關(guān)于游戲機(jī)SSD我們知道哪些？

新一代游戲機(jī)將在今年下半年上市，Xbox的X系列和Playstation 5已經(jīng)造勢一年多了。可靠的技術(shù)細(xì)節(jié)（不只是謠言）已經(jīng)慢慢展現(xiàn)出來，即使他已經(jīng)發(fā)布并處于預(yù)可用階段，我們對這些游戲機(jī)的了解仍少于我們平時對PC平臺和組件的了解。我們已有一些來自微軟和索尼的頂級性能數(shù)據(jù)和總體架構(gòu)信息，但還沒有完整的數(shù)據(jù)工作表。

新一代主機(jī)在CPU和GPU性能上會有很大提升，但其實每一代都會有這些提升，而且主機(jī)芯片會像他們脫胎于的AMD CPU和GPU一樣進(jìn)行微架構(gòu)升級，這也不足為奇。這一代最特別的地方是改變了存儲方式：主機(jī)跟隨PC市場的腳步，從機(jī)械硬盤變成固態(tài)硬盤存儲，而且超越PC市場成為固態(tài)存儲最大受益者。

固態(tài)硬盤曾是PC市場的革命者，極大地提升了整體系統(tǒng)的響應(yīng)能力。游戲主要受益于更快的安裝和關(guān)卡加載時間，但快速存儲也有助于減少游戲運(yùn)行時加載數(shù)據(jù)的停頓和中斷。近幾年，NVMe SSDs提供的速度理論上比SATA SSDs快幾倍，但對玩家而言，好處微不足道。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，可能是兩個主要原因?qū)е逻@種遺憾：首先，幾乎所有游戲和游戲引擎仍被設(shè)計為可在硬盤上運(yùn)行，因為目前的游戲機(jī)和很多低端PC沒有SSDs。游戲程序員不能既充分利用NVMe SSD的性能，又不讓它在機(jī)械硬盤上慢到不能玩。第二個原因是，SATA SSD已經(jīng)足夠快，能以數(shù)據(jù)解壓縮的方式把瓶頸轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)的其他地方。要讓游戲能從NVMe性能中受益，需要加速SSD之外的一些東西。

微軟和索尼準(zhǔn)備用它們的新推出的游戲機(jī)解決這些問題。游戲開發(fā)者很快就可以認(rèn)定用戶都擁有快速的存儲空間了，無論是游戲機(jī)上還是個人電腦上。除此之外，新一代游戲機(jī)將增加額外的硬件特性以解決中端游戲機(jī)配備了高端SSDs時出現(xiàn)的瓶頸。然而，我們?nèi)孕枰辛Φ男麄骰顒觼硗茝V這些即將上市的設(shè)備。兩家公司不好意思大肆宣揚(yáng)或者過分簡化他們吹捧自己下一代游戲機(jī)新功能的意圖，特別是關(guān)于新的SSDs。而且由于這些游戲機(jī)仍是封閉的平臺，并未上市，有些最有趣的技術(shù)細(xì)節(jié)仍是保密的。

有關(guān)PS5（尤其是SSD）的官方技術(shù)信息的主要來源是其首席設(shè)計師Mark Cerny。3月份，他就PS5做了一個小時的技術(shù)演示，其中三分之一以上的時間重點(diǎn)介紹存儲。沒那么官方的消息是，索尼已經(jīng)申請了幾項顯然與PS5有關(guān)的專利，其中包括一項技術(shù)跟已經(jīng)確認(rèn)的PS5的存儲技術(shù)相吻合。這項專利公開了索尼在研究PS5發(fā)展時衍生的大量創(chuàng)意，并且其中許多想法都可能在終稿中得以實現(xiàn)。

微軟則采用了通過零散的博客文章和采訪或多或少透露技術(shù)細(xì)節(jié)的方式，尤其是通過DigitalFoundry（該公司對PS5的報道也很好）。他們介紹了很多存儲相關(guān)技術(shù)的品牌名（例如Xbox Velocity架構(gòu)），但很多時候我們對某項功能除了名字以外一無所知。

除了官方消息以外，我們還有從合作伙伴和其他行業(yè)來源的不同質(zhì)量的泄密，評論和謠言。這些肯定都有有助于炒作，但特別是關(guān)于游戲機(jī)SSDs，這些非官方來源只提供了一丁點(diǎn)關(guān)于真正技術(shù)細(xì)節(jié)方面的消息。這給我們留下了很多空白，需要我們分析即將推出的游戲機(jī)中哪些是可能存在的。

