长江存储PC41Q固态硬盘的功耗及电压测试

1、简介

作为长江存储进军商用消费级PC市场的首款QLC固态硬盘力作，PC41Q搭载了先进的第四代三维闪存芯片，并配备了PCIeGen4×4高速接口，官方数据显示其最大顺序读取速度高达5700MB/s。从技术规格来看，PC41Q无疑定位于主流市场。这款产品采用了HMB（HostMemory Buffer）技术，实现了无独立缓存的设计。上篇文章，我们测试了PC41Q的性能。本篇文章，我们将从功耗和协议的角度，深入探讨这款SSD的表现。

2、外观和架构

长江存储PC41Q的结构设计在轻薄设计、性能、功耗、散热和兼容性方面都展现出了明显的优势。

1. 单面PCB设计：PC41Q采用单面PCB设计，背面没有任何元件，这种设计使得SSD非常薄，适合空间受限的设备如轻薄笔记本和迷你主机。这种设计也有助于降低发热量，增强散热能力。

2. 无缓存设计（DRAMLess方案）：PC41Q没有配备独立DRAM缓存芯片，这有助于降低成本并减少功耗，同时节约用户成本。

3. 高性能与低功耗：PC41Q在顺序读取速度上可以达到5700MB/s，但在PS4模式下仅有2mW的功耗，表现出色，动静皆优。

4. 散热设计：主控芯片采用镀镍设计，有助于提高散热效率。大面积的PCB敷铜走线不仅提高信号传输稳定性，也起到辅助散热的效果。

5. 兼容性与适用性：提供M.2 2242和2280两种板型设计，适用于不同的使用空间，不仅适用于台式机，在空间狭小的笔记本及一体机等设备上也可以轻松安装。

6. 耐久度：PC41Q 1TB的整体耐久度达到300TBW，平均无故障时长高达200万小时。

3、产品规格

4、测试平台

CPU: 13th Gen Intel(R)Core(TM) i7-13700k

Motherboard: ASUSTeKCOMPUTER INC. PRIME Z790-P

Memory: 2 * 16G LexarDDR5-6000

System: MicrosoftWindows 11 Pro

Hard Driver:

系统盘Lenovo_SSD_SL700_240G

数据盘YMTC PC41Q 1TB

测试套件: 鸾起科技SSD专业测试套件eBird

CrystalDiskInfo信息查询：

5、技术解析

Xtacking技术是长江存储（YMTC）研发的一项革命性3DNAND闪存设计。该技术的创新之处在于，它将NAND闪存的存储单元阵列与CMOS控制电路分别在两个独立的晶圆上制造。通过运用金属互联通道（VIAs）技术，这两个晶圆被精确地结合，形成一个高性能的存储单元。这种创新设计不仅极大提升了数据传输速率和存储单元的密度，还优化了研发流程，显著缩短了产品从设计到量产的周期。

6、测试工具—eBird

eBird是鸾起科技开发的SSD专业测试工具，提供全面的测试方案，覆盖从NVMe协议到系统应用级别。它适用于SSD研发、生产和企业验收阶段，整合了产品经验和常见问题，形成测试用例。

这款设备支持多端口独立测试，兼容Windows、Linux和国产操作系统，模拟实际应用环境，确保测试结果的准确性。eBird还能模拟各种掉电情况和盘状态组合，支持填盘和数据校验，确保测试全面性。

此外，eBird提供多种测试框架和接口，包括NVMe协议、应用层、整机掉电、PCIe Link和开发层级测试。它还包含协议覆盖测试、PCIe Link测试套件、NVMe应用测试、功耗测量套件和Trace打印功能，可以帮助对SSD进行深度评测。

8、功耗及电压测试

8.1 PCIe的L0s/L1s功耗测试

L0s和L1是PCIe电源管理中定义的两种链路状态，它们的全称如下：

1. L0s（L0Standby）：这是PCIe链路的低功耗状态之一，也称为L0待机状态。L0s允许PCIe设备在不传输数据时进入低功耗模式，同时能够快速恢复到全速工作状态L0。这种状态是单向的，意味着链路的一个方向可以独立于另一个方向进入L0s状态。

2. L1（L1ASPM）：这是PCIe链路的另一个低功耗状态，比L0s更加节能，但进入和退出L0状态的延时更长。L1状态是可选的，并且要求PCIe链路的两个方向都需要进入L1状态。在L1状态下，设备可以关闭一些电源以减少能耗，但仍然保持相对快速的恢复到L0状态的能力。

