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体验两款NVMe新形态固态硬盘

2016-01-20刘忆冰《微型计算机》2016年1月下

对于普通用户而言,SATA接口的固态硬盘已经够用,然而SATA的带宽瓶颈对于追求更高性能的用户而言是一道魔咒。怎么办?采用PCI-E通道无疑是固态硬盘突破SATA 6Gbps“天花板”的好途径。从产品形态上看,台式机有适用于PCI-E标准扩展槽的高速固态硬盘产品;而笔记本用户则可以选择M.2接口高性能产品;在2015年,U.2接口的出现使得2.5英寸形态固态硬盘如虎添翼。硬件接口之外,针对PCI-E存储优化的NVMe标准堪称催化剂,软硬结合下固态硬盘纷纷跻身“2000MB/s俱乐部”—比如本文主角三星950PRO NVMe M.2 256GB及英特尔DC P3700 400GB U.2。

三星950PRO NVMe M.2 256GB产品参数

可用容量 238.5GB  
闪存类型 40nm V-NAND  TLC
缓存大小 512MB LPDDR3 
接口规格 M.2接口(PCI-E 32Gb/s) 
尺寸 80.15mmx22.15mmx2.38mm 
质保年限 5年 
参考售价 1999元

512MB LPDDR3缓存芯片同样为三星自家出品,用于存放FTL地址转换映射表。
512MB LPDDR3缓存芯片同样为三星自家出品,用于存放FTL地址转换映射表。

闪存为两颗原厂三星40nm 32层 V-NAND颗粒(型号K9PKGY8S7A),属于三星第二代V-NAND,单颗容量128GB。
闪存为两颗原厂三星40nm 32层 V-NAND颗粒(型号K9PKGY8S7A),属于三星第二代V-NAND,单颗容量128GB。

主控为三星UBX (编号S4LN058A01),支持PCI-E 3.0 x4模式、NVMe 1.1标准及部分企业级特性,目前并没有太多这颗控制器的信息。
主控为三星UBX (编号S4LN058A01),支持PCI-E 3.0 x4模式、NVMe 1.1标准及部分企业级特性,目前并没有太多这颗控制器的信息。

背面除了贴纸外没有其他部件
背面除了贴纸外没有其他部件

英特尔DC P3700 400GB U.2产品参数

可用容量 372.61GB  
闪存类型 20nm HET e-MLC 
缓存大小 未知  
接口规格 U.2(PCI-E 32Gb/s)
尺寸 101mmx70mmx15mm 
质保年限 5年  
参考售价 待定

我们用英特尔Core i7 6700K处理器、Z170主板、8GB双通道DDR4 3200内存为主要配件搭建了测试平台。由于时间原因及产品定位差异(一款为消费级产品,另一款则面向企业用户,售价也不在一个层次),本文的两款固态硬盘在测试方法上有所不同,因而这并非是一次对比测试,而是希望让大家一窥这两种NVMe新形态固态硬盘的表现。

U.2接口,触点部分可以分为六组,包括通道0和参考时钟0、通道1~3(行业SAS第三、第四个端口共用,同时也提供参考时钟1和边带)、边带、SATA/SAS第一个端口、SAS第二个端口、控制和电源部分等六个部分。这六个部分不但包含了之前的SAS接口、SATA接口的特征以保证向下兼容,还加入了PCI-E通道确保高速传输。
U.2接口,触点部分可以分为六组,包括通道0和参考时钟0、通道1~3(行业SAS第三、第四个端口共用,同时也提供参考时钟1和边带)、边带、SATA/SAS第一个端口、SAS第二个端口、控制和电源部分等六个部分。这六个部分不但包含了之前的SAS接口、SATA接口的特征以保证向下兼容,还加入了PCI-E通道确保高速传输。

U.2板型的DC P3700 400GB SSD与普通SSD类似,但15mm的厚度令它要厚很多。
U.2板型的DC P3700 400GB SSD与普通SSD类似,但15mm的厚度令它要厚很多。

在服务器上使用U.2 SSD时,可通过购买额外的背板组件,将U.2 SSD直接插入服务器内。而在PC上使用U.2 SSD时,则需要专用的U.2连接线一它包括一个数据接口、电源接口,以及与主板连接的Mini-SAS HD接口。
在服务器上使用U.2 SSD时,可通过购买额外的背板组件,将U.2 SSD直接插入服务器内。而在PC上使用U.2 SSD时,则需要专用的U.2连接线一它包括一个数据接口、电源接口,以及与主板连接的Mini-SAS HD接口。

