三星980Pro去掉独立缓存性能却不减 价格更亲民

近日我们收到了三星提供的型号为980的固态硬盘。这款产品采用DRAMLess方案,使用充分发挥NVMe协议的HMB技术并适当降低硬件成本,是一种很合理的选择。

980这个型号看起来不同三星以往的惯例。熟悉三星固态硬盘的朋友应该都对它的型号后缀有所了解:旗舰PRO系列、高端EVO系列,以及QLC闪存专属的QVO系列。而980的特殊之处在于它没有任何后缀。通过外包装大家应该能够看到,980是一款DRAMLess无外置缓存设计的PCIe 3.0 NVMe M.2固态硬盘。

作为三星第一款PCIE3.0接口无外置缓存方案的SSD,980同旗舰级980PRO一样提供5年质保,耐用性指标也完全相同。

在PCB的背面,980同样采用了具有散热片效果的多层复合材料制成的标签,有助于降低闪存温度,减少过热限速情况的发生。

揭开三星980 1TB的正面标签可以看到它使用了一颗主控+一颗NAND闪存的极简布局。这颗代号PABLO的S4LR033主控可能为四通道设计,也曾出现在三星T7移动固态硬盘当中,不同的是在三星980上搭配了更新的第六代1xx层堆叠V-NAND闪存(3D TLC类型),相比第五代V-NAND,堆叠层数增加40%,读取延迟降低10%以上,写入延迟降低10%以上,功耗降低15%。

闪存编号K9DVGY8J5BDCK0,也曾出现在今年初问世的三星870EVO当中,单die容量512Gb,16die封装,总容量1TB,存储密度非常高。16die封装的成本是相对较高的,不过三星这样做有自己的理由:单颗NAND闪存可以充分拉开同主控之间的距离,避免受主控热量影响而过热。

测试平台及信息识别

测试平台:

CPU:Intel Core i9 9900K @5.0GHz(所有CPU节能特性关闭)

主板:技嘉Z390 AORUS PRO WIFI

内存:HyperX Fury DDR4 3200MHz 16GB

硬盘:浦科特M6PRO 128GB(系统盘)

三星980 1TB(FW:1B4QFXO7)

系统:Windows 10 LTSB

驱动:系统默认stornvme

设置:除特别说明以外,关闭ASPM及APST节能

CrystalDiskInfo信息识别:

CrystalDiskInfo(CDI)是通用的固态硬盘SMART信息检测工具,三星980PRO具备和其他NVMe固态硬盘相同的SMART定义,简单的信息识别可以无需借助三星Magician工具箱软件。

三星980的主控支持NVMe 1.4协议,比980PRO的1.3c还要新。虽然是DRAMLess无外置DRAM缓存设计,但主控内集成有一定容量的SRAM缓存,所以依然具备写入缓存功能,不会对写入寿命产生任何不利影响,同等容量型号的TBW指标和980PRO持平。

对于写入耐久度指标,三星采用的是行业规范的JESD218标准,写入量统计的是主机写入总量,而非闪存写入量,所以不能直接同闪存擦写(PE)次数挂钩。

Smartmontools信息识别:

Smartmontools是一个开源工具软件,可以识别NVMe固态硬盘的温度限制信息以及APST预设,这些信息同NVMe固态硬盘的节能及热管理策略有关,下文中会有进一步的解读和测试。

NVMe在发展的过程中不断加入各种先进节能和热管理特性,通过smartmontools和AIDA64对三星980的识别结果整理如下。

三星将在3月份推出Magician工具箱的6.3版本,除了支持三星980之外还将增加“全功率模式”,可在散热条件允许的情况下释放NVMe SSD的全部性能。我们进行评测期间6.3工具箱尚未推出,不过在扩展测试中我们将通过修改注册表的方式手动模拟全功率模式功能,并测定其效果。

基准测试

基准测试1:理论带宽测试

在测试之前首先来对比一下当前常见的DRAMLess无外置缓存NVMe固态硬盘的理论性能,数据来源为各自官网。不难看出,三星980的性能规格是最高的,不仅超脱于主流NVMe SSD之外,更是追上了不少带有DRAM缓存的PCIe 3.0接口高端旗舰型号。

三星980的性能指标是以IOMeter 1.1进行测试的,为了测试方便,多数朋友会用CrystalDiskMark来检验。我们需要使用CrystalDiskMark,并对测试参数进行一些修改,顺序读写的队列深度加大到128,4K随机读写修改为Q32T16,即可得到以下成绩:顺序读取3573.6MB/s,顺序写入2992.5MB/s,基本达到官标3500/3000 MB/s性能指标。

