一、前言:首款满血的pcie 4.0 ssd到来
时代在变,然而思维陈旧的人会始终难以适应时代的变化!很多人无法理解arm处理器的性能超越x86处理器,最强的risc处理器(精简指令集)比不上最弱的cisc(复杂指令集)处理器似乎就是天经地义,苹果m1处理器的诞生颠覆了很多人的认知。
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在ssd领域也有同样的情况,似乎mlc闪存天生就比tlc高贵,tlc ssd再怎么努力也赶不上最弱的mlc。而三星980pro ssd的诞生同样将颠覆大多数玩家对于tcl ssd的认知,这是三星第一款采用tlc闪存的顶级ssd产品,也是第一款满血的pcie 4.0固态硬盘。
1、pcie4.0 x4的理论带宽
下面是pcie各版本链路性能指标:
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有很多同学奇怪为什么pcie通道的传输率的单位使用gt/s而不是我们常见的gbps、gb/s,主要原因是传输率还包括不提供额外吞吐量的开销位,比如 pcie 1.x和pcie 2.x使用8b / 10b编码方案,会占用了20%的原始信道带宽,也就是实际吞吐量只有传输率的8成。
pcie 3.0的物理层协议使用了全新的128b/130b编码方案,也就是说有效吞吐量可以达到原始信道带宽的128/130。因而,pcie 3.0协议的每一条通道的实际带宽= 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协议的传输率翻倍到了16gt/s,同样也是使用了128b/130b编码方案,pcie 4.0 x4的吞吐量可以达到7976mb/s,是pcie 3.0 x4的二倍。
2、pcie4.0 ssd的理论速度是最高可以达到多少?
任何数据pcie系统传输,都会产生一定的开销。pcie设备是以tlp的形式发送报文的,数据报文在device core产生之后,在分别经过事务层(transaction layer)、数据链路层(data link layer)、物理层(physical layer)之后会依次被增加ecrc,sequence number,lcrc,start,end等数据块。
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pcie 3.0/4.0 中一个tlp最高可以携带4096bytes有效数据,不过通常它会受到设备以及主板支持的共同限制,多数情况下被限制在256bytes。
tlp head长度可选12bytes或者16bytes,memory read/write tlp中采用32位地址时,tlp head长度为12bytes,采用64位地址时tlp head长度为16bytes
因此pcie 3.0/4.0 中tlp的有效数据率=256/(4+2+16+256+4+4)=89.5%。
那么pcie 4.0 ssd可达到的最高理论带宽应该=7976 mb/s *89.5%=7138mb/s。
3、如何才能达到pcie4.0 ssd最高理论速度?
简单的说就是主控和闪存的关系!
主控的最高速率=接口速率x通道数/经验倍率。比如群联的ps5016-e16主控。这款主控使用800mt闪存接口,8个通道理论上可以达到6.4gb/s,经验倍率是1.28,于是实际上最高只能支持6.4gb/s÷1.28=5gb/s。这数字与7138mb/s相去甚远。
三星elpis同样也是8道通主控,不过闪存接口速度高达1200mt/s,扣掉1.28的经验倍率,实际带宽=1200*8/1.28=7500mb/s,已经超过pcie 4.0 x4的理论带宽上限。
当然,就算主控再强,没有与之匹配的闪存肯定也无法发挥应有的性能。
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三星980pro 1tb ssd采用的是第六代v-nand tlc闪存颗粒,堆叠层数从第五代的96层提升至136层,增加了约40%的单元。这颗闪存充分利用三星独创的“通道孔蚀刻”技术,通过建立一个由100多个层组成的导电晶片堆栈,从上到下垂直穿孔,形成均匀的三维电荷阱闪存(ctf)单元,堆叠层数从第五代的9x层提升至1xx层,增加了约40%的单元。
同时,三星还进行了更优化的电路设计,使其能够实现比第五代v-nand更快的数据传输速度,而写入操作的时间少于450微秒(μs),读取操作的时间少于45μs,这2个指标都比上代提升了10%以上。
4、pcie 4.0 ssd的前景
2019年7月amd zen2处理器发布的时候,pcie 4.0还是曲高和寡。仅仅在一年多的时间,现在主流设备已经全面拥抱pcie 4.0了。
amd最新一代的rx 6000显卡,nvidia的rtx 30系显卡均支持pcie 4.0,intel的z490主板绝大部分也支持pcie 4.0(需要搭配即将发布的rocket lake第十一代酷睿处理器),amd的b550、x570主板也早已支持pcie 4.0。另外,微软和索尼的次世代主机xbox series x和ps5也都采用了pcie 4.0 ssd。
pcie 4.0 ssd的另外一个意义就是,等到明年微软正式推出directstorage技术之后,三星980pro可以凭借7000mb/s的读取速度做到秒进系统,这也是很多玩家期盼已久的事情。
三星980pro ssd的详细规格如下:
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我们此次测试采用的是三星980pro 1tb ssd,写入寿命为600tbw,售价为1899元,晚些时候,2tb版本也会上市。
二、外观:lpddr4 dram缓存 +铜箔散热标签
