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PCIe4.0固态存储技术发展历程:从5000MB/s到7GB时代的飞跃

作者:软荐小编      2025-01-22 15:01:45     87

我有一双魔手,可以托住天上的月亮,并以极快的速度超越我。我还可以看到下面微妙的温度控制。技术人员和技能,固态存储行业在过去几年几乎都围绕“PCIe4.0”技术进行全面普及优化。

01 PCIe4.0的曲折普及之路

性能方面,第一代GEN4 SSD勉强达到5000MB/s,并在主控流程、接口带宽和闪存性能上逐步快速迭代。短短一年时间,7000MB/s成为GEN4 SSD的入门标准,整个固态存储行业进入7GB时代。

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三星 980 PRO 带散热器 (1TB)

三星 980 PRO 带散热器(散热器版)

体验端,伴随着性能端的先进布局,并没有明显的提升。造成这种情况的主要原因有两个。一是缺乏系统的产品支持。作为一种新兴的技术协议,GEN4固态硬盘需要新的硬件和新的平台来与之匹配。鉴于目前整个硬件行业都面临着行业短缺、价格上涨等因素的综合影响,很难产生升级的冲动,进而导致GEN4固态硬盘无法实现规模效应;

二是GEN4带来的高温效应,无法充分发挥其全部潜力。缺乏科学合理的散热设计,使得GEN4主控非常容易出现降频降速,导致实际体验与理论测试的性能差异较大。

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三星 980 PRO 带散热器(散热器版)

性能的提升并不能带来体验的升级。当我们回顾过去几年GEN4的发展和普及时,业界也注意到了“性能与体验”的不匹配,因此为GEN4固态硬盘提供了各种散热解决方案,并已上线议程。日程安排,甚至是产品设计的初步规划。

此外,随着英特尔12代酷睿芯片组的全面普及,以及供应链逐步系统性的梳理和打通芯片供应渠道,在可预见的2022年,库存过剩的硬件行业将迎来新一轮的更新。海浪。

02 三星980 PRO配散热器(散热器版)推出的初衷

于是,时隔一年,在硬件更新浪潮来临之际,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)PCIe 4.0 NVMe M.2固态硬盘正式上市。为了更好地描述和分析该产品,下文将其简称为三星。 980 PRO 带散热器(散热器版)。

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三星 980 PRO 带散热器(散热器版)

事实上,在三星980 PRO With Heatsink(散热器版)出现之前,整个存储行业针对GEN4固态硬盘的散热方案大多倾向于采用物理散热,而不影响固态硬盘内部核心部件的高效运行。状态驱动器。背心模式被动散热。至于具体的实战操作,各品牌根据产品特性的差异,衍生出了单片散热背心、半装散热背心、全贴合散热背心等多种形态。

那么,新推出的三星980 PRO With Heatsink(散热器版)采用什么样的散热方式呢?它的降温效果如何?除了散热片部分之外,三星980 PRO With Heatsink(散热片版)还有哪些改进和增强呢?

这里先不过多赘述,我们先快速总结一下三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的技术特点,然后一一分析。

全贴合散热器设计,兼具高效散热与紧凑尺寸,可广泛应用于PC、PS5等顶级基准性能设备,连续高达7000MB/s;强大高端稳定性能,重载下表现出色三星原厂主控和颗粒稳定高效,加载游戏值得信赖,实际应用通用。 03 三星980 PRO带散热器的散热秘密(散热器版)

我们先看一下外观。与其他带有散热器的GEN4 SSD不同,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)并没有采用单独的设计。而是在出厂前直接配备散热器模块。 SSD本体之上,用户收到产品后,可以直接开启电脑,无需担心散热器的安装。从用户体验的角度来说,笔者还是非常认同这个设计的;

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一体成型

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一体成型

事实上,除了用户体验角度之外,三星的设计还源于散热器模块本身。根据官方数据和笔者的反复观察,三星980 PRO With Heatsink(散热版)内置的散热器模块采用点对点、端到端、精贴合的散热方式。这种机制是利用导热膏,能够精确地、点对点地逐一散热。覆盖了固态硬盘的主要核心控制,如主控芯片、闪存颗粒和缓存等,而不是其他厂商采用的单片手动全覆盖。这样做的好处是导热胶可以精确覆盖所有核心控制,最大限度地提高导热胶与主要发热器件的粘合,从而发挥更高的散热效率。

