有缓存VS无缓存5款PCIe4。0SSD横评

　　根据制造商分类，SSD可以分为原厂（闪存厂商自有品牌）和非原厂（其他模组厂出品）两种。根据DRAM缓存的配置情况，SSD又可以分为DRAMBased（DB有DRAM缓存）和DRAMLess（DL无DRAM缓存）两种。今天为大家带来的是五款PCIe 4.0 1TB SSD横评，DB和DL的性价比大战谁能笑到最后？
　　五款测试产品介绍：
　　五款横评产品中有两款属于DB有缓存方案：三星980 PRO是最早问世的原厂PCIe 4.0 SSD，采用8通道主控搭配三星第六代V-NAND闪存，闪存接口速率1200MT/s。
　　英睿达P5 Plus使用美光8通道旗主控搭配美光176层堆叠3D TLC闪存，是登场最晚的原厂PCIe 4.0 SSD，闪存接口速率1600MT/s，但读取速度却只有不到6800MB/s。
　　DL方案通常使用四通道设计，相比八通道的DB方案的功耗和温度更低。雷克沙NM760使用慧荣SM2269XT主控搭配江波龙封装的美光176层堆叠3D TLC闪存。
　　西数SN770使用闪迪四通道主控搭配112层堆叠BiCS5 3D TLC闪存。
　　致态TiPlus7100上市最晚，也最为特殊，它采用四通道DRAMLess方案，搭配长江存储新一代TLC闪存颗粒，晶栈®Xtacking® 3.0架构带来2400MT/s的高速闪存接口。
　　DL方案由于闪存通道数量较少，性能上往往不占优势，通常是以中端产品的形象出现。而致态TiPlus7100应用下一代2400MT/s闪存I/O接口，弥补了主控闪存通道数量劣势，在性能上同DB方案产品看齐。
　　五款PCIe 4.0 1TB SSD都采用了单面PCB布局，保修5年。
　　接下来的性能测试分成三类：理论性能测试、模拟场景测试、实际应用测试。理论性能测试：
　　理论性能测试1：CrystalDiskMark
　　CrystalDiskMark测试的内容主要是100%顺序读取、100%顺序写入、100% 4K随机读取、100% 4K随机写入四个极限状态的带宽。
　　CrystalDiskMark使用1MB区块Q8T1和128KB区块Q32T1两种方式测量顺序读写速度，英睿达P5 Plus是1MB区块读写更快，而三星980 PRO则是128KB区块读写更快。西数SN770和雷克沙NM760受制于有限的闪存通道数量，未能跑满PCIe 4.0 x4接口的满速。而致态TiPlus7100利用超前的2400MT/s闪存接口，在四通道下实现比八通道竞争对手更快的读写能力。
　　理论性能测试2：缓存容量及缓外写入速度
　　CrystalDiskMark只能测试SLC缓存内的读写性能，大家关心的缓存容量以及缓存外写入速度可以依靠IOMeter在空盘无文件系统条件下测得。
　　在1800秒IOMeter测试的初始阶段可以看到各盘的SLC缓存内写入速度：最快的是致态TiPlus7100 1TB的6030MB/s，其次是三星980 PRO 1TB的5140MB/s、英睿达P5 Plus 1TB的5130MB/s，最后是西数SN770 1TB的4905MB/s和雷克沙NM760 1TB的4528MB/s。
　　空盘条件下SLC写入缓存容量从大到小依次是：西数SN770的360GB、雷克沙NM760的170GB、致态TiPlus7100的160GB、三星980 PRO的120GB和英睿达P5 Plus的100GB。西数SN770因为是全盘SLC策略，缓存用尽后闪存空白块也用完了，直接进入边释放边写入状态（写入速度大约560MB/s）。英睿达P5 Plus虽然不是全盘SLC，但也采取了缓存用尽后直接进入边释放边写入阶段（写入速度大约1365MB/s）。致态TiPlus7100和雷克沙NM760在缓存外都是先经历一段TLC直写过程（速度分别为2070MB/s和1960MB/s）,然后进入边写入边释放过程（速度分别为738MB/s和864MB/s）。三星980 PRO比较特殊，它在写入缓存用完后呈现一个速度缓慢爬坡的过程，最后变成TLC直写。
　　在覆盖完全盘范围之后，所有盘都将进入TLC直写阶段，上图中体现的是完全不受缓存影响的闪存写入能力。三星980 PRO 1TB以2200MB/s排第一，致态TiPlus7100 1TB以2088MB/s紧随其后，雷克沙NM760 1TB以1836MB/s排名第三。英睿达P5 Plus 1TB（1715MB/s）和西数SN770 1TB（1522MB/s）分列第四和第五名。
　　这五款PCIe 4.0 SSD的闪存写入性能相比PCIe 3.0 SSD都有很大的提升。特别是致态TiPlus7100更是以四通道规格实现了八通道旗舰级的写入速度，效能表现尤为突出。
　　理论性能测试3：温度压力测试
