SSD科学研究 篇二十：YMTC 232L+NVMe 2.0--Lexar ARES 4TB M.2 SSD专业向评测

0、前言 ​ ​ ​​ ​ ​ ​ ​

▲Lexar又发SSD新品了，M.2单面的ARES 4TB，大陆官网P/N为LNM790X004T-RNNNG，ARES 4TB的参数为：

4TB—Sequential read up to 7400MB/s,

4TB—sequential write up to 6500MB/s

4TB—TBW=3000TBW

▲迷惑的是大陆官网有ARES 4TB没有NM790。

▲而海外官网只有NM790 4TB却没有ARES 4TB，NM790 4TB全球P/N是LNM790X004T-RNNNG，和大陆官网的ARES 4TB P/N完全一致，而NM790 4TB北美P/N为LNM790X004T-RNNNU。这种种迹象说明ARES 4TB就是海外版NM790 4TB的国内版。

1、开箱

▲包装正面

▲包装背面

▲开箱

▲SSD本体正面

▲SSD本体背面

到手P/N为LNMARES004T-HNNNG，并不是Lexar大陆官网显示LNM790X004T-RNNNC，所以我怀疑该产品在海外销售使用的型号是NM790，而国内使用的是ARES系列，临时修改了P/N如此来区分国内和海外渠道，目的是避免串货合理进行区域价格保护。

2、拆解

▲揭掉贴纸

典型的单面设计，正面四颗NAND，无缓存，一颗主控。

型号：

主控：MAXIO MAP1602A

缓存：Dramless

闪存：Longsys RY18TAA48421024

2.1 Longsys RY18TAA48421024

▲Longsys RY18TAA48421024 首先是一颗单颗1TB容量的NAND，Longsys的编号规则很难猜测，我就盲猜一下，各位且当作我“胡言乱语”：

▲

1：工厂标识码

R=是什么不重要

2：原厂flash wafer代码

Y18=YMTC 232L 3D NAND

3：flash类型

T=TLC

4：BGA封装方式

A=132-pin BGA

5：BGA尺寸

A4=18mm x12mm

6：Die数

8=8 Die

7：CE数

4=4CE

8：CH通道数

2=2CH

9：容量

1024=1TB

所以这颗NAND就很好解析了：

Longsys封装的YMTC（长江存储）晶栈Xtacking 3.0最新一代232L 3D NAND闪存颗粒，每颗闪存颗粒均为8Die 4CE 2CH封装，容量1TB，原生速度2400 MT/s。

下面我们闲聊一下这颗Die!

▲这颗232L的Die在YMTC内部编号为EET1A，Die尺寸12.62mm x 5.4mm=68.15 mm²，总Layers是253L，扩展Layers是21L，所以有效激活的Layers是232L，有效容量是1024Gb=128GB。

▲从来自TechInsights的X射线扫描情况来看，Die的角标标有EET1A字样也应证了上面的问题。

▲YMTC经过4代产品的迭代，232L 3D TLC单Die已经达到15.03 Gb/mm2的密度，超过了Micron 232L 3D TLC的单Die 14.6 Gb/mm2的密度。这意味着YMTC在和Micron竞争中比较容易达成更低的成本优势。

▲YMTC从第一代32L 3D NAND之后就没有死磕48L的产品，而是直接开发64L并推出Xtacking 1.0技术，使用NAND晶圆和外围逻辑电路晶圆进行键合，从而实现比传统3D NAND更高的存储密度，芯片面积可减少约25%。同时利用存储单元和外围电路的独立加工优势，实现了并行的、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%。

随后又直接跳过96L，直接进入128L Xtacking2.0的开发，采用了新栅极材料NiSi替代WSi，让CMOS外围电路有更好的器件性能，进一步提升闪存IO吞吐速率、也使得系统级存储的综合性能得到提升。

