《PC物语》No.19:谢谢你缓存!SSD的SLC Cache & HDD傲腾提速记

就像TLC取代MLC成为消费SSD主流闪存时那样,当下QLC开始逐渐取代TLC也免不了巨大争议。肩负全PC SSD重任的QLC产品首发价格让人心凉了半截,由于标称性能是基于SLC缓存后的,它的性价比和寿命可能还要再打折扣。Intel Optane Memory(英特尔傲腾内存)其实效果也算是缓存的一种,16GB或者32GB缓存内外,其真实性能到底如何?本期咱们就一起关注下硬盘的缓存。

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QLC价格有惊无喜

随着闪存颗粒技术的不断进步,市场顺利从SLC、MLC成功跳跃至TLC,几年来的事实证明,TLC的稳定性和性能表现还算令人满意,足以应付主流消费者需求,这也为接下来的QLC普及开了好头。2018年中固态硬盘迎来大降价,主流TLC闪存产品价格几乎1元/GB,这也让人们对即将到来的QLC闪存充满期待。

值友热评 QLC首发&TLC跳水 SSD每GB价格排行榜去购买

理想和现实总是有差距的。先行者intel 660P和三星 860 QVO先后到来,抛开性能光首发售价就让希望PC完全SSD化的玩家大跌眼镜。Intel 660P 512GB卖699元,三星860 QVO 1TB约合1000元,这不跟TLC产品一个价格么?我为什么不去直接买TLC产品?你是不是在逗我……值友飞翔的猫咪评价:“以后tlc也可以作为卖点了《PC物语》No.19:谢谢你缓存!SSD的SLC Cache & HDD傲腾提速记 

国内新品发售: intel 英特尔 660P M.2 固态硬盘 512GB(SSDPEKNW512G8XT)699.3元包邮QLC闪存来了,目前512GB起步,马上就是1TB/2TB固态时代。天猫风讯宇数码专营店新品首发,512GB版本660P系列QLC闪存固态盘,入手699.3元包邮。随着闪存颗粒技术的不断进步,市场顺利从SLC、MLC成功跳跃至TLC,几年来的事实证明,TLC的稳定性和性能表现令人满意,足以应付主流消3C小小值| 218 评论167 收藏89去购买3D QLC性价比有惊无喜:SAMSUNG 三星 发布 860 QVO 固态硬盘149.99美元(约1040元)起SAMSUNG(三星)今天推出了全新闪存架构的三星860QVO固态硬盘,860QVO基于三星V-NAND4bitMLC,也就3DQLC,是一种4bit多层单元NAND闪存架构,力求以更低价格提供更大容量。860QVO将于2018年12月在全球上市,1TB型号的零售价为149.99美元(约1040元) 40 评论122 收藏57查看详情


性能一言难尽

目前的价格不行,那QLC闪存的固态硬盘性能咋样?有点一言难尽。简单看QLC闪存产品最值得关注的寿命问题:intel的64层3D QLC颗粒全盘P/E循环约为1000次左右,512GB、1TB和2TB的耐用等级分别为100 TBW、200 TBW和400 TBW;三星860 QVO稍高达到360 TBW、720 TBW、1440 TBW,这要比使用TLC闪存的同类产品有了明显的降低。接下来看看性能部分:

型号接口顺序读取顺序写入(基于SLC缓存)随机读取QD32随机写入QD32(SLC缓存)
intel 660P 512GB 
PCIe NVMe 3.0 x41500 MB/s1000 MB/s90000 IOPS220000 IOPS
intel 660P 1TBPCIe NVMe 3.0 x41800 MB/s1800 MB/s150000 IOPS220000 IOPS
intel 660P 2TBPCIe NVMe 3.0 x41800 MB/s1800 MB/s220000 IOPS220000 IOPS
860 QVO 1TBSATA 6Gb/s550 MB/s520 MB/s96000 IOPS89000 IOPS
860 QVO 2TBSATA 6Gb/s550 MB/s520 MB/s97000 IOPS89000 IOPS
860 QVO 4TBSATA 6Gb/s550 MB/s520 MB/s97000 IOPS89000 IOPS

账面数据看,Intel 660P走PCIE 3.0 x4通道,支持 NVMe 1.3协议,性能对比同类NVMe硬盘只能算一般;三星860 QVO使用常见的SATA 6Gbps接口,性能差不多也是主流SATA硬盘水准。乍一看这批QLC闪存的固态硬盘新品对比使用同样接口的TLC硬盘也并非没有太大的性能衰减。但是厂商并没有告诉你的是,几乎所有的写入数据都是基于SLC缓存下的性能。

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SLC Cache缓外性能

现在的主流TLC固态硬盘都会在闪存中划分一块动态或固定的容量空间,作为SLC Cache缓存使用。以往的TLC固态硬盘会固定一个具体的数量,而新产品则逐渐采用全盘动态SLC Cache方式,也就是说你的硬盘所有容量都有可能被拿出来当作SLC缓存使用。几乎所有TLC和QLC闪存固态硬盘都会使用SLC Cache(极个别MLC硬盘也会),基本上你看到的所有TLC、QLC硬盘的评测数据,硬盘写入一项都是基于缓存后的数据。

