前言

近日我們收到了三星提供的型號為980的固態(tài)硬盤。這款產(chǎn)品采用DRAMLess方案,使用充分發(fā)揮NVMe協(xié)議的HMB技術(shù)并適當(dāng)降低硬件成本,是一種很合理的選擇。

980這個型號看起來不同三星以往的慣例。熟悉三星固態(tài)硬盤的朋友應(yīng)該都對它的型號后綴有所了解:旗艦PRO系列、高端EVO系列,以及QLC閃存專屬的QVO系列。而980的特殊之處在于它沒有任何后綴。通過外包裝大家應(yīng)該能夠看到,980是一款DRAMLess無外置緩存設(shè)計的PCIe 3.0 NVMe M.2固態(tài)硬盤。

作為三星第一款PCIE3.0接口無外置緩存方案的SSD,980同旗艦級980PRO一樣提供5年質(zhì)保,耐用性指標(biāo)也完全相同。

在PCB的背面,980同樣采用了具有散熱片效果的多層復(fù)合材料制成的標(biāo)簽,有助于降低閃存溫度,減少過熱限速情況的發(fā)生。

揭開三星980 1TB的正面標(biāo)簽可以看到它使用了一顆主控+一顆NAND閃存的極簡布局。這顆代號PABLO的S4LR033主控可能為四通道設(shè)計,也曾出現(xiàn)在三星T7移動固態(tài)硬盤當(dāng)中,不同的是在三星980上搭配了更新的第六代1xx層堆疊V-NAND閃存3D TLC類型,相比第五代V-NAND,堆疊層數(shù)增加40,讀取延遲降低10以上,寫入延遲降低10以上,功耗降低15。

閃存編號K9DVGY8J5BDCK0,也曾出現(xiàn)在今年初問世的三星870EVO當(dāng)中,單die容量512Gb,16die封裝,總?cè)萘?TB,存儲密度非常高。16die封裝的成本是相對較高的,不過三星這樣做有自己的理由:單顆NAND閃存可以充分拉開同主控之間的距離,避免受主控?zé)崃坑绊懚^熱。

測試平臺及信息識別

測試平臺:

CPU:Intel Core i9 9900K @5.0GHz所有CPU節(jié)能特性關(guān)閉

主板:技嘉Z390 AORUS PRO WIFI

內(nèi)存:HyperX Fury DDR4 3200MHz 16GB

硬盤:浦科特M6PRO 128GB系統(tǒng)盤

三星980 1TBFW:1B4QFXO7

系統(tǒng):Windows 10 LTSB

驅(qū)動:系統(tǒng)默認stornvme

設(shè)置:除特別說明以外,關(guān)閉ASPM及APST節(jié)能

CrystalDiskInfo信息識別:

CrystalDiskInfoCDI是通用的固態(tài)硬盤SMART信息檢測工具,三星980PRO具備和其他NVMe固態(tài)硬盤相同的SMART定義,簡單的信息識別可以無需借助三星Magician工具箱軟件。

三星980的主控支持NVMe 1.4協(xié)議,比980PRO的1.3c還要新。雖然是DRAMLess無外置DRAM緩存設(shè)計,但主控內(nèi)集成有一定容量的SRAM緩存,所以依然具備寫入緩存功能,不會對寫入壽命產(chǎn)生任何不利影響,同等容量型號的TBW指標(biāo)和980PRO持平。

對于寫入耐久度指標(biāo),三星采用的是行業(yè)規(guī)范的JESD218標(biāo)準(zhǔn),寫入量統(tǒng)計的是主機寫入總量,而非閃存寫入量,所以不能直接同閃存擦寫PE次數(shù)掛鉤。

Smartmontools信息識別:

Smartmontools是一個開源工具軟件,可以識別NVMe固態(tài)硬盤的溫度限制信息以及APST預(yù)設(shè),這些信息同NVMe固態(tài)硬盤的節(jié)能及熱管理策略有關(guān),下文中會有進一步的解讀和測試。

NVMe在發(fā)展的過程中不斷加入各種先進節(jié)能和熱管理特性,通過smartmontools和AIDA64對三星980的識別結(jié)果整理如下。

三星將在3月份推出Magician工具箱的6.3版本,除了支持三星980之外還將增加“全功率模式”,可在散熱條件允許的情況下釋放NVMe SSD的全部性能。我們進行評測期間6.3工具箱尚未推出,不過在擴展測試中我們將通過修改注冊表的方式手動模擬全功率模式功能,并測定其效果。

