近日我們收到了三星提供的型號為980的固態硬盤。這款產品采用DRAMLess方案,使用充分發揮NVMe協議的HMB技術并適當降低硬件成本,是一種很合理的選擇。

980這個型號看起來不同三星以往的慣例。熟悉三星固態硬盤的朋友應該都對它的型號后綴有所了解:旗艦PRO系列、高端EVO系列,以及QLC閃存專屬的QVO系列。而980的特殊之處在于它沒有任何后綴。通過外包裝大家應該能夠看到,980是一款DRAMLess無外置緩存設計的PCIe 3.0 NVMe M.2固態硬盤。

作為三星第一款PCIE3.0接口無外置緩存方案的SSD,980同旗艦級980PRO一樣提供5年質保,耐用性指標也完全相同。

在PCB的背面,980同樣采用了具有散熱片效果的多層復合材料制成的標簽,有助于降低閃存溫度,減少過熱限速情況的發生。

揭開三星980 1TB的正面標簽可以看到它使用了一顆主控+一顆NAND閃存的極簡布局。這顆代號PABLO的S4LR033主控可能為四通道設計,也曾出現在三星T7移動固態硬盤當中,不同的是在三星980上搭配了更新的第六代1xx層堆疊V-NAND閃存(3D TLC類型),相比第五代V-NAND,堆疊層數增加40%,讀取延遲降低10%以上,寫入延遲降低10%以上,功耗降低15%。

閃存編號K9DVGY8J5BDCK0,也曾出現在今年初問世的三星870EVO當中,單die容量512Gb,16die封裝,總容量1TB,存儲密度非常高。16die封裝的成本是相對較高的,不過三星這樣做有自己的理由:單顆NAND閃存可以充分拉開同主控之間的距離,避免受主控熱量影響而過熱。

測試平臺及信息識別

測試平臺:

CPU:Intel Core i9 9900K @5.0GHz(所有CPU節能特性關閉)

主板:技嘉Z390 AORUS PRO WIFI

內存:HyperX Fury DDR4 3200MHz 16GB

硬盤:浦科特M6PRO 128GB(系統盤)

三星980 1TB(FW:1B4QFXO7)

系統:Windows 10 LTSB

驅動:系統默認stornvme

設置:除特別說明以外,關閉ASPM及APST節能

CrystalDiskInfo信息識別:

CrystalDiskInfo(CDI)是通用的固態硬盤SMART信息檢測工具,三星980PRO具備和其他NVMe固態硬盤相同的SMART定義,簡單的信息識別可以無需借助三星Magician工具箱軟件。

三星980的主控支持NVMe 1.4協議,比980PRO的1.3c還要新。雖然是DRAMLess無外置DRAM緩存設計,但主控內集成有一定容量的SRAM緩存,所以依然具備寫入緩存功能,不會對寫入壽命產生任何不利影響,同等容量型號的TBW指標和980PRO持平。

對于寫入耐久度指標,三星采用的是行業規范的JESD218標準,寫入量統計的是主機寫入總量,而非閃存寫入量,所以不能直接同閃存擦寫(PE)次數掛鉤。

Smartmontools信息識別:

Smartmontools是一個開源工具軟件,可以識別NVMe固態硬盤的溫度限制信息以及APST預設,這些信息同NVMe固態硬盤的節能及熱管理策略有關,下文中會有進一步的解讀和測試。

NVMe在發展的過程中不斷加入各種先進節能和熱管理特性,通過smartmontools和AIDA64對三星980的識別結果整理如下。

三星將在3月份推出Magician工具箱的6.3版本,除了支持三星980之外還將增加“全功率模式”,可在散熱條件允許的情況下釋放NVMe SSD的全部性能。我們進行評測期間6.3工具箱尚未推出,不過在擴展測試中我們將通過修改注冊表的方式手動模擬全功率模式功能,并測定其效果。

基準測試

基準測試1:理論帶寬測試

在測試之前首先來對比一下當前常見的DRAMLess無外置緩存NVMe固態硬盤的理論性能,數據來源為各自官網。不難看出,三星980的性能規格是最高的,不僅超脫于主流NVMe SSD之外,更是追上了不少帶有DRAM緩存的PCIe 3.0接口高端旗艦型號。

三星980的性能指標是以IOMeter 1.1進行測試的,為了測試方便,多數朋友會用CrystalDiskMark來檢驗。我們需要使用CrystalDiskMark,并對測試參數進行一些修改,順序讀寫的隊列深度加大到128,4K隨機讀寫修改為Q32T16,即可得到以下成績:順序讀取3573.6MB/s,順序寫入2992.5MB/s,基本達到官標3500/3000 MB/s性能指標。

