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纯国产SSD之光威弈pro国产固态硬盘硬件解析
本次我们将测试的国产固态硬盘是来自光威的弈pro系列国产SATA固态硬盘,该系列主要由256GB、512GB、1TB三种容量的产品组成,我们将对其中的256GB、512GB产品进行测试。从产品外观就可以看出它们的不同,中国红的配色、霸气的龙头Logo,无一不彰显出它的中国元素。而在内部配置上也是相得益彰,这款SSD采用了由长江存储科技有限责任公司研发的Xtacking架构64层TLC3DNAND闪存。根据长江存储介绍,在传统3DNAND闪存架构中,外围电路约占芯片面积的20%~30%,降低了芯片的存储密度。随着3DNAND技术堆叠到128层甚至更高,外围电路可能会占到芯片整体面积的50%以上。Xtacking技术则将外围电路置于存储单元之上,从而实现比传统3DNAND更高的存储密度。
具体来说,Xtacking架构可在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路。这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺,以让NAND闪存获得更高的I/O接口速度与更多的操作功能,存储单元则在另一片晶圆上被独立加工。当两片晶圆各自完工后,通过创新的Xtacking技术,只需一个处理步骤就可通过数十亿根金属VIA(Vertical Interconnect Accesses,垂直互联通道)将二者键合接通电路。
相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking技术可充分利用存储单元和外围电路的独立加工优势,实现了并行、模块化的产品设计及制造,产品开发时间可缩短三个月,生产周期可缩短20%,从而大幅缩短3D NAND产品的上市时间。此外,这种模块化的方式也为引入NAND外围电路的创新功能以实现NAND闪存的定制化提供了可能。目前,Xtacking技术已经推出了采用64层、128层堆叠的TLC、QLC颗粒,本次我们测试的光威弈pro国产固态硬盘采用的则是64层堆叠的TLC颗粒。
同时在主控方面,光威弈pro采用了来自联芸科技的MAS090X系列SATA 3.2主控。根据联芸官方介绍,MAS090X系列主控采用40nmCMOS工艺设计、BGA封装,内嵌32位CPU内核。这是一款DRAMLESS主控即不需要外置内存作缓存的主控,我们推测它应该是通过占用少量电脑内存来构建虚拟化缓存池,保证性能的输出,并降低SSD的生产成本。
该主控可与各类NAND闪存颗粒进行自适配,从而避免了传统专用硬件架构缺乏NAND闪存支持灵活性的缺点。同时基于专用的NAND闪存控制处理指令集,联芸科技在MAS090X全系列SSD主控芯片上首次建立了NAND闪存控制层次化模型,原创设计了层次化NAND闪存专用处理器架构,可同时对多个NAND闪存颗粒进行操作交织管理,利用固态硬盘上多闪存颗粒的并发度,提升了NAND闪存的通道带宽。目前联芸科技MAS090X系列主控芯片支持Toggle2.0/3.0、ONFi3.0/4.0闪存接口,结合NAND闪存颗粒自适配技术可支持包括长江存储、三星、东芝、闪迪、英特尔、SK海力士、美光等多家厂商的MLC、TLC、QLC颗粒。该主控还支持LDPC纠错技术,可有效延長SSD固态硬盘的使用寿命。
更值得一提的是,联芸科技MAS090X系列中的MAS0901S、MAS0902S安全SSD主控芯片全面支持AES256、SHA256、RSA2048国际密码算法,以及国外主控不支持的国产商用密码算法SM2、SM3、SM4。该主控还采用了全硬件高速加解密设计技术,AES/SM4加解密速度可达到700MB/s,能做到数据流实时全速加解密处理。对于注重安全性的国内政府企事业单位、金融平台来说,显然采用联芸科技MAS090X系列主控的SSD将是一个更好的选择。
性能几何?光威弈pro国产固态硬盘性能实战测试