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图片来自官网

除了更精准的导热膏定位外,Samsung 980 PRO With Heatsink(散热器版)内置的三位一体设计也是这款SSD能够实现精准温度控制的关键。在去年发布的三星980 PRO的第一次测试中,笔者就用三位一体的散热设计进行了解读,这里引用一下旧文章。

三星980 PRO With Heatsink(散热器版)内置铜箔散热标签、镀镍主控芯片、先进的动态热保护(DTG)技术。从硬件到软件的全面覆盖,三位一体进一步强化了SSD的散热能力。

根据三星官方提供的数据,三星980 PRO带散热器(散热版)正常工作状态下主控上有镍涂层,与未涂层产品相比,两者平均温差为7℃;铜箔散热标签部分,有了铜箔散热标签可以延迟DTG热保护的触发时间接近30%左右;至于核心的动态热保护(DTG)技术,是三星自主研发的技术,可以监控固态硬盘。产品温度,并为了提供过热保护的预警机制,被应用于三星品牌存储的众多旗舰产品中。简而言之,它的核心功能就是人为地设置固态硬盘工作时的阈值。当温度达到阈值时,动态热保护(DTG)技术将被触发,减少和降低主控工作频率,直到温度降至安全区。

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外置集成散热装置和内置软硬件三位一体的散热技术,使Samsung 980 PRO With Heatsink(散热器版)能够可靠地管理NAND芯片和其他主要空间的热量水平,并通过外部散热装置可维持固态硬盘高速运行而不会损失频率或速度。

值得一提的是,Samsung 980 PRO With Heatsink(散热器版)所采用的散热技术已经在三星数据中心级SSD上得到充分验证,能够满足消费类用户持续的高性能存储需求。至于具体的散热效果,笔者会在后续的测试部分详细讲解。

04 三星980 PRO带散热器核心部件(散热器版)

当然,除了散热性能的提升之外,三星980 PRO With Heatsink(散热版)的散热片在尺寸设计上也进行了创新。在保证固态硬盘散热能力的同时,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)三星980 PRO With Heatsink的整体机身仅有8.6毫米。与传统的带有散热背心(通常为 10 毫米)的宽体设计相比,带散热器的三星 980 PRO 更加纤薄、紧凑。 (散热器版),可直接插接PS5,以及笔记本、台式机等标准规格设备,无需担心因散热器尺寸而导致不兼容或安装尴尬。

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三星 980 PRO 带散热器(散热器版)纤薄尺寸

看完外观,我们再来看看内部的核心控件。基于Samsung 980 PRO With Heatsink(散热器版),其采用了一体式散热器,我们无法直接了解其内部核心控制。不过,通过后续的性能测试以及笔者了解到的相关信息,三星980 PRO With Heatsink(散热版)依然采用了三星自家8nm制程工艺开发的Elpis主控。主控的相关参数相信大家都很熟悉。据悉,主控可全面支持PCIE4.0协议,也能满足下一代的需求。针对开发、计算等需求,新的Elpis主控支持128个队列并行工作和128个I/O队列同步数据处理。

与上一代主控相比,队列数量(32个队列)增加了约400%。根据三星提供的数据,单个队列包含超过64000个命令集,这意味着三星Elpis主控内部有128个命令。一个队列最多可以同时处理超过 800 万条命令。据测试,这款主控的最大连续读取速度达到了7000MB/s,最大连续写入速度也达到了5000MB/s,是上一代主控的两倍。

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超薄尺寸

颗粒部分自然采用了三星品牌存储第六代V-NAND闪存颗粒。在制造工艺方面,颗粒充分利用了三星独创的“通道孔蚀刻”技术,实现了存储容量的跨越式提升。比上一代提高了 9 倍。在单层堆叠结构的基础上,增加了约40%的存储单元;此外,还针对闪存速度进行了电路优化设计,减少了读写操作时间,同时也降低了闪存的功耗。

