效數據,不過通常它會受到設備以及主板支持的共同限制,多數情況下被限制在256Bytes。

   TLP head長度可選12Bytes或者16Bytes,Memory Read/Write TLP中采用32位地址時,TLP head長度為12Bytes,采用64位地址時TLP head長度為16Bytes

   因此PCIe 3.0/4.0 中TLP的有效數據率=256/(4+2+16+256+4+4)=89.5%。

   那么PCIe 4.0 SSD可達到的最高理論帶寬應該=7976 MB/s *89.5%=7138MB/s。

3、如何才能達到PCIe4.0 SSD最高理論速度?

   簡單的說就是主控和閃存的關系!

   主控的最高速率=接口速率x通道數/經驗倍率。比如群聯的PS5016-E16主控。這款主控使用800MT閃存接口,8個通道理論上可以達到6.4GB/s,經驗倍率是1.28,于是實際上最高只能支持6.4GB/s÷1.28=5GB/s。這數字與7138MB/s相去甚遠。

   三星Elpis同樣也是8道通主控,不過閃存接口速度高達1200MT/s,扣掉1.28的經驗倍率,實際帶寬=1200*8/1.28=7500MB/s,已經超過PCIe 4.0 x4的理論帶寬上限。

   當然,就算主控再強,沒有與之匹配的閃存肯定也無法發揮應有的性能。

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   三星980PRO 1TB SSD采用的是第六代V-NAND TLC閃存顆粒,堆疊層數從第五代的96層提升至136層,增加了約40%的單元。這顆閃存充分利用三星獨創的“通道孔蝕刻”技術,通過建立一個由100多個層組成的導電晶片堆棧,從上到下垂直穿孔,形成均勻的三維電荷阱閃存(CTF)單元,堆疊層數從第五代的9X層提升至1XX層,增加了約40%的單元。

   同時,三星還進行了更優化的電路設計,使其能夠實現比第五代V-NAND更快的數據傳輸速度,而寫入操作的時間少于450微秒(μs),讀取操作的時間少于45μs,這2個指標都比上代提升了10%以上。

4、PCIe 4.0 SSD的前景

   2019年7月AMD Zen2處理器發布的時候,PCIe 4.0還是曲高和寡。僅僅在一年多的時間,現在主流設備已經全面擁抱PCIe 4.0了。

   AMD最新一代的RX 6000顯卡,NVIDIA的RTX 30系顯卡均支持PCIe 4.0,Intel的Z490主板絕大部分也支持PCIe 4.0(需要搭配即將發布的Rocket Lake第十一代酷睿處理器),AMD的B550、X570主板也早已支持PCIe 4.0。另外,微軟和索尼的次世代主機Xbox Series X和PS5也都采用了PCIe 4.0 SSD。

   PCIe 4.0 SSD的另外一個意義就是,等到明年微軟正式推出DirectStorage技術之后,三星980PRO可以憑借7000MB/s的讀取速度做到秒進游戲,這也是很多玩家期盼已久的事情。

三星980PRO SSD的詳細規格如下:

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   我們此次測試采用的是三星980PRO 1TB SSD,寫入壽命為600TBW,售價為1899元,晚些時候,2TB版本也會上市。

二、外觀:LPDDR4 DRAM緩存 + 銅箔散熱標簽

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   m.2 2280規格,容量1TB。

   正面的貼紙標注有產品的型號、容量、產地以及序列號等信息,用戶可以將此信息與包裝盒上面的SN碼進行對比,看看是否有二碼合一。

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   背面的銅箔貼紙,有各種認證信息。銅箔是用來增強散熱。

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   PCIe 4.0 SSD發熱巨大總所周知,傳統SSD用的紙標簽阻擋了SSD熱量向外傳遞。980PRO使用的是銅箔標簽,能以最快的速度將SSD產生的熱量傳遞到媒介。

