藍色
固態硬盤可謂是近幾年來茁壯成長起來的一股新生力量,它并不像機械硬盤那樣很快就進入到了性能瓶頸階段。這兩年中固態硬盤還在繼續迅猛發展,雖然基礎的技術早已定型,但是廠商的交替、產品的升級、技術的換代持續在進行中,既有廠商淪落到被收購,也有新廠商崛起,主流的MLC閃存之外又多了TLC閃存的身影,SandForce、Marvell兩大主控廠商之外臺系主控又卷土重來了,這個市場依然熱鬧非凡。
時至今日,機械硬盤依然是最重要的PC組件之一,但是消費者的目光則更多的鎖定在固態硬盤上,現在裝機不配SSD似乎都不好意思見人。大器晚成的固態硬盤一經進入市場就爆發出了極強的影響力,不論是性能、還是體積、重量,甚至是靜音,固態硬盤都全面領先機械硬盤,唯一的阻礙就是單位容量的價格依然偏高。
其實SSD的普及進程還是相當快的,這主要得益于它的價格在不斷下滑,目前240GB/256GB容量的固態硬盤價格堪比兩年前的120GB/128GB SSD,容量翻倍而價格甚至更低,主流型號大多在千元以內,部分品牌甚至只要600多元,大多數消費者完全能負擔得起。所以,我們在這次專題中選擇的是240GB/256GB容量的固態硬盤,如果說120GB/128GB的固態硬盤可以滿足大家裝系統及常用軟件、游戲的基本需求之外,那么240GB/256GB容量的固態硬盤已經可以承擔起除了高清電影收藏等需求之外的日常使用了。
在了解了固態硬盤優勢之后,我們的目標是讓它用得更好,不需要翻看錢包決定預算,也不要為容量而捉襟見肘。240GB/256GB容量的產品無疑很快會成為市場中的主流型號,當然,相比機械硬盤,固態硬盤的每GB售價依然高很多,但固態硬盤整體的降價趨勢并不會改變,也許在下一次的專題評測中,1TB甚至更高容量的SSD產品就會取代如今的240GB/256GB SSD,而我們只希望這一天來得更快一些。
NAND閃存:20nm成主流,15nm露曙光
在去年的SSD固態硬盤橫評中,我們測試的SSD使用的主要還是25nm(包含24nm、27nm工藝等)工藝的NAND閃存,之后隨著Intel、美光聯合發布了全球首款20nm工藝NAND閃存之后,20nm NAND閃存開始遍地開花,Intel自335系列開始、美光自M500系列、三星自840系列之后開始全面使用20nm NAND閃存,直到本次的專題評測為止,20nm閃存依然是主角,這要比前面的25nm和34nm閃存都要長壽。
NAND閃存本質上也是集成電路,也一樣遵守電子電路的發展規律。從34nm到25nm再到現在的20nm,制程工藝的升級使得晶體管集成度更高,帶來的好處就是NAND容量更大,成本更低。當然,20nm制程工藝帶來的實際好處不是紙面這么簡單,也不是沒有負面效果。在之前的固態硬盤評測中,我們已經詳細介紹過了NAND閃存的工作原理和特殊性,而制程升級也使得NAND每一次升級換代都參雜了優點與不足。
前面說過,制程工藝升級最直接的好處是晶體管密度更高,核心面積更小,而NAND容量更大,34nm工藝節點NAND核心(die)容量尚且不能達到 64Gb(8GB),需要2個核心才能實現這一目標,25nm工藝下倒是可以制造出64Gb的核心,但是核心面積高達167mm2,20nm下核心面積則會縮小到118mm2,面積縮小了30%,產量提升了40%,這對廠商來說大大降低了生產成本。
20nm工藝使得NAND核心面積縮小,同樣面積下可制造容量更大的閃存
不只是64Gb核心更容易了,20nm工藝導致的核心面積縮減也讓128Gb核心成為現實,這是制造超大容量固態硬盤的前提,目前三星、美光等公司的1TB容量的SSD都使用了128Gb核心。
不過,在我們為技術感到欣喜的同時也不能忽視制程升級帶來的負面影響,這一切還要“歸功于”NAND特殊的工作原理——制程越先進,半導體之間的間隔就越小,柵極氧化層就越薄,P/E循環壽命就越短,擦除需要的時間也越長,性能也會降低,而距離縮短導致晶體管相互之間的干擾也越來越嚴重,這使得制程先進的NAND存在性能及可靠性上的雙重問題。
當然,20nm工藝帶來的優點是巨大的,缺陷則是可以解決的。對于錯誤及干擾,也可以通過更先進的ECC糾錯、容量更大的頁面文件提升錯誤修正,還有WL磨損平衡算法、壓縮數據以降低WAF寫入放大、提升OP空間比例率等等手段可用。對于性能提升,廠商可以開發更好的GC垃圾回收算法即時恢復空盤性能。此外,這還可以通過配置性能更快、可靠性最高的SLC閃存作緩存來提升性能,三星的Turbo Write及閃迪的nCache都是這種技術的代表。
綜合各方面的改進之后,20nm NAND閃存的性能和可靠性依然能維持在比較高的水準,至少不會比25nm工藝差,換成我們最常見的P/E循環次數來看,25nm工藝的NAND通常是3000次,20nm NAND初期不足1000次,但是后期也一樣提升到了3000次P/E循環。
20nm不是終點,15/16nm閃存已經來了
雖然20nm還沒有顯露疲態,但是20nm工藝顯然不可能是NAND發展的終點。今年以來,東芝與閃迪已經展示過了15nm NAND,美光下一代NAND工藝進展更快,前不久的MX100系列固態硬盤上已經使用了16nm MLC閃存,是15/16nm NAND工藝中量產最早、商業化進度最快的。
目前,16nm工藝下的NAND閃存也是64Gb(8GB容量)核心的,美光并沒有披露其16nm工藝NAND的詳情,不過Anandtech網站之前以東芝的15nm NAND晶圓為例估算了下新工藝的晶體管密度和核心面積,我們不妨在這里引用來參考一下。
Anandtch網站估算的東芝15nm 128Gb閃存的核心面積
他們估算出來的東芝15nm 128Gb閃存的核心面積只有139mm2,同規格NAND中只比三星的V-NAND 3D閃存略高,比東芝目前的19nm工藝64Gb的113mm2核心面積也只高出23%,而容量卻提升1倍。美光的16nm 128Gb核心閃存詳情未知,但是此前他們宣稱這是世界上核心面積最小的128Gb核心閃存,看起來不會比東芝的15nm工藝差。
這次的SSD專題評測中,美光16nm工藝閃存的MX100也有參加,這也是目前唯一的下一代工藝閃存的SSD,但是很快它就不會如此孤獨了,不久我們就會看到更多使用15/16nm工藝閃存的硬盤了。
TLC閃存露頭,擁抱還是謹慎?
與NAND制程工藝相伴的還有閃存類型,例如大多數人都知道的SLC、MLC和TLC這三種,SLC不論性能還是可靠性都是最好的,但成本也是最高的,高到企業級用戶也不敢全部使用SLC閃存,MLC閃存性能、可靠性次之,而我們平常所指的MLC其實是2bit-MLC,TLC則是這兩年才開始為人熟知,它在U盤以及其他不需要太高性能的場合使用很多,但在SSD市場首先是由三星的840開始的,目前為止也只有三星在著力推進。
SLC太貴太少我們不去管它,MLC則要跟TLC有一番糾結,前者每個單元能儲存2個數據,有四種電位變化,后者每個單元可以儲存3個數據,有8種電位變化。這種區別帶來的變化就是TLC閃存容量更大,成本更低,舉例來說,同樣的晶體管電路做成64Gb的SLC閃存,那么變成MLC、TLC閃存則可以得到128Gb、192Gb的容量,這對廠商來說大大降低了成本。
但是,TLC閃存也不是只有光鮮的一面,它帶來的考驗也更大。容納的電位多了可以提升容量,但也使得整個過程更復雜,編程、擦除(也就是讀寫數據)的速度更慢了,最關鍵的是閃存壽命直線下降,MLC的P/E次數至少還有3000-5000次,而TLC公認的P/E指標是1000次,好點的可能做到1500 次,依然比MLC差很多。
為了改善TLC閃存的這些先天性缺陷,廠商也不得不使用其他技術做些彌補,提高ECC的比,增大頁面容量等等,但是TLC與MLC、SLC質的差距是無法完全解決的,而廠商對TLC閃存的興趣越來越大,普通消費者很快都要面臨這樣的選擇——TLC可靠性真的沒問題嗎?值得選嗎?