4K隊列隨機讀寫帶寬換算后相當于514450/474700 IOPS,基本達到官標的500K/480K IOPS指標。4K單線程隨機讀寫帶寬換算后相當于18633/69950 IOPS,超過官標的17K/54K IOPS指標。

基準測試2:PCMark 8測試

三星980在PCMark 8存儲性能測試中獲得5199分,這一成績甚至超越了PCIe 4.0接口的980PRO(無論是在AMD還是Intel平臺下)。EVO系列在性能測試中超越PRO系列的一幕似乎在這里重演了,其中的關鍵自然是SLC緩存算法的變化,后續會有具體分析。

接下來依然是DRAMLess無外置緩存NVMe SSD的橫向對比,以下對比數據均源自PCEVA評測室,系相同測試平臺下測得,均為1TB容量。

三星980依然是鶴立雞群的存在。畢竟連自家大哥980PRO都被打敗了,在這種對比中自然是毫無懸念地橫掃對手,其他主控完全不可能有贏的機會。

基準測試3:PCMark 10完整系統盤基準

PCMark 10完整系統盤基準針對當代最新固態硬盤的廣泛測試,涵蓋了系統開機啟動、Adobe設計套件應用、Office辦公套件應用、圖片/ISO文件拷貝復制、多個游戲加載過程等測試內容。測試需要至少80GB的硬盤空間,單次測試產生的寫入量達到204GB,復雜度超過了PCMark 8存儲測試。在該測試中三星980同樣超越了全平臺下的三星980PRO測試成績。

由于慧榮SM2263XT 1TB的數據暫缺,這次我們加入一個跨級選手——鎧俠RD10 1TB(定制版群聯PS5012-E12S主控,有DRAM緩存),結果三星980依然輕松戰勝全部對手。

從上邊兩個PCMark實用性能測試來看,三星980都發揮出了超越普通PCIe 3.0旗艦級NVMe固態硬盤的性能,這也使得我們很難通過這些測試給出它的定位。

基準測試4:溫度壓力測試

三星980具備兩個溫度傳感器,Drive Temperature溫度數據來自閃存顆粒,也是CrystalDiskInfo和工具箱軟件直接展示的溫度。Drive Temperature 2第二溫度需要使用HWiNFO64等軟件讀取,它是主控的溫度數據。

多數情況下主控溫度都比閃存溫度更高,但與此同時,主控也比閃存更能耐受高溫。三星980的82度溫控閾值是針對閃存溫度而設的,主控則能承受高于100度的高溫。三星980使用單顆NAND閃存顆粒,閃存與主控充分拉開間距,有利于減少主控發熱對閃存的影響,降低過熱限速的發生幾率。

本測試在關閉一切SSD節能特性、無主動散熱措施的條件下進行,測試時室溫23度。溫度壓力測試使用IOMeter進行,測試方法為128KB QD128T1順序讀取,每秒記錄。利用HWiNFO64監控溫度變化。在連續滿載超過30分鐘之后,三星980的閃存溫度傳感器讀數為70度,距離82度限制尚有很大距離,未觸及溫度上限。測試中主控最高溫度111度。

IOMeter記錄的讀取速度數據也表明,測試過程中沒有過熱限速事件發生。

從測試來看,三星980的溫度控制表現非常出色。根據三星的資料,主控表面的鍍鎳層能夠將主控溫度降低5度左右。位于PCB背面的復合材質標簽則能起到散熱片的作用,重點為NAND閃存散熱。

除了優秀的散熱效能,三星還改進了溫度控制算法,在動態過熱保護啟動的狀態下,三星980能夠提供比970EVO更穩定的讀取性能。寫入方面,由于TurboWrite緩存容量的增大,三星980能在緩存用盡前寫入更多的數據,并在后續寫入過程中具備更低的工作溫度(-50%)。

基準測試4:HMB影響測試

三星980使用了DRAMLess無緩存設計,同時支持HMB主機內存緩沖功能,最多可利用64MB的主機內存空間存放閃存映射表,從而提高SSD的隨機存取性能。

HMB是從NVMe 1.2協議開始引入的一項功能,目前已經得到Windows、Linux等主流操作系統的支持。雖然980是三星首款采用HMB技術的固態硬盤,但這項技術已經在長期應用中得到了大量驗證,可靠性兼容性都得到了充分保障。

通過 nvme-hmb工具可以識別到三星980固件支持16MB到64MB容量的HMB主機共享緩存。而64MB也是微軟stornvme驅動支持的HMB容量上限。

通過在IOMeter中采用不同的測試范圍并進行4KB QD1隨機讀取,可以探測出三星980通過HMB能夠直接管理的閃存容量是64GB。超出后就需要同閃存中存儲的完整FTL表進行交換,進而影響隨機存取性能。