4K队列随机读写带宽换算后相当于514450/474700 IOPS,基本达到官标的500K/480K IOPS指标。4K单线程随机读写带宽换算后相当于18633/69950 IOPS,超过官标的17K/54K IOPS指标。

基准测试2:PCMark 8测试

三星980在PCMark 8存储性能测试中获得5199分,这一成绩甚至超越了PCIe 4.0接口的980PRO(无论是在AMD还是Intel平台下)。EVO系列在性能测试中超越PRO系列的一幕似乎在这里重演了,其中的关键自然是SLC缓存算法的变化,后续会有具体分析。

接下来依然是DRAMLess无外置缓存NVMe SSD的横向对比,以下对比数据均源自PCEVA评测室,系相同测试平台下测得,均为1TB容量。

三星980依然是鹤立鸡群的存在。毕竟连自家大哥980PRO都被打败了,在这种对比中自然是毫无悬念地横扫对手,其他主控完全不可能有赢的机会。

基准测试3:PCMark 10完整系统盘基准

PCMark 10完整系统盘基准针对当代最新固态硬盘的广泛测试,涵盖了系统开机启动、Adobe设计套件应用、Office办公套件应用、图片/ISO文件拷贝复制、多个游戏加载过程等测试内容。测试需要至少80GB的硬盘空间,单次测试产生的写入量达到204GB,复杂度超过了PCMark 8存储测试。在该测试中三星980同样超越了全平台下的三星980PRO测试成绩。

由于慧荣SM2263XT 1TB的数据暂缺,这次我们加入一个跨级选手——铠侠RD10 1TB(定制版群联PS5012-E12S主控,有DRAM缓存),结果三星980依然轻松战胜全部对手。

从上边两个PCMark实用性能测试来看,三星980都发挥出了超越普通PCIe 3.0旗舰级NVMe固态硬盘的性能,这也使得我们很难通过这些测试给出它的定位。

基准测试4:温度压力测试

三星980具备两个温度传感器,Drive Temperature温度数据来自闪存颗粒,也是CrystalDiskInfo和工具箱软件直接展示的温度。Drive Temperature 2第二温度需要使用HWiNFO64等软件读取,它是主控的温度数据。

多数情况下主控温度都比闪存温度更高,但与此同时,主控也比闪存更能耐受高温。三星980的82度温控阈值是针对闪存温度而设的,主控则能承受高于100度的高温。三星980使用单颗NAND闪存颗粒,闪存与主控充分拉开间距,有利于减少主控发热对闪存的影响,降低过热限速的发生几率。

本测试在关闭一切SSD节能特性、无主动散热措施的条件下进行,测试时室温23度。温度压力测试使用IOMeter进行,测试方法为128KB QD128T1顺序读取,每秒记录。利用HWiNFO64监控温度变化。在连续满载超过30分钟之后,三星980的闪存温度传感器读数为70度,距离82度限制尚有很大距离,未触及温度上限。测试中主控最高温度111度。

IOMeter记录的读取速度数据也表明,测试过程中没有过热限速事件发生。

从测试来看,三星980的温度控制表现非常出色。根据三星的资料,主控表面的镀镍层能够将主控温度降低5度左右。位于PCB背面的复合材质标签则能起到散热片的作用,重点为NAND闪存散热。

除了优秀的散热效能,三星还改进了温度控制算法,在动态过热保护启动的状态下,三星980能够提供比970EVO更稳定的读取性能。写入方面,由于TurboWrite缓存容量的增大,三星980能在缓存用尽前写入更多的数据,并在后续写入过程中具备更低的工作温度(-50%)。

基准测试4:HMB影响测试

三星980使用了DRAMLess无缓存设计,同时支持HMB主机内存缓冲功能,最多可利用64MB的主机内存空间存放闪存映射表,从而提高SSD的随机存取性能。

HMB是从NVMe 1.2协议开始引入的一项功能,目前已经得到Windows、Linux等主流操作系统的支持。虽然980是三星首款采用HMB技术的固态硬盘,但这项技术已经在长期应用中得到了大量验证,可靠性兼容性都得到了充分保障。

通过 nvme-hmb工具可以识别到三星980固件支持16MB到64MB容量的HMB主机共享缓存。而64MB也是微软stornvme驱动支持的HMB容量上限。

通过在IOMeter中采用不同的测试范围并进行4KB QD1随机读取,可以探测出三星980通过HMB能够直接管理的闪存容量是64GB。超出后就需要同闪存中存储的完整FTL表进行交换,进而影响随机存取性能。

