东芝96层堆叠BiCS4闪存颗粒+超大动态SLC Cache——浦科特M9P Plus 1T详测

2020-03-15 17:10:43 33点赞 74收藏 55评论

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  之前买PCIE NVMe SSD用于做系统盘一直都是512GB容量的,最近发现已经不够用了,准备换一个1TB或者2TB的。2TB的目前还比较少,选了一圈之后入手了浦科特新出的M9P Plus 1TB。现在的主流主板上一般都只提供了1-2个支持PCIE NVMe的M.2接口,如果购买了小容量的M.2 SSD之后发现不够用,要再买新的大容量M.2 SSD就很可能要把旧的小容量的舍弃掉,挺浪费的。所以我现在一般都建议人家直接买大容量的,最少是512GB起步。

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    浦科特新出的M9P Plus 1TB的包装风格与之前的M9P几乎一样,正面注明了产品型号和容量,五年质保。包装盒背面注明了不同容量版本的读写速度指标。M9P Plus系列同样是包含了M.2和PCIE两种版本,都提供了256GB、512GB和1TB三种容量供用户选择。从官方公布的各项指标参数来看,M9P Plus与上一代M9P最大的不同就是把M9P上面的Marvell 88SS1093主控升级为更高端的Marvell 88SS1092主控,并且把东芝64层堆叠BiCS3闪存升级为东芝新的96层堆叠BiCS4闪存。256GB和512GB版本的缓存都是512MB,1TB容量的缓存则增加到1GB。不过从标称读写速度来看,1TB版本和512GB版本的性能基本相同,所以512GB版本的性价比也是很高的。

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  浦科特M9P Plus没有采用传统的绿色PCB,而是更换为看上去更为高档一些的黑色PCB。PCB正面是一个主控芯片+两个NAND颗粒+一个缓存芯片。PCB背面没有元件,而产品标签终于被贴到了PCB背面,这对需要安装散热片的用户来说简直是福音,以后不再需要担心失去质保而纠结要不要贴散热片了。说实话,现在很多主板上都提供了M.2 SSD的散热片,而且是作为主板固有配件的一部分,如果不安装的话反而显得主板有所欠缺。M9P Plus采用的把所有芯片集中到PCB单面的设计,更有利于安装散热片。而且只需两个NAND就可以达到1TB容量,估计设计出2242规格的1TB高性能M.2 SSD也不是难事了。

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  主控芯片采用的是Marvell 88SS1092主控。Marvell 88SS1092采用三核心设计,拥有三个主频为500MHz的ARM Cortex R5核心,支持8通道/8CE,支持PCIe Gen 3 x 4 通道、支持NVMe 1.1b、支持SRIS 低功耗特性。Marvell 88SS1092对比Marvell 88SS1093最大的区别在于Marvell 88SS1092主要是针对企业和数据中心而设计的更专业的主控,在固件中增加了掉电保护,而且支持的外置DRAM容量从Marvell 88SS1093的最大2GB提升到了8GB。

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  NAND采用的是东芝新推出的96层堆叠BiCS4闪存颗粒,采用BGA封装,单Die容量512Gb,8die封装,单个颗粒容量512GB,共两颗组成1TB容量,不设OP空间。缓存则是采用南亚的1GB LPDDR3颗粒。

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★性能测试★

  下面就来实测一下浦科特M9P PLUS 1TB的实际性能究竟如何,对比上一代的M9P究竟有什么不同。

一、理论性能测试

  首先依旧是进行SSD的常规四项测试:AS SSD Benchmark、CrystalDisk Mark、Anvil’s Storage Utilities和TxBENCH。这四个软件都可以测试SSD的最大持续读写速度,AS SSD Benchmark可以测QD64下的随机4K读写速度,CrystalDisk Mark和TxBENCH可以测QD32下的随机4K读写速度,Anvil’s Storage Utilities则可以测QD4、QD16下的随机4K读写速度。这四个软件的优点是测试耗时短、测试数据有一定的参考价值,让用户可以对SSD的基本性能有一个大致的了解。但是这四个软件在默认设置下的测试数据量都是在1G以内,基本上都是在SSD的SLC Cache空间内所进行的测试。所以得出的测试结论与实际应用中的情况存在一定的差距,无法完整反映出一个SSD的实际综合性能,因此还需要结合后面的PCMARK8来综合衡量。

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测试成绩汇总对比:

