隨著英特爾第12代酷睿的問(wèn)世，NVMe SSD全面進(jìn)入PCIe 4.0時(shí)代，但PCIe 3.0 SSD并沒(méi)有因此失去價(jià)值。在新主控和新閃存技術(shù)反哺之下，PCIe 3.0時(shí)代的經(jīng)典旗艦產(chǎn)品性能得以再進(jìn)一步。
新技術(shù)回饋經(jīng)典產(chǎn)品：
在980PRO問(wèn)世之后，三星又推出了DRAMLess無(wú)緩存方案的980系列，唯獨(dú)不見(jiàn)介于二者之間的980EVO身影。其實(shí)“980EVO”早已降臨市場(chǎng)，它就是新版970EVO Plus：采用了980PRO同系列EPLIS主控、以及同代V6 12x層堆疊TLC閃存。
5月產(chǎn)的為舊版本，6月產(chǎn)的是新版本。背面對(duì)比：帶有SAMSUNG SSD字樣的是新版本。
不過(guò)SSD命名受到產(chǎn)品營(yíng)銷等諸多方面的影響，最終市場(chǎng)沒(méi)有迎來(lái)980EVO，而是新版970EVO Plus從內(nèi)到外的改變。最直觀的就是PHOENIX主控升級(jí)為ELPIS主控。新主控跳過(guò)10nm直接進(jìn)入8nm工藝，一躍成為當(dāng)前工藝制程最先進(jìn)的消費(fèi)級(jí)SSD主控，對(duì)降低發(fā)熱、減少過(guò)熱引發(fā)的限速將有很大幫助。
在24度室溫、關(guān)閉所有節(jié)能特性后，新版970EVO Plus 1TB待機(jī)溫度41度，而老版970EVO Plus 1TB的待機(jī)溫度比新版高出5度左右。這是8nm新工藝帶來(lái)的變化之一。
ELPIS主控也被應(yīng)用在PCIe 4.0旗艦型號(hào)980PRO當(dāng)中，支持更高的128個(gè)IO隊(duì)列，是PHOENIX主控的四倍。新版970EVO Plus中使用的是帶有PCIe 3.0 PHY的ELPIS，除了不支持PCIe 4.0接口外，更智能的SLC緩存算法、更精細(xì)的溫控算法都得到保留，這些也是來(lái)自PCIe 4.0旗艦的技術(shù)紅利。
通過(guò)IOMeter對(duì)新老兩款三星970EVO Plus 1TB進(jìn)行128KB QD32順序讀取滿載壓力測(cè)試，利用HWiNFO64進(jìn)行記錄。通過(guò)這個(gè)測(cè)試可以看到新舊兩版本970EVO Plus在溫控算法上的差異。
分析數(shù)據(jù)結(jié)果可以看到，新版970EVO Plus的滿載溫度比舊版低7度，并且性能更強(qiáng)。在600秒左右的測(cè)試過(guò)程中，新版比舊版多讀取了303060MB的數(shù)據(jù)，平均下來(lái)每秒比舊版快500MB/s以上。
新版970EVO Plus的主控本身發(fā)熱量比舊版小，而且固件中的溫度控制算法更加智能，不會(huì)引發(fā)劇烈的速度波動(dòng)，整體性能明顯優(yōu)于老款。
閃存大容量化的陣痛：
如果說(shuō)新版三星970EVO Plus是全面升級(jí)，肯定會(huì)有很多網(wǎng)友反對(duì)。用512Gb die替換256Gb die導(dǎo)致SLC緩存外寫入速度下滑是新版970EP的最大痛點(diǎn)，而這是閃存大容量化發(fā)展路上的一個(gè)不可避免的陣痛時(shí)期。下圖是新舊兩版本970EVO Plus 1TB的閃存顆粒對(duì)比，左為新版，右為舊版。
一方面，由于主控能夠管理的CE數(shù)量有限，大容量SSD需要使用更大的閃存die。另一方面，更大的閃存die在成本上具有優(yōu)勢(shì)，未來(lái)選擇512Gb die的SSD會(huì)越來(lái)越多。如果同樣使用V6 12x層堆疊3D TLC NAND閃存的新版970EVO Plus無(wú)法和PCIe 4.0旗艦的980PRO充分地拉開價(jià)差，恐怕玩家會(huì)很難接受。