基準(zhǔn)測試

基準(zhǔn)測試1:理論帶寬測試

在測試之前首先來對比一下當(dāng)前常見的DRAMLess無外置緩存NVMe固態(tài)硬盤的理論性能,數(shù)據(jù)來源為各自官網(wǎng)。不難看出,三星980的性能規(guī)格是最高的,不僅超脫于主流NVMe SSD之外,更是追上了不少帶有DRAM緩存的PCIe 3.0接口高端旗艦型號。

三星980的性能指標(biāo)是以IOMeter 1.1進行測試的,為了測試方便,多數(shù)朋友會用CrystalDiskMark來檢驗。我們需要使用CrystalDiskMark,并對測試參數(shù)進行一些修改,順序讀寫的隊列深度加大到128,4K隨機讀寫修改為Q32T16,即可得到以下成績:順序讀取3573.6MB/s,順序?qū)懭?992.5MB/s,基本達到官標(biāo)3500/3000 MB/s性能指標(biāo)。

4K隊列隨機讀寫帶寬換算后相當(dāng)于514450/474700 IOPS,基本達到官標(biāo)的500K/480K IOPS指標(biāo)。4K單線程隨機讀寫帶寬換算后相當(dāng)于18633/69950 IOPS,超過官標(biāo)的17K/54K IOPS指標(biāo)。

基準(zhǔn)測試2:PCMark 8測試

三星980在PCMark 8存儲性能測試中獲得5199分,這一成績甚至超越了PCIe 4.0接口的980PRO無論是在AMD還是Intel平臺下。EVO系列在性能測試中超越PRO系列的一幕似乎在這里重演了,其中的關(guān)鍵自然是SLC緩存算法的變化,后續(xù)會有具體分析。

接下來依然是DRAMLess無外置緩存NVMe SSD的橫向?qū)Ρ?以下對比數(shù)據(jù)均源自PCEVA評測室,系相同測試平臺下測得,均為1TB容量。

三星980依然是鶴立雞群的存在。畢竟連自家大哥980PRO都被打敗了,在這種對比中自然是毫無懸念地橫掃對手,其他主控完全不可能有贏的機會。

基準(zhǔn)測試3:PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)

PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)針對當(dāng)代最新固態(tài)硬盤的廣泛測試,涵蓋了系統(tǒng)開機啟動、Adobe設(shè)計套件應(yīng)用、Office辦公套件應(yīng)用、圖片/ISO文件拷貝復(fù)制、多個游戲加載過程等測試內(nèi)容。測試需要至少80GB的硬盤空間,單次測試產(chǎn)生的寫入量達到204GB,復(fù)雜度超過了PCMark 8存儲測試。在該測試中三星980同樣超越了全平臺下的三星980PRO測試成績。

由于慧榮SM2263XT 1TB的數(shù)據(jù)暫缺,這次我們加入一個跨級選手——鎧俠RD10 1TB定制版群聯(lián)PS5012-E12S主控,有DRAM緩存,結(jié)果三星980依然輕松戰(zhàn)勝全部對手。

從上邊兩個PCMark實用性能測試來看,三星980都發(fā)揮出了超越普通PCIe 3.0旗艦級NVMe固態(tài)硬盤的性能,這也使得我們很難通過這些測試給出它的定位。

基準(zhǔn)測試4:溫度壓力測試

三星980具備兩個溫度傳感器,Drive Temperature溫度數(shù)據(jù)來自閃存顆粒,也是CrystalDiskInfo和工具箱軟件直接展示的溫度。Drive Temperature 2第二溫度需要使用HWiNFO64等軟件讀取,它是主控的溫度數(shù)據(jù)。

多數(shù)情況下主控溫度都比閃存溫度更高,但與此同時,主控也比閃存更能耐受高溫。三星980的82度溫控閾值是針對閃存溫度而設(shè)的,主控則能承受高于100度的高溫。三星980使用單顆NAND閃存顆粒,閃存與主控充分拉開間距,有利于減少主控發(fā)熱對閃存的影響,降低過熱限速的發(fā)生幾率。