我們無法就每個人的需求統一回答,但是我們可以從之前做過的多個SSD可靠性測試結果來簡單了解一下,之前Hardare.info以三星TLC閃存的840 250GB硬盤為例,持續2個月不間斷寫入數據,通過這種超出日常使用的極端情況來考驗TLC閃存的可靠性。最終的結果顯示,三星的840硬盤P/E壽命達到了2945次,是官方指標的三倍,在出現第一個不可恢復錯誤之前總計寫入了707TiB數據,每天寫入10GB的話可以用198年,考慮到寫入放大率(算作3)及更多的寫入量(30GB/天),它也能支撐23年,遠遠超過了質保及多數硬盤的正常服役時間。
其后,也有多家機構跟進做了類似的長期使用測試,測試結果大同小異,即便是TLC閃存的840或者840 EVO固態硬盤,在硬盤出錯或者掛掉之前都堅持了很長時間,測出的TLC硬盤使用壽命遠遠超過了硬盤的正常使用壽命。在這個問題上,對TLC閃存最熱心的三星也做過解釋:雖然TLC閃存的P/E壽命看起來有限,但SSD主控技術的進步、SSD容量的增長使得這個問題實際影響并不大,消費者無需為TLC閃存的使用壽命擔心。
目前,三星已經推出了840及840 EVO兩代TLC閃存的硬盤,其中840 EVO表現更猛,在三星的RAPID及TruboWrite技術的輔助下,120GB容量的840 EVO性能就超過了很多256GB的MLC硬盤。此外,前不久推出V-NAND 3D閃存的850 Pro之后,三星已經暗示會推出TLC閃存的V-NAND閃存了,850 EVO離我們已經并不遙遠了。
除三星以外,東芝/閃迪也推出了19nm工藝的TLC閃存了,閃迪甚至已經有Ultra II這樣的TLC閃存硬盤推出。除了這三家之外,美光也早對TLC閃存躍躍欲試了,今年底也會推出16nm工藝的TLC閃存,唯一對TLC閃存興趣不大的就是Intel了,尚無跡象顯示Intel有這樣的準備。
廠商大面積使用TLC閃存是遲早的事,這一點不是消費者意志所能決定的(當然TLC閃存全面取代MLC也不可能)。在技術不斷進步的情況下,TLC的性能及使用壽命并不是影響它發展的關鍵了,但是目前的TLC閃存硬盤存在的一個問題就是性價比太低,三星的840及840 EVO雖然使用了成本更低的TLC閃存,但實際售價并不比MLC閃存更低,如果消費者不能享受到TLC閃存帶來的低成本優勢卻反而承擔TLC閃存的風險,這顯然不利于TLC閃存的發展,我們只能寄希望于更多廠商進軍TLC閃存之后能通過競爭的力量讓TLC閃存降至合理的位置。
TLC就完全沒問題?
雖然三星的TLC閃存達到甚至超過了標稱的P/E次數,但這不代表TLC閃存就萬無一失了,有玩家測試發現它的840 EVO硬盤在讀取長時間存放的舊文件時性能大幅降低到60MB/s左右,嚴重不正常。
首先發現這個問題的是Overclock論壇玩家gino074,他是三星SSD的鐵桿“粉絲”,系統盤采用的是256GB的840 Pro,此外還分別有1個500GB、1個1TB的840 EVO硬盤,在兩個840 EVO硬盤上都發現了一個問題——讀寫新文件時性能還是正常的450MB/s速度,但在讀取舊文件(存放時間超過數周或者數月)時速度低至60MB/s。重啟之后速度有改善,但效果并不明顯,還是不能恢復應有水平。
840 EVO硬盤的HD Tach v3測試
840 Pro的HD Tach v3性能測試
針對他手頭的840 EVO和840 Pro兩種硬盤,分別使用HD Tach進行測試,測試之后發現840 Pro沒問題,新舊文件速度都正常,而兩個840 EVO都有問題。
三星官方的解釋稱,導致掉速問題的根源是讀取-重試操作的算法,而這個操作主要是補償Cell單元的電壓變化,這說明這種情況下隨時間變化的電壓遷漂移(voltage drift)是個關鍵因素,840 Evo的閃存管理顯然沒有對電壓變化作出準確的響應。
電壓遷漂移與NAND內部Float Gate漏電有關,數據寫入NAND后會成為一個電荷保持在Float Gate里面,如果不重新擦除寫入的話電荷就一直會留在那里并開始慢慢漏電,漏電與SSD是否通著電是無關的。過一段很長的時間后主控再去讀取這些數據發現有漏電,就需要對這些數據進行糾錯,讀取速度自然受影響。
以上原理同樣適用于SLC和MLC閃存,只不過SLC只有兩個電位,MLC有四個,而TLC呢?八個,大家覺得那個的糾錯會容易一些,而且TLC閃存本身的內部漏電問題就比其他兩個要嚴重,所以就導致了舊文件在讀取時速度大幅度下降的問題,以上純屬個人推測,真正的原因還得三星自己去調查清楚。
目前三星已經在其官網提供了新版固件的升級程序,三星對此帶來的不便表示歉意,使用840 EVO硬盤的玩家可以留意下官網的升級通知。 此外同樣使用TLC閃存的三星840也存在掉速的問題,三星已經著手調查。
對于TLC閃存,我們的態度一直是明確的:它確實對廠商降低成本非常有利,但是,除非TLC閃存的SSD在售價上相比MLC有較大優勢,否則根本沒有選擇TLC的必要。
平面不行了,向3D進發
制程升級及TLC閃存的實質都是為了提升NAND儲存容量、降低成本,但是這兩種技術的副作用也是很大的——性能降低,可靠性下降,而且在制程低于15/16nm之后,由于氧化層越來越薄,可供使用的電子也越來越少,實際上將會使這種方式越來越難,最終變得不可行,人們顯然需要另尋它法。
隨著制程以及TLC、QLC的升級,NAND的電子數量也會越來越少并最終不可用
在這樣的情況下,研究人員就需要從普通的2D閃存開始向3D堆棧閃存前進,原理說起來很簡單——立體堆疊可以多合一,形象點說就是原來的2D內存是平房,增加面積就只能擴大宅基地,地產老板不喜歡,而現在的3D閃存則是摩天大樓,地面還是那么大,但是樓房多了,地產老板、房客都喜歡了,還會說高層光線好,空氣好什么的。
3D堆棧技術相對來說還是新技術,問世時間還不算長,不過我們日常生活中實際上都已經用上這個技術了,只是大家還沒覺察到而已——手機攝像頭傳感器,不論是FSI前照式還是BSI背照式,多數都使用了TSV(硅通孔)技術的,這已經是3D堆棧技術的一種了。
東芝、三星。海力士及美光各自研發過不同的3D閃存方案
當然,3D封裝技術的分類太多了,就算是集中到我們今天討論的3D NAND上,不同廠商也有過不同的技術方案。在全球四大NAND廠商中,東芝/閃迪系主要研究p-BICS(Bit-Cost Scalable),Hynxi繼續搞浮柵極為基礎的3D FG方案,美光/Intel系主要搞3D Flash,三星搞過水平封裝的TCAT(Terabit Cell Array Transistor),但去年首先量產的則是垂直封裝的V-NAND。
三星的V-NAND閃存已經發展了兩代,封裝層數提升了1/3,存儲密度提升了40%
作為全球NAND產業的老大,三星在NAND上的實力與投入也是最大的,四大豪門的3D閃存中也只有三星正式量產并上市了,而且已經發展出了兩代,早先的第一代產品,最多24層堆疊,如今的850 Pro則使用的是第二代V-NAND,堆疊層數從24提升到32層,存儲密度提升了40%。
對于V-NAND閃存技術,這里簡單介紹一下,SSD目前使用的NAND是浮柵極為基礎的,但是隨著制程工藝的升級,間隔越小的話,浮柵極的電子數量會減少,而且控制更復雜,16nm之后提升不易,而且在可靠性及性能上副作用越來越明顯。