從2020年Tech Insights的一份報(bào)告中可以看到，鎧俠和SK Hynix的512Gb TLC的單位容量成本要比256Gb TLC低不少。當(dāng)時(shí)的三星92層3D TLC是個(gè)例外，512Gb成本和256Gb差不多。不過(guò)大的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是明確的，高密度閃存在增加SSD容量的同時(shí)可以降低每GB容量的價(jià)格。
不過(guò)高密度閃存也有不足，同代閃存當(dāng)中512Gb die的寫入性能、讀取延遲通常都不如256Gb die。以鎧俠BiCS3為例，256Gb的讀取延遲為67us，512Gb延遲增加到90us、256Gb的編程延遲2.3ms，512Gb增加到3.3ms，體現(xiàn)在測(cè)試成績(jī)上就是SLC緩存外寫入速度降低和4K讀取速度下降。
新版三星970EP是用12x層堆疊的512Gb die更換上一代9x層堆疊256Gb die，同時(shí)又有8nm Elpis主控升級(jí)加持。最終在SSD層面上，讀取延遲這項(xiàng)直接關(guān)系到使用體驗(yàn)的性能指標(biāo)不但沒(méi)有劣化，反而得到了提升。
上圖為三星970EVO Plus 1TB新舊對(duì)比，下圖為三星970EVO Plus 2TB新舊對(duì)比，左為新版，右為舊版。
至于SLC緩存外的寫入速度，以1TB容量為例， PCIe 3.0主流級(jí)SSD每秒寫入數(shù)據(jù)量通常為0.0005倍全盤容量，PCIe 3.0旗艦級(jí)通常為0.001倍全盤容量，PCIe 4.0旗艦接近0.002倍全盤容量。
新版970EP依然處于它所在定位的正常水平之上，只是固件的SLC緩存釋放前置(SLC緩存用完就開始釋放，而不是等空白塊全部用盡才開始)，所以通過(guò)HDTune文件基準(zhǔn)測(cè)試才會(huì)得出偏低的成績(jī)。
同時(shí)我們也要看到，上面的SLC緩存理論測(cè)試跟實(shí)際使用情況是有些脫節(jié)的。SSD作為系統(tǒng)盤很少會(huì)遇到一次寫入上百GB數(shù)據(jù)的情況，所以還是需要從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)去看待問(wèn)題。
PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)測(cè)試：
PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)針對(duì)當(dāng)代最新固態(tài)硬盤的廣泛測(cè)試，涵蓋了系統(tǒng)開機(jī)啟動(dòng)、Adobe設(shè)計(jì)套件應(yīng)用、Office辦公套件應(yīng)用、圖片/ISO文件拷貝復(fù)制、多個(gè)游戲加載過(guò)程等測(cè)試內(nèi)容。測(cè)試需要至少80GB的硬盤空間，單次測(cè)試產(chǎn)生的寫入量達(dá)到204GB，復(fù)雜度超過(guò)了PCMark 8存儲(chǔ)測(cè)試。
導(dǎo)出詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)后我們重點(diǎn)分析Windows 10系統(tǒng)啟動(dòng)、游戲加載、以及日常辦公部分的內(nèi)容，這些都是PC系統(tǒng)盤最常見(jiàn)的工作負(fù)載。
Windows開機(jī)啟動(dòng)過(guò)程是典型的IO密集型工作，SSD會(huì)在很大程度上影響開機(jī)速度。通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，新版970EVO Plus的性能明顯優(yōu)于舊版：