测试点评:从基准性能测试来看,作为初出茅庐的国产硬盘,两款不同容量的产品在性能表现上总体令人满意。它们的ASSSDBenchmark总分都达到了800分这个水准,拥有主流SATASSD的性能。其中它们的连续读写速度表现都非常突出—在CRYSTALDISKMARK测试中的连续读取速度均突破550MB/s,已接近SATA3.2的接口带宽极限,同时它们的连续写入速度也都达到了500MB/s以上。此外,在关键的随机4KB写入性能上,两款产品也都突破了20000IOPS,已接近国外中高端SATASSD的性能,如金士顿KC600512GB在此项测试中的成绩也就在23000IOPS左右。值得一提的是,512GB产品凭借使用更多的Die,在并发性能与最终性能表现上较256GB产品都要稍好一些。稍有不足的是,两款SSD的低队列深度随机4KB读取性能与国外SSD相比还有一定差距。
测试点评:在实际应用性能测试中,我们使用了PCMark8存储性能测试,以及两款游戏进行了实战。从得分来看,两款光威弈pro固态硬盘在PCMark8中的得分都超过了4900分,同样达到了主流SSD的水平。反映在具体项目上,在传输数据量较大,总共读写6108MB的AdobePhotoshop重载测试中,两款SSD的耗时都在368秒左右,只比金士顿KC600512GB这类中高端SATASSD慢5秒。而在负载量较小的测试中,它们更无明显区别。如在读写462MB数据的AdobeIllustrator应用中,两款光威弈pro固态硬盘的耗时在72.2~72.3s左右,而金士顿KC600512GB的耗时也需要71.9s;在读写1025MB数据的AdobeInDesign应用中,两款光威弈pro固态硬盘的耗时都为57.6s,金士顿KC600512GB的耗时只少了0.2s,在真实应用中不会有明显感觉。
在实际的游戏载入体验中,两款光威弈pro固态硬盘都能快速地启动游戏大作,比如《坦克世界》在机械硬盘上启动需用时约半分钟,在这两款SSD上的用时则大幅缩短到不到13秒,像《僵尸世界大战》这类数据量不大的游戏则仅需不到8秒的启动时间。 测试点评:接下来我们还进行了用户非常关心的全盘读写测试。首先从读取性能测试来看,两款SSD的表现都非常稳定,全盘连续读取速度都稳定在520MB/s以上。而在全盘写入速度上,可以看到,光威为这两款SSD都设置了比较大的SLCCACHE,其256GB产品的SLCCACHE缓存容量在51GB以上,在这个容量范围内写入的话,其连续写入速度可维持在470MB/s。不過超过这一容量,将数据直接写入到闪存时,写入速度则会大幅降低,其连续写入速度会跌落到最低50MB/s左右。而512GB产品的SLCCACHE缓存容量则提升到了102GB,同样在这个容量范围内写入数据的话,连续写入速度可维持在480MB/s左右,超过这一容量,连续写入速度也会明显降低,最低跌落至62MB/s左右。
测过以来非常“凉快”的SSD
光威弈pro固态硬盘256GB 光威弈pro固态硬盘512GB
测试点评:在对光威弈pro固态硬盘进行全盘写入测试时,我们也顺便对它们的工作温度进行了监控。让人惊喜的是,它的发热量非常低,在进行长耗时的全盘写入时,两块SSD的软件侦测温度只有30℃,同时通过FLIR热成像仪实测,也证实两款SSD的工作温度的确不高。其中光威弈pro固态硬盘256GB的满载最高工作温度只有35.5℃,光威弈pro固态硬盘512GB的满载最高工作温度稍高一点,但也只有36.4℃。普通SATA固态硬盘在完成类似测试时,其工作温度一般会飙升到50℃~70℃,相对较低的工作温度可以有效提升光威弈pro固态硬盘的工作稳定性。
表现令人满意未来可期
综合以上体验,我们对由国产主控、国产闪存组成的光威弈pro固态硬盘的表现还是比较满意的。从性能上来看,它已经达到了主流SATA固态硬盘的水准,虽然与中高端SATA固态硬盘相比还有差距,但由于产品先天技术难度、自身技术积累等多方面原因,这个差距远没有我们在CPU、GPU方面的差距大,国产存储产品成为相对容易追赶的一个项目。同时光威也提供了时间为三年的免费售后服务,像光威弈pro这样的国产固态硬盘已经具备很强的实用性。此外,光威还将很快推出性能更强、支持PCIeGen3×4NVMe1.3标准的国产NVMeSSD,也就是光威弈PROM.2NVMeSSD,预计将在今年下半年上市,这将大幅提升国产SSD的性能与技术规格。显然国产SSD的发展才刚刚开始,好戏还在后面!
