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性能匹敌国外高端产品 首款纯国产NVMe SSD实战体验




产品规格

接口:PCIe 3.0x4

主控:忆芯科技STAR1000P NVMe 8N道主控

闪存:长江存储Xtacking架构64V=TLC 3D NAND闪存

缓存:512MB(512GB)、1GE(1TB)

可选容量:512GB、1TB

板型:M.2 2280

耐久度:300TBW(512GB)、600TBW(1TB)

参考价格

今年7月,《微型计算机》评测室曾对由国产主控芯片、国产闪存组成的国产SATA SSD:光威弈pro进行过详细报道。从文中可以看到,作为初出茅庐的国产产品,其性能达到了市场上主流SATA SSD的水准。值得称赞的是,为了提升我国计算机硬件技术水平,避免受制于人,当前国产存储技术的发展速度非常迅猛,距离上次测试仅仅两个月后,采用国产主控、国产NAND闪存、国产内存颗粒(用作缓存),技术水准较SATA产品有大幅提升的纯国产NVMe SSD:光威弈PRO M.2 NVMe SSD正式发布亮相,《微型计算机》评测室也在第一时间获得了样品。

相对于技术规格逐渐落后的SATA SSD,目前NVMe SSD已成为电脑内更加流行的存储设备,各种品牌、型号的NVMe SSD产品数不胜數,它们唯一的共性是其所用的芯片,特别是NAND闪存与缓存大多来自国外,只有部分产品使用了中国台湾地区的主控芯片。总体而言,NVMe SSD这个产品领域几乎被国外上游芯片公司所掌控,那么面对强劲的对手,刚刚问世的纯国产NVMe SSD能否在市场中争得一席之地,面对国外产品是否有自己的优势?接下来就让我们通过实战测试来得出答案。

光威弈PRO M.2 NVMe SSD产品解析

首先,在外观上光威弈PRO M.2 NVMe SSD采用M.22280板型设计,黑色PCB,最为醒目的是一层中国红贴纸覆盖在SSD正面,再辅以霸气的龙头Logo,彰显出产品的中国元素。值得注意的是,这层贴纸并不简单,内部还整合了石墨导热帖,借助石墨较高的导热系数,可以将热量更快速地传导到凉爽的区域,适合在笔记本电脑这类空间狭小、无法安装散热片的环境中使用。当然如果你将它用在台式机电脑上,也可撕掉这层贴纸,采用更专业的导热垫、散热器与SSD的主控芯片、闪存芯片紧密接触。

在内部组件上,光威弈PRO M.2 NVMe SSD最大的升级就是采用了来自忆芯科技的STAR1000P NVMe主控。STAR1000P是一款面向高端消费级以及入门企业级的PCIe SSD 8通道控制芯片,其核心技术完全自研,具有优秀的连续读写和随机读写性能,官标最高连续读写性能分别为3.5GB/s、3.0GB/s,随机4KB读写性能可达600K IOPS。同时这款主控芯片采用忆芯科技自研的StarNVMe、StarUCC等多项核心技术,全面支持NVMe 1.3标准,支持TCG-opal 2.0、硬件真随机数和SHA256、XTS-AES256加密,以及国外主控不支持的国产商用密码算法SM2、SM3、SM4。此外,该主控还加入了StarLDPC、SECDED保护所有片内RAM、全通路数据保护、高性能XOR引擎、RAID5/RAID6等安全与纠错技术,以确保存储数据安全无虞,并延长固态硬盘的使用寿命。

同时STAR1000P NVMe主控支持ONFI 4.0、Toggle 3.0闪存接口,闪存传输速率可达800MT/s,可支持2D\3D SLC,MLC和TLC等多种闪存颗粒。此外这款主控芯片的标称功耗低于2.5W,预示着这款主控不仅功耗低,发热量也不会太高。

闪存方面,光威弈PRO M.2 NVMe SSD采用的还是长江存储科技有限责任公司研发的Xtacking架构64层TLC 3D NAND闪存。相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking架构可在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路。这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺,以让NAND闪存获得更高的I/O接口速度与更多的操作功能,存储单元则在另一片晶圆上被独立加工。当两片晶圆各自完工后,通过创新的Xtacking技术,只需一个处理步骤就可通过数十亿根金属VIA(垂直互联通道)将二者键合接通电路。同时Xtacking技术可充分利用存储单元和外围电路的独立加工优势,实现了并行、模块化的产品设计及制造,产品开发时间可缩短三个月,生产周期可缩短20%,从而大幅缩短3D NAND产品的上市时间。目前,长江存储科技基于Xtacking技术已经推出了采用64层、128层堆叠的TLC、QLC颗粒。

值得一提的是,针对定位更高的NVMe SSD,光威也为弈PRO M.2 NVMe SSD配备了独立缓存,用于存放记录数据位置的FTL映射表。SSD的读写操作都需要查询这张记录表,要想读写速度快,就需要把这张映射表存放在高性能的DRAM内存颗粒中。而这颗内存颗粒光威使用的则是来自我国长鑫存储技术生产的10nm级(实际生产工艺为19nm)DDR4 2666产品,其生产工艺水平已接近同样在使用10nm级生产工艺的国外内存颗粒厂商三星、美光。所以正是因为主控、闪存、缓存全都由国内厂商生产制造,也成就光威弈PRO M.2 NVMe SSD成为首款纯国产NVMe SSD。