至于缓存,毫无疑问采用的是三星原装DDR4缓存颗粒。

依然是完全自研的核心控制,依然是端到端的精准优化和修正。带散热器的三星 980 PRO(散热器版)在优化散热的同时仍保持峰值性能。

05 三星980 PRO带散热器基准测试(散热器版)

进入测试阶段,在三星980 PRO With Heatsink(散热器版)测试中,除了常规的基准测试、高端测试和应用测试外,我们还对散热模块进行了对比温控测试,以探索三星980的表现。 PRO With Heatsink(散热版)是散热方面的实用成果。

基准测试方面,重点关注三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的连续性能和4k随机性能。

持续性能方面,将使用最新版本的CrystalDiskMark 8.0和旧的Txbench进行对比和演示。

CrystalDiskMark是一款经典的硬盘测试软件。可以保证512KB和4KB数据包的连续读写、随机读写性能,以及队列深度(Queue Depth)为32的4K随机性能。除了常规测试外,还提供了队列设置、性能描述和测试数据块选择均经过优化,可以更好地满足当前硬盘测试需求。

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CrystalDiskMark测试

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TXbench测试

在连续测试中可以看到,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的最大连续读取速度基本维持在7100MB/s监控温度的软件,最大连续写入速度也维持在5100MB/s,基本保持在7100MB/s。符合名义水平。甚至稍微超过它,也从侧面展示了三星980 PRO With Heatsink(散热版)的性能潜力。

4K随机性能方面,我们使用CrystalDiskMark进行转换测试,测量Q32T16下IOPS的实际表现。

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4K IOPS

在4K测试中可以看到,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)最大4K随机读取达到了996K IOPS,几乎逼近1000K IOPS。这样的4k性能可以极大提升日常碎片任务的处理效率。

06 三星980 PRO带散热器进阶测试(散热器版)

对于高端测试部分,鉴于目前主流旗舰SSD几乎都采用GEN4协议,在基准测试中无法看出性能差异,因此我们将使用企业级SSD测试中经常使用的IO Meter软件可以进行较大负载的专业测试。高水平测试,探索 SSD 在极其苛刻的存储负载下的真实性能。

测试的主要过程分为两个步骤。第一步,无文件模式下对128KBQD32进行45分钟的连续写入测试,记录每秒的速度表现并形成趋势图;第二步,进行连续写入,等待三星980 PRO With Heatsink(散热版)内部主控修整15分钟后,进行4KBQD32的5000秒随机写入测试,同时还测试了每秒的速度表现记录了。

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128KBQD32连续写入测试

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GEN4 SSD 128KB QD32 顺序写入

在128KB QD32顺序写入测试中,可以看到三星980 PRO With Heatsink(散热版)的写入速度从0~100秒左右大幅下降,稳定在1800MB/s左右,随后通过主控自检更正一下,它在 800 秒左右开始攀升并稳定在 2000MB/s。从整体写入曲线可以看出,三星980 PRO With Heatsink(散热版)具有出色的自调节能力,其性能始终保持在相对稳定的范围内,没有出现明显凌乱的速度偏差;与同级别的GEN4 SSD相比,三星980 PRO With Heatsink(散热版)更加稳定,在可靠性和绝对性能方面的优势不言而喻。

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4KBQD32随机写入测试

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某GEN4 SSD 4KB QD32随机写入

静置15分钟后,进行4KB QD32随机写入测试。与顺序写入类似,在维持一段时间的高IOPS后,Samsung 980 PRO With Heatsink(散热器版)开始进入稳定状态,并继续稳定在60,000 IOPS左右。从曲线表现来看,进入稳定状态后,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的表现异常稳定,这体现了固态硬盘在经历大负载存储任务后的稳定性;同样作为对比样本,三星980 PRO With Heatsink(散热版)在稳定状态前无论是从峰值还是自校正后的稳态值来看,都表现出了稳定高效的特性。

综合128KB QD32顺序写入和4KB QD32随机写入的高端测试监控温度的软件,可以看出,得益于三星自研主控和颗粒的绝对性能,以及散热马甲的高效散热在近2个小时的高负载测试中,三星980 PRO With Heatsink(散热版)在多个数值和性能趋势方面都保持了高度的性能一致性,这就是对于爱好者和专业用户具有极其重要的参考意义。持续稳定的高一致性可以支撑它们高效的连续工作,这可能是旗舰SSD和普通SSD最大的区别。