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  在AS SSD Benchmark测试中,浦科特M9P PLUS 1TB的得分为3215分,Anvil’s Storage Utilities的得分为13277分,这两项的得分在PCIE NVMe SSD中属于中上游水平。从测试成绩对比汇总中可以看到,AS SSD Benchmark与Anvil’s Storage Utilities这两项的前几名都被使用群联主控的SSD给包了,不可否认群联主控现在跑分确实很强劲,不过还得结合后面的PCMARK8才能看出一个SSD的综合实战实力。M9P PLUS的速度特点就是单队列深度的随机4K读写速度比较普通,而多队列深度的随机4K读写性能都比较强,因此在读写数据量较大的高负载应用下性能优势会比较明显。

二、模拟实际使用环境性能测试

  PCMARK8是目前最接近实际使用环境的模拟测试软件,其中的Storage存储设备测试又细分为游戏、办公、图形处理等几个子项目,其测试数据量接近50G,测试的强度远远高于前面的几个小弟弟测试软件,所以PCMARK8的测试成绩比前面常规四项更加能够真实全面的反映出SSD在家用、游戏以及普通办公情况下的实际性能。只不过PCMARK8价格不低,而且Storage测试部分的时间需要一个多小时,所以普通家庭用户一般都不做这项测试,而是更喜欢前面AS SSD Benchmark这样的几款快餐式软件。

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  浦科特M9P PLUS 1TB的最终得分为5108,这个分数在我所测过的PCIE NVMe SSD中排名第一,超过了上一代的使用MLC NAND的M8PE,甚至已经接近使用24GB内存作为SSD缓存时的分数。可以说把TLC NAND SSD的性能又提升到了一个新的高度。在之前的很多对比测试中,TLC NAND SSD借助SLC Cache机制往往能够在AS SSD Benchmark与Anvil’s Storage Utilities等小负载测试软件中达到甚至超过MLC NAND SSD,但是一跑PCMARK8这样的高负载测试软件就被打回原形。而M9P PLUS在PCMARK8的Storage测试子项目中全部都超过了M8PE。因为上代M9PE的实际性能不如M8PE,所以M9P PLUS超过M9PE也就毫无悬念了。这个主要得益于东芝96层堆叠BiCS4闪存颗粒的高性能,以及M9P PLUS所采用的新的SLC Cache机制。在与采用群联PS5012-E12主控的几款高端SSD的对比中也可以看到,Marvell主控虽然在AS SSD Benchmark与Anvil’s Storage Utilities等小负载测试软件中跑分不如群联主控,但是在PCMARK8这种更接近实际使用环境的测试软件中就可以反超群联PS5012-E12主控,而且反超的幅度都还不小。

三、浦科特M9P PLUS 1TB的SLC Cache机制详测

  对于采用TLC NAND的SSD,肯定是要测试一下SLC Cache机制的,尤其是浦科特M9P PLUS这种采用新的SLC Cache机制而且实战性能很强的盘。SLC Cache技术的原理其实很简单,就是把部分TLC存储空间模拟成SLC来操作,因为SLC为1bit,MLC为2bit,TLC为3bit,所以TLC NAND颗粒的延时更大,写入速度更慢。SLC Cache技术就是把TLC模拟成SLC来使用,写入时只利用TLC NAND 3bit中的1bit,牺牲空间来换取时间,减少延时,提高写入速度。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,各个厂家具体产品的SLC Cache空间大小设置也可以不同。当持续写入的数据小于SLC Cache空间的大小时,在SLC Cache空间内的写入操作都是模拟SLC来进行的,所以速度飞快;而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,此时写入速度就会下降为真实的TLC NAND的写入速度,因此写入速度一般就会出现断层式的下降。根据不同主控在算法上和清理缓存能力上的不同,发生SLC Cache空间溢出之后,TLC SSD的写入性能也有很大的不同。 

  我们可以通过HD Tune Pro软件测试来大概的估算一下SLC Cache空间的大小。从测试结果中可以看到,在空盘状态(进行Secure Eraser之后)下使用HD Tune Pro对浦科特M9P PLUS 1TB的持续写入数据量达到大约280G之后,写入速度就出现了断层式的下降。写入速度从一开始的大约1000MB/s迅速下降到550MB/s左右。