最后直接大跃进232L Xtacking 3.0的开发，232L Xtacking 3.0主要革新了两点：

▲

1、采用了新的BSSC（Backside Source Connect）技术来简化源极连接流程，并且通过去除Deck之间的夹层来显着降低成本和提升吞吐量。

▲

2、232L的EET1A Die由6个Plane组成，每个Plane含有一个Center X-DEC（中心X解码器），可以实现multi-plane独立异步操作，使得Xtacking 3.0的IO速率提升50%。与之前128L的Edge X-DEC(边缘X解码器)相比，Center X-DEC（中心X解码器）设计将WL电容减少了一半，并降低了RC负载和RC延迟(tRC), 最终性能相较Edge X-DEC(边缘X解码器)得到15~20%的提升。提升了NAND的操作速度。

2.2 MAXIO MAP1602A-F3C U

▲MAXIO MAP1602A-F3C U是一颗PCIe 4.0 x4的HBM无缓存主控：

1、支持NVMe 2.0协议，

2、内置ARM 32-bit Cortex-R5 双核SoC，主频550MHz，TSMC 12nm制程制造。

3、支持四通道，每通道支持4CE，共16CE。

4、原生支持2400 MT/s的NAND，

5、HMB (Host-Memory-Buffer)的大小设定4TB容量为40MB。

其实MAXIO MAP1602A有四个版本，支持的NVMe协议有差异：

F1C - 支持NVMe 1.4协议

F2C - 支持NVMe 1.4协议

F3C - 支持NVMe 2.0协议

F3C U - 为4TB SSD定制，支持NVMe 2.0协议

所以MAXIO MAP1602-F3C U应该是MAP1602A中的最高版本。

MAXIO MAP1602-F3C U配合四颗Longsys RY18TAA48421024正好塞满16CE，容量也填满极限4TB容量。可以说4TB是满血版本。协议的话，9月之后出产的Lexar ARES 4TB都是MAXIO MAP1602-F3C U主控且都是NVMe 2.0协议，9月之前出产的NM790 4TB以及部分Lexar ARES 4TB是MAXIO MAP1602-F1C主控，所以只能支持NVMe 1.4协议。

3、WINDOWS测试

3.1 测试平台

▲测试平台：

CPU：Intel Xeon-w9 3495X

主板：ASUS Pro WS W790E Sage SE

内存：SKhynix DDR4-4800 2RX8 RDIMM 32GB x8

显卡：NVIDIA Geforce RTX 4090 24GB Founder Edition

SSD：Lexar ARES 4TB M.2

SSD：Micron 9300MAX 6.4TB U.2

水冷：ABEE APEX PLUS SPR360

电源：ASUS ROG THOR II 1600W

3.2 SMART

▲固件版本是12237，确认是支持NVMe 2.0协议。

3.3 MAXIO nvme fid v0.34a

▲MAXIO nvme fid v0.34a

这个软件可以很直观看到NAND是四颗YMTC 3D V4 232L (X3-9070)，单Die容量1024Gb=128GB，

市面上同方案4TB产品，9月之前的老版本HMB大小基本都为32MB，9月后产品因为Lexar增强了ECC机制使用了新版固件的HBM增大为40MB。

3.4 Smartmontools

▲通过smartmontools可以探知到一些CDI获取不到的smart信息，比如这个盘的Supported Power States有五档，分别设定在：

PS0=6.5W、PS1=5.8W、PS2=3.6W、PS3=0.05W、PS4=0.0025W。

实话实说，其实MAXIO MAP1602A的既定功耗设计并不低，PS0已经6.5W了。作为一个Dramless主控来看其实并不低。

3.5 性能定标

▲CrystalDiskMark 8.0.24的持续读写使用QD32T1的默认设置，随机读写使用QD32T20的条件，可以非常接近官标所标识的UP TO的最大值：