这是没有外置DRAM缓存的天然限制,HMB也无法完全弥补,或许这是三星980无法获得EVO后缀的一个原因。由于使用了3D TLC而非3D QLC闪存,所以它也不会成为980QVO。

进阶测试

进阶测试项目1:节能和全功率模式

NVMe固态硬盘支持APST自动电源状态转换和PCIE ASPM链路节能两种省电功能。在电脑系统中固态硬盘所占的功耗并不高,引入诸多节能功能主要是为了尽可能地延长笔记本电脑电池续航时间,以及在被动散热条件下尽可能降低待机温度,从而为突发读写活动提供充裕的温度上升空间,尽可能减少过热限速现象。下图是Windows 10不同电源计划中有关APST的预设,包括空闲超时和延迟约束两部分,前者决定空闲时段超过一定时长后就可以让NVMe固态硬盘进入PS省电状态,后者则决定能进入的PS状态深度。

通过smartmontools查询结果我们可以知道,三星980具备5种电源状态,其中PS1节能状态的进入和退出延迟预设都是0,这意味着即便在Windows中选择高性能电源计划,三星980依然会在空闲时自动进入PS1节能状态;在平衡电源计划下,三星980更是会在空闲时自动进入最深度的PS4节能状态,会对突发读写性能产生非常一定影响。

对于普遍配备M.2散热片的台式电脑来说,省电功能是不必要的,彻底禁用他们可以让NVMe固态硬盘始终提供最佳性能。三星的数据是全功率模式可以令三星980的PCMark 10成绩提升5%左右。

三星将在本月内推出6.3版本的Magician工具箱,增加全功率模式功能。不过PCEVA在日常评测中默认是关闭所有节能选项的,等效于全功率模式。通过对比可以发现,关闭节能后在PCMark 10完整系统盘基准测试中成绩可提升2%到3%。

PCMark 8存储性能测试,APST的影响大约在3%,ASPM几乎没有影响。

我们建议在笔记本电脑上保持默认设置使用,在台式机上配合M.2散热片使用时可选择打开“全功率模式”。

进阶测试项目2:数据迁移软件

不同于新版工具箱和全功率模式需要等待,下面提到的系统迁移功能是当前就可使用的。从三星SSD官网下载Data Migration软件并安装,可将当前系统盘迁移至新增的三星980固态硬盘当中。

小编利用UEFI引导的系统盘进行了测试,点击“开始”按钮,软件会提示将已经打开的其他软件尽可能关闭,数据迁移完成后电脑会在20秒后自动关机。这里之所以要用“迁移”而不是“克隆”,是因为接下来再次手动开机时原有系统盘的启动项就会从引导菜单中消失。进入系统后打开磁盘管理可以发现原有系统盘已经因磁盘签名冲突而自动脱机。

Data Migration只能将其他SSD中的系统迁移到三星固态硬盘,反之则不支持,所以这是一个单向的“迁移”操作。可以借助PartedMagic等软件对原有系统盘的分区进行处理,从而重新对其利用。

进阶测试项目3:SLC缓存测试

三星980采用了增强智能TurboWrite 2.0技术,SLC写入缓存容量相比970EVO最高提升5.6倍(500GB型号)。对于本次测试的980 1TB来说,空盘状态下它拥有大约160GB写入缓存。由于测试区块大小等多方面原因,HD Tach测试中的读写速度不准确,但缓存容量大体是体现出来了。

接下来通过PartedMagic对三星980进行安全擦除,重新建立分区并格式化。利用IOMeter向盘内填充466GB的不可压缩数据,经过充分的空闲休息之后利用HDTune进行文件基准测试,首次测试测得可用SLC缓存容量约30GB。

以上测试说明980 1TB的160GB智能缓存并不会在空闲时进行释放,这不仅仅是出于耐用性方面的考虑,超大容量的缓存释放需要较长的时间,而释放过程会影响SSD使用性能。三星980 1TB的OP容量为93GB,按照3:1比例,正好对应31GB的SLC缓存容量。也就是说首次HDTune文件基准测试,首先写入的是OP预留空间里的位置。

在第一次HDTune文件基准测试结束后,充分闲置让SSD有时间执行后台维护任务。之后进行的第二次HDTune文件基准测试结果显示,三星980 1TB的可用SLC写入缓存容量提升到超过60GB。