本測試在關(guān)閉一切SSD節(jié)能特性、無主動散熱措施的條件下進行,測試時室溫23度。溫度壓力測試使用IOMeter進行,測試方法為128KB QD128T1順序讀取,每秒記錄。利用HWiNFO64監(jiān)控溫度變化。在連續(xù)滿載超過30分鐘之后,三星980的閃存溫度傳感器讀數(shù)為70度,距離82度限制尚有很大距離,未觸及溫度上限。測試中主控最高溫度111度。

IOMeter記錄的讀取速度數(shù)據(jù)也表明,測試過程中沒有過熱限速事件發(fā)生。

從測試來看,三星980的溫度控制表現(xiàn)非常出色。根據(jù)三星的資料,主控表面的鍍鎳層能夠?qū)⒅骺販囟冉档?度左右。位于PCB背面的復(fù)合材質(zhì)標(biāo)簽則能起到散熱片的作用,重點為NAND閃存散熱。

除了優(yōu)秀的散熱效能,三星還改進了溫度控制算法,在動態(tài)過熱保護啟動的狀態(tài)下,三星980能夠提供比970EVO更穩(wěn)定的讀取性能。寫入方面,由于TurboWrite緩存容量的增大,三星980能在緩存用盡前寫入更多的數(shù)據(jù),并在后續(xù)寫入過程中具備更低的工作溫度-50。

基準(zhǔn)測試4:HMB影響測試

三星980使用了DRAMLess無緩存設(shè)計,同時支持HMB主機內(nèi)存緩沖功能,最多可利用64MB的主機內(nèi)存空間存放閃存映射表,從而提高SSD的隨機存取性能。

HMB是從NVMe 1.2協(xié)議開始引入的一項功能,目前已經(jīng)得到Windows、Linux等主流操作系統(tǒng)的支持。雖然980是三星首款采用HMB技術(shù)的固態(tài)硬盤,但這項技術(shù)已經(jīng)在長期應(yīng)用中得到了大量驗證,可靠性兼容性都得到了充分保障。

通過 nvme-hmb工具可以識別到三星980固件支持16MB到64MB容量的HMB主機共享緩存。而64MB也是微軟stornvme驅(qū)動支持的HMB容量上限。

通過在IOMeter中采用不同的測試范圍并進行4KB QD1隨機讀取,可以探測出三星980通過HMB能夠直接管理的閃存容量是64GB。超出后就需要同閃存中存儲的完整FTL表進行交換,進而影響隨機存取性能。

這是沒有外置DRAM緩存的天然限制,HMB也無法完全彌補,或許這是三星980無法獲得EVO后綴的一個原因。由于使用了3D TLC而非3D QLC閃存,所以它也不會成為980QVO。

進階測試

進階測試項目1:節(jié)能和全功率模式

NVMe固態(tài)硬盤支持APST自動電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換和PCIE ASPM鏈路節(jié)能兩種省電功能。在電腦系統(tǒng)中固態(tài)硬盤所占的功耗并不高,引入諸多節(jié)能功能主要是為了盡可能地延長筆記本電腦電池續(xù)航時間,以及在被動散熱條件下盡可能降低待機溫度,從而為突發(fā)讀寫活動提供充裕的溫度上升空間,盡可能減少過熱限速現(xiàn)象。下圖是Windows 10不同電源計劃中有關(guān)APST的預(yù)設(shè),包括空閑超時和延遲約束兩部分,前者決定空閑時段超過一定時長后就可以讓NVMe固態(tài)硬盤進入PS省電狀態(tài),后者則決定能進入的PS狀態(tài)深度。

通過smartmontools查詢結(jié)果我們可以知道,三星980具備5種電源狀態(tài),其中PS1節(jié)能狀態(tài)的進入和退出延遲預(yù)設(shè)都是0,這意味著即便在Windows中選擇高性能電源計劃,三星980依然會在空閑時自動進入PS1節(jié)能狀態(tài);在平衡電源計劃下,三星980更是會在空閑時自動進入最深度的PS4節(jié)能狀態(tài),會對突發(fā)讀寫性能產(chǎn)生非常一定影響。

對于普遍配備M.2散熱片的臺式電腦來說,省電功能是不必要的,徹底禁用他們可以讓NVMe固態(tài)硬盤始終提供最佳性能。三星的數(shù)據(jù)是全功率模式可以令三星980的PCMark 10成績提升5左右。