Sequential Read [持续读取](Q=32,T=1) : 7433 MB/s > 7400 MB/s（官标）

Sequential Write [持续写入](Q=32,T=1) : 4166 MB/s < 6500 MB/s（官标）

Random Read 4KiB [4K随机读取](Q=32,T=20) : 931K IOPS （无官标）

Random Write 4KiB[4K随机写入] (Q=32,T=20) : 751K IOPS （无官标）

这次是官标数据很少，可以验证的数据不多，我测试持续读取这一块是达标的，持续写入这一块还是低于官标，不排除是新版12237固件的特殊效果。

4、SNIA PTS评估验证

▲全球网络存储工业协会（Storage Networking Industry Association，SNIA）是成立时间比较早的存储厂家中立的行业协会组织，宗旨是领导全世界范围的存储行业开发、推广标准、技术和培训服务，增强组织的信息管理能力。作为一家非盈利的行业组织，拥有420多家来自世界各地的公司成员以及7100多位个人成员，遍及整个存储行业。它的成员包括不同的厂商和用户，有投票权的核心成员有Dell、IBM、NetApp、EMC、Intel、Oracle、FUJITSU、JUNIPER、QLOGIC、HP、LSI、SYMANTEC、HITACHI、Microsoft、VMware、Huawei-Symantec十五家，其他成员有近百以上，从成员的组成可以看出，核心成员来自核心的存储厂商，所以SNIA就是存储行业的领导组织。在全球范围SNIA已经拥有七家分支机构：欧洲、加拿大、日本、中国、南亚、印度以及澳洲&新西兰。

Solid State Storage Performance Test Specification Enterprise v1.0是SNIA于2011年给Enterprise SSD都制定了Performance Test（性能测试）的规范，可以到其网站www.snia.org下载。

▲系统及设置

操作系统

• Kernel Version: 6.3.0-060300-generic

• Description: Ubuntu 22.04.2 LTS

测试样品检测信息：

• sn : NGE892R003195P2202

• mn : Lexar SSD ARES 4TB

• fr : 12237

• frmw : 0x14

• tnvmcap : 4096805658624

• mntmt : 373

• mnan : 0

• Device Interface: nvme

• Device Logical Sector Size: 512

• Device Physical Sector Size: 512

测试系统

• Fio Version: fio-3.28

• Date of test run: 2023-10-29

• Number of jobs: 2

• Number of outstanding IOs (iodepth): 32

使用了T2线程进行测试是因为双核环境我相信是目前最广普的环境。QD32的深度也是服务器比较常见的存储应用深度。

4.1 IOPS测试（IOPS）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

预处理：128K持续写入双倍SSD容量

每一轮测试包含.512B，4K，8K，16K，32K，64K，128K，以及1MB数据块大小，每个数据块在100％，95％，65％，50％，35％，5％和0％运行读/写混合测试，各为一分钟。试验由25回合(Round)组成（一个循环需要56分钟，25回合=1400分钟）

使用4K随机写入的IOPS作为测试目标，写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准。

在SNIA组织定义的规范中，规范了如何测试闪存设备或固态存储。业界希望有一种来比较SSD的科学方法，这也是需要SNIA测试规范的原因。SSD的写入性能在很大程度上取决于NAND的写入历史。SSD一般有三个写阶段：

▲

1、FOB（全新从盒子里拿出来的状态）

2、Transition(过渡)

3、Steady State(稳定状态)

以上图例来自SINA PTS 1.1测试规范

Transition(过渡)过渡是FOB和稳态的良好表现之间的阶段。大多数情况下，性能会随着时间的推移而持续下降，直到达到稳定状态为止。SNIA PTS1.1的测试规范则很严格的监控了FOB到稳定态的每一个阶段，以及评估标准帮你去确认你的企业级SSD确实达到了稳定态，所以根据以上溯源我们有了预处理的过程。