　　温度压力测试是本次横评中唯一在被动散热条件下进行的测试项目，其目的是通过满负荷读取考验SSD在不利散热条件下的温控算法。优秀的温控算法应该能够在保障温度不超过安全范围的前提下尽可能地减少对性能的影响。在22度室温条件下通过IOMeter 128KB QD32顺序读取施加压力，HWiNFO64每秒记录温度及速度数据。
　　三星980 PRO的温控逻辑较为清晰，当闪存温度达到82度后读取限速5135MB/s，如果主控温度达到100度，则读取限速进一步收紧到1350MB/s。在温度压力测试的后半段，读取速度基本就是在这两个温度之间来回切换。
　　英睿达P5 Plus的主控虽然通过金属层增强了散热，但温度依然比较高。温度读数达到77度后读取限速1660MB/s，温度降至72度后解除限速，但由于发热量大，全速读取只能持续10秒左右就再次因过热而限速。
　　致态TiPlus7100在温度达到73度后进入限速1（大约5000MB/s），达到75度后进入限速2（大约3758MB/s）。在测试过程中代表闪存温度的温度2最高只有69度。
　　西数SN770在压力测试中主控温度读数最高可以达到90度（红外热成像观测实际有110度），是五款SSD当中最高的，但同时也是最晚进入过热限速状态的（除了完全不会过热限速的雷克沙NM760）。SN770在温度读数达到90时进入限速，速度波动非常频繁，始终将温度读数控制在85度到90度之间。
　　雷克沙NM760是五款SSD当中温度表现最好的一个，在10分钟满载压力测试过程中没有发生过热限速。NM760使用的复合材质标签能够起到增大散热面积的作用，在这里提供了很大的帮助。
　　最后综合对比下五款SSD在10分钟满载读取温度压力测试过程中的速度曲线：
　　按测试全程实际读取的数据量排序，从高到低分别是：雷克沙NM760（2998630MB）、致态TiPlus7100（2620372MB）、三星980 PRO（2549630MB）、西数SN770（2308086MB）、英睿达P5 Plus（1524770MB）。模拟场景测试：
　　和理论性能测试不同，模拟场景测试通过记录-回放原来来评估SSD性能，还原了真实应用程序对硬盘的使用方式，因而具备更高的实用价值。
　　模拟场景测试1：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。PCMark 10最多支持对比四组数据，我们采用了分别截图后再拼接的方式进行展现：
　　PCMark 10完整系统盘基准测试成绩从高到低分别是：致态TiPlus7100 1TB、西数SN770 1TB、英睿达P5 Plus 1TB、三星980 PRO 1TB、雷克沙NM760 1TB。
　　导出详细数据分项对比：在游戏加载性能环节，致态TiPlus7100的表现稳居第一，英睿达P5 Plus屈居第二。
　　Windows启动和Adobe设计软件启动性能对比：致态TiPlus7100继续保持领先地位，三星980 PRO、英睿达P5 Plus和西数SN770则互有胜负，难分高下。
　　办公和设计软件使用过程：致态TiPlus7100总体上依旧保持优势，第二名的争夺在英睿达P5 Plus和西数SN770之间展开。
　　文件拷贝性能：使用全盘SLC策略的西数SN770趁机在写入项目上捞分，作为唯一一款7400MB/s满速PCIe 4.0 SSD，致态TiPlus7100在大文件读取性能上一马当先，但零碎小文件读取则表现欠佳。
　　模拟场景测试2：3DMark存储性能测试
　　3DMark存储基准测试涵盖了战地5、使命召唤15：黑色行动4、守望先锋三款游戏的启动加载过程、在运行守望先锋的同时通过OBS记录1080P游戏视频、从EPIC平台安装天外世界、天外世界游戏进度保存以及将Steam游戏反恐精英：全球攻势从移动硬盘拷贝到系统盘的过程，涵盖了PC游戏玩家所能遇到的方方面面。
　　3DMark存储基准测试成绩从高到低分别是：致态TiPlus7100 1TB、西数SN770 1TB、英睿达P5 Plus 1TB、三星980 PRO 1TB、雷克沙NM760 1TB。
　　分项目对比，致态TiPlus7100在最影响用户体验的游戏加载环节占据首位。写入较多的移动游戏等环节则是西数SN770发挥其全盘SLC策略的大缓存优势，抢到了不少分数，因而能够超越英睿达P5 Plus排在第二位。
　　实际应用测试：
　　模拟场景测试的记录-回放原理要比纯读纯写的理论读写性能测试更贴近实际，然而面对当前SSD普遍使用的持久SLC缓存算法毫无作用，无论读取还是写入都是全程跑在SLC缓存内，未能全面反映SSD在实际使用中的情况（写入可以被缓存，而读取通常只能从TLC状态读出），还是存在很大的局限性。所以在下面的实际应用测试中，我们尽可能地创造符合实际的测试环境，探寻SSD真实性能表现。
　　实际应用测试1：最终幻想14 Benchmark
