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揭示首款176层TLC的“秘密”

Crucial英睿达P5 Plus NVMe SSD全测试

文/ klr

 

 

 

日前,传出美光正式推出了176层的堆叠3D TLC NAND闪存,将闪存的堆叠层数提升至了新的高度。新的3D TLC NAND闪存颗粒,自然要先给自家人安排上,这不,美光旗下第一款PCIe 4.0的NVMe SSD——P5 Plus便用上了这一最新技术。

 

揭示首款176层TLC的“秘密”——Crucial英睿达P5 Plus NVMe SSD全测试

 

176层堆叠意味着什么

 

从型号上判断,P5 Plus是英睿达上半年发布的PCIe 3.0旗舰SSD——P5的升级版本,英睿达P5虽然在Gen.3产品中发布较晚,不过在与西数SN730、三星PM981这样的流量级产品相比,凭借不错的美光自研主控性能和缓外表现,速度上算是顶到Gen.3的天花板,在同级产品中有着非常亮眼的表现。

 

作为第一款Gen.4产品,我们看到P5 Plus采用了和P5布局完全相同的单面排布设计,以我手里这块1TB产品为例,依旧是两颗500GB的闪存颗粒,不过其技术已经由原来的96层3D TLC颗粒升级为176层的3D TLC颗粒。

 

揭示首款176层TLC的“秘密”——Crucial英睿达P5 Plus NVMe SSD全测试

 

在众多厂商中,美光是第一家完成176层TLC NAND闪存量产的厂商。自从解除和英特尔共同研发的合作后,美光迅速走完了128层的过渡节点,迅速将产品提升至176层(P5到P5 Plus便直接从96层跃升至176层的设计)。与96层相比,其接口速度从1200MT/s提升至1600MT/s,读(写)延迟提高了35%以上;与128L NAND相比,读(写)延迟提高了25%以上。与使用96层NAND的UFS 3.1模块相比,美光芯片的总体混合工作负载改善了约15%。堆叠层数的增加,将直接提升原始数据传输率,能耗控制也更加出色。

 

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不仅如此,建立在3D替代栅级(RG)技术的176层堆叠技术已经是美光的第五代3D NAND闪存,相比采用之前64层、96层闪存是采用的采用的FT浮栅结构,这种设计显著减少了传统NAND中限制性能的单元间电容耦合问题,所以它在提升堆叠层数的同时,进一步提升了闪存构架的密度。

 

按美光公布的数据来看,176层NAND的厚度仅为一张打印纸的五分之一,跟之前的64层NAND颗粒厚度相同。而且美光此次推出176层闪存类型是TLC NAND颗粒,比起QLC有着更好的耐久性。

 

初尝Gen.4的P5 Plus

 

将176层堆叠技术放在第一款消费级PCIe 4.0产品上,美光应该说是明显的市场意图,希望借英睿达P5 Plus稳定的性能表现进一步提升176层3D NAND的出货量,降低颗粒成本。我们来看看P5 Plus的具体配置:

 

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P5 Plus采用了M.2 2280的尺寸规格,支持PCIe 4.0×4通道、NVMe 1.4协议,提供从500GB~2TB的三种容量规格,由此可以看出,P5 Plus依旧提供最大1TB容量的颗粒,维持单面PCB设计(单面设计可满足在笔记本电脑中使用)。

 

从官方公布的参数来看,三个版本的产品顺序读取速度均为6600MB/s,500GB的顺序写入速度为4000MB/s,1TB和2TB的顺序写入速度为5000MB/s;另外,4K随机也提供了读取630K IOPS、写入700K IOPS的速度。从性能来看,6600MB/s的顺序读取速度算是PCIe 4.0比较主流的性能表现,虽然没有到顶,但首款产品便站在第一梯队中,同样也能反映出英睿达在消费级SSD上的实力。

 

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使用寿命上,P5 Plus 1TB版本提供了600TBW和5年质保(500GB为300TWB,2TB为1200TBW),这与P5相同,依旧是行业旗舰级的配置。如果按质保其计,可保证每日写入全盘的33%。事实上,厂商在这方面是留有相当的余量,并不意味着产品最终寿命仅有600TBW的写入量,而是达到600TBW后质保到期,这方面与汽车X年XX万公里的保修策略类似。另外,其P5 Plus的平均无故障工作时间(MTTF)为200万小时,也算是同级产品中较为较高的配置。

 

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除了明面上的性能参数,P5 Plus还支持自适应热保护、动态写入加速、TCG Opal 2.0安全加密等先进功能,其中加密功能无需通过Host端软件处理,而是通过SSD控制器快速实现被加密、解密,属硬件级加密;另外,诸如冗余阵列独立闪存(RAIN)、多步数据完整性算法、主动垃圾收集与TRIM指令、自我监控和报告(S.M.A.R.T.)、ECC 纠错、DevSleep深度休眠等主流存储特性和功能,在P5 Plus上也一一植入,从数据校验、能耗控制、读写策略各个方面提供支撑。

 