近期 TLC SSD 选购小谈:讨论一下 SLC Cache 空间大小对 TLC SSD 性能的影响小编注:想获得更多专属福利吗?金币加成、尊享众测、专属勋章、达人福利任务你想要吗?如果想要,赶紧来申请认证站内生活家!猛击此链接  目前几乎所有的TLCSSD都采用了SLCCache技术来提升用户的使用体验,在浦科特M7V刚上市的时候,我就已经做过了M7VC512G的评测,测试中发现M7V不可避免的黑山老妖LYN| 23 评论32 收藏87查看详情

这里节选一些首席生活家“黑山老妖LYN”的观点:

由于TLC NAND的写入性能要低于MLC NAND和SLC NAND,所以目前几乎所有的TLC SSD都会采用SLC Cache技术来提高测试成绩、改善用户使用体验。SLC Cache的技术原理其实很简单,就是把部分TLC存储空间模拟成SLC来运作。用比较简单易懂的话来讲,因为SLC为1bit,MLC为2bit,TLC为3bit,把TLC模拟成SLC就是只利用TLC NAND 3bit中的1bit,因此理论上虚拟1GB的SLC就需要3GB的TLC。不同主控的SLC Cache算法不同,具体操作方式也可能不同,各个厂家具体产品的SLC Cache空间大小设置也可以不同。

当持续写入的数据大于SLC Cache空间的大小时,就需要把数据写入到非SLC Cache的存储空间内,此时持续写入速度就会变成真实的TLC NAND的写入速度而出现断层式的下降。厂家在TLC SSD产品上一般不敢正面说明运用了SLC Cache技术。不过必须要说的是,普通用户在日常使用中需要持续写入到SSD中的数据量其实并不大,一次性用完SLC Cache空间的几率也很小。

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SLC所占闪存容量要比TLC和QLC大得多,如果SLC缓存不够,固态就会用原本TLC或QLC闪存类型工作。上图可以看到,由于256GB和512GB固态硬盘拥有大小不一的SLC Cache,CrystalDiskMark不同容量的测试中其衰减程度是不一致的。常见的TLC硬盘如果顺序写入速度500MB/s的话,SLC缓外顺序写入速度基本快要腰斩;而目前最新的产品QLC固态,基本缓外顺序写入速度就是100MB/s以下了。100MB/s以下是什么概念,还不如HDD机械硬盘的水平。


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类似慧荣类主控其SLC Cache容量被标定得比较大,同时回收效率非常高,对于超过SLC Cache容量限制的数据部分依旧可以保持高速。另外还有一些产品使用全盘动态SLC Cache方式,整个硬盘的闪存都可以作为SLC Cache使用,可以基本解决缓外降速问题。这些方法听上去很美好,不过也存在一些问题。首先SLC Cache依然是闪存的一部分,闪存上被写入数据后需擦除才可重新写入,这一来一回不仅会造成额外的读写时间影响速度,还会数倍增加整个闪存的写入量影响寿命。

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小知识:

其实,即使SSD容量已满,实际上闪存仍有约7%的可用空间,这是由于固态硬盘一级OP的缘故。另外大多数SSD在已用空间超过50%后性能就开始下降了,不太推荐各位用户长时间让固态硬盘处于满负荷状态,这不利于它的性能发挥。


intel傲腾测试

3D XPoint是intel联合镁光推出的一种全新存储介质,对比固态硬盘常用的NAND闪存其延迟更低、寿命更长、功耗更小、同时速度极快。基于3D XPoint介质的成品在2017年被英特尔命名为Optane(傲腾),产品会有固态硬盘和内存两种方式。傲腾固态硬盘目前价格很高,而傲腾内存的售价可低多了。

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严格来说目前的傲腾内存它就不是内存,傲腾内存使用M.2接口走PCIe 2x通道,本身带有容量但不能直接使用,需要下载使用intel存储应用程序将它和其他硬盘绑定来作为硬盘加速器使用。绑定后的硬盘在Windows设备管理器中名为Intel Optane+被绑硬盘容量命名,存储应用程序无法与过去的intel RST共存,同时绑定后无法使用Windows磁盘碎片整理程序。

▼额外于HDD硬盘的一部分容量,需要使用intel存储应用程序。

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▼打开安装后的intel存储应用程序,注意傲腾无法和系统过去的RST共存。

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▼设置起来非常简单也不算耗时,只不过设置完成后需要重启一次电脑。

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▼重启后intel傲腾内存就可以被系统检测到并使用了。

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▼傲腾+1TB希捷普通硬盘(ST1000DM010-2EP10)合并后的名字为Intel Optane+932GB。