三星的V-NAND放棄了傳統的浮柵極MOSFET,改用自家的電荷擷取閃存(charge trap flash,簡稱CTF)設計。每個cell單元看起來更小了,但是里面的電荷是儲存在一個絕緣層而非之前的導體上的,理論上是沒有消耗的。這種看起來更小的電荷有很多優點,比如更高的可靠性、更小的體積,不過這些還只是其中的一部分,V-NAND因為消耗少而具備了很強的P/E擦寫壽命,第一代V-NAND號稱35000次P/E,幾乎達到了SLC閃存的水平,是MLC閃存的2-10倍。
這是之前的數據了,在使用第二代V-NAND閃存的850 Pro硬盤上,Anandtech網站測試出的P/E次數是6000次,雖然還沒有達到三星所說的10倍可靠性,不過相比20nm工藝MLC閃存平均3000次的P/E壽命已經好太多了。
3D閃存優點多多,廠商顯然不可能放過這一波浪潮,目前三星的V-NAND進度是最快的,已經有850 Pro以及即將發布的850 EVO(TLC的V-NAND閃存)這樣的產品,而且在國內西安投資70億美元興建了NAND工廠,生產的就是這種V-NAND閃存,未來還會繼續領跑。
美光、東芝/閃迪及SK Hyix三家也不同程度地宣示要量產3D閃存,目前也是建廠、擴產的階段,但是真正上市還早,這三家普遍是在15/16nm節點才開始量產3D閃存,最快今年底,產品上市則要等到明年了,預計未來兩年才是他們的3D閃存爆發時間點。
Marvell、SF兩強爭霸,臺系主控崛起
閃存是SSD硬盤最重要的元件,那么第二重要的就要屬主控了,作為整個SSD的控制中樞,主控對SSD的性能、可靠性及穩定性都有著關鍵性影響。相比與閃存上的變化,這兩年SSD主控市場的變化并不大——主要的市場依然是由SandFore及Marvell傳統兩強把持,但是一些新跡象值得關注,比如尋求獨立主控的OCZ最終被收購,而臺系主控悄然間突圍了,JMircon、SMI慧榮、群聯已經不滿足于廉價低端市場了,開始在技術與性能上尋求進一步突破。當然,SSD主控市場依然是SF與Marvell兩大廠商爭霸,二者的地位暫時無可動搖。
先說Marvell公司,2012年其主力產品還是88SS9174/9175主控及衍生版,這一次的主力則是88SS9187/9188主控及衍生版,其中88S9187是Marvell第三代產品,支持SATA 6Gbps接口,8通道設計,另外還支持ECC、硬件AES加密等功能,而88SS9188則精簡到了4通道,其他技術規格基本相同。
面對未來的新制程及TLC閃存,Marvell也積極布局了未來的產品,從6月份的臺北電腦展開始,Marvell陸續發布了支持SATA-Express接口的88SS91083主控、支持15nm及TLC閃存的88SS1074主控,以及支持NVMe硬盤的88SS1093主控等等。毫無疑問,Marvell自身也是一家大型公司,這兩年也沒什么變動,技術進步也很平穩,也沒出過什么主控質量問題,未來的前景值得看好。
相比Marvell公司,SandForce公司這兩年就有點折騰了,2011年底3.2億賣身給LSI收購,2014年安華高又以66億美元的價格收購了LSI,當然這個66億金額主要是LSI的企業級業務,并不是針對SF部分的,實際上安華高對SF的業務并無興趣,最終希捷又出手以4.5億美元收購了LSI的閃存加速業務,而攤到SF業務上也不過是8000萬美元,幾番折騰下來SF主控的價值并不高。
SandForce SF-2281主控
具體的產品方面,上次專題評測時SF主控的主力是消費級的SF-2281,而今年的專題評測中使用SF主控的SSD大多還是選擇SF-2281主控(有vb1、vb2 兩個版本,vb2應該是優化了功耗之類),你不得不承認SF-2281確實是一代經典,500MB/s的讀寫性能夠高,且支持8通道、AES-256硬件加密、RAISE、ECC糾錯等技術,同時還有SF專利的DuaWrite寫入壓縮技術,這都是SF主控的識別碼了。
SF3700你在哪里?
至于下一代新品,SandForce很早就發布了SF3700系列主控,而且SATA 6Gbps及PCI-E接口大一統,規格很強大,但是SF3700一直難產,相關產品可能還要等一等了。
除了自有SSD主控的公司,在外包主控的市場中,Marvell與SF占據了90%的份額,留給其他廠商的空間并不多,但是SSD市場前景還是很誘人的,爭相進入SSD主控市場的公司還是有的,前幾年有過一席之地的臺系SSD主控廠商這兩年又回來了,而OCZ、LAMD這樣尋求獨立主控的公司最終則被大公司收編了。
JMicron JMF667H主控
前幾年臺系廠商在SSD主控市場還是很活躍的,最具代表性的就是JMicron,只不過當時JMF612及JMF66X主控性能表現一般,隨機性能差一些,只能在低端市場混混日子。但是這兩年JMicron以及新進市場的SMI慧榮、群聯等臺系公司狠下苦功,在性能及技術上追上來了。
慧榮SM2246EN主控
在影馳的黑將系列SSD中,JMicron的JMF667H主控展示出了強大的4K隨機性能,CDM中甚至突破了42MB/s,表現與之前的產品不可同日而語。而在影馳虎將系列中,其使用的慧榮SM2246EN主控性能表現也相當不錯,相比以往的慧榮主控有著質的飛躍。另外,還有群聯的PS3108主控,8通道設計,在海盜船的Force LS系列中有過應用,隨機性能表現中規中矩,不過連續讀取速度強大,在入門級SSD中很有優勢。
這三家廠商改變了大家以往對臺系主控的認識,它們的市場定位不高,不過性能及技術上已經達到了主流水準,而且依然有很高的性價比,適合廠商的入門級甚至主流級SSD選擇。
此外還有OCZ及LAMD這兩家掌握SSD主控的公司,不過他們最終都是落入了豪門之手,并沒有獨立生存。OCZ先是收購Indilinx公司獲得主控技術,并最終推出了自己開發的Barefoot 3主控,但是OCZ整個公司運營不力,最終被東芝以3500萬美元拿下。
LAMD是韓國一家廠商,他們推出的LAM87800主控為海盜船的Neutron系列SSD采用,但是LAMD最終也在2012年被SK Hynix收購了,只不過Hynix收購之后并沒有大面積使用LAMD主控的消息,而且LAMD新一代主控也沒什么動靜了。
相比SSD市場,主控市場在兩大豪門之外留出的空間并不多,而且現在SF最終被希捷拿下了,而他們也是有SSD產品的,因此預測未來的SSD主控市場中Marvell的份額會繼續擴大,而SF因為嫁入希捷門下而多了掣肘,畢竟希捷跟其他SSD廠商也是有競爭關系的。同時,臺系主控廠商即便不能從SF手中搶得更多份額,但是在低端到中端市場也是有機會的,JMicron、慧榮推出的新主控支持TLC閃存、15nm閃存,性能也不弱,性價比很高,已經在閃迪、海盜船、金士頓等廠商的SSD中應用了。
SATA 6Gbps已有瓶頸,PCI-E才是未來
與去年的SSD專題評測相比,這次變化最不大的就是硬盤接口了——SATA 6Gbps三年前是主流,現在依然是絕對的主流,但是這次評測中全面選擇SATA 6Gbps接口的SSD是出于公平需要,而SATA 6Gbps接口實際上已經表現出瓶頸了,PCI-E接口才是未來。
嚴格來說,SATA 6Gbps接口應該是SATA 3接口,它是基于SATA 3.X規范的,速度從二代的3Gbps提升到了6Gbps,不過因為編碼效率及單位換算的關系,SATA 6Gbps接口的速度不會超過600MB/s,大部分廠商的SSD標注讀寫性能最高都在550MB/s左右,而基于PCI-E技術的硬盤速度則能達到GB/s級別讀寫,性能可再度提升一個臺階。