   銅箔散熱標簽在擁有良好散熱效能的同時,相比傳統的帶散熱片可以更輕松安裝入筆記本電腦。

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   揭掉正面的貼紙可以看到2顆閃存、一顆DRAM緩存以及主控。

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   三星Elpis主控,采用8nm制程工藝,能夠同時處理128個I/O隊列,是前代Phoenix主控的4倍,是UBX主控的16倍(三星950PRO使用)。

   右邊是三星的LPDDR4 DRAM緩存,容量1GB。

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   三星第六代V-NAND 3-bit MLC顆粒,在前代9X層單堆棧結構基礎上增加了約40%的單元。單Die容量512Gb,采用8Die封裝,單顆NAND容量可達512GB。

三、基準性能測試:讀取速度可達6700MB/s

測試平臺配置如下:

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1、CrystalDiskInfo信息識別

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   我們手上有2塊三星980PRO 1TB SSD。此前在Zen3的評測中大量使用,其中一個的寫入量已經達到了32TB,另外一個也有3TB。

2、AS SSD

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   寫入量3T的三星980 PRO 1TB測試成績。1GB的讀寫測試分數為8966,順序讀寫速度分別為5532MB/s和4082MB/s;4K隨機讀寫速度分別是82MB/s、202MB/s。

   然后做10GB讀寫測試,得分達到了9012,甚至比1GB容量測試的分數更高。順序讀寫速度分別為5563MB/s、4065MB/s;4K隨機讀寫速度分別是82MB/s、204MB/s。

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   這是寫入量已經達到32TB的三星980 PRO 1TB SSD,不論是順序還是4K隨機讀寫速度都出現了一定程度的下滑。總分也從9000分跌到了8200左右。

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   上面是AS SSD BenchMark 1GB的數據測試結果。在順序寫性能方面,三星980PRO 1TB比同為PCIe 4.0的影馳HOF 2TB快了將近1200MB/s、寫入快了200MB/s。其他三款PCIe 3.0 SSD的讀取速度都在3000M/s以下,寫入不過與2900MB/s。

   在4K性能方面,三星980PRO 1TB的讀取速度達到了82MB/s,寫入202MB/s,均傲視群雄。

   下面的測試都是在成績更好的SSD上面進行。

3、CrystalDiskMark

   在CrystalDiskMark測試中,三星980 PRO 1TB SSD的順序讀取速度達到了驚人的6735MB/s,寫入速度也有4949MB/s;4K讀寫速度分別為89MB/s和232MB/s。

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   在進行32GB的測試時,各項數據反而更好了。順序讀寫速度分別為6710MB/s、4956MB/s,4K讀取速度為91MB/s,4K寫入速度232MB/S。

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   在順序讀寫方面,三星980PRO 1TB比影馳HOF 2TB快了將近2000MB/s,寫入也快了700MB/s。如果是和PCIe 3.0 SSD相比,三星980PRO 1TB幾乎能達到2倍的性能。

4、ATTO Disk Benchmarks

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   從ATTO Disk Benchmarks結果來看,對于0.5KB的小文件讀寫,三星980 PRO 1TB SSD也能達到51MB/s以上的速度。32K的時候,寫入達到了2600MB/s,讀取速度為3470MB/s。從256KB開始,寫入速度穩定在4.2GB/s左右,讀取速度則能達到6GB/s。

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   在對4096KB大小的文件進行讀寫時,三星980PRO 1TB的讀取速度比影馳HOF 2TB快了1640MB/s,寫入快了260MB/s。

   不過在對512Bit大小的文件進行讀寫時,三星980PRO 1TB與影馳HOF 2TB之間沒有太過明顯的差異。

四、900GB文件拷貝測試:全程保持1.8GB/s的寫入速度

   三星980 PRO 1TB SSD的實際容量是931GB,我們將890GB的數據從其中一塊980 PRO 1TB SSD拷入到另外一塊,看看這塊SSD的緩外寫入速度能有多高。

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   復制的文件總容量為866GB,共190個文件,在2塊980 PRO 1TB SSD之間進行拷貝。