關(guān)于游戲機(jī)SSD我們知道哪些？

微軟和索尼各自自定義他們的游戲機(jī)如何使用NVMe SSDs，盡管自定義的設(shè)置不同。索尼的解決方案性能是微軟的兩倍，所以即使他容量更小但成本卻肯定更高。一般來說，索尼的SSD將提供跟高端PCle 4.0 NVMe SSDs相當(dāng)?shù)男阅埽甑子型诹闶凼袌錾峡吹?，而微軟的SSD則是跟入門級NVMe驅(qū)動相比較。兩者都是從機(jī)械硬盤驅(qū)動器甚至SATA SSDs的巨大進(jìn)步。

游戲機(jī)SSDs最重要最令人印象深刻的性能標(biāo)準(zhǔn)是他們的連續(xù)讀取速度。SSD的寫入速度與視頻游戲的性能幾乎完全無關(guān)，即使游戲隨機(jī)讀取，它的數(shù)據(jù)塊通常也要比SSD隨機(jī)IO性能等級基于的4KB數(shù)據(jù)塊大。微軟2.4GB/s的讀取速度是機(jī)械硬盤的10—20倍，但遠(yuǎn)低于目前配備PCle 3.0x4接口的高端消費(fèi)級SSD能達(dá)到的至少3.5GB/s的速度。索尼5.5GB/s的讀取速度略快于現(xiàn)在可用的基于Phison E16控制器的PCIe 4.0 SSD，但在高端消費(fèi)級SSD市場競爭的每個人都有更優(yōu)解決方案。到發(fā)售的時候，PS5 SSD的讀取功能跟其他高端SSD比的話，不會太出眾，除非是跟沒有高端存儲預(yù)算的游戲機(jī)和廉價游戲PC比。

索尼公司透露，他們的SSD會使用一個帶12通道的NAND閃存接口的自定義控制器。這似乎是他們的設(shè)計中跟傳統(tǒng)消費(fèi)級SSDs最大的不同之處。高端消費(fèi)級SSDs通常使用8通道控制器，低端驅(qū)動器一般使用4通道。更多的通道數(shù)一般在服務(wù)器SSDs中更常見，特別是那些需要極端容量的；16通道控制器比較常見，而12和18通道的也不是沒聽過。索尼用了比最近的消費(fèi)級SSDs更多的通道數(shù)，意味著他們的SSD控制器會很大而且很貴，但與此同時，即使他們每個通道的性能下降一點(diǎn)也能達(dá)到5.5GB/s的目標(biāo)。他們用任意64層或更新的TCL NAND都能有良好的性能，而消費(fèi)級SSDs想用8通道控制器達(dá)到這種程度或更好的性能，則需要配備更新更快的NAND閃存。

12通道控制器也帶來了非同一般的總?cè)萘俊Ｓ螒驒C(jī)SSD跟典型的消費(fèi)性SSDs比起來，不需要超額配置，因此多出來的50%通道應(yīng)該會轉(zhuǎn)變成50%更多的可用容量。PS5將搭載“825GB”的SSD空間，這意味著我們會看到12個通道中每個通道都配備了64GB的原始NAND，每個通道組織為一個512Gbit（64GB）裸片或兩個256Gbit（32GB）裸片。這意味著NAND名義上原始容量是768GiB或824.6（十進(jìn)制）GB。但考慮到硬盤必須要保留備用空間，可用容量可能更符合硬盤制造商宣稱的750 GB，所以索尼的825GB比存儲行業(yè)的正常水平高出了約10%。這可能讓一些律師垂涎三尺。

值得一提的是，索尼自己設(shè)計高性能NVMe SSD控制器是不可能的，就像他們不能自己設(shè)計CPU和GPU一樣。索尼必須跟現(xiàn)有的SSD控制器供應(yīng)商合作，并委托其定制，很可能是由現(xiàn)有的已驗證的IP組裝，但我們還不知道這個合作商是誰。

由于OEMs已經(jīng)超越SATA SSDs，微軟的SSD不會把性能提升到超過正常PC水平，但是跟游戲機(jī)價格一樣的PC里有1TB容量，仍是消費(fèi)者一大勝利。多個來源表明，微軟用的是從常見對象里挑的一個現(xiàn)成的SSD控制器（可能是the Phison E19T控制器），而驅(qū)動器則是由SSD制造商構(gòu)建的。然而，他們還是宣稱用的自定義形狀因素，還很可能用自制固件。