在基于PCI-E技術的接口中,最有代表性的是M.2和SATA Express接口,前者主要取代mSATA、mini PCI-E接口,而后者則是基于SATA 3.2規范,取代的則是SATA 6Gbps接口,詳細情況我們分別來看。
SATA Express標準基于SATA 3.2,2011年就著手制定標準了,2013年正式推出,其目標是在保持SATA接口兼容性的基礎上進一步提高速度,內部使用的是PCI-E x2通道,2.0標準的速度就是10Gbps,3.0標準則可達到16Gbps,目前常見的還是PCI-E 2.0 x2通道的,速度為10Gbps,比SATA 6Gbps快了67%。
SATA Express接口有幾種實現方式,Intel的9系芯片組支持彈性I/O,可以支持2個SATA Express接口(雖然Intel官方規格沒有明確支持原生SATA Express),還可以使用祥碩等公司的第三方芯片,比如祥碩SAM106SE,第三種方式則可以從CPU整合的PCI-E通道中分出來x2通道,不過這種方式會影響顯卡的PCI-E通道分配,并不是主流方式,最多的還是用9系芯片組原生提供的。
中間灰色的部分就是2個SATA Express接口,每個SATA Express接口實際上還可以當作2個SATA 6Gbps接口使用,這也是SATA Express接口向下兼容的原因所在。
目前基于Intel的9系芯片組以及最新的X99芯片組的主板很多都支持10Gbps的SATA Express接口,不過現在最大的尷尬是SATA Express設備太少了,除了華碩出過一個演示用的SATA Express硬盤之外,目前還沒見到哪家廠商會推SATA Express硬盤,所以目前主板上的SATA Express幾乎沒有用武之地,還好能向下兼容SATA 6Gbps接口,倒也不至于浪費。
另一種基于PCI-E技術的接口就是M.2了,這是Intel聯合廠商制定的一種新標準,之前叫做NGFF接口,原本主要用于筆記本市場的SSD,不過今年開始在桌面主板上也見到了更多M.2接口的身影,Intel也在大力推廣這種標準。
M.2接口不僅可以雙面布置NAND顆粒,而且還具備30、42、60、80及110mm五種長度選擇,廠商可根據自己的需求選擇。而我們在Intel 9系及X99主板上也能見到多種螺絲安裝位,通常都是支持42、60及80mm這三種長度的。
標準M.2接口的速度視PCI-E 2.0、PCI-E 3.0的不同也是10-16Gbps之間,不過M.2接口擴展性很好,最多能支持PCI-E 3.0 x4通道,這時候的速度就達到了32Gbps了,是普通M.2接口的三倍多。市面上的主板中,華擎的Ultra M.2、華碩的MPICE Combo IV都是支持PCI-E 3.0 x4的,速度32Gbps,而且華碩的X99 Deluxe主板上還創造性地支持2種M.2安裝方式,而技嘉的X99 SOC Force主板則支持20Gbps,應該是PCI-E 2.0 x4通道的。
當然,上述支持PCI-E x4通道的M.2接口也有點副作用,那就是要從CPU內分配PCI-E通道,要搶顯卡的部分帶寬,怎么選擇就看用戶的需求了。
雖然SATA 6Gbps接口的地位暫時無可撼動,但是SATA Express及M.2都是基于PCI-E接口的,再加上純正的PCI-E插槽SSD,后三者代表的則是SSD接口的未來——不僅擁有超高帶寬,延遲更低,體積還可以更小。
緩存加速模式
SLC Cache其實并不是什么新鮮事物,早在三年前OCZ Vertex 4就讓我們見識到什么是全盤SLC Cache模式,而到了現在,不管你是否接受了SLC Cache,已經有不少廠家接受了它,現在除了OCZ外,三星840 EVO/840、美光M600和SanDisk的部分產品都有在使用SLC模式。
SanDisk nCache技術
當然了SanDisk的nCache技術只是對隨機寫入進行緩存,這樣可以把寫入的隨機數據整合起來,然后再一起寫入到MLC閃存上面,在提升隨機寫入性能的同時也可以一定程度減少寫入放大增加SSD的壽命。
三星的840和840 EVO都有使用SLC Cache
三星的840和840 EVO都有使用SLC Cache,不過兩者的運作方式是有所不同的,三星840把TLC閃存劃分成SLC緩存塊與TLC數據塊,當數據寫入的時候全部都會寫入SLC緩沖塊那里,然后等到數據堆積到一定程度后就會把這些數據一次性寫入TLC數據塊里面,這個操作是即時的,三星840所標注的連續寫入速度也是可以長期保持的。
而840 EVO上所用的TurboWrite與840就不同了,840 EVO劃分出了較大容量的TurboWrite Cache緩沖區,這個區域的大小根據SSD的容量不同而不同,120GB與250GB的有3GB的空間,500GB的是6GB,750GB是9GB而1TB的是12GB,寫入數據會優先進入SLC Cache,空閑時SSD就會把數據轉移到TLC存儲區中,緩沖區的大小其實對于一般家庭應用來說是足夠了的。
但是,如果你在短時間把超過緩沖區容量的數據寫入SSD的話就會發現寫入速度大幅度下降,速度大致會降低至同容量的840水平,估計在TurboWrite Cache緩沖區用完之后SSD的工作方式會變成與840差不多,而不是把數據直接寫入TLC閃存里面。
就技術來說840 EVO所用的TurboWrite是非常優秀的,讓能用TLC閃存的SSD在短時間內表現出如此高的寫入性能,而且TurboWrite Cache緩沖區對于一般家庭應用來說也足夠,用戶大部分時間都可以享受得到。但是三星把SLC Cache有效時的最大寫入速度當做連續寫入速度來宣傳這就略有不妥了,畢竟這個速度是不能長時間保持的,這個情況其實和那些用SandForce主控的SSD拿最大寫入速度來宣傳類似。
此外,由于寫入840 EVO緩沖區的數據并不會立刻寫入TLC存儲區,所以如果在剛寫入后立即讀取的話,讀取速度就會比平時在TLC存儲區直接讀取快很多,這主要表現在QD1的4K讀取速度上,這方面三星就有點為測試軟件而優化的嫌疑,因為AS SSD與CDM之類的測試軟件就是這樣先寫入測試數據包然后再進行測試的,對此,有人談到三星840 EVO跑分作弊的現象恐怕也并不是沒道理的。
美光在最新的M600系列上也用到了Dynamic Write Acceleration動態寫入加速技術,從美光提供的技術資料來看應該是全盤都開了SLC Cache模式,這個和OCZ與東芝的做法差不多,這樣可以保證SSD的寫入速度在一個很長的時間內高速穩定,只要同一時間的寫入量不超過SSD剩余可用空間的一半的話基本速度都不會下降,然后SSD會在空閑時將SLC Cache中的數據轉換到可用的MLC存儲區中。
除了使用SLC Cache進行加速外,三星和浦科特都推出了使用內存對SSD進行加速的功能,三星的叫RAPID而浦科特的叫PlexTurbo,兩個都整合在各自的SSD工具箱里面,兩者的本質都差不多,利用可用內存空間來充當SSD的讀寫緩存,這樣就可以讓SSD的讀寫能力得到大幅度提升,理論上都有掉電丟數據的可能,不過,浦科特說能在斷電時防止數據流失,只是它的實現方式我們暫時還不太清楚。
其實,我們對這類內存加速功能在實際應用時到底能起多大作用還尚存在疑惑,對于動手能力強的玩家來說,我們更建議自行搭建RamDisk,然后把各種臨時文件夾放到里面,這樣對提升SSD的壽命顯然會有一定幫助。