即面对更高的存储负载,是否能够继续保持最终的效率和稳定性。带散热器的三星 980 PRO(散热器版)做到了。

07 三星980 PRO带散热器应用测试(散热器版)

从基线和高端两个维度的理论测试可以看出,三星980 PRO With Heatsink(散热版)在数值上是强大的,但在实际应用中呢?三星980 PRO With Heatsink(散热器版)还能保持高性能一致性吗?在应用测试部分,我们将使用PC Mark10模拟日常主流应用场景,包括游戏、后期制作或文档工作,并获得相应的分数表现;此外,我们还将使用专业的FFXIV Benchmark游戏测试软件进行实际游戏负载对比测试。

我们先来看看PC mark10应用测试。新版PC Mark10专业版内置了完整的系统盘应用测试。该测试可以模拟正常系统的运行场景,利用程序内部的计算来衡量磁盘在真实系统环境下的性能。以数字形式显示,具有相当的参考价值。

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完成系统盘应用测试

本次测试下,有三个数值值得参考。总分方面,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)得分为2426分,而主流的GEN4固态大多停留在2000分左右,这说明在综合系统中三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的性能优势版本)在环境中。至于硬盘带宽和平均访问时间维度,三星980 PRO With Heatsink(散热版)也凭借自研主控和颗粒在工艺技术和IO队列上的优势,取得了相当不错的成绩。

我们来看看FFXIV Benchmark游戏加载测试。这是一款针对游戏加载时间和显卡适配等级的演示测试软件。开启后可自动模拟游戏加载、屏幕灯光效果等实际游戏场景,并记录游戏加载情况。输入时间、屏幕渲染效果,最后评分。

我们将三星980 PRO With Heatsink(散热器版)、某品牌PCIe4.0 SSD、某品牌PCIe3.0 SSD进行横向对比,展示三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的具体优势版本)在实际应用场景中。 。

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三星980 PRO带散热器(散热器版)加载性能

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旗舰GEN4 SSD的加载性能

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旗舰级PCIe3.0 SSD的加载性能

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游戏加载对比图

在实际游戏加载测试中,无论是绝对加载时间还是产品总分,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)都可以横向与同级别的GEN4产品进行比较,或者纵向与上一代GEN3产品进行比较。都具有相当大的优势,这也印证了三星980 PRO With Heatsink(散热器版)在游戏性能上的巨大领先优势。

08 三星980 PRO带散热器温控测试(散热器版)

散热性能是三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的核心功能。为了更科学地测试温控性能,笔者采用了对比测试方法,即在室温下,在同一测试平台上,对带散热器的三星980 PRO(散热器版)和三星980 PRO机身进行了测试在PC mark10完整系统盘上运行半小时左右,并借助专业温度监测软件Hard Disk Sentinel监测温度变化,以确定散热马甲给三星980 PRO带来的散热差异。

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三星980 PRO带散热器(散热器版)测试

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三星980 PRO With Heatsink(散热器版)温度变化曲线

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三星980 PRO测试

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三星980 PRO温度变化曲线

采用控制变量法进行对比测试,可以看出,在同样的半小时满量程测试中,三星980 PRO With Heatsink(散热器版)的温度曲线始终稳定,保持在37度到15度之间。 41度,无异常。波动范围大,即使温度变化,也是比较平缓的加热或冷却;而不带散热器的三星980 PRO的温度曲线则比较曲折,在37度到46度之间。高低温曲线都证明了散热马甲给三星980 PRO With Heatsink(散热器版)带来的温度控制上的飞跃。 。

09 三星980 PRO带散热器评测(散热器版)

性能是第一位的,温度控制是最后的。在时隔一年的产品迭代上,三星存储依然延续了一贯的产品逻辑,“首发即巅峰”,无论是去年首发7000MB/s的强悍性能,还是今年的匠心三星存储从来不盲从独特的温度控制解决方案,每一步都根据技术节奏和市场需求而定。

三星980PRO的诞生就是这样,三星980 PRO With Heatsink(散热版)也是如此。

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