本次我们将测试的国产固态硬盘是来自光威的弈pro系列国产SATA固态硬盘,该系列主要由256GB、512GB、1TB三种容量的产品组成,我们将对其中的256GB、512GB产品进行测试。从产品外观就可以看出它们的不同,中国红的配色、霸气的龙头Logo,无一不彰显出它的中国元素。而在内部配置上也是相得益彰,这款SSD采用了由长江存储科技有限责任公司研发的Xtacking架构64层TLC3DNAND闪存。根据长江存储介绍,在传统3DNAND闪存架构中,外围电路约占芯片面积的20%~30%,降低了芯片的存储密度。随着3DNAND技术堆叠到128层甚至更高,外围电路可能会占到芯片整体面积的50%以上。Xtacking技术则将外围电路置于存储单元之上,从而实现比传统3DNAND更高的存储密度。
具体来说,Xtacking架构可在一片晶圆上独立加工负责数据I/O及记忆单元操作的外围电路。这样的加工方式有利于选择合适的先进逻辑工艺,以让NAND闪存获得更高的I/O接口速度与更多的操作功能,存储单元则在另一片晶圆上被独立加工。当两片晶圆各自完工后,通过创新的Xtacking技术,只需一个处理步骤就可通过数十亿根金属VIA(Vertical Interconnect Accesses,垂直互联通道)将二者键合接通电路。
相比传统3D NAND闪存架构,Xtacking技术可充分利用存储单元和外围电路的独立加工优势,实现了并行、模块化的产品设计及制造,产品开发时间可缩短三个月,生产周期可缩短20%,从而大幅缩短3D NAND产品的上市时间。此外,这种模块化的方式也为引入NAND外围电路的创新功能以实现NAND闪存的定制化提供了可能。目前,Xtacking技术已经推出了采用64层、128层堆叠的TLC、QLC颗粒,本次我们测试的光威弈pro国产固态硬盘采用的则是64层堆叠的TLC颗粒。
同时在主控方面,光威弈pro采用了来自联芸科技的MAS090X系列SATA 3.2主控。根据联芸官方介绍,MAS090X系列主控采用40nmCMOS工艺设计、BGA封装,内嵌32位CPU内核。这是一款DRAMLESS主控即不需要外置内存作缓存的主控,我们推测它应该是通过占用少量电脑内存来构建虚拟化缓存池,保证性能的输出,并降低SSD的生产成本。
该主控可与各类NAND闪存颗粒进行自适配,从而避免了传统专用硬件架构缺乏NAND闪存支持灵活性的缺点。同时基于专用的NAND闪存控制处理指令集,联芸科技在MAS090X全系列SSD主控芯片上首次建立了NAND闪存控制层次化模型,原创设计了层次化NAND闪存专用处理器架构,可同时对多个NAND闪存颗粒进行操作交织管理,利用固态硬盘上多闪存颗粒的并发度,提升了NAND闪存的通道带宽。目前联芸科技MAS090X系列主控芯片支持Toggle2.0/3.0、ONFi3.0/4.0闪存接口,结合NAND闪存颗粒自适配技术可支持包括长江存储、三星、东芝、闪迪、英特尔、SK海力士、美光等多家厂商的MLC、TLC、QLC颗粒。该主控还支持LDPC纠错技术,可有效延長SSD固态硬盘的使用寿命。
更值得一提的是,联芸科技MAS090X系列中的MAS0901S、MAS0902S安全SSD主控芯片全面支持AES256、SHA256、RSA2048国际密码算法,以及国外主控不支持的国产商用密码算法SM2、SM3、SM4。该主控还采用了全硬件高速加解密设计技术,AES/SM4加解密速度可达到700MB/s,能做到数据流实时全速加解密处理。对于注重安全性的国内政府企事业单位、金融平台来说,显然采用联芸科技MAS090X系列主控的SSD将是一个更好的选择。
性能几何?光威弈pro国产固态硬盘性能实战测试