測試概況
閃存同樣是一種大規模集成電路,技術含量高、投資也大的的驚人,到現在為止全球也只有四大閃存豪門——三星、東芝/閃迪、SK Hynix、IMFT(Intel美光合資),2年前是這個格局,現在也是如此,三星一直是老大。以2012年營收來算,三星一家就占據了NAND市場大約37%的份額,東芝以31%左右的份額第二,SK Hynix約為15%,美光、Intel分別占了10%、7%左右。
具體到SSD固態硬盤上則有所不同,三星不僅供應OEM市場,而且也涉獵企業級、消費級市場,而且同時有自家的主控和閃存,根據Gartnert統計的營收數據,三星依然是SSD市場上的老大,其次是Intel和閃迪。除了這幾家SSD巨頭之外,這兩年也涌現出了一批新玩家——影馳也進軍SSD市場了,虎將、黑將及戰將系列也打響了一些知名度,而AMD也借著Radeon R7的名義推出了自己的固態硬盤。
當然也有一些品牌已經變得物是人非——以往大出風頭的OCZ在過去兩年遭遇了危機,最終賣給了東芝,還好品牌算是保住了,OCZ的SSD在消費級市場看樣子還會繼續存在下去。從OCZ的境遇也可以看出,整個SSD市場對小型廠商已經不那么美好了,三星、東芝、美光這樣的大公司掌握有穩定的閃存供應,控制風險的能力要比小公司強得多,OCZ就敗在了這上面。而OCZ這樣的公司被收購也預示著上游廠商也希望整合下游資源,不會甘心只做供應商。東芝收購了OCZ獲得了主控,希捷收購了SandForce也獲得了主控,閃迪則收購Fusion-IO以獲得企業級主控技術。
得益于技術的發展,SSD固態硬盤的每GB成本一直是下降的,結果就是SSD容量更大,上次專題評測中我們選擇的是120GB/128GB容量的產品,現在同樣的價位下已經是240GB/256GB的天下,而以往作為入門級之選的64GB產品現在基本無人問津了,其地位已經被128GB容量的SSD所取代。
以三星840 Pro 128GB為例,去年底其價格還維持在899元,今年開始穩中有降,目前的價格大約是750元左右,而256GB的也從年初的1539元降低到了1359元?,F在240GB-256GB的SSD實際上已經沒這么貴了,除了840 Pro、浦科特M5P、M6P這樣的旗艦型號,大部分型號都已經破千,主流價位在599-899元左右,與2年前120GB-128GB固態硬盤的價位何其相似。
出于價格及消費慣性,目前銷量最大的還是128GB容量的,多數用戶會覺得128GB裝系統+常用軟件、游戲已經夠用了,不過這種局面正在改變,256GB容量的SSD性能最好,而更大容量也有利于提高數據使用壽命,我們預計256GB會在今年底逐步取代128GB成為新的主流之選。
此外,更大容量的SSD也日益實用,幾年前也出現了1TB容量的SSD,但當時1TB硬盤不僅極為稀少,而且售價跟奢侈品一樣,不具備實用性,但是隨著128Gb核心的閃存增多,如今的1TB硬盤已堪大用,三星840 EVO、美光M500系列、金士頓V310系列的1TB硬盤已經低至3500元左右,部分品牌甚至低至3000元,售價已不是高不可攀。
歷史總有相似之處,幾年前128GB容量的SSD跌破千元讓很多玩家接受了固態硬盤,享受到了SSD帶來的快感——開機快、打開程序快、游戲加載快,而如今256GB容量的SSD價格也全面破千,更大的容量已經讓用戶不再需要為游戲、軟件容量而糾結,我們不僅要用上SSD,這一次還要更舒服地享受SSD帶來的便捷。
每次計算機把數據寫入到SSD時會將數據先寫入到其內部的緩存后,再寫入到NAND里面,現在SSD的緩存基本都是DRAM,當遇到浪涌或者斷電的話里面的數據會完全丟失,如果SSD支持掉電保護功能的話就可以有效保護這些數據。
美光在M500時宣傳它支持斷電保護技術,但是在前段時間被Anandtech指出美光的消費級SSD其實并不是完全支持這一功能,只是靜態數據是被保護了的,官方的宣傳其實是對消費者的誤導。
美光宣傳的斷電保護技術說明
上圖是M500發布時美光宣傳的斷電保護技術說明,他們在SSD上使用了大量電容以防止意外斷電導致數據丟失。其實,使用鉭電容還是常見的電解電容也是廠商的一個宣傳點,多數SSD上通常使用電容更大的電解電容,有些廠商則會宣傳鉭電容的好處,雖然鉭電容電氣性能更好,但是需要的數量比較多才行,這是另一個話題。
左邊的是M500DC,中間的是MX100,右邊的是M600
美光的企業級硬盤M500DC上使用的是大量鉭電容,但消費級SSD使用的是陶瓷電容,這其中肯定有差別,一般認為消費級SSD也是有斷電保護技術的,只不過不如企業級SSD那般強大罷了。
在Anandtech的MX100評測中,作者原本認為它也是有完整的斷電保護技術的,但他錯了,一旦出現意外斷電情況,MX100實際上只能保證靜態數據是正確的,運行中的數據是會丟失的,包括內存緩沖器中的數據。也就是說,MX100、M550和M500實際上并沒有斷電保護技術。這意味著什么?Anandtech用了大段技術文字解釋斷電保護技術的實質,這又要涉及到NAND閃存的工作原理了,說起來話就長了。
我們知道MLC閃存中每個cell單元可以存儲2個數據,分別叫做上頁(upper page)、低頁(lower page),如果是TLC閃存,中間還有個中頁(middle page),注意這里的page不要跟我們通常說的閃存頁面混淆了,后者是指NAND閃存寫入數據的最小單位,通常是16KB。
MLC閃存的編程(Program,寫入數據的過程)過程是通過分別對上頁、低頁編程這兩步才完成的,其中下頁編程過程本質上跟SLC閃存編程是一樣的,如果下頁是“1”位,那么cell單元就被認為是空的,可以寫入數據,如果下頁是0,那么就會提升閾電壓直到變成“1”位(NAND寫入數據過程中需要數千伏的電壓擊穿氧化層讓電子通過)。
一旦下頁編程完了,上頁也就是第二位也可以開始編程了,這一步可以通過調整合適的cell電壓來完成。由于下頁已經編程完了,因此上頁的輸出實際上已經確定了,比如下頁編程到0,那么上頁編程可能的輸出結果就只有10或者00兩種。
MLC使用兩步編程主要是為了減少浮柵極耦合,也是cell to cell界面,在這么一個狹小的空間內,臨近cell單元之間會互相產生電容耦合作用,耦合作用的強度取決于cell單元的電荷,從空到00狀態可能會存在大量電荷,這可能導致錯誤的位值。
上圖應該可以讓你比較清晰地了解具體的編程算法。簡單來說,臨近cell單元的下頁是首先編程的,因為下頁擁有更大的電壓分布,這意味著臨近cell單元的上頁編程完成之后,耦合層中的電荷并不足以警示下頁的電位狀態。
說了這么多理論技術之后,現在可以繼續談美光的斷電保護技術了。如果是在上頁編程的過程中意外斷電,cell單元中的下頁電位信息就會丟失,因為下頁、上頁的編程過程不是必須按順序完成的,下頁的數據可能寫入的更早,并被認為是靜態數據(已經保存的數據),因此意外的斷電可能導致數據出錯,而電容的功能就是確保下頁數據正確(其實這一句話就可以解釋上面的問題了)。任何進行中的上頁編程都不會完成,而內存緩沖器中的數據也會丟失,但原有的數據是安全的。
其實,要切實做到在掉電時把緩存中的數據都寫入到NAND中,M500這樣的一排陶瓷電容是不夠的,企業級SSD一般使用多顆鉭電容增加電容量或者更直接地使用更大容量的電解電容,更甚者的直接內置小型電池以保障數據可以完整寫入NAND中以不至于丟失。