三星將在本月內(nèi)推出6.3版本的Magician工具箱,增加全功率模式功能。不過PCEVA在日常評測中默認是關(guān)閉所有節(jié)能選項的,等效于全功率模式。通過對比可以發(fā)現(xiàn),關(guān)閉節(jié)能后在PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)測試中成績可提升2到3。

PCMark 8存儲性能測試,APST的影響大約在3,ASPM幾乎沒有影響。

我們建議在筆記本電腦上保持默認設(shè)置使用,在臺式機上配合M.2散熱片使用時可選擇打開“全功率模式”。

進階測試項目2:數(shù)據(jù)遷移軟件

不同于新版工具箱和全功率模式需要等待,下面提到的系統(tǒng)遷移功能是當(dāng)前就可使用的。從三星SSD官網(wǎng)下載Data Migration軟件并安裝,可將當(dāng)前系統(tǒng)盤遷移至新增的三星980固態(tài)硬盤當(dāng)中。

小編利用UEFI引導(dǎo)的系統(tǒng)盤進行了測試,點擊“開始”按鈕,軟件會提示將已經(jīng)打開的其他軟件盡可能關(guān)閉,數(shù)據(jù)遷移完成后電腦會在20秒后自動關(guān)機。這里之所以要用“遷移”而不是“克隆”,是因為接下來再次手動開機時原有系統(tǒng)盤的啟動項就會從引導(dǎo)菜單中消失。進入系統(tǒng)后打開磁盤管理可以發(fā)現(xiàn)原有系統(tǒng)盤已經(jīng)因磁盤簽名沖突而自動脫機。

Data Migration只能將其他SSD中的系統(tǒng)遷移到三星固態(tài)硬盤,反之則不支持,所以這是一個單向的“遷移”操作?？梢越柚鶳artedMagic等軟件對原有系統(tǒng)盤的分區(qū)進行處理,從而重新對其利用。

進階測試項目3:SLC緩存測試

三星980采用了增強智能TurboWrite 2.0技術(shù),SLC寫入緩存容量相比970EVO最高提升5.6倍500GB型號。對于本次測試的980 1TB來說,空盤狀態(tài)下它擁有大約160GB寫入緩存。由于測試區(qū)塊大小等多方面原因,HD Tach測試中的讀寫速度不準(zhǔn)確,但緩存容量大體是體現(xiàn)出來了。

接下來通過PartedMagic對三星980進行安全擦除,重新建立分區(qū)并格式化。利用IOMeter向盤內(nèi)填充466GB的不可壓縮數(shù)據(jù),經(jīng)過充分的空閑休息之后利用HDTune進行文件基準(zhǔn)測試,首次測試測得可用SLC緩存容量約30GB。

以上測試說明980 1TB的160GB智能緩存并不會在空閑時進行釋放,這不僅僅是出于耐用性方面的考慮,超大容量的緩存釋放需要較長的時間,而釋放過程會影響SSD使用性能。三星980 1TB的OP容量為93GB,按照3:1比例,正好對應(yīng)31GB的SLC緩存容量。也就是說首次HDTune文件基準(zhǔn)測試,首先寫入的是OP預(yù)留空間里的位置。

在第一次HDTune文件基準(zhǔn)測試結(jié)束后,充分閑置讓SSD有時間執(zhí)行后臺維護任務(wù)。之后進行的第二次HDTune文件基準(zhǔn)測試結(jié)果顯示,三星980 1TB的可用SLC寫入緩存容量提升到超過60GB。

同樣的方式執(zhí)行第三次HDTune文件基準(zhǔn)測試,可用SLC寫入緩存容量提升至超過90GB。

在此之后SLC緩存的容量就不再變化。在50盤內(nèi)空間使用率條件下能提供這樣容量的SLC緩存空間可以說是非常充裕的。

接下來進行CrystalDiskMark測試,可以看到此時要比空盤時的成績略有下滑。

不過當(dāng)?shù)诙沃貜?fù)測試,或者重啟一下電腦后首次測試時,得到的就是和空盤時完全一樣的成績:

這兩份測試成績體現(xiàn)的是HMB主機內(nèi)存緩沖功能的作用,由于微軟的限制目前HMB只能為DRAMLess NVMe SSD提供64MB容量的共享緩存,對應(yīng)64GB的閃存空間。第一次CrystalDiskMark測試時HMB緩存中存儲了HDTune測試中使用的對應(yīng)其他閃存位置的FTL,所以CrystalDiskMark成績較低。而電腦重啟后HMB緩存將會清空,在CrystalDiskMark的測試準(zhǔn)備階段會首先寫入數(shù)據(jù)建立測試文件,這個過程中對應(yīng)閃存位置的FTL被存儲到HMB緩存中,所以第二次CrystalDiskMark能夠發(fā)揮出和空盤時相同的高性能。