消费级首秀:三星950PRO NVMe M.2 256GB

首先看三星950PRO NVMe M.2 256GB。和面向OEM市场的XP941和SM951不同,950PRO NVMe M.2是三星推出的首款消费级M.2固态硬盘。有了前两款OEM产品的积累,加上Skylake平台主板芯片组对M.2接口支持度已比较到位,这款消费级产品直接一步到位地采用了目前快的M.2 32Gbps接口,而且还支持NVMe1.1标准。虽然微软从Windows 8开始就已经集成了标准版NVMe驱动,可以直接识别NVMe 固态硬盘,但要完全发挥950PRO的性能还需到三星官网下载安装Samsung NVMe Driver,本次我们使用的是1.4.7.16版本。

PCMark得分实测
PCMark得分实测

950PRO NVMe M.2 256GB拥有实测2075.52MB/s(AS SSD Benchmark)、2299.26MB/s(TxBENCH)的连续读取速度,在各大测试软件中的写入速度也在950MB/s上下。其Anvil's SSD总评分数突破8900分,Anvil's SSD随机4KB文件读取速度高达162K IOPS以上,随机4KB文件写入速度也超过80K IOPS—这样的成绩不仅远超所有SATA接口产品,在同容量M.2接口产品中更是旗舰水准。与基准测试结果类似,在实际应用体验中,这款SSD的表现同样出色。在从SSD读取38.9GB的游戏文件夹任务中,950PRO NVMe M.2 256GB的用时为32.27s,而写入该文件夹也只用了43.17s。在实际的程序应用中,如《坦克世界》游戏,其载入所用的时间为11.7s,表现可圈可点。

三星Magician软件功能较为丰富
三星Magician软件功能较为丰富

利用Iometer软件,我们模拟出了用户长期使用后的脏盘状态,此时950PRO NVMe M.2 256GB的可用空间仅剩10.3GB。测试显示该硬盘的闲置垃圾回收效率一般,Anvil's SSD总评分数下降到了6926.7分,主要是在4K写入性能上有大幅衰减)。本文截稿前我们得知有玩家发现950PRO NVMe M.2在加强散热措施后可缓解掉速问题,条件所限,恕无法验证。日常使用中随着盘内文件日益复杂和臃肿,我们想完全恢复SSD的性能,需要通过快速格式化或在三星Magician软件中点击安全擦除(Windows8以上系统的trim为系统自动完成,无法使用Magician软件中的trim按钮)。欣慰的是,通过Magician的安全擦除功能,我们将950PRO NVMe M.2 256GB的性能瞬间恢复到了初始状态。

采用了三星第二代V-NAND(TLC闪存颗粒模拟MLC模式)的950PRO NVMe M.2具有5年的质保时间,256GB型号的大写入量为200TB,在消费级当中堪称出众。还记得MC在去年8月份对某款采用TLC颗粒的480GB固态硬盘进行了25天全天候全速写入测试,写入了127TB数据(超出了120TB的标称写入量)后该盘性能及稳定性依然良好。可见随着技术的发展,TLC颗粒的品质也已越来越完善。显然,作为我们消费者来说,没有必要盲目地歧视或妖魔化TLC颗粒,而更应根据固态硬盘的实际表现、售后服务与价格来进行理性选择。

企业级高速稳定:英特尔DC P3700 400GB U.2

面向企业用户,英特尔推出了体形小巧、支持热插拔的U.2板型DC P3700 2.5英寸SSD。其所用主控、闪存芯片与PCI-E板卡式产品相同,接口传输带宽也达到了PCI-E 3.0 x4即32Gb/s。唯一区别就是接口转换为U.2,PCB更小,只需一个2.5英寸的盒子即可容纳整块SSD。

采用型号为CH29AE41AB0的18通道NVMe主控芯片,其工作频率为400MHz,具体细节英特尔尚未公开;闪存颗粒为HET e-MLC,可承受写入量达到惊人的12119TB!要知道采用常规MLC闪存颗粒的普通固态硬盘可写入量一般仅在200TB以内。
采用型号为CH29AE41AB0的18通道NVMe主控芯片,其工作频率为400MHz,具体细节英特尔尚未公开;闪存颗粒为HET e-MLC,可承受写入量达到惊人的12119TB!要知道采用常规MLC闪存颗粒的普通固态硬盘可写入量一般仅在200TB以内。