這次參與測試的16款SSD中其實只有Intel 730提供了完整的掉電保護功能,美光MX100有部分保護,而其他的產品基本都是沒有掉電保護的,掉電保護技術其實在消費級SSD中并不普及,大多數都是沒有這功能的,對大多數普通用戶來說也沒多大作用,有需要的用戶可以考慮Intel 730或者直接去購買企業級產品。
針對本次專題評測,我們搭建了全新的測試平臺,測試平臺使用了Intel LGA 1150接口最新的Z97芯片主板,具體型號為華碩Z97-Deluxe,CPU則是Haswell架構的Xeon E3 1230v3,CPU保持默認頻率未進行任何超頻,為了保證測試結果準確我們把節能選項全部關閉,操作系統也更新至Windows 8.1 Professional 64位版,驅動程序全部使用Windows 8系統自帶。
在本次專題評測中,我們引入了全新的Expreview Storage Benchmark 2014,這是我們自己錄制的I/O軌跡回放測試,更加注重SSD在真實應用中的表現,具體介紹可見下文。
每款SSD的具體測試流程如下:
1、首先我們會在SSD完全空盤的情況下運行AS SSD Benchmark、Crystal Disk Mark與Anvil`s Storage Utilities三個測試軟件,讓大家對SSD在出廠狀態下的基本性能有所了解。
2、隨后就開始GC與Trim測試,使用IOMeter對沒有分區的SSD進行連續一小時的4K QD32隨機信息寫入,以制造大量的碎片。
3、然后放置一個小時讓SSD自行進行垃圾回收操作,之后會把SSD重新分區并格式化讓它進行全盤Trim,我們會在開始測試前、寫入完成后、寫入結束一小時后以及全盤Trim后用HDTune Pro測試SSD的寫入性能。
4、本次專題評測更為注重SSD在長期使用后的性能表現,先進行GC測試就是為了讓SSD進入穩定態,GC測試完成后就進行Expreview Storage Benchmark 2014,測試會生成59GB的文件,這些文件會保留作后面測試的預置文件,這樣做的原因是為了讓SSD更接近我們平常使用的狀況。
5、接下來我們會進行PCMark 7與PCMark 8的測試。
6、最后還會再運行一次AS SSD Benchmark、Crystal Disk Mark與Anvil`s Storage Utilities,讓大家看看SSD在穩定態時與出廠原始性能的差距。
Expreview Storage Benchmark 2014
到目前為止我們使用的很多SSD評測規則是幾年前做專題評測時所確定下來的,當時定下的測試標準比較注重SSD的基本性能,盡管測試標準中也有實際應用的測試項目,但是現在來看這類測試的比重還是偏低,有點偏離實際使用,在本次的專題評測中,我們會使用新的測試標準,新的測試標準會更為貼近實際應用情況。
新的測試會比較注重硬盤真實使用情況,增加回放類測試的比重,并這也就是接下來要介紹的I/O軌跡回放測試,即Expreview Storage Benchmark 2014。
要反應日常的使用,CDM、AS SSD這類簡單的測試軟件是肯定不行的,IOMeter可以進行較為復雜的測試,但是要反應真實的讀寫情況,其腳本要設置得非常復雜。PCMark的硬盤測試則是采用真實的磁盤I/O軌跡回放,這種測試方法比較能反應硬盤的真實讀寫情況,不少外國媒體都有制作自己的回放測試來考驗 SSD。
測試中,我們使用自行錄制的真實硬盤I/O軌跡腳本,整個測試包括日常應用、辦公應用和游戲應用三個部分,涉及多個軟件的操作,這些腳本使用Intel NAS Performance Toolkit進行全速回放,運行完會生成一份詳細的測試報告,我們取其中的平均傳輸速度,三個測試的傳輸速度加起來取平均值就是這項測試的結果,比如上圖中數據就是用超極速S330 128GB跑出來的,它的測試成績是432MB/s,各個測試的具體構成包括:
日常應用測試
1. 同盤復制一個MKV電影文件,文件大小2198MB。
2. 同盤復制一個有大量零碎文件的文件夾,文件夾大小2250MB,文件總數10980個。
3. 啟動QQ,并對聊天記錄進行搜索,隨后關閉。
4. 用Internet Explorer 10瀏覽本地網頁文件,逐個進行人工翻閱。
5. 用Media player播放本地高清視頻,并拖動進度條。
整個日常應用測試涉及的數據吞吐量是12742MB,其中讀取數據8005MB,寫入數據4737MB,涉及的文件數量4319個。
辦公應用測試
1. 用Word 2013打開多個doc、docx文件,并逐個翻閱。
2. 用Excel 2013打開多個xls、xlsx文件,并逐個翻閱。
3. 用PowerPoint 2013打開多個pptx文件,并逐個翻閱。
4. 用Windows 8自帶的閱讀器打開多個pdf文件,并逐個翻閱。
5. 用Photoshop CS6打開一個4.04GB大小的psd文件,并將其另存為一個新的psd。
整個辦公應用測試涉及的數據吞吐量是34250MB,其中讀取數據23579MB,寫入數據10671MB,涉及的文件數量112個。
游戲應用測試
1. 《Battlefield 4》游戲啟動,開啟新游戲進入第一關。
2. 《Crysis 3》游戲啟動,開啟新游戲進入第一關。
整個游戲應用測試涉及的數據吞吐量是3865MB,其中讀取數據3865MB,寫入數據24KB,涉及的文件數量121個。
AS SSD Benchmark測試
AS SSD Benchmark是一款專為固態硬盤測試而設計的標準檢測程序,同時,它還提供了很大范疇的可定制性。AS SSD Benchmark給出的成績可以分為兩種:一種是MB/s的形式;另一種是IOPS形式。在本次專題評測中,我們列出AS SSD Benchmark的連續讀寫與4K QD1隨機讀寫的測試結果,這項測試的評分也是根據這四項的數據為依據,64線程的測試其實對日常應用的參考意義不大,另外這次會分別測試SSD在出廠狀態與穩定態時的性能。
出廠狀態測試結果
創見370、SanDisk Extreme Pro、三星850Pro與Crucial MX100組成了第一梯隊,讀取速度都超過了520MB/s,下面的一大堆都在510MB/s左右,浦科特M6S在ASSSD測試表現不太正常,連續讀取速度測試中都沒過500MB/s。
在連續寫入測試中,三星850Pro、OCZ Vertex 460、三星840EVO、OCZ Vector 150和SanDisk Extreme Pro寫入速度都在490MB/s以上,Intel 730雖然是高端產品但是它的寫入速度并不怎么的高。
AS SSD 4K隨機讀取測試
正如前面所提到的那樣,三星840EVO在跑這類測試時是直接從SLC Cache中進行讀取的,所以測試結果非常的出眾,但實際使用的時候則是直接在TLC存儲區讀取的,這里的“水分”很大。實際上4K QD1性能最強的是用JMF667H主控的影馳黑將,其次是三星850Pro,使用LAMD和Indilinx主控的幾款產品表現并不是很理想,沒有外置緩存的三款產品在此項測試中墊底。
OCZ兩款產品的4K隨機寫入倒是非常不錯,三星850Pro排名第三,除上述三款產品以外,其余產品的寫入性能差距并不算很大,而浦科特的SSD在這方面的表現一直都比較糟糕。
穩定態測試結果