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用过SSHD的用户应该知道,混合硬盘拥有自我学习功能,也就是说利用缓存不断读取定向内容硬盘会随着次数增加变得越来越快。傲腾内存其原理和过去混合硬盘SSHD中的缓存类似,和上面讲的固态硬盘中的SLC Cache有些像但又并不完全一致。它能否和SSHD一样通过多次启动逐渐增加速度,我们一起来看一看。

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测试环境Dell Inspiron 3670
处理器intel Core i5-8400
芯片组intel B360
内存DDR4-2666MHz 4GB×2
硬盘Seagate ST1000DM010 1TB(7200 RPM)
缓存intel Optane Memory 16GB
显卡NVIDIA GeForce GTX 1050 Ti 4GB
系统Windows 10 Home x64


HD Tune Pro 5.5

从单纯HDD运行、到傲腾第一次运行、再到后几次运行,确实可以看到傲腾存在一定作用。特别是傲腾从第二次启动开始不仅读取速度有了一定提升,存取时间和突发传输都有了飞跃。

HD Tune 5.5最低最高平均存取时间突发传输速率
单纯HDD86.7 MB/s
207.6 MB/s150.9 MB/s14.8 ms212.8 MB/s
傲腾第一次83.2 MB/s216.3 MB/s164.7 MB/s14.4 ms430 MB/s
傲腾第二次101.6 MB/s219.8 MB/s166.3 MB/s0.031 ms422.8 MB/s
傲腾第三次101.7 MB/s219.4 MB/s166.3 MB/s0.028 ms458.5 MB/s
傲腾第四次101.2 MB/s213.6 MB/s165.9 MB/s0.032 ms441.9 MB/s
傲腾第五次101.9 MB/s219.4 MB/s166.4 MB/s0.041 ms423.4 MB/s

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AS SSD Benchmark 2.0.6

使用HDD、傲腾首次运行和后续测试,能够看到系统在持续读取、随机读写和写入时间上面有明显的性能提升。之后我们也尝试使用AS SSD Benchmark的10GB容量来测试数据逼近傲腾容量后性能是否有衰减,很遗憾无法完成测试。不过没关系,大家可以继续往下看CrystalDiskMark的测试。

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CrystalDiskMark 6.0.1 x64

CDM首先测试的是1GB数据,除了从单HDD到傲腾运行有非常明显的性能飞跃之外,傲腾的学习功能貌似在CDM测试中并没有起到什么作用。

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由于本次测试的傲腾容量为16GB,我们之后又测试了8GB和16GB的样本,和固态硬盘的SLC Cache表现很相似:当测试数据样本较大逐渐逼近甚至超过傲腾本身大小时,和傲腾内存组合起来的系统硬盘速度会有明显的下降。

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游戏和系统启动测试

魔兽世界是一款MMORPG网络游戏,其游戏加载速度受硬盘性能影响较大。我们测试从游戏人物界面到登陆过后进入游戏实际地图,登陆地点选择的是达拉然市中心。效果还是非常立竿见影的,不过WOW第二次人物登陆确实要比首次登陆速度快,游戏人物登陆机制和傲腾加速共同促成了最快10.95秒登陆的成绩。

WOW 8.0 Battle for Azeroth 加载时间
单纯HDD77.96秒
傲腾第一次48.75秒
傲腾第二次11.95秒
傲腾第三次11.39秒
傲腾第四次11.10秒
傲腾第五次10.95秒

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Windows在系统启动后会读取大量零散文件,过去固态硬盘刚开始流行时对比机械硬盘最大的性能优势之一就是更快的系统启动速度。而傲腾加持下的系统启动速度如何呢?节选5次从按下电源键到Windows加载完桌面的时间,对比关掉傲腾加速后单纯HDD状态下的系统冷启动时间。傲腾确实对于系统加载时候大量零散小文件的读写有一定优势,这从不断缩短的系统冷启动时间上面体现的尤其明显。

Windows 10 x64 启动时间
单纯HDD51.27秒
傲腾第一次24.58秒
傲腾第二次18.76秒
傲腾第三次18.18秒
傲腾第四次16.33秒
傲腾第五次16.14秒

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小结

在测试傲腾过程中,笔者又听到了许久未曾听过的HDD机械硬盘不断读取内容的声音,说实话这个声音听起来很挣扎,并不算好听。傲腾能够在一些情况下增加系统流畅度,不过它的局限度类似SSHD混合硬盘,肯定是不能做到完全替代SSD使用的程度。目前主要的TLC的SLC Cache问题用户无需过分关心,虽然缓外性能确实会下降大概不到一半,但总体情况还是可以接受的。但是,目前QLC固态硬盘其跑分数据完全依靠SLC Cache缓存,由于自身特性其写入性能和寿命都不乐观,SLC Cache缓存的存在本身还会对硬盘寿命有额外不利影响。在时下价格尚未降下来时,QLC SSD的性价比实在是不值得购买。

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