在性能上,DC P3700 400GB U.2可谓生猛,其在基准软件测试中的连续读取速度突破2200MB/s(普通PCI-E SSD的速度也不过1000MB/s左右)。同时在随机4KB QD64高队列深写入测试中,DC P3700 400GB U.2的IOPS突破23万IOPS(常见的PCI-E SSD仅刚刚达到10万级)。老玩家不难发现,这款容量仅400GB的DC P3700性能已经达到了英特尔750 1.2TB固态硬盘的水准,它是怎么做到的?

首先,DC P3700 400GB U.2对NVMe提供了完美的支持。在往期的测试中我们也已讲到,NVMe技术标准大幅提升了存储系统一次多可执行命令的数量,达到大64K,而对比PCI-E固态盘采用的是常规的AHCI技术标准,一次大只能执行32条命令。因此这大幅提升了固态盘在高队列深度下的随机读写性能。其随机4KB高队列深度IOPS性能达到普通PCI-E固态盘的1.12~2.5倍。此外,18通道主控设计的写入性能非常恐怖,其在所有写入性能测试中的速度都远超普通PCI-E固态硬盘,在低队列深度下,DC P3700 400GB固态盘的随机4KB写入性能较对比普通PCI-E固态硬盘的领先幅度依然达到2.22倍之多,这意味着DC P3700固态盘显然非常适合进行写入密集型应用。同时NVMe产品的延迟的确得到了明显的降低,在AS SSD测试中,DC P3700 400GB固态盘的读写存取延迟只有普通PCI-E固态硬盘的40%左右,这也进一步提升了其随机写入性能。

脏盘状态下Anvil's Storage Utilities测试成绩几乎与初始成绩差别不大,正符合其企业级产品定位。
脏盘状态下Anvil's Storage Utilities测试成绩几乎与初始成绩差别不大,正符合其企业级产品定位。

总体来看,DC P3700 400GB固态盘在基准测试中的表现非常抢眼,在PCMark8应用中它也表现出了强劲的性能,总评成绩5081。利用Iometer软件,我们模拟出了用户长期使用后的脏盘状态,欣喜地发现它在脏盘状态下Anvil's Storage Utilities测试成绩与初始成绩仅有6%的差别。在寿命方面,HET e-MLC带来12119TB可承受写入量,MTBF达到200万小时(承受每日17次全盘覆写、而且可以保证在这种工作强度下,正常工作5年)!至于LDPC纠错技术、掉电保护技术更是标配。对于这款尚未公布国内价格的企业级产品,普通用户唯一要考虑的或许是它目前868美元的参考售价。

结语

NVMe(Non-Volatile Memory Express,非易失性存储器标准)的好处是有目共睹的,该技术使得硬盘可经PCI-E总线与CPU直接进行数据交换,而不是传统的通过南桥控制器中转再连接CPU。在降低延迟的同时,磁盘性能获得了大幅度提升。相比面世多年的AHCI标准,NVMe标准可以带来多方面的性能提升,由此如上两种新形态固态硬盘
虽然在近期,NVMe还不至于“遍地开花”。但是在SATA 6Gbps和AHCI已经逐渐成为存储设备发展瓶颈的今天,相信更多采用PCI-E通道、NVMe标准的固态硬盘将会很快出现在我们眼前,助力消费级、企业级应用存储性能腾飞。

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用户评论

共有评论(3)

  • 2016.02.24 20:29
    3楼

    东芝XG3也早出了 咋不评测

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  • 2016.02.09 08:34
    2楼

    浦科特M8PE快要上市了 咋不评测

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  • 2016.01.31 18:49
    1楼

    该技术使得硬盘可经PCI-E总线与CPU直接进行数据交换,而不是传统的通过南桥控制器中转再连接CPU。在降低延迟的同时,磁盘性能获得了大幅度提升。 这跟你这次评测有何关系? 用的Z170主板 呵呵 Z170主板目前没有一块的M.2接口是走CPU直连PCI-E通道的

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