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   在初期階段,復制速度達到了2.7GB/s。

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   大約在120GB的時候,SLC緩沖區耗盡,寫入速度跌為1.8GB/s。

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   在全部866GB數據拷完之時,寫入速度依舊是1.83GB/s。

2、惠普EX950 1TB SSD寫入測試

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   同樣也是866GB數據從三星980 PRO 1TB SSD寫入到惠普EX950 1TB SSD中,初期的速度能夠達到2.45GB/s。

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   寫入150GB之后,速度降為936MB/s。

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   在寫入600GB之后,寫入速度進一步降低到了543MB/s,直到完成所有文件的拷貝依舊保持在這個速度。

3、三星960PRO 512GB SSD

   三星960PRO 512GB SSD的實際容量是476GB,我們向其中寫入433GB的數據。

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   三星960PRO 512GB在很長一段時間內都能保持1.75GB/s的寫入速度,大約在寫入200GB之后,速度還是逐漸下跌,在寫入了380GB之后,寫入速度降到了1.48GB/s。

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   最終在拷貝進度將近完成的時候,寫入速度已經降到了1GB/s的樣子。

4、影馳HOF 2TB SSD寫入測試

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   從三星980 PRO 1TB SSD中寫入1TB數據到影馳HOF 2TB SSD中,整個過程很奇怪。寫入速度大多數時候保持在900MB/s以上,但是也經常會串到2.7GB/s,只是無法在這個速度下維持太久。

5、英睿達P5 1TB SSD寫入測試

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   英睿達P5 1TB SSD開局強,前面300GB寫入都能保持在2.45GB/s。

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   寫入300GB之后會掉到940MB/s。

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   寫入450GB之后,速度掉到了250MB/sz左右并一直維持到最后。

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   上圖是匯總的數據,三星980PRO 1TB SSD無疑是最穩定的,到最后一直都保持著1.8GB/s的寫入速度。

   三星960PRO大致在寫入一半容量之后會開始降速,不過最終也有1GB/s的寫入速度,MLC顆粒的實力還是不容小覷。

   影馳HOF 2TB的表現也不錯,最低速度也沒有低于900MB/s,并且經常能串到2.7GB/s,只是不能維持太久。

   剩下2款SSD到最后寫入速度只能540MB/s,甚至是250MB/s。

六、總結:最強消費級SSD

   事到如今,如果你還在糾結TLC與MLC,只能說思維已經跟不上時代了。毫無疑問,三星980PRO 1TB SSD是我們所測試過的最強的消費級固態硬盤,即便是MLC SSD,也很難找到比它更強的!

   在寫入速度方面,三星980PRO 1TB SSD在133GB的SLC緩存容量之內可以達到2700MB/s,緩外速度依然高達1.8GB/s,就算SSD容量全部耗盡的情況下依然能夠保持1.8GB/s的寫入速度,我們還是第一次見到這樣的情況

   相比之下,采用MLC閃存顆粒的前代產品三星960PRO,在進行高負荷寫入測試時,隨著可用容量的變少,寫入速度會從1.8GB/s掉到1.4GB/s。

   而市面上其他同價位的PCIe 4.0 SSD,緩外寫入速度最高只能達到三星980PRO 1TB SSD的一半,頂級的PCIe 3.0 SSD比如惠普EX 950 1TB是540MB/s同樣遠遠不及三星980PRO 1TB SSD。

   在讀取速度方面,得益于Elpis主控以及1XX層的第六代V-NAND閃存,三星980PRO 1TB SSD實測讀取速度可以達到6600MB/s,同樣遠高于市面上其他PCIe 4.0 SSD。

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   最后就是價格了,三星980PRO 1TB SSD目前售價是1899元,這個價格與其他PCIe 4.0 SSD相當,但是他們之間的性能差距想必大家也都知道了。對于極致游戲性能的玩家而言,三星980PRO 1TB SSD的確是遠強于其他競品的選擇。

   (新聞稿 2021-01-04)


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