东芝96层堆叠BiCS4闪存颗粒+超大动态SLC Cache——浦科特M9P Plus 1T详测

  由此可以看出,M9P PLUS 1TB的SLC Cache空间大小约为280GB,属于超大容量的SLC Cache空间。SLC Cache空间的写入速度大约为1000MB/s,而东芝96层堆叠BiCS4闪存颗粒的实际写入速度也达到了550MB/s左右,超大SLC Cache空间与闪存颗粒的实际高速写入性能这两点保证了M9P PLUS的高性能。

  而在HD Tune Pro软件把M9P PLUS 1TB全盘持续写满之后,我不给SSD休息的时间马上再使用HD Tune Pro继续多次对M9P PLUS 1TB进行全盘写入,看看在“脏盘”状态下M9P PLUS的性能表现如何。在第二次HD Tune Pro全盘写入开始时,由于全盘都已经被数据填满,所以需要给主控一定的时间对SLC Cache空间进行清理,因此初始写入速度是从550MB/s开始的。随着主控清理出SLC Cache空间的逐渐增大,写入速度也开始提升,等到写入50GB数据时,写入速度恢复到接近空盘时的1000MB/s。随后的写入速度呈锯齿状,在750MB/s到1000MB/s之间波动。此时主控正在不断的努力清理出新的SLC Cache空间,清理出一部分之后就被用于写入,写完之后速度就出现下降。主控马上又清理出一定的空间,所以速度就出现短暂的提升,周而复始。一直到写入512GB数据之后,写入速度降到了550MB/s,可以得知此时的SLC Cache空间大小为512GB。

(第二次全盘写入)(第二次全盘写入)

  第三次全盘写入开始时,写入速度依旧是550MB/s。而此时性能恢复的速度要比第二次时稍慢一些。一直等到写入数据达到750GB/s时,写入速度又重新降到了550MB/s,可以得知此时的SLC Cache空间大小为750GB。

(第三次全盘写入)(第三次全盘写入)

  在第四和第五次全盘写入测试中,初始的写入速度也都是550MB/s,这两次速度恢复的时间要长于前面三次,随后的写入速度也都是呈锯齿状,写入速度在750MB/s到1000MB/s之间波动。不过随后直到几乎又是全盘写满时才出现写入速度的断层式下降到550MB/s。由此可见,浦科特M9P PLUS 1TB在原始状态下的SLC Cache空间大小约为250GB,随着NAND存储空间的不断被占用,主控开始发力,不断的清理出新的SLC Cache空间,因此SLC Cache空间的大小是动态变化的。在反复多次全盘写满之后,主控甚至可以把全盘都整理出来用于SLC Cache空间。

(第四次全盘写入)(第四次全盘写入)

(第五次全盘写入)(第五次全盘写入)

  在反复全盘写满之后,我把M9P PLUS重新格式化后拷入大约886GB的数据,也就是说此时几乎是全盘93%的空间被占满,然后用AS SSD Benchmark测得的分数为3209,与空盘状态下几乎没有差别。可见,无论是长期使用的“脏盘”还是几乎被有用数据占满的“满盘”状态,M9P PLUS都不会出现明显的性能衰减。而在没有加装散热片的情况下,经过反复多次的连续全盘写入,在测试过程中,浦科特M9P PLUS 1TB测得的最高温度仅为53℃,这个对比群联PS5012-E12主控绝对是一个非常亮的亮点,群联PS5012-E12主控实在是太热了。

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总结:

  浦科特M9P PLUS对比上一代的M9PE在型号上只是增加了PLUS,而不是直接升级到M10PE,所以一开始我对新型号的性能提升也没抱太大的希望。不过从实际测试结果来看,M9P PLUS比M9PE在性能上还是有不小的提升,PCMARK8的Storage得分突破了5100分大关。这个主要得益于超大动态SLC Cache空间设计和东芝96层堆叠BiCS4闪存颗粒的强悍读写速度。Marvell 88SS1092主控的固件上还增加了掉电保护功能,因此M9P PLUS在整体性能上确实要比使用Marvell 88SS1093主控的M9PE更强大。对比其他采用群联PS5012-E12主控的高端PCIE NVMe SSD产品,浦科特M9P PLUS虽然在AS SSD Benchmark和Anvil’s Storage Utilities这些快餐式测试软件的跑分中处于劣势,但是在更接近实际使用环境的PCMARK8测试中是完胜对手。另外就是Marvell 88SS1092主控的发热量真的要比群联主控小太多了,即使没加散热片时的温度也非常喜人,不会因为高温而出现降速保护的情况。


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