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m.2 2280规格,容量1tb。
正面的贴纸标注有产品的型号、容量、产地以及序列号等信息,用户可以将此信息与包装盒上面的sn码进行对比,看看是否有二码合一。
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背面的铜箔贴纸,有各种认证信息。铜箔是用来增强散热。
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pcie 4.0 ssd发热巨大总所周知,传统ssd用的纸标签阻挡了ssd热量向外传递。980pro使用的是铜箔标签,能以最快的速度将ssd产生的热量传递到媒介。
铜箔散热标签在拥有良好散热效能的同时,相比传统的带散热片可以更轻松安装入笔记本电脑。
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揭掉正面的贴纸可以看到2颗闪存、一颗dram缓存以及主控。
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三星elpis主控,采用8nm制程工艺,能够同时处理128个i/o队列,是前代phoenix主控的4倍,是ubx主控的16倍(三星950pro使用)。
右边是三星的lpddr4 dram缓存,容量1gb。
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三星第六代v-nand 3-bit mlc颗粒,在前代9x层单堆栈结构基础上增加了约40%的单
元。单die容量512gb,采用8die封装,单颗nand容量可达512gb。
三、基准性能测试:读取速度可达6700mb/s
测试平台配置如下:
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1、crystaldiskinfo信息识别
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我们手上有2块三星980pro 1tb ssd。此前在zen3的评测中大量使用,其中一个的写入量已经达到了32tb,另外一个也有3tb。
2、as ssd
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写入量3t的三星980 pro 1tb测试成绩。1gb的读写测试分数为8966,顺序读写速度分别为5532mb/s和4082mb/s;4k随机读写速度分别是82mb/s、202mb/s。
然后做10gb读写测试,得分达到了9012,甚至比1gb容量测试的分数更高。顺序读写速度分别为5563mb/s、4065mb/s;4k随机读写速度分别是82mb/s、204mb/s。
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这是写入量已经达到32tb的三星980 pro 1tb ssd,不论是顺序还是4k随机读写速度都出现了一定程度的下滑。总分也从9000分跌到了8200左右。
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上面是as ssd benchmark 1gb的数据测试结果。在顺序写性能方面,三星980pro 1tb比同为pcie 4.0的影驰hof 2tb快了将近1200mb/s、写入快了200mb/s。其他三款pcie 3.0 ssd的读取速度都在3000m/s以下,写入不过与2900mb/s。
在4k性能方面,三星980pro 1tb的读取速度达到了82mb/s,写入202mb/s,均傲视群雄。
下面的测试都是在成绩更好的ssd上面进行。
3、crystaldiskmark
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在crystaldiskmark测试中,三星980 pro 1tb ssd的顺序读取速度达到了惊人的6735mb/s,写入速度也有4949mb/s;4k读写速度分别为89mb/s和232mb/s。
在进行32gb的测试时,各项数据反而更好了。顺序读写速度分别为6710mb/s、4956mb/s,4k读取速度为91mb/s,4k写入速度232mb/s。
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在顺序读写方面,三星980pro 1tb比影驰hof 2tb快了将近2000mb/s,写入也快了700mb/s。如果是和pcie 3.0 ssd相比,三星980pro 1tb几乎能达到2倍的性能。
4、atto disk benchmarks
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从atto disk benchmarks结果来看,对于0.5kb的小文件读写,三星980 pro 1tb ssd也能达到51mb/s以上的速度。32k的时候,写入达到了2600mb/s,读取速度为3470mb/s。从256kb开始,写入速度稳定在4.2gb/s左右,读取速度则能达到6gb/s。
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在对4096kb大小的文件进行读写时,三星980pro 1tb的读取速度比影驰hof 2tb快了1640mb/s,写入快了260mb/s。
不过在对512bit大小的文件进行读写时,三星980pro 1tb与影驰hof 2tb之间没有太过明显的差异。
四、900gb文件拷贝测试:全程保持1.8gb/s的写入速度