4.1.1 预处理

预处理的128K数据块大小持续写入双倍SSD容量这个过程进行了近11个小时。我通过NETDATA记录下这个过程并可视化展现。

▲预处理测试的数据块大小始终维持在128K。

▲预处理的阶段的写入速度变化，速度单位MB/s，最高点写入速度4207.5MB/s。

▲预处理阶段的SSD主控和NAND的温度变化，最高点温度：主控Sensor1为74.85度，NAND Sensor2为74.08度。

预处理的过程符合FOB--Transition--Steady State的速度过渡特征，较为平滑，无0值数据出现。

4.1.2 稳定态

IOPS测试里面的【回合】是：在512B，4K，8K，16K，32K，64K，128K，以及1MB数据块大小下，每个数据块在100％，95％，65％，50％，35％，5％和0％运行读/写混合测试，各为1分钟，整个测试组成一个回合，每个回合共耗费56分钟。

▲上图为一个完整【回合】的可视化展现过程，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间，耗时56分钟。

▲上图是一个IOPS测试中完整达到稳定态的多回合测试，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。可以看到一共有22回合，明显没有达到25回合，这是因为在（18，19，20，21，22）回合中，连续5个回合的4K随机写入的IOPS振幅低于20%平均值，所以这里默认进入稳定态，测试通过。如果连续25回合都没有连续5个回合达标，则显示测试失败。

▲22回合的读写速度变化，绿色为读取，红色为写入，速度单位 K IOPS。

▲22回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.1.3 数据

下面我们来看下测试结果

▲IOPS稳态收敛图-QD32

显示相关变量如何试图收敛到稳定状态的过程

▲IOPS稳定态验证图-QD32

显示直到([18, 19, 20, 21, 22]) 回合进入稳态，窗口计量的IOPS分别是([7614, 8043, 7855, 7871, 7987]) ，均线的IOPS: 7874.0。这里需要说明的是，ARES 4TB的4K随机写入性能参考均线的振幅能控制在20%以内，所以这里正常进入稳态。

▲IOPS测试2D图-QD32

▲IOPS测试3D图-QD32

通过IOPS测试之后，系统会执1次Secure Earse安全擦除，继续执行1次预处理（128K数据块持续写入双倍SSD容量），然后执行延迟测试（LAT）。

4.2 延迟测试（LAT）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

预处理：128K持续写入双倍SSD容量

对于['8k'，'4k'，'512']数据块大小进行100%读，65%读35%写，100%写的随机读写测试，测量最大最小以及平均的延迟，60秒为一个回合（Round）

使用4K随机写入的平均延迟作为测试目标，写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准

4.2.1 预处理

预处理的128K数据块大小持续写入双倍SSD容量这个过程和之前一样持续进行了近11个小时。我通过NETDATA记录下这个过程并可视化展现。

▲预处理测试的数据块大小始终维持在128K。

▲预处理的阶段的写入速度变化，速度单位MB/s，最高点写入速度4180MB/s。

▲预处理阶段的SSD主控和NAND的温度变化，最高点温度：主控Sensor1为75度，NAND Sensor2为74.08度。

预处理的过程符合FOB--Transition--Steady State的速度过渡特征，较为平滑，无0值数据出现。

4.2.2 稳定态

▲上图是一个LAT测试中完整达到稳定态的多回合测试，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。可以看到一共有5回合，明显没有达到25回合，这是因为([0, 1, 2, 3, 4]) 回合中，连续5个回合的4K随机写入的IOPS振幅低于20%平均值，所以这里默认进入稳定态，测试通过。如果连续25回合都没有连续5个回合达标，则显示测试失败。在([0, 1, 2, 3, 4]) 回合进入稳定态是这个测试得最优解！

▲5回合的读写速度变化，绿色为读取，红色为写入，速度单位 K IOPS。

▲5回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.2.3 数据

▲延迟稳定态收敛图-QD32显示相关变量如何收敛到稳定状态的过程

▲延迟稳定态确认图-QD32显示了4K随机写入过程中，在([0, 1, 2, 3, 4]) 回合达到了稳定态，窗口计量数值为([114.384261, 118.049462, 114.304526, 108.776517, 113.72813]) us。均线为113.85 us，耗费最少的回合，说明稳定性很好。