這是沒有外置DRAM緩存的天然限制,HMB也無法完全彌補,或許這是三星980無法獲得EVO后綴的一個原因。由于使用了3D TLC而非3D QLC閃存,所以它也不會成為980QVO。

進階測試

進階測試項目1:節能和全功率模式

NVMe固態硬盤支持APST自動電源狀態轉換和PCIE ASPM鏈路節能兩種省電功能。在電腦系統中固態硬盤所占的功耗并不高,引入諸多節能功能主要是為了盡可能地延長筆記本電腦電池續航時間,以及在被動散熱條件下盡可能降低待機溫度,從而為突發讀寫活動提供充裕的溫度上升空間,盡可能減少過熱限速現象。下圖是Windows 10不同電源計劃中有關APST的預設,包括空閑超時和延遲約束兩部分,前者決定空閑時段超過一定時長后就可以讓NVMe固態硬盤進入PS省電狀態,后者則決定能進入的PS狀態深度。

通過smartmontools查詢結果我們可以知道,三星980具備5種電源狀態,其中PS1節能狀態的進入和退出延遲預設都是0,這意味著即便在Windows中選擇高性能電源計劃,三星980依然會在空閑時自動進入PS1節能狀態;在平衡電源計劃下,三星980更是會在空閑時自動進入最深度的PS4節能狀態,會對突發讀寫性能產生非常一定影響。

對于普遍配備M.2散熱片的臺式電腦來說,省電功能是不必要的,徹底禁用他們可以讓NVMe固態硬盤始終提供最佳性能。三星的數據是全功率模式可以令三星980的PCMark 10成績提升5%左右。

三星將在本月內推出6.3版本的Magician工具箱,增加全功率模式功能。不過PCEVA在日常評測中默認是關閉所有節能選項的,等效于全功率模式。通過對比可以發現,關閉節能后在PCMark 10完整系統盤基準測試中成績可提升2%到3%。

PCMark 8存儲性能測試,APST的影響大約在3%,ASPM幾乎沒有影響。

我們建議在筆記本電腦上保持默認設置使用,在臺式機上配合M.2散熱片使用時可選擇打開“全功率模式”。

進階測試項目2:數據遷移軟件

不同于新版工具箱和全功率模式需要等待,下面提到的系統遷移功能是當前就可使用的。從三星SSD官網下載Data Migration軟件并安裝,可將當前系統盤遷移至新增的三星980固態硬盤當中。

小編利用UEFI引導的系統盤進行了測試,點擊“開始”按鈕,軟件會提示將已經打開的其他軟件盡可能關閉,數據遷移完成后電腦會在20秒后自動關機。這里之所以要用“遷移”而不是“克隆”,是因為接下來再次手動開機時原有系統盤的啟動項就會從引導菜單中消失。進入系統后打開磁盤管理可以發現原有系統盤已經因磁盤簽名沖突而自動脫機。

Data Migration只能將其他SSD中的系統遷移到三星固態硬盤,反之則不支持,所以這是一個單向的“遷移”操作。可以借助PartedMagic等軟件對原有系統盤的分區進行處理,從而重新對其利用。

進階測試項目3:SLC緩存測試

三星980采用了增強智能TurboWrite 2.0技術,SLC寫入緩存容量相比970EVO最高提升5.6倍(500GB型號)。對于本次測試的980 1TB來說,空盤狀態下它擁有大約160GB寫入緩存。由于測試區塊大小等多方面原因,HD Tach測試中的讀寫速度不準確,但緩存容量大體是體現出來了。

接下來通過PartedMagic對三星980進行安全擦除,重新建立分區并格式化。利用IOMeter向盤內填充466GB的不可壓縮數據,經過充分的空閑休息之后利用HDTune進行文件基準測試,首次測試測得可用SLC緩存容量約30GB。

以上測試說明980 1TB的160GB智能緩存并不會在空閑時進行釋放,這不僅僅是出于耐用性方面的考慮,超大容量的緩存釋放需要較長的時間,而釋放過程會影響SSD使用性能。三星980 1TB的OP容量為93GB,按照3:1比例,正好對應31GB的SLC緩存容量。也就是說首次HDTune文件基準測試,首先寫入的是OP預留空間里的位置。

在第一次HDTune文件基準測試結束后,充分閑置讓SSD有時間執行后臺維護任務。之后進行的第二次HDTune文件基準測試結果顯示,三星980 1TB的可用SLC寫入緩存容量提升到超過60GB。