如同英睿达产品线其他SSD一样,它依旧附带了Storage Executive和免费克隆软件。两者其实集成在一个软件界面中,可实现性能优化、数据安全、固件升级,以及免费的克隆功能,软件的安装和管理界面均很简单,我们就不再一一展开讲述。谈及克隆功能,在DiskGenius等软件上都是付费项目,而网上的免费软件又不太靠谱,像英睿达这样官方的提供克隆软件的无疑算是福利了。

 

配备美光原厂“主控+缓存+闪存”成套方案

 

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揭开P5 Plus表面的标签,我们可以看到其PCB板上的布局,从金手指端开始,我们依次可以看到主控芯片、缓存和两颗并排的闪存颗粒,其中,主控芯片表面如同P5一样覆盖了一层金属外壳,以提升散热效率。

 

在主控表面,我们可以看到DM02A1的代码编号,在之前评测过的P5之上,主控编号为DM01B2的美光自研主控便给我们留下的深刻印象:性能不俗,且垃圾回收的策略相当激进,发热量也相对较高。新的Gen.4主控将有什么表现,我们可以说相当期待。

 

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闪存颗粒上的FBGA代码为NY124,这便是美光自家的176层3D NAND TLC闪存,参考P5上的FBGA代码为NW969(或NW970),可以明显看到标号前两位字母已经有变化,176层工艺采用了“NY”开头的编码。在美光的官网上查得配件编号为“MT29F4T08EQLEEG8-QB:E”,但产品目录中暂时还未添加其信息。

 

另外,缓存上的FBGA代码为D8BMZ,官网配件编号为“MT53B512M16D1NP-046 IT:F”,和PC采用的D9ZCM缓存极为类似,同为1GB容量的LPDDR4,传输速率为4266Mbps。1TB容量SSD配备1GB缓存,已经是行业主流的配置,除了缓存本身的素质,其效率高下与主控策略不无关系。

 

出色的测试成绩一致性

 

测试平台:

CPU:英特尔11代酷睿i5-11600K

主板:ROG Maximus XIII Hero

内存:金士顿双通道16GB DDR4×2(3200MHz)

系统盘:WD_BLACK SN850 1TB(PCIe 4.0)

显卡:NVIDIA Geforce RTX 2070

 

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一如以往,我们首先通过CrystalDiskMark来测试读写速度,可以看到,1GiB和64GiB的的不同测试文件下其顺序读写速度均均过了6600MB/s官方标称值:其中1GiB文件的读写分别达到6726.01MB/s和5016.90MB/s;64GiB文件的读写分别达到6761.62MB/s和5004.34MB/s,测试结果的一致性相当不错。不仅如此,其4K队列深度32的读写速度在1GB和64GB的成绩也保持了不错的一致性。

 

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AS SSD Benchmark的测试我们同样选择了标准的1GB和最大10GB的测试文件,同样表现出测试数据的高度一致性。分别达到4965.08MB/s(1GB读)、4322.98MB/s(1GB写)和4932.31MB/s(10GB读)、4368.96MB/s(10GB写),总体评价分别也极为接近,分别为7509和7506,10GB文件测试下的成绩还略高于1GB文件,说明主控应对负载的能力非常不错。

 

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ATTO Disk Benchmark的测试成绩同样给我们眼前一亮之感,达到64K测试文件后其写入能力一直保持在4.6GB/s以上,而在经过128K和4MB两个阶梯后,读取速度爬升至5.7GB/s以上,而且读写两端的成绩均相当稳定,并没有出现因主控温度过高而掉速的情况。

 

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HD Tune Pro的全盘读写测试主要考查SSD在实际读写时的稳定性。可以看到其全盘读取的曲线相当稳定,几乎没有波动;全盘写入测试的曲线也相当不错,1TB的容量缓内写入区间高达450GB,缓外写入时的速度超过了缓内的一半,这算是较为不错的表现了。值得一提的是,读写两端的时延也控制得相当不错,这算是极为稳定的表现了。

 

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温度测试中,我们始终无法查得主控的温度传感器读取,所以只能读取闪存上的温度传感器。通过在各种状态的软件测试,我们最终选择了负载最高的HD Tune Pro的全盘写入过程中进行烤机测试(搭配主板散热片散热),经过多次写入后,在CPUID Hardware Monitor Pro和HWiNFO64两个软件中测得最高温度为66℃,仍在闪存颗粒的70℃最高设计温度范围内之内。

 

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EF点评

 

作为采用了美光原厂“主控+闪存+缓存芯片”的整套解决方案的产品,英睿达P5 Plus交出一份较为满意的成绩单在我们意料之内,其连续读写和4K随机读写的成绩均建立在优秀的闪存颗粒的基础上,尤其是主控改良了SLC缓存算法,缓外写入和性能一致性表现相当不错。

 

作为首款PCIe 4.0的消费级产品,P5 Plus在速度上的设计还是有所保留的,特别是还没有发挥出176层3D NAND最高1600MT/s接口速度优势。不过看似仅有6600MB/s的标称速度,但它在PCMark的基础测试中却拥有赶超第三方主控产品的实力,可见原厂主控调校得相当不错。有理由相信,英睿达接下来的Gen.4产品会带给我们更大的惊喜。

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