三星980 pro 1tb ssd的实际容量是931gb,我们将890gb的数据从其中一块980 pro 1tb ssd拷入到另外一块,看看这块ssd的缓外写入速度能有多高。
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复制的文件总容量为866gb,共190个文件,在2块980 pro 1tb ssd之间进行拷贝。
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在初期阶段,复制速度达到了2.7gb/s。
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大约在120gb的时候,slc缓冲区耗尽,写入速度跌为1.8gb/s。
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在全部866gb数据拷完之时,写入速度依旧是1.83gb/s。
2、惠普ex950 1tb ssd写入测试
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同样也是866gb数据从三星980 pro 1tb ssd写入到惠普ex950 1tb ssd中,初期的速度能够达到2.45gb/s。
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写入150gb之后,速度降为936mb/s。
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在写入600gb之后,写入速度进一步降低到了543mb/s,直到完成所有文件的拷贝依旧保持在这个速度。
3、三星960pro 512gb ssd
三星960pro 512gb ssd的实际容量是476gb,我们向其中写入433gb的数据。
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三星960pro 512gb在很长一段时间内都能保持1.75gb/s的写入速度,大约在写入200gb之后,速度还是逐渐下跌,在写入了380gb之后,写入速度降到了1.48gb/s。
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最终在拷贝进度将近完成的时候,写入速度已经降到了1gb/s的样子。
4、影驰hof 2tb ssd写入测试
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从三星980 pro 1tb ssd中写入1tb数据到影驰hof 2tb ssd中,整个过程很奇怪。写入速度大多数时候保持在900mb/s以上,但是也经常会串到2.7gb/s,只是无法在这个速度下维持太久。
5、英睿达p5 1tb ssd写入测试
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英睿达p5 1tb ssd开局强,前面300gb写入都能保持在2.45gb/s。
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写入300gb之后会掉到940mb/s。
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写入450gb之后,速度掉到了250mb/sz左右并一直维持到最后。
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上图是汇总的数据,三星980pro 1tb ssd无疑是最稳定的,到最后一直都保持着1.8gb/s的写入速度。
三星960pro大致在写入一半容量之后会开始降速,不过最终也有1gb/s的写入速度,mlc颗粒的实力还是不容小觑。
影驰hof 2tb的表现也不错,最低速度也没有低于900mb/s,并且经常能串到2.7gb/s,只是不能维持太久。
剩下2款ssd到最后写入速度只能540mb/s,甚至是250mb/s。
六、总结:最强消费级ssd
事到如今,如果你还在纠结tlc与mlc,只能说思维已经跟不上时代了。毫无疑问,三星980pro 1tb ssd是我们所测试过的最强的消费级固态硬盘,即便是mlc ssd,也很难找到比它更强的!
在写入速度方面,三星980pro 1tb ssd在133gb的slc缓存容量之内可以达到2700mb/s,缓外速度依然高达1.8gb/s,就算ssd容量全部耗尽的情况下依然能够保持1.8gb/s的写入速度,我们还是第一次见到这样的情况。
相比之下,采用mlc闪存颗粒的前代产品三星960pro,在进行高负荷写入测试时,随着可用容量的变少,写入速度会从1.8gb/s掉到1.4gb/s。
而市面上其他同价位的pcie 4.0 ssd,缓外写入速度最高只能达到三星980pro 1tb ssd的一半,顶级的pcie 3.0 ssd比如惠普ex 950 1tb是540mb/s同样远远不及三星980pro 1tb ssd。
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在读取速度方面,得益于elpis主控以及1xx层的第六代v-nand闪存,三星980pro 1tb ssd实测读取速度可以达到6600mb/s,同样远高于市面上其他pcie 4.0 ssd。
最后就是价格了,三星980pro 1tb ssd目前售价是1899元,这个价格与其他pcie 4.0 ssd相当,但是他们之间的性能差距想必大家也都知道了。对于极致系统性能的玩家而言,三星980pro 1tb ssd的确是远强于其他竞品的选择。
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