三星980Pro去掉獨立緩存性能卻不減 價格更親民

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 1TB(FW:1B4QFXO7)

系統(tǒng):Windows 10 LTSB

驅(qū)動:系統(tǒng)默認(rèn)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:

CrystalDiskInfo(CDI)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行評測期間6.3工具箱尚未推出,不過在擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行一些修改,順序讀寫的隊列深度加大到128,4K隨機(jī)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(dá)到官標(biāo)3500/3000 MB/s性能指標(biāo)。

4K隊列隨機(jī)讀寫帶寬換算后相當(dāng)于514450/474700 IOPS,基本達(dá)到官標(biāo)的500K/480K IOPS指標(biāo)。4K單線程隨機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(jìn)行,測試時室溫23度。溫度壓力測試使用IOMeter進(jìn)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(jìn)了溫度控制算法,在動態(tài)過熱保護(hù)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(jī)內(nèi)存緩沖功能,最多可利用64MB的主機(jī)內(nèi)存空間存放閃存映射表,從而提高SSD的隨機(jī)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(jī)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(jìn)行4KB QD1隨機(jī)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(jìn)行交換,進(jìn)而影響隨機(jī)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(bǔ),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(jìn)階測試

進(jìn)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(jī)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(jìn)入PS省電狀態(tài),后者則決定能進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)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(rèn)設(shè)置使用,在臺式機(jī)上配合M.2散熱片使用時可選擇打開“全功率模式”。

進(jìn)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(jìn)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(jī)。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(jī)時原有系統(tǒng)盤的啟動項就會從引導(dǎo)菜單中消失。進(jìn)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(jī)。

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(jìn)行處理,從而重新對其利用。

進(jìn)階測試項目3:SLC緩存測試

三星980采用了增強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)任務(wù)。之后進(jìn)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(jìn)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(jī)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(qiáng)。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(qiáng)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(jìn)階測試項目4:4KB QD32隨機(jī)寫入離散度測試

無文件系統(tǒng)下使用IOMeter進(jìn)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(jī)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(jìn)入穩(wěn)定態(tài)。

這顆三星PABLO主控確實很強(qiáng),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(rèn)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(fù)載寫入應(yīng)用。

進(jìn)階測試項目5:PCMARK 8擴(kuò)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(fù)載應(yīng)用,這類工作還是交給980PRO來做吧。

總結(jié)

在手機(jī)領(lǐng)域,青春版意味著大眾能夠接受的價格、相比旗艦機(jī)型更高的性價比,雖然在性能上和旗艦機(jī)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(jìn)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(jī)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。