游戲加載過(guò)程同樣有SSD的大量參與，PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)中包含了戰(zhàn)地5、使命召喚15和守望先鋒三個(gè)游戲的加載過(guò)程，對(duì)比可發(fā)現(xiàn)很多信息：1.老版970EVO Plus 2TB的性能略低于老版970EVO Plus 1TB，在容量提升的同時(shí)性能略有降低;2.新版970EVO Plus 2TB的性能和新版970EVO Plus 1TB相比基本一致，還略有提高;3.新版970EVO Plus整體優(yōu)于老版本。
Adobe設(shè)計(jì)軟件的測(cè)試項(xiàng)目分成了加載和應(yīng)用兩部分，加載部分和游戲項(xiàng)目的情況類似，都是新版比舊版快，新版2TB容量沒(méi)有舊版的性能問(wèn)題，速度比1TB容量更快。
Adboe設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用部分出現(xiàn)一個(gè)小小的意外，在印刷和數(shù)字媒體排版軟件InDesign使用過(guò)程中，老版970EVO Plus比新版更快，其他項(xiàng)目如Photoshop輕負(fù)載/重負(fù)載、Illustrator應(yīng)用、Affter Effects應(yīng)用，都是新版比舊版快。
SLC緩存深入測(cè)試：
上面的PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)測(cè)試是在空盤條件下進(jìn)行的。由于新版970EVO Plus擁有比舊版大2.7到2.85倍的SLC緩存容量，或許有朋友會(huì)質(zhì)疑空盤測(cè)試的說(shuō)服力。接下來(lái)我們就詳細(xì)分析ELPIS主控下新版970EVO Plus的SLC緩存策略。
新版970EVO Plus 1TB空盤時(shí)的SLC緩存容量為114GB，而舊款1TB是42GB。
50%半盤容量測(cè)試：
測(cè)試的第一步是使用IOMeter生成不可壓縮數(shù)據(jù)，向970EVO Plus填充一半空間，休息過(guò)后新舊兩個(gè)版本970EVO Plus 1TB的CrystalDiskMark測(cè)速都能恢復(fù)到和空盤時(shí)相同的水平(左新版，右舊版)：
半盤狀態(tài)下新版970EVO Plus 1TB的可用SLC緩存容量依然是114GB。
舊版當(dāng)然也沒(méi)有變化，仍然是42GB：
70%空間使用率測(cè)試：
繼續(xù)利用IOMeter向盤內(nèi)填充更多不可壓縮數(shù)據(jù)，直至全盤空間使用率達(dá)到70%的高占用水平。空閑休息使SLC緩存自動(dòng)釋放，CrystalDiskMark測(cè)速同空盤時(shí)基本一致(左新版，右舊版)：
70%空間使用率狀態(tài)下新版970EVO Plus 1TB的可用SLC緩存容量變?yōu)?7GB左右，仍然大于舊版的42GB。
80%空間使用率測(cè)試：
繼續(xù)增加難度，使用IOMeter將盤內(nèi)空間使用率推高到80%的水平，此時(shí)盤內(nèi)剩余空間為186GB左右。在這種近滿盤狀態(tài)下新版970EVO Plus 1TB的SLC緩存釋放策略更加積極，CrystalDiskMark的一些測(cè)試項(xiàng)目成績(jī)開始受到緩存釋放的影響，但整體上依然優(yōu)于舊版表現(xiàn)。
80%空間使用率狀態(tài)下新版970EVO Plus 1TB的可用SLC緩存容量變?yōu)?GB左右，容量同舊版持平。
80%及更高空間使用率下無(wú)論是新版還是舊版，都已經(jīng)變?yōu)楣潭⊿LC緩存模式。此時(shí)新版970EVO Plus 1TB在寫入速度上的劣勢(shì)應(yīng)該是徹底展現(xiàn)出來(lái)了。那么實(shí)際應(yīng)用性能會(huì)有怎樣的變化呢?我們還是使用PCMark 10完整系統(tǒng)盤基準(zhǔn)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證：總成績(jī)上來(lái)看新版依然比舊版高。