▲平均延迟在所有进程中的表现在0.24毫秒以内。

▲最大延迟在所有进程中的表现在500毫秒以内。随机读以及混合读写部分是最大延迟控制的极好在350毫秒以内，随机写的部分最大延迟相对较高。

▲平均和最大延迟3D图-QD32以及汇总数据。

4.3 带宽测试（TP）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

对于['1024k', '64k', '8k', '4k', '512']数据块大小进行持续读写60秒为一回合（Round)

使用1024K持续写入的吞吐量作为测试目标，写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率作为验证进入稳定态的标准

4.3.1 稳定态

▲上图是一个TP测试中完整达到稳定态的多回合测试，绿色为读取，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。可以看到一共有5回合，明显没有达到25回合，这是因为([0, 1, 2, 3, 4]) 回合中，连续5个回合的1024K持续写入的IOPS振幅低于20%平均值，所以这里默认进入稳定态，测试通过。如果连续25回合都没有连续5个回合达标，则显示测试失败。在([0, 1, 2, 3, 4]) 回合进入稳定态是这个测试得最优解！

▲5回合的读写速度变化，绿色为读取，红色为写入，速度单位MB/s。

▲5回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.3.2 数据

▲带宽稳态收敛图-QD32显示相关变量如何收敛到稳定状态的过程

▲带宽稳定态验证图-QD32

显示([0, 1, 2, 3, 4]) 回合直接进入了稳态，窗口计量数值为([4319.200, 4265.554, 4267.855, 4260.942, 4264.659])MB/s，均线数值在 4275.642MB/s。持续写入稳定性非常不错，满足验证标准给出了1M数据块下持续写入振幅20%平均值与测量值线性最佳拟合线的斜率的条件。

▲读写带宽测试2D图-QD32

我们可以看到稳定态下持续读写各个数据块下的平均表现力。

4.4 写饱和度测试（WRITESAT）

测试方法

进行Secure Erase安全擦除

执行4K随机写入1分钟为一回合（Round），写入4倍全盘容量或者24h，以先达到者为准

计算各个回合的平均IOPS（Avg IOPS）

4.4.1 稳定态

▲上图是一个WRITESAT测试中完整达到稳定态的多回合测试，红色为写入，纵坐标是数据块大小，横坐标是时间。一共有1439回合写满了全盘4倍容量。

▲1439回合的读写速度变化，红色为写入，速度单位IOPS

▲1439回合的温度变化，Sensor1为主控温度，Sensor2为NAND温度。

4.4.2 数据

▲写饱和平均IOPS图-QD32

这个测试实际写入也就1439回合写满4倍全盘容量，平均速度约在10500 IOPS，曲线很稳定几乎一条线。虽然纯写入任务相对于混合读写比例的测试要简单很多，这个测试的压力程度对无缓存主控的资源以及固件的GC TRIM以及SLC Cache性能回复还是造成了压力，所以从空盘到写满四倍全盘容量的过程中虽然没有衰减，但是IOPS数值很低很慢。

一句话概括就是：无缓存主控在这里表现欠佳，虽然很稳定但是很慢。

▲写饱和平均延迟图-QD32

测试跑在6.2毫秒附近以内一直到测试结束，还是那句话：无缓存主控在这里表现欠佳，虽然很稳定但是速度很慢延迟较高。

4.5 横向对比

没有对比就没有伤害，我们这次选用了几款SSD产品进行SNIA PTS测试后进行对比：

企业级组：

SKhynix HFS3T8GECVX124N 3.84TB U.2

无缓存消费级组：

Lexar NM760 1TB M.2

WD SN770 1TB M.2

有缓存消费级组：

Samsung 980Pro 1TB M.2

Plextor M10P 2TB M.2

▲IOPS测试环节综合来看，无缓存消费级三款里面互有胜负，Lexar ARES 4TB M.2因为读取的优势较大，综合性能胜出。这个测试有缓存版本和无缓存版本差异较大，没什么好说的。