测试点评:从基准性能测试来看,作为初出茅庐的国产硬盘,两款不同容量的产品在性能表现上总体令人满意。它们的ASSSDBenchmark总分都达到了800分这个水准,拥有主流SATASSD的性能。其中它们的连续读写速度表现都非常突出—在CRYSTALDISKMARK测试中的连续读取速度均突破550MB/s,已接近SATA3.2的接口带宽极限,同时它们的连续写入速度也都达到了500MB/s以上。此外,在关键的随机4KB写入性能上,两款产品也都突破了20000IOPS,已接近国外中高端SATASSD的性能,如金士顿KC600512GB在此项测试中的成绩也就在23000IOPS左右。值得一提的是,512GB产品凭借使用更多的Die,在并发性能与最终性能表现上较256GB产品都要稍好一些。稍有不足的是,两款SSD的低队列深度随机4KB读取性能与国外SSD相比还有一定差距。
测试点评:在实际应用性能测试中,我们使用了PCMark8存储性能测试,以及两款游戏进行了实战。从得分来看,两款光威弈pro固态硬盘在PCMark8中的得分都超过了4900分,同样达到了主流SSD的水平。反映在具体项目上,在传输数据量较大,总共读写6108MB的AdobePhotoshop重载测试中,两款SSD的耗时都在368秒左右,只比金士顿KC600512GB这类中高端SATASSD慢5秒。而在负载量较小的测试中,它们更无明显区别。如在读写462MB数据的AdobeIllustrator应用中,两款光威弈pro固态硬盘的耗时在72.2~72.3s左右,而金士顿KC600512GB的耗时也需要71.9s;在读写1025MB数据的AdobeInDesign应用中,两款光威弈pro固态硬盘的耗时都为57.6s,金士顿KC600512GB的耗时只少了0.2s,在真实应用中不会有明显感觉。
在实际的游戏载入体验中,两款光威弈pro固态硬盘都能快速地启动游戏大作,比如《坦克世界》在机械硬盘上启动需用时约半分钟,在这两款SSD上的用时则大幅缩短到不到13秒,像《僵尸世界大战》这类数据量不大的游戏则仅需不到8秒的启动时间。 测试点评:接下来我们还进行了用户非常关心的全盘读写测试。首先从读取性能测试来看,两款SSD的表现都非常稳定,全盘连续读取速度都稳定在520MB/s以上。而在全盘写入速度上,可以看到,光威为这两款SSD都设置了比较大的SLCCACHE,其256GB产品的SLCCACHE缓存容量在51GB以上,在这个容量范围内写入的话,其连续写入速度可维持在470MB/s。不過超过这一容量,将数据直接写入到闪存时,写入速度则会大幅降低,其连续写入速度会跌落到最低50MB/s左右。而512GB产品的SLCCACHE缓存容量则提升到了102GB,同样在这个容量范围内写入数据的话,连续写入速度可维持在480MB/s左右,超过这一容量,连续写入速度也会明显降低,最低跌落至62MB/s左右。
测过以来非常“凉快”的SSD
光威弈pro固态硬盘256GB 光威弈pro固态硬盘512GB
测试点评:在对光威弈pro固态硬盘进行全盘写入测试时,我们也顺便对它们的工作温度进行了监控。让人惊喜的是,它的发热量非常低,在进行长耗时的全盘写入时,两块SSD的软件侦测温度只有30℃,同时通过FLIR热成像仪实测,也证实两款SSD的工作温度的确不高。其中光威弈pro固态硬盘256GB的满载最高工作温度只有35.5℃,光威弈pro固态硬盘512GB的满载最高工作温度稍高一点,但也只有36.4℃。普通SATA固态硬盘在完成类似测试时,其工作温度一般会飙升到50℃~70℃,相对较低的工作温度可以有效提升光威弈pro固态硬盘的工作稳定性。
表现令人满意未来可期
综合以上体验,我们对由国产主控、国产闪存组成的光威弈pro固态硬盘的表现还是比较满意的。从性能上来看,它已经达到了主流SATA固态硬盘的水准,虽然与中高端SATA固态硬盘相比还有差距,但由于产品先天技术难度、自身技术积累等多方面原因,这个差距远没有我们在CPU、GPU方面的差距大,国产存储产品成为相对容易追赶的一个项目。同时光威也提供了时间为三年的免费售后服务,像光威弈pro这样的国产固态硬盘已经具备很强的实用性。此外,光威还将很快推出性能更强、支持PCIeGen3×4NVMe1.3标准的国产NVMeSSD,也就是光威弈PROM.2NVMeSSD,预计将在今年下半年上市,这将大幅提升国产SSD的性能与技术规格。显然国产SSD的发展才刚刚开始,好戏还在后面!