　　最终幻想14 Benchmark包含了多个游戏场景加载用时测试。首先是有持久SLC缓存影响的情况下，所有数据都处于SLC状态。五款SSD当中，致态TiPlus7100是唯一能跑入7秒内的。
　　接下来通过填盘过50%来迫使SSD释放之前以SLC状态保存的最终幻想14 Benchmark文件数据，并重新进行测试。在排除持久SLC缓存对读取性能的影响之后，致态TiPlus7100依然是最快的。
　　排除SLC缓存影响后的最终幻想14 Benchmark成绩更能体现SSD在实际游戏加载过程中的表现。
　　实际应用测试2：系统盘克隆测试
　　这项测试使用分区助手将320GB容量的系统盘（PCIe 4.0 2TB旗舰级型号）迁移到目标盘，记录用时。
　　由于是空盘测试，采用全盘SLC策略、缓存容量高达360GB的西数SN770占尽优势。其他四款SSD都涉及缓存外写入，致态TiPlus7100以3分20秒夺得第二，三星980PRO、雷克沙NM760和英睿达P5 Plus分列第三四五名。
　　实际应用测试3：文件复制测试
　　这项测试是在事先向盘内填充477GB数据的半盘状态下进行，从PCIe 4.0 2TB源盘拷贝一个200GB文件写入到目标盘内，记录文件复制用时。
　　在半盘状态下五款SSD的可用SLC缓存容量均不足200GB，所以复制后半段都会遇到TLC直写，甚至是边释放边写入（西数SN770）的降速情况。拷贝用时从短到长依次是致态TiPlus7100、雷克沙NM760、三星980 PRO、西数SN770、英睿达P5 Plus。
　　由于没有傲腾作为源盘，SLC缓存内的写入速度在源盘这边其实是存在瓶颈的。这个测试只能作为简单参考，不具备普遍参考价值，仅仅是因为测试方法简单、测试结果直观而被广泛采用。前瞻性测试：
　　Direct Storage硬盘负载模拟测试
　　在当前的游戏架构下，SSD主要影响场景加载，也就是读条阶段的性能。而在游戏过程中，硬盘存取活动很少。下图是对最终幻想14 Benchmark测试过程的硬盘活动记录分析：几个IO活动尖峰出现在场景加载时，存取模式以4K随机读取为主，并且队列深度很低，缺少并发读取，难以充分发挥SSD的潜力。
　　拥有7000MB/s带宽的PCIe 4.0 SSD，4K单线程随机读取只有几十MB/s，同时还会占用大量CPU资源，这样的传输效率自然无法充分发挥SSD的优势。
　　在4K乃至8K游戏时代，高精度纹理贴图的体积将非常大，内存及显存都面临容量不足的问题。微软DirectStorage希望通过将数据读取单元从4KB提高到32KB，改单线程随机读取为多线程、多队列深度随机读取来提高SSD传输效率。让高精度纹理贴图在游戏进行过程中实时加载，并允许由显卡直接处理纹理数据解压。目前Direct Storage API已经基本完善，首个支持Direct Storage的游戏预计将在明年初问世。
　　在这个前瞻性的测试项目中，我们通过IOMeter来测试32KB区块多线程、高队列深度随机读取性能，模拟Direct Storage游戏对硬盘的访问方式。32KB Q128T8随机读取4小时测试结果如下：
　　虽然NVMe协议理论上可以支持64K个队列，每个队列深度可达64K。但实际上相当多的NVMe SSD主控并没有针对多线程QD128随机读取进行充分优化。从现实出发，Direct Storage游戏也需要考虑大众硬件水平，应该会避免让SSD满载以免系统背景读写IO卡顿。预计初期的Direct Storage游戏对硬盘的读写压力应该不会超过32KB QD32T2这种水平：
　　当然，Direct Storage目前还没有实际应用，我们也无法准确预测在未来游戏中全高画质对SSD性能的需求有多高。Direct Storage是从Xbox Velocity Architecture移植到Windows而来，以Xbox Series X内置SSD的性能来看，大多数PCIe 4.0 SSD应该不会有问题。
　　总结：
　　本次测试的五款SSD各有特色，英睿达P5 Plus据猜测是使用7+1P的RAIN冗余而影响了性能并导致主控发热量巨大，但理论上能提供比较好的数据保护能力。雷克沙NM760具备高达1000TBW的写入耐久度指标，复合材质标签的降温效果也不错。西数SN770的单颗粒布局放宽了主控的温度上限。作为最早上市的原厂PCIe 4.0 SSD，三星980 PRO老当益壮，在模拟Direct Storage前瞻性测试中收获不俗的成绩，也说明了其具有扎实的硬件基础。SATURATION概念指引下的长江存储TiPlus7100以晶栈Xtacking 3.0技术为依托，充分发挥2400MT/s高速闪存接口优势，在主流级价位提供7400MB/s满速PCIe 4.0旗舰性能，吹响了抢占性能制高点的号角。