在穩態情況下,AS SSD的連續讀取測試結果稍微發生了一些變化,其測試結果的排位也有一定變動,但整體看性能差異不算很大,基本屬于誤差范圍之內。而穩定態時寫入速度明顯降低的是使用SF-2281主控的Intel 520和富士通極速版,Intel 520掉速特別厲害,之前在測試后會掉速的JMF667H主控產品由于現在更換了最新的主控所以沒有出現掉速的現象。
在穩態情況下,AS SSD 4K隨機讀取性能和4K隨機寫入性能都沒有太大變化,從測試成績來看,性能間的差異微乎其微,仍屬誤差范圍之內,可以說,SSD的讀、寫性能一般是不會隨讀取或寫入量而變化的。
CrystalDiskMark測試
CrystalDiskMark是一款簡單易用的硬盤性能測試軟件,但測試項目非常全面,涵蓋連續讀寫;512KB和4KB數據包隨機讀寫性能;以及隊列深度(Queue Depth)為32的情況下4KB隨機讀寫性能。其中,隊列深度描述的是硬盤能夠同時激活的最大I/O值,隊列深度越大,實際性能也會越高。CrystalDiskMark的測試項目主要考察的是多線程的讀寫速度,同步與異步閃存(ONFI)在該項測試中差異性立見分曉。和ATTO Disk Benchmark最大讀寫速度測試不同,CrystalDiskMark更傾向于非壓縮算法,因此它的成績更具有性能鑒別的意義。與AS SSD Benchmark一樣,這次我們只列出CrystalDiskMark的連續讀寫與4K QD1隨機讀寫的測試結果,也會分別測試SSD在出廠狀態與穩定態時的性能。
出廠狀態測試結果
CrystalDiskMark連續讀取測試
CrystalDiskMark所測出來的數值通常要比AS SSD的要大,各個產品的排位有很大的變動,創見370的連續讀取速度依舊非常不錯,與三星850Pro并列榜首,其次是SanDisk Extreme Pro、浦科特M6Pro,影馳黑將與創建340這兩個只有四通道的產品連續讀取速度比不少八通道的產品都要強,Intel 730在這項測試中得分墊底。
在寫入性能方面,CrystalDiskMark的測試結果與AS SSD基本一致,僅在一些細微處略有不同。其中,三星850Pro、OCZ Vertex 460、三星840EVO、OCZ Vector 150、東芝Q Pro和SanDisk Extreme Pro的寫入速度都在500MB/s以上,Intel 730的表現同樣不夠理想,它的寫入速度只有292MB/s。
CrystalDiskMark的隨機讀取測試與AS SSD測試的區別就是,采用SF-2281主控的Intel 520與富士通極速版的隨機讀取速度高了非常多,特別是富士通極速版提升得特別顯著,測試的結果非常好,當然,這一方面也與兩個軟件的測試方法不同有關。
CrystalDiskMark 4K QD1隨機寫入測試
在CrystalDiskMark的4K隨機寫入測試中,OCZ的兩款產品測試結果都在130MB/s以上,接下來是三星850Pro、Intel 520/730、創見340、Crucial MX100和SanDisk Extreme Pro四款速度均在120MB/s,浦科特M6S在這項測試中表現較差,寫入速度沒有超過100MB/s。
穩定態測試結果
在穩態情況下,CrystalDiskMark的連續讀取測試結果基本上與出廠狀態測試保持一致,具體的排位結果只有十分微小的變動。例如,采用JMF667H主控的影馳黑將和創見340的讀取速度都略微掉了點,影馳黑將的速度下降尤為明顯一些,由出廠狀態的540.7MB/s下降到520MB/s。而在連續寫入測試中,Intel 520和富士通極速版則有一定的性能下降。
在穩態情況下,CrystalDiskMark的4K隨機讀取性能沒有太大變化,從測試成績來看,性能間的差異微乎其微,除了Intel 520的速度有一定下降外,其它參測產品的性能差異幾乎可忽略不計。而在4K隨機寫入性能方面,幾款性能居中的產品位次發生了一些細微變化,其中,富士通極速版和東芝Q Pro的寫入速度下降較為明顯,已經低于110MB/s。
Anvil`s Storage Utilities測試
Anvil`s Storage Utilities的優點在于可以調節測試所用數據的可壓縮比例,這是AS SSD測試所沒有的,CrystalDiskMark測試則要么是全不可以壓縮,要么就全都可以壓,這樣太極端了,Anvil`s Storage Utilities預設了幾個數據可壓縮比例,我們使用比較接近應用程序的46%這個比例來進行測試,這個測試程序會根據各項測試結果得出一個總分,我們直接使用這個分數來作為每個SSD的該項得分。
出廠狀態測試結果
浦科特M6S在這項測試中性能表現并不正常,連續讀取速度只有390MB/s導致它的讀取測試得分相當的低。三星850 Pro在這項測試中得分相當之高,其次是840 EVO,兩個的得分都在5000以上,SanDisk Extreme Pro排名第三.
穩定態測試結果
Anvil`s Storage Utilities穩定態測試結果
Intel 520的具體的測試結果
富士通極速版的具體的測試結果
在穩定狀態下,我們對所有SSD再一次進行了測試,參測產品的性能差異沒有發生太大變化,通過對比出廠狀態的測試結果,我們發現得分有明顯下降的只有Intel 520和富士通極速版,它們都是寫入性能有所下降,得分大概下降了120分左右。
PCMark7測試
本次專題使用了Futuremark公司的“PC Mark7”基準測試軟件,它更側重硬盤的真實模擬應用。在這項測試中,我們選取了PC Mark7的Secondary Storage Score分項分數作為評價標準,Secondary Storage Score測試項目著重測試計算機從盤的硬盤性能。
PCMark 7存儲測試,三星850Pro以5624分的成績傲視群雄,東芝Q Pro在前面的基準性能測試中表現并不怎么搶眼,但是在回放測試中表現相當優秀,以5610分排名第二名,第三名浦科特M6 Pro得分5562其實也并不低,第四名的同樣是來自浦科特的M6S,得分5504,頭四位的產品得分都高于5500分,接下來的產品大多數都在5400分這個區間內,海盜船Neutron GTX的得分都比較低。
PCMark8測試
PCMark 8是一套針對PC系統進行綜合性能分析的測試套裝,它需要操作系統至少是微軟的Windows 7,Windows Vista/XP則完全被淘汰,當然,Windows 8也同樣可以進行測試。PCMark 8采用了分項測試的方式,這一點和之前的有所不同——之前版本的PCMark雖然也同樣具備了不同的分項,但都需要使用者在設置項目中進行調試,而PCMark 8則直接將各個項目進行了分類,我們在進行測試之前就必須選擇其中一項,這幾個項目分別是Home、Creative、Work、Storge和Applications。其中的Storge主要測試的是電腦的存儲效能和穩定性,這自然是我們的測試重點。
PCMark 8的性能測試基本是拉不開分差的,不同產品間的得分差距非常少,東芝Q Pro在PCMark 8中表現相當出色,是唯一一款得分超過5000的產品,三星兩款產品850Pro與840EVO分別位于第二和第三位,與下面的幾款產品拉不開差距,性能差異較明顯的只有排在最后三位的海盜船Neutron GTX、Intel 520和富士通極速版。
性能測試數據匯總及分析