目前光威弈PRO M.2 NVMe SSD主要由512GB、1TB两种容量的产品组成。它们之间除了容量上的区别外,在TBW可写寿命、缓存容量上也有差别。其中512GB容量产品的TBW为300TB,缓存容量为512MB,1TB产品的TBW为600TB,缓存容量为1GB。

我们如何测试

接下来我们特别搭建基于RAMPAGE Ⅵ EXTREMEENCORE主板的高端平台对光威弈PRO M.2 NVMe SSD进行了测试。测试中我们不仅使用AS SSD BENCHMARK、CrystalDiskMark、Anvils Storage Utilities进行了基准性能测试,还通过实际的影音文件、游戏文件传输测试,考察光威弈PRO M.2 NVMe SSD真实的文件传输能力。同时我们还通过PCMark 8存储性能测试、游戏启动时间计时考察了SSD在运行各类程序、游戏时的表现。当然我们也进行了大家非常关心的全盘读写测试,看看SSD在进行大容量读写测试时是否会出现掉速、发热量是否会急剧上升。

此外,为了让读者更直观地了解纯国产NVMe SSD的性能,我们还找来目前在市场上定位高端的WD_BLACK SN750EK 1TB SSD与它进行了对比测试,接下来就让我们看看纯国产NVMe SSD到底能有怎样的表现。

AS SSD性能突破6500分基准性能测试表现优异

基准测试默认容量测试

测试点评:从基准测试来看,光威弈PRO M.2 NVMe SSD的成绩的确令人惊喜,其1TB产品在AS SSD BENCHMARK测试中的分数高达6540分,这一成绩在PCIe 3.0 NVMe SSD中也属于一流水准,明显超过了像三星970 PRO(不到6000分)、WD_BLACK SN750 EK SSD这些产品,这也是我们采用国外高端产品与它对比的主要原因。可以看到,在具体成绩上,光威弈PRO M.2 NVMe SSD不论是在连续读写、单线程随机4K、多线程随机4K性能上表现都不错,没有“偏科”,这也是它能拿到高分的主要原因。而在其他测试中,光威弈PRO M.2 NVMe SSD1TB的测试成绩也可与WD_BLACK SN750 EK SSD 1TB媲美:在Anvils Storage Utilities测试中,成绩达到了后者的93%;在CrystaIDiskMark测试中,两者则是各有胜负,它们的最高连续读取速度都突破了3200MB/s,光威弈PRO M.2 NVMe SSD 1TB在随机4KB读取性能上有一定优势,WD_BLACK SN750EK SSD 1TB则在连续读写性能上的表现更好一点。

接下来再看看光威弈PRO M.2 NVMe SSD 512GB产品的表现,一般来说,容量较少的SSD由于内部所用的闪存Die数量比容量高的产品Die数量少,主控的并行读写性能无法得到最大程度的发挥,因此性能要比大容量产品低一些。从测试结果来看也是如此,其512GB产品的测试成绩不如1TB产品,但它基本上也达到了1TB产品80~90%左右的性能,性能损失不是太大,还是位于PCIe 3.0 NVMe SSD里的中高端水平。

测试点评:考虑到基准测试软件在默认设置下的测试容量一般只有1GB,因此我们还使用软件可以设置的最大容量对SSD进行了测试,以考察SSD在大容量数据读写的环境下是否会出现掉速。从结果来看,在大容量数据测试、耗尽SLC Cache缓存后,光威弈PRO M.2 NVMe SSD的确也会出现掉速。其1TB产品在AS SSD BENCHMARK中,连续写入速度从2526.5MB/s下跌到侣28.75MB/s;在Anvil's Storage Utilities测试中,连续写入速度从2343.25MB/sT跌到1588_75MB/s;在CrystalDiskMark测试中,随机4K Q32T16写入性能也从2277.87MB/s下跌到1848.16MB/s。总体来看,成绩虽有下降,但下跌幅度不算大,整体性能仍能达到默认设置下的85%~90%左右。其实受TLC颗粒先天的性能限制,不少TLC SSD都会出现大容量写入掉速,一起参与测试的WD_BLACK SN750 EK SSD 1TB也不例外,但这两款产品都能较好地控制掉速幅度,因此不会给用户的体验带来明显影响。而在光威弈PRO M.2 NVMe SSD 512GB上,由于其容量更小,相應的其SLC Cache缓存容量也会进一步减小,所以它的掉速现象会更为明显,写入性能损失较大。