除了索尼的12通道規(guī)格外，兩家控制器廠商都沒有透露關(guān)于SSD內(nèi)部結(jié)構(gòu)的官方信息，但是容量和性能數(shù)據(jù)還是給了我們一些線索。索尼決定大部分用TLC NAND，而微軟低性能已經(jīng)降低到能把QLC NAND作為選擇的地步：2.4GB/s比我們現(xiàn)在看到的4通道QLC驅(qū)動要快一點(diǎn)，例如Intel 665p（大約2GB/s），但卻比8通道驅(qū)動例如Sabrent Rocket Q慢得多（1TB模型速度能達(dá)到3.2GB/s）。目前最符合微軟理想性能的SSD設(shè)計是帶TLC NAND的4通道驅(qū)動器，但Phison E19T等新的4通道控制器在配備合適的QLC NAND下應(yīng)該能達(dá)到同樣的速度。任何一款游戲機(jī)都有可能在未來得到一個使用QLC NAND的雙容量版本，以達(dá)到與原始機(jī)型相同的讀取性能。

不用動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAMless），可行嗎？

沒有寫入和隨機(jī)讀取的性能數(shù)據(jù)，我們不能排除任何一個控制器SSD會使用DRAMless的控制器。給位于SSD上的內(nèi)存轉(zhuǎn)換層（FTL）裝一個全尺寸DRAM緩存主要在兩個方面提高性能：當(dāng)驅(qū)動器已滿，需要更多后臺處理數(shù)據(jù)時能有更快的寫入速度，要在硬盤全范圍讀取數(shù)據(jù)時能有更快的隨機(jī)存取速度。這些都不符合控制臺使用情況：嚴(yán)重偏向于讀取，并且一次只能訪問一個游戲的數(shù)據(jù)集。就算游戲安裝大小在100~200GB，任何時刻這個游戲調(diào)用的數(shù)據(jù)量也不會超過幾十GB，對于在控制器上有一定數(shù)量SRAM的DRAMless SSDs能輕松處理。微軟的SSD似乎很可能實行DRAMless，盡管其他情況下，看到12通道的DRAMless控制器會很奇怪，但這個選擇對索尼來說好像可行（而且能抵消多通道的成本）。

先前提到的索尼專利深入討論了如何制造DRAMless控制器讓他更適合控制器使用情況。索尼提議把表做得足夠小以嵌入一個小型SRAM緩沖，而不是將FTL的邏輯到物理地址映射表的一部分緩存在控制器上的SRAM中。主流SSDs閃存對DRAM的比率是1TB對應(yīng)1GB。這個比率是FTL以4kB塊管理閃存的結(jié)果。讓FTL用更大的塊來管理閃存能直接減少映射表的內(nèi)存需求。缺點(diǎn)是，較小的寫入速度會導(dǎo)致更大的寫入放大，速度還會變得更慢。Western Digital賣一種專業(yè)的企業(yè)SSD，里面的FTL用的32kB塊而不是4kB塊，因此它也只需要八分之一數(shù)量的DRAM。這個驅(qū)動器的隨機(jī)寫入性能很差，但讀取功能仍很有競爭力。索尼專利提議FTL使用比32kB還大的128MB的塊，將映射表縮減到千字節(jié)以內(nèi)。這需要主機(jī)系統(tǒng)無論何時何地寫入數(shù)據(jù)都非常小心，但是游戲所需的讀取功能不會受到影響。

總而言之，雖然索尼SSD的速度應(yīng)該會很快，但我敢打賭你不會想讓它出現(xiàn)在你的Windows電腦上。有些微軟SSD可能也是如此，這取決于它們的固件調(diào)試。

擴(kuò)展性

微軟和索尼都為即將推出的控制器提供了可擴(kuò)展的NVMe存儲。微軟的解決方案是將他們的內(nèi)部SSD重新打包成定制的可移動形狀因數(shù)，這讓人想起以前存儲卡還是以MB為單位而不是TB的時候，那時候USB閃存驅(qū)動器還沒有普及。因為使用了完全相同的組件，這個擴(kuò)展卡在功能上與內(nèi)部存儲是相同的。缺點(diǎn)就是微軟可能會控制卡的供應(yīng)甚至定價；目前，Seagate是銷售這些專有擴(kuò)展卡的唯一確定的合作伙伴。

索尼則采取了截然不同的方法，給用戶配備了標(biāo)準(zhǔn)的M.2 PCle 4.0插槽，以便售后升級。這些要求還沒完全明確：索尼正在與第三方驅(qū)動做兼容性測試，以制作兼容性列表，但他們沒說PS5是否會拒絕不在準(zhǔn)許列表上的驅(qū)動。想要被列入索尼的兼容性列表，驅(qū)動器需要機(jī)械上適合（例如，沒有過大的散熱片），并且至少提供索尼定制內(nèi)部SSD一樣的性能。這些性能要求意味著目前市面上驅(qū)動器都沒有資格，但明年的情況將會大不相同。

原文標(biāo)題：Playstation 5竟然采用了PCIe 4.0 SSD！

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