同样的方式执行第三次HDTune文件基准测试,可用SLC写入缓存容量提升至超过90GB。

在此之后SLC缓存的容量就不再变化。在50%盘内空间使用率条件下能提供这样容量的SLC缓存空间可以说是非常充裕的。

接下来进行CrystalDiskMark测试,可以看到此时要比空盘时的成绩略有下滑。

不过当第二次重复测试,或者重启一下电脑后首次测试时,得到的就是和空盘时完全一样的成绩:

这两份测试成绩体现的是HMB主机内存缓冲功能的作用,由于微软的限制目前HMB只能为DRAMLess NVMe SSD提供64MB容量的共享缓存,对应64GB的闪存空间。第一次CrystalDiskMark测试时HMB缓存中存储了HDTune测试中使用的对应其他闪存位置的FTL,所以CrystalDiskMark成绩较低。而电脑重启后HMB缓存将会清空,在CrystalDiskMark的测试准备阶段会首先写入数据建立测试文件,这个过程中对应闪存位置的FTL被存储到HMB缓存中,所以第二次CrystalDiskMark能够发挥出和空盘时相同的高性能。

由于HMB能够管理至多64GB的闪存空间,在50%盘内空间使用率条件下,PCMark 8存储测试能够获得和空盘时一样的5119分。

这个成绩已经超越了拥有DRAM缓存的三星980PRO(同平台测试),这是因为三星980不会积极执行空闲时段缓存释放,PCMark 8在测试开始前写入到盘内的测试文件经过程序预设的30秒空闲之后依然是以SLC形态存储在NAND闪存当中,读取延迟比TLC形态更低,性能更强。980用SLC Cache打980PRO的TLC,自然能够获胜。如果不是因为HMB缓存的效率不如物理缓存的原因,三星980的成绩还会更高一些。

PCMark 10完整系统盘基准测试的测试结果依然支持三星980在半盘条件下具备和空盘时一样的超高使用性能。

这里特别要说明,已经买了980PRO的小伙伴不必灰心,DRAM缓存和PCIe 4.0卖不了吃亏卖不了上当,980PRO的综合性能肯定是比980更强的。只不过980在执行个别重复性工作时可以利用SLC缓存获取一些不对称优势。

进阶测试项目4:4KB QD32随机写入离散度测试

无文件系统下使用IOMeter进行128K QD32持续写入1小时。 160GB容量的SLC缓存用尽之后,写入速度从不足500MB/s开始分阶段逐渐提升,测试结束时已恢复到970MB/s左右。

结束后空闲15分钟,然后改用4K QD32随机写入10000秒并每秒记录。从第一次尝试的5000到后来重新填盘并翻倍加码到10000秒,我们似乎仍未见到三星980彻底进入稳定态。

这颗三星PABLO主控确实很强,但面对DRAMLess无外置DRAM缓存和动态SLC缓存两大不利因素,其离散度表现自然没办法做到出色。这也使我们必须认清980并非旗舰级产品的现实,尽管在家用日常应用情景中表现出色,但它并不适合重负载写入应用。

进阶测试项目5:PCMARK 8扩展存储测试之性能一致性部分(稳定态家用环境性能)

这个测试主要是给家用最恶劣环境下的性能参考(全盘不留任何剩余空间,禁用了Windows文件系统缓存跑纯RAW模式)。

不同主控固件有着不同的优化方向,三星980确实不适合重负载应用,这类工作还是交给980PRO来做吧。

总结

在手机领域,青春版意味着大众能够接受的价格、相比旗舰机型更高的性价比,虽然在性能上和旗舰机型会有一些差距,一些功能特性不可避免地需要做减法,但用户体验的并未缩水。

本次评测的三星980固态硬盘没有采用旗舰980PRO所采用的最新PCIe 4.0接口,但主控采用全新设计,支持NVMe 1.4协议、闪存使用和980PRO同款的新一代1xx层堆叠V-NAND闪存,利用1200MT高速闪存接口实现了PCIe 3.0接口下的全速读写(3500/3000 MB/s)。三星在980中首次使用改进后的TurboWrite算法,实现了动态SLC缓存。多重优化的热传导特性使得三星980能够很好地适应散热条件恶劣的笔记本电脑环境,而对于拥有M.2散热片的台式机用户,三星提供了“全功率模式”允许其释放全部性能潜力。

总的来说,小编在三星980测试过程中的心情是非常愉悦的,相信大家如果将其用在办公、家用或游戏娱乐方面的话会有一个十分不错的体验。