在上表中,各個單項的最好與最差成績分別以紅色和綠色作了區分,大體上可以比較直觀地了解到每款參測產品的性能水平。整個測試有六個大項一共24個數據,三星850Pro的表現是最搶眼的一共拿得了10項第一,性能上的優勢無出其右。相比之下,相對老舊的Intel 520在面對現在一系列新產品的挑戰時就表現得力不從心了,性能在16款SSD中墊底。
可以看見,三星840EVO在多個測試中隨機讀取性能獲得第一的位置,但是之前已經說過了,840EVO在運行小數據量的測試時基本上都是在TurboWrite緩沖區里進行的,這對寫入性能和4K隨機讀取的測試結果都有很大影響。TurboWrite功能對SSD寫入的性能這是可以在日常應用中體驗得到的,但是一般情況下是無法幫助讀取加速的,因為數據多數都是直接在TLC存儲區直接讀取的,剛寫入的數據立即就讀取這情況非常的少,這可能是對測試軟件的專門優化,再加上840EVO還有舊文件讀取速度下降的問題,鑒于這款產品存在太多不確定因素所以這次就不給它打分了。
雖然把三星840EVO的成績剔除了,不過我們還是要重申一下我們的態度:對TLC閃存的態度并不在于TLC閃存的數據壽命上,隨著固態硬盤容量的提升,正常使用中數據壽命并不是TLC的死穴。我們不推薦840EVO主要是因為其測試反應出的性能很大程度上是靠SLC緩存加速出來的,其他硬盤有些也是有SLC緩存加速的,不過沒有這個緩存之后其性能也不會下跌太多,這是MLC與TLC閃存先天決定的。
盡管面臨著這些爭議,我們也絲毫不否認840EVO在市場上是一款定位成功的產品,三星有實力把它打造成一款介于普通MLC硬盤與高端MLC硬盤之間的產品,我們并不推薦用戶優先選擇840EVO,不過也不會反對用戶選擇,畢竟,性能指數和性價比指數并不能滿足所有消費者的需求。也許等以后的TLC閃存硬盤數量豐富之后,我們可以針對TLC硬盤單獨做個測試。
這次橫評更換了部分測試項目,性能指數的計算方式也有所不同,這次得分是按大項來統計的,新的性能指數是由六個大項成績的加權值之和,即:
性能指數 = 系數(∑(權重(大項成績 / 大項平均值)
這里的系數=5,是讓成績變成百分制。權重主要是考慮到各種數據的重要性,這次測試比較看重貼近實際應用的回放測試,所以PCMark 7和PCMark 8兩款測試的權重是2,Expreview Storage Benchmark回放測試權重是3。ASSSD、CDM和Anvil這三項快速測試的權重是1,它們的項目得分是出廠狀態和穩定態兩個測試結果的平均值,Anvil是直接取測試得分,而ASSSD與CDM的分數是按下面公式計算的:
ASSSD/CDM的項目得分 = ∑(權重(單項成績 / 單項平均值) / 4
讀取速度比寫入速度重要,因為實際應用中讀與寫的比例至少在10倍以上,隨機性能比連續性能重要,基于這樣的考慮,制定的權重規則是:隨機讀取權重為5,連續讀取權重為3,隨機寫入為2,連續寫入為1。
經過這樣的計算,可以得到各SSD的性能指數:
從性能指數來看,三星850 Pro的性能的確極其強悍,得分高達98.7,與其他產品拉開不少距離,而三星840 EVO的得分其實也不低的,只不過那個成績有一定“水分”,我們并未計入表格。事實上,論實力的話三星確實比其他廠家強不少,SSD的整體解決方案完全是采用自家的,而且這幾年的新產品中也融入了許多新技術,軟件和硬件上都有很強的實力。
第二位是SanDisk Extreme Pro,得分為94.4,影馳的黑將以93.2的得分排名第三,浦科特M6 Pro排名第四得分為92.8,用了新固件的黑將表現相當強悍。其他的參測產品大多都在80分的區間以內,Intel的旗艦產品730其實性能并不怎么樣,這款產品畢竟與企業級產品有共同的淵源,論穩定性絕對要比其他產品要好得多。東芝的Q Pro在回放測試中的表現相當優秀,但是前面的快速測試中表現較糟糕,受其拖累得分并不高。OCZ的兩款產品得分非常相近,Vector 150是88.8,Vertex 460是88.1,兩者其實只是主控的頻率有差別,所以差距這么少也很正常。
創見使用SMI2246EN主控的370得分為85.7,而使用JMF667H主控的340得分為84.8,它們兩個使用的閃存是完全一樣的,都是美光的L85A,其實這個結果可以說明一樣東西,就是SMI2246EN的性能比JMF667H要強一點。
有性能指數這個參數,就很容易計算出各SSD的性價比指數(性能指數/參考價(79.8),性價比方面影馳黑將以9.9分搖搖領先,其次是得分為9.3的Crucial MX100,創見340以9.0分位于第三。三星850 Pro的性能指數是最高的,但是它的售價也相當之高,導致性價比指數直接墊底,1599元都差不多可以買得到512GB的產品了。
功耗測試
對于SSD來說,功耗都相對比較低,因此被大多數用戶所忽視,但是越來越多的筆記本用戶步入SSD之列,功耗也逐漸成為新的關注點,就移動平臺來說,更低功耗意味著續航時間的延長。在本次專題中,功耗測試采用了傳統的電流與電壓測量并計算得到,由于SSD不需要12V和3.3V供電,因此這個測試也變得簡單起來,只需要測量到5V輸入的即時電流和電壓即可。
我們測量了SSD的啟動功耗、待機功耗、持續讀/寫功耗和隨機讀/寫功耗一共六個值,考慮到數據過多的話影響閱讀,因此選擇列出三個比較有代表性的功耗值,即待機功耗、持續寫入功耗和隨機讀取功耗。
SSD最低功耗表現在待機時,而最高功耗則出現在持續寫入時,隨機讀功耗相對較低,可以看作是典型應用時的功耗值。其它的如持續讀取功耗會比持續寫入功耗稍低,隨機寫入功耗會比隨機讀取功耗稍高,大多數SSD的啟動功耗接近于隨機讀寫功耗。
待機功耗
待機功耗測試結果
大多數SSD在待機時功耗都在0.6W以下,平均待機功耗為0.54W非常之低,其中影馳黑將、三星840EVO和850Pro的待機功耗是最低的,只有0.3W,差不多只有平均值的一半,而Crucial MX100與Intel 730的待機功耗明顯要比其他產品高出不少,都在1.1W以上。實際上,除了持續寫入時的功耗以外,240GB/256GB SSD的功耗和120GB/128GB的功耗差不多,只是持續寫入時的功耗要略高那么一點點。
4K隨機讀功耗
隨機讀是SSD非常典型的應用,尤其是作系統盤使用時,也就是說這一個功耗會是實際應用中出現比重最高的一個參考值。參測的16款SSD平均4K隨機讀功耗為1.28W,影馳黑將在此項測試中的功耗表現相當優秀,僅有0.7W,是所有產品中4K隨機讀功耗最低的,使用SMI2246EN主控的創見370功耗也僅為0.75W,Intel 520由于主控和所用的閃存都是相對較舊的型號,其功耗水平在眾多產品中也是最高的。
持續寫入功耗
持續寫入功耗可以看作是SSD的最大工作功耗,對于很少當倉庫盤使用的SSD來說,這樣的應用模式并不多。16款SSD的平均持續寫入功耗達到3.46W,幾乎是平均隨機讀取功耗的三倍,東芝Q Pro可能是少了一顆DRAM的原因吧,功耗表現最優秀,只有2.09W,與第二名的三星850Pro的2.72W差距還是挺大的,在之前兩項測試中表現較為優秀的影馳黑將則位于所有參測產品的中流水平,海盜船Neutron GTX的連續寫入功耗則是最高的。綜合來看,在這16款SSD當中綜合功耗表現最優秀的要數東芝Q Pro了,雖然待機功耗略微大了一些,不過讀寫功耗表現都很好,其次就到三星850 Pro、影馳黑將和創見370。