由于HMB能夠管理至多64GB的閃存空間,在50盤內(nèi)空間使用率條件下,PCMark 8存儲測試能夠獲得和空盤時一樣的5119分。

這個成績已經(jīng)超越了擁有DRAM緩存的三星980PRO同平臺測試,這是因為三星980不會積極執(zhí)行空閑時段緩存釋放,PCMark 8在測試開始前寫入到盤內(nèi)的測試文件經(jīng)過程序預(yù)設(shè)的30秒空閑之后依然是以SLC形態(tài)存儲在NAND閃存當(dāng)中,讀取延遲比TLC形態(tài)更低,性能更強。980用SLC Cache打980PRO的TLC,自然能夠獲勝。如果不是因為HMB緩存的效率不如物理緩存的原因,三星980的成績還會更高一些。

PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)測試的測試結(jié)果依然支持三星980在半盤條件下具備和空盤時一樣的超高使用性能。

這里特別要說明,已經(jīng)買了980PRO的小伙伴不必灰心,DRAM緩存和PCIe 4.0賣不了吃虧賣不了上當(dāng),980PRO的綜合性能肯定是比980更強的。只不過980在執(zhí)行個別重復(fù)性工作時可以利用SLC緩存獲取一些不對稱優(yōu)勢。

進階測試項目4:4KB QD32隨機寫入離散度測試

無文件系統(tǒng)下使用IOMeter進行128K QD32持續(xù)寫入1小時。 160GB容量的SLC緩存用盡之后,寫入速度從不足500MB/s開始分階段逐漸提升,測試結(jié)束時已恢復(fù)到970MB/s左右。

結(jié)束后空閑15分鐘,然后改用4K QD32隨機寫入10000秒并每秒記錄。從第一次嘗試的5000到后來重新填盤并翻倍加碼到10000秒,我們似乎仍未見到三星980徹底進入穩(wěn)定態(tài)。

這顆三星PABLO主控確實很強,但面對DRAMLess無外置DRAM緩存和動態(tài)SLC緩存兩大不利因素,其離散度表現(xiàn)自然沒辦法做到出色。這也使我們必須認清980并非旗艦級產(chǎn)品的現(xiàn)實,盡管在家用日常應(yīng)用情景中表現(xiàn)出色,但它并不適合重負載寫入應(yīng)用。

進階測試項目5:PCMARK 8擴展存儲測試之性能一致性部分穩(wěn)定態(tài)家用環(huán)境性能

這個測試主要是給家用最惡劣環(huán)境下的性能參考全盤不留任何剩余空間,禁用了Windows文件系統(tǒng)緩存跑純RAW模式。

不同主控固件有著不同的優(yōu)化方向,三星980確實不適合重負載應(yīng)用,這類工作還是交給980PRO來做吧。

總結(jié)

在手機領(lǐng)域,青春版意味著大眾能夠接受的價格、相比旗艦機型更高的性價比,雖然在性能上和旗艦機型會有一些差距,一些功能特性不可避免地需要做減法,但用戶體驗的并未縮水。

本次評測的三星980固態(tài)硬盤沒有采用旗艦980PRO所采用的最新PCIe 4.0接口,但主控采用全新設(shè)計,支持NVMe 1.4協(xié)議、閃存使用和980PRO同款的新一代1xx層堆疊V-NAND閃存,利用1200MT高速閃存接口實現(xiàn)了PCIe 3.0接口下的全速讀寫3500/3000 MB/s。三星在980中首次使用改進后的TurboWrite算法,實現(xiàn)了動態(tài)SLC緩存。多重優(yōu)化的熱傳導(dǎo)特性使得三星980能夠很好地適應(yīng)散熱條件惡劣的筆記本電腦環(huán)境,而對于擁有M.2散熱片的臺式機用戶,三星提供了“全功率模式”允許其釋放全部性能潛力。

總的來說,小編在三星980測試過程中的心情是非常愉悅的,相信大家如果將其用在辦公、家用或游戲娛樂方面的話會有一個十分不錯的體驗。