实际文件传输读写速度测试

测试点评:接下来我们还通过实际的文件传输,测试了各款SSD真实的文件传输能力。首先我们进行了对71.4GB影音文件的读与写,展现SSD的连续读写性能。从测试来看,在实际读写应用中,光威弈PRO M.2 NVMe SSD与国外高端产品相比在连续读取性能上还有一定差距,不过在写入性能上表现较好。光威弈PRO M.2 NVMe SSD 1TB的连续写入速度小幅超过WD_BLACK SN750 EK SSD 1TB约106MB/s。而其512GB产品在读取性能上与1TB产品相当,但在写入性能上则由于SLC Cache较小,所以在写入速度上较1 TB产品要低不少。

而在写入由21498个小文件组成、总容量达68.8GB的游戏文件,展示SSD随机读写性能的测试中,光威弈PRO M.2 NVMe SSD 1TB与WD_BLACK SN750 EK SSD 1TB的表现几乎完全一致,前者在写入性能上的表现要稍好一些,后者拥有略好一点的读取性能。至于其512GB产品,在随机写入性能上由于SLC Cache偏小,与1TB产品相比还是存在明显差距。

软件与游戏应用测试

测试点评:在游戏、程序应用中,凭借优秀的随机性能,光威弈PRO M.2 NVMe SSD 1TB也有不错的表现。在模拟实际应用的PCMark 8存储性能测试中,其成绩与WD_BLACK SN750 EK SSD 1TB完全相同,均为5065分,在各项应用中的读写时间二者非常接近。如在PCMark 8总共读写6108MB的Adobe Photoshop重载测试中,光威弈PRO M.2 NVMe SSD 1TB的任务耗时只需349.9秒,WD_BLACK SN750 EK SSD 1TB的耗时为349.8秒。在实际的游戏载入体验中,光威弈PRO M.2NVMe SSD 1TB也能快速地启动各类游戏大作,比如《奇点灰烬:扩展版》在机械硬盘上启动需用时约一分钟,在这款SSD上的用时则大幅缩短到仅仅18.89秒,像《坦克世界》《僵尸世界大战》这类数据量不大的游戏分别也只需要6.87秒、12.94秒的启动时间。虽然WD_BLACK SN750 EK SSD 1TB的启动速度要更快一点,但其在三款游戏上的时间优势都不到0.3秒,用户很难在实际应用中感觉出来有任何区别。

至于光威弈PRO M.2 NVMe SSD 512GB则仍由于容量较小、Die数量少,因此在应用性能测试中的成绩要低一些。当然由于都是NAND闪存介质,在应用中的实际体验差别其实也不大。如在Adobe Photoshop重载测试中,其用时也就350.5秒;在《奇点灰烬:扩展版》游戏中,它的启动时间仅多了约一秒;在《僵尸世界大战》《坦克世界》中所增加的游戏启动时间则都不到1秒。

全盘读写与发热量测试

测试点评:最后我们还对两款SSD进行了全盘读写性能测试,首先在读取性能上,它们的表现类似于基准测试,全盘平均读取速度都在2700MB/s以上。而在全盘写入测试中,我们则可清晰地发现两款不同容量SSD的SLC Cache的确有所区别。容量更大的1TB产品也拥有更大的SLC Cache,其缓存容量接近51GB,在写入容量超过51GB后则会出现掉速,不过掉速后的最低连续写入速度也能达到1066MB/s以上。而512GB产品的SLCCache容量则只有1TB产品的一半,约25.5GB。

同时我们还在全盘写入测试中,考察了固态硬盘的温度。从测试来看,在搭配ROG RAMPAGE Ⅵ EXTREME ENCORE主板上的M.2 SSD散熱片辅助散热后,光威弈PRO M.2 NVMe SSD的发热量的确不高。其1TB产品在写满1TB后的最高温度只有51℃,512GB产品在写满512GB后的最高温度则只有45.6℃。

纯国产NVMe SSD表现远优于预期

经过以上测试,我们认为作为纯国产产品,光威弈PRO M.2 NVMe SSD的表现很不错,完全超过我们的预期。要知道在测试光威弈PRO时,我们发现这款纯国产的SATA SSD的性能只达到了市场上主流SATA产品的性能。而到了现在的光威弈PRO M.2 NVMe SSD,借助国产忆芯STAR1000P NVMe 8通道主控、长江存储Xtacking架构64层TLC闪存、长鑫存储DDR4 2666内存颗粒,其性能实现了质的飞跃。除了在实际的连续读取速度上还有所差距外,它的整体性能完全可以与同容量的国外高端产品匹敌。值得一提的是,这还只是光威弈PRO M.2 NVMeSSD使用早期版固件所达到的性能水平,光威向我们表示还在不断对固件进行优化,以进一步提升性能与稳定性,本文所展示的测试成绩还不能代表光威弈PRO M.2 NVMe SSD上市后的最终表现。从这里可以看到我国在存储硬件技术上的发展的确非常迅猛,不仅远没有我们在CPU、GPU方面与国外的技术差距大,而且还逐步追上了国外产品的技术水准。目前长江存储已开发出了128层堆叠的闪存,闪存的存储容量、性能显然将进一步得到提升,再加上国产SSD主控还有其他国外产品所缺少的安全特性,如支持对安全性至关重要的国产商用密码算法SM2、SM3、SM4等,国产SSD的未来前景将非常可期。

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