这两种状态是PCIe主动状态电源管理（ASPM）的一部分，旨在在设备不活跃时减少能耗，同时保持快速响应能力。

PC41Q在不同data pattern的低负载随机读写条件下，功耗表现都很优秀。

8.1.1 L0s状态下的读写功耗、电压及性能测试

8.1.1.1 L0s_R70W30_Rand_4K

8.1.1.2 L0s_Read_Rand_4k

8.1.1.3 L0s_Write_Seq_4k

8.1.2 L1状态下的读写功耗、电压及性能测试

8.1.2.1 L1_R70W30_Rand_512

8.1.2.2 L1_Read_Rand_8k

8.1.2.3 L1_Write_Seq_16k

8.2 NVMe的PS0~PS4功耗测试

SSD中的PS0到PS4是NVMe规范中定义的电源状态，它们分别代表不同的功耗和性能级别。

8.2.1 PS0状态下的功耗、电压和性能测试

PS0（Power State 0）：全速状态，这是NVMe设备的最高性能状态，设备在此状态下可以提供最大的IOPS和吞吐量。

8.2.1.1PS0_R70W30_Rand_4k

8.2.1.2 PS0_Read_Rand_4k

8.2.1.3 PS0_Write_Seq_4k

8.2.2 PS1状态下的功耗、电压和性能测试

PS1（Power State 1）：低功耗状态，比PS0状态消耗的功率低，但性能也相应降低。PS1状态通常用于设备不需要全速运行时，以减少能耗。

8.2.2.1 PS1_R70W30_Rand_512

8.2.2.2 PS1_Read_Rand_8k

8.2.2.3PS1_Write_Rand_8k

8.2.3 PS2状态下的功耗、电压和性能测试

PS2（Power State 2）：更低功耗状态，比PS1状态的功耗更低，性能也进一步降低。PS2状态适用于设备长时间不活跃时，以进一步节省能源。

8.2.3.1 PS2_R70W30_Rand_4k

8.2.3.2 PS2_Read_Rand_8k

8.2.3.3 PS2_Write_Rand_512

8.2.4 PS3状态下的功耗、电压和性能测试

PS3（Power State 3）：非操作状态，设备在此状态下不消耗功率，但需要更长的时间来恢复到工作状态。PS3状态是一种深度睡眠状态，适用于设备预期长时间不被访问的情况。

8.2.4.1 PS3_R70W30_Rand_4k

8.2.4.2 PS3_Read_Rand_4k

8.2.4.3 PS3_Wirte_Rand_4k

8.2.5 PS4状态下的功耗、电压和性能测试

PS4（Power State 4）：深度非操作状态，比PS3状态的功耗更低，但恢复到工作状态的时间也更长。PS4状态是NVMe设备最深的电源状态，通常用于设备预期长时间不使用的情况。

8.2.5.1 PS4_R70W30_Rand_512

8.2.5.2 PS4_Read_Rand_8k

8.2.5.3 PS4_Write_Rand_8k

8.3 电压测试

在SSD的测试中，电压稳定性测试是至关重要的，尤其是在不同的读写场景下。这项测试确保SSD在正常工作电压范围内能够稳定运行，提高产品质量和可靠性。

SSD对电压稳定性的要求较高，电压异常可能导致数据丢失或设备损坏。因此，对SSD进行电压拉偏测试，可以模拟SSD在使用过程中可能遇到的电压异常情况，评估其对电压波动的稳定性和适应能力。通过此测试，可以发现SSD在电压异常情况下的响应和恢复能力，为保证其在实际应用中的稳定性提供参考。

此外，电压稳定性测试还包括在不同温度和电压水平下进行的四象限测试，以验证SSD在极端工作条件下的性能和寿命。这些测试结果对于确保SSD在各种操作条件下的可靠性至关重要。

8.3.1 Voltage_10minus_R70W30_Rand_4k

8.3.2 Voltage_10minus_Read_Rand_4k

8.3.3 Voltage_10minus_Wirte_Rand_4k

8.3.4 Voltage_10plus_R70W30_Rand_512

8.3.5 Voltage_10plus_Read_Rand_8k

8.3.6 Voltage_10plus_Write_Rand_8k

10、结语

长江存储PC41Q SSD，搭载QLC闪存颗粒并采用无缓存设计，这一创新不仅有效降低了成本，也显著提升了功耗效率。在包括媒体播放和游戏加载在内的多样化应用场景中，PC41Q展现出卓越的功耗管理能力，无需额外散热措施即可保持稳定运行，尤其适宜于空间受限的设备，如笔记本电脑和迷你主机，其低功耗特性显著增强了消费设备的续航能力。

在电压稳定性方面，PC41Q SSD同样表现不俗。即使面临高负载挑战，它仍能保持电压的稳定，确保数据传输的可靠性和SSD的持久耐用，这对于需要长时间连续运行的应用场景至关重要。

测试结果进一步证实，PC41Q在同类QLC SSD中性能卓越，足以满足日常办公和娱乐的需求。综合来看，长江存储PC41Q SSD在功耗和电压测试中的表现超出预期，它在成本效益、性能表现和稳定性方面实现了理想的平衡。基于其出色的性价比和可靠性，预计PC41Q将在笔记本电脑和主机等OEM产品领域获得更广泛的应用。