下面導(dǎo)出詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
新版970EVO Plus 1TB在盤內(nèi)空間使用率超過(guò)80%后，系統(tǒng)啟動(dòng)性能會(huì)出現(xiàn)下滑，但依然比舊版快：
對(duì)于新版三星970EVO Plus 1TB來(lái)說(shuō)，截止到70%空間占用率時(shí)，游戲加載性能以及Adobe設(shè)計(jì)軟件啟動(dòng)性能依然同空盤時(shí)一致。在達(dá)到80%空間占用率后，新版970EVO Plus的性能下滑，但同舊版相比基本仍在同等水平上。
Adobe設(shè)計(jì)軟件使用過(guò)程中，新版970EVO Plus 1TB在空間使用率達(dá)到80%之后，同舊版相比互有勝負(fù)。
簡(jiǎn)單總結(jié)一下，盤內(nèi)空間使用率在80%以下時(shí)，新版970EVO Plus全面領(lǐng)先于舊版;盤內(nèi)空間使用率大于80%時(shí)，新版和舊版的性能表現(xiàn)幾乎不分上下。
以上都是1TB容量下的對(duì)比，2TB型號(hào)的情況相對(duì)簡(jiǎn)單一些。新版970EVO Plus 2TB的緩存容量更大，而且緩存外寫入速度也和舊版一樣，甚至更高一些。
SLC緩存技術(shù)的發(fā)展：
三星840EVO首創(chuàng)用TLC模擬SLC來(lái)提升SSD爆發(fā)性能的TurboWrite技術(shù)，SLC緩存現(xiàn)在已經(jīng)成為幾乎所有消費(fèi)級(jí)固態(tài)硬盤的標(biāo)配特性。從其發(fā)展歷史來(lái)看，基本可以分為固定SLC緩存、全盤SLC緩存、動(dòng)態(tài)SLC緩存等若干階段。固定SLC緩存的算法最為簡(jiǎn)單，僅使用OP預(yù)留空間的閃存空白塊模擬SLC，閃存磨損均衡也較為容易，但緩存容量較小，爆發(fā)力不足。
在固定SLC緩存之后又流行起了全盤SLC緩存，這是一種激進(jìn)的緩存策略：將SSD內(nèi)全部閃存空白位置用于模擬SLC供寫入使用，優(yōu)點(diǎn)是緩存容量最大化，缺陷是緩存用完后的性能懲罰嚴(yán)重：SSD需要邊釋放邊寫入新數(shù)據(jù)，性能一致性不好。
動(dòng)態(tài)SLC緩存介于二者之間，它可以超過(guò)OP預(yù)留空間范圍去借用用戶空間，但固件主動(dòng)限制了SLC緩存的總?cè)萘?，以避免后期出現(xiàn)嚴(yán)重性能懲罰。比如鎧俠RD20以及大部分群聯(lián)公版固件的1TB容量NVMe固態(tài)硬盤最大SLC緩存容量限制為24GB、舊版三星970EVO Plus 1TB的最大SLC緩存容量限制為42GB。
從980PRO開始，三星推出了緩存容量更大的TurboWrite 2.0技術(shù)，1TB型號(hào)可以提供超過(guò)100GB的SLC緩存，在提升爆發(fā)寫入性能的同時(shí)還通過(guò)算法優(yōu)化減少了速度波動(dòng)，使得使用體驗(yàn)更加順滑。隨著ELPIS主控的應(yīng)用，TurboWrite 2.0也進(jìn)入到新版970EVO Plus當(dāng)中。
總結(jié)：
新版970EVO Plus在主控和閃存兩端都應(yīng)用了源自980PRO的新技術(shù)。盡管新版出于產(chǎn)品定位需要而采用了512Gb die，SLC緩存外寫入速度略有遺憾，但從整體上來(lái)看，新版970EVO Plus 1TB在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)比舊版產(chǎn)品更好。如果對(duì)存儲(chǔ)空間的需求較高，選擇2TB容量的新版970EVO Plus可以徹底打消你的全部疑慮。
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