▲LAT延迟测试环节，无缓存消费级延迟最小的是WD SN770 1TB M.2，其次是Lexar ARES 4TB M.2，最差是Lexar NM760 1TB M.2，NM760搭载的SMI 2269XT处理读和写都还行，但是在混合读写阶段就显得资源不足，导致延迟爆高，这一点上，Lexar ARES 和WD SN770就会好很多，至少可以提供混合读写足够资源运转，延迟也可以接受。

▲TP带宽测试环节，无缓存消费级组综合表现最佳的是Lexar ARES 4TB M.2，其次是WD SN770 1TB M.2，即使和有缓存消费级组对比，也毫不逊色，近年来的无缓存主控做的都还是不错的，因为持续读写是用户最直观的感受，这一点做不好就没法卖了。

▲WRITESAT写饱和度测试环节，容量不一样其实没法客观比较，完成测试的时间不能作为参考，要看纵坐标IOPS，Lexar ARES 4TB M.2的IOPS表现是最低的。这一点我一直想不通，MAP1602A明明资源要优于2269XT和SN770，为何在这个测试中会垫底，这个锅不在固件就是在NAND上。

4.6 补充性内容

然后我们来看一下整个测试跑了多长时间？

▲跑完全程上个基于数据块大小的SNIA PTS全程图，可以看到横坐标一共跑了三天！三天里面有22个小时在跑预处理，有24小时在跑写饱和度测试，

最后让我们分析一下这个盘在残酷的PTS验证压榨下的温度表现：

▲SNIA PTS测试全程的温度变化。可以看出75度是这个盘的温度阀，超过这个温度就会出发降速降温保护机制，虽然我跑这个盘温度触顶就那么几次，但是建议大家还是要使用主板自带的M.2盔甲或者购买散热片进行装护，确保这块SSD能发挥正常性能。

关于SLC cache我用1MB的数据块大小，QD32深度，进行空盘持续写入，得到如下结果：

▲第一段从高峰降低到2.38GB/s的阶段应该是SLC Cache的阶段，因为2.38GB/s更接近NAND直写的速度，后面的两段应该是GC的挣扎，根据面积计算，第一段的SLC Cache应该在570GB附近。

5 总结

Lexar ARES 4TB M.2起初在我印象中怀疑过不去PTS测试，毕竟是无缓存产品嘛，但是实测后发现顺利过了PTS稳定性测试，这也是市面上为数不多的能过企业级SSD PTS性能验证的消费级无缓存SSD，这里的FW固件能力功不可没。1200RMB不到的价格给4TB容量，而且能过SNIA PTS稳定性验证的盘，再给五年保修，还是单面，这个性价比确实到位了，虽然同类的MAP1602A+YMTC 232L市面不少，但是Lexar在品牌张力和保修年限还是占有一定优势，同类产品还是建议采购这种大品牌比较稳！性价比的话刚查了下现在三星990Pro 4TB还是稳在2300-2500RMB左右，区别就是有缓跟无缓，如果不是经常进行大规模渲染等高计算量的操作的话，建议选择无缓即可，性价比更高。

Lexar ARES 4TB M.2使用了PCIe Gen4x4 Dramless方案中目前最强MAP1602A+YMTC 232L的组合，定义的容量和价格刷新了我对市场的预判，这款产品对市场积极的作用是提升了PCIe Gen4x4主流产品的性能门槛，做了一个良性的示范。产品推出对市场风向的推导很重要，君子爱财取之有道，如果大家都不断降低PCIe Gen4x4入门级产品的下线，这个入门级的市场就会烂掉。

刚需可入，感谢观看！

作者声明本文无利益相关，欢迎值友理性交流，和谐讨论～