同樣的方式執行第三次HDTune文件基準測試,可用SLC寫入緩存容量提升至超過90GB。

在此之后SLC緩存的容量就不再變化。在50%盤內空間使用率條件下能提供這樣容量的SLC緩存空間可以說是非常充裕的。

接下來進行CrystalDiskMark測試,可以看到此時要比空盤時的成績略有下滑。

不過當第二次重復測試,或者重啟一下電腦后首次測試時,得到的就是和空盤時完全一樣的成績:

這兩份測試成績體現的是HMB主機內存緩沖功能的作用,由于微軟的限制目前HMB只能為DRAMLess NVMe SSD提供64MB容量的共享緩存,對應64GB的閃存空間。第一次CrystalDiskMark測試時HMB緩存中存儲了HDTune測試中使用的對應其他閃存位置的FTL,所以CrystalDiskMark成績較低。而電腦重啟后HMB緩存將會清空,在CrystalDiskMark的測試準備階段會首先寫入數據建立測試文件,這個過程中對應閃存位置的FTL被存儲到HMB緩存中,所以第二次CrystalDiskMark能夠發揮出和空盤時相同的高性能。

由于HMB能夠管理至多64GB的閃存空間,在50%盤內空間使用率條件下,PCMark 8存儲測試能夠獲得和空盤時一樣的5119分。

這個成績已經超越了擁有DRAM緩存的三星980PRO(同平臺測試),這是因為三星980不會積極執行空閑時段緩存釋放,PCMark 8在測試開始前寫入到盤內的測試文件經過程序預設的30秒空閑之后依然是以SLC形態存儲在NAND閃存當中,讀取延遲比TLC形態更低,性能更強。980用SLC Cache打980PRO的TLC,自然能夠獲勝。如果不是因為HMB緩存的效率不如物理緩存的原因,三星980的成績還會更高一些。

PCMark 10完整系統盤基準測試的測試結果依然支持三星980在半盤條件下具備和空盤時一樣的超高使用性能。

這里特別要說明,已經買了980PRO的小伙伴不必灰心,DRAM緩存和PCIe 4.0賣不了吃虧賣不了上當,980PRO的綜合性能肯定是比980更強的。只不過980在執行個別重復性工作時可以利用SLC緩存獲取一些不對稱優勢。

進階測試項目4:4KB QD32隨機寫入離散度測試

無文件系統下使用IOMeter進行128K QD32持續寫入1小時。 160GB容量的SLC緩存用盡之后,寫入速度從不足500MB/s開始分階段逐漸提升,測試結束時已恢復到970MB/s左右。

結束后空閑15分鐘,然后改用4K QD32隨機寫入10000秒并每秒記錄。從第一次嘗試的5000到后來重新填盤并翻倍加碼到10000秒,我們似乎仍未見到三星980徹底進入穩定態。

這顆三星PABLO主控確實很強,但面對DRAMLess無外置DRAM緩存和動態SLC緩存兩大不利因素,其離散度表現自然沒辦法做到出色。這也使我們必須認清980并非旗艦級產品的現實,盡管在家用日常應用情景中表現出色,但它并不適合重負載寫入應用。

進階測試項目5:PCMARK 8擴展存儲測試之性能一致性部分(穩定態家用環境性能)

這個測試主要是給家用最惡劣環境下的性能參考(全盤不留任何剩余空間,禁用了Windows文件系統緩存跑純RAW模式)。

不同主控固件有著不同的優化方向,三星980確實不適合重負載應用,這類工作還是交給980PRO來做吧。

總結

在手機領域,青春版意味著大眾能夠接受的價格、相比旗艦機型更高的性價比,雖然在性能上和旗艦機型會有一些差距,一些功能特性不可避免地需要做減法,但用戶體驗的并未縮水。

本次評測的三星980固態硬盤沒有采用旗艦980PRO所采用的最新PCIe 4.0接口,但主控采用全新設計,支持NVMe 1.4協議、閃存使用和980PRO同款的新一代1xx層堆疊V-NAND閃存,利用1200MT高速閃存接口實現了PCIe 3.0接口下的全速讀寫(3500/3000 MB/s)。三星在980中首次使用改進后的TurboWrite算法,實現了動態SLC緩存。多重優化的熱傳導特性使得三星980能夠很好地適應散熱條件惡劣的筆記本電腦環境,而對于擁有M.2散熱片的臺式機用戶,三星提供了“全功率模式”允許其釋放全部性能潛力。

總的來說,小編在三星980測試過程中的心情是非常愉悅的,相信大家如果將其用在辦公、家用或游戲娛樂方面的話會有一個十分不錯的體驗。