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次世代 3D NAND 主役參上——Intel SSD 760p 固態硬碟整體評測

伴隨著 3D 製程之精進,半導體巨擘 Intel 挾其於電子儲存元件上固有之技術優勢,順勢推出一系列應用第二代 64 層 3D NAND 之新世代固態硬碟。於身負前鋒任務之 SSD 545s 系列先行取得戰略優勢之後,Intel 針對消費市場投入了其 3D NAND 主力部隊——SSD 760p 系列。

SSD 760p 系列其市場定位為中高階以上之消費導向,適用於家用遊戲、辦公室應用或商用筆電等高度存取運作需求。依原廠所揭示之資料,SSD 760p 系列擁有最高 3200/1600 MB/s 等級之高速連續讀寫能力,這使得 760p 系列得以躍身 M.2 PCIe NVMe SSD 之第一領先群。首波 760p 系列其家族共計有五名成員,茲將系列各成員之性能諸元表列如下:

容量128GB256GB512GB1TB2TB
型號SSDPEKKW128G8XTSSDPEKKW256G8XTSSDPEKKW512G8XTSSDPEKKW010T8X1SSDPEKKW020T8X1
控制器SMI SM2262
規格型式M.2 2280 單面M.2 2280 單面M.2 2280 單面M.2 2280 單面M.2 2280 雙面
顆粒組成IMFT Gen2 3D TLC 128GB *1IMFT Gen2 3D TLC 128GB *2IMFT Gen2 3D TLC 256GB *2----
快取記憶體LPDDR3-1600
512MB *1
LPDDR3-1600
512MB *1
DDR4-2400
512MB *2
----
介面PCIe 3.0x4
最高循序讀寫速度1640/650 MB/s3210/1315 MB/s3230/1625 MB/s----
4K隨機讀寫效能105K/160K IOPS205K/265K IOPS340K/275K IOPS----
最高寫入資料量72 TBW144 TBW288 TBW576 TBW1152 TBW
MTBF1,600,000 小時1,600,000 小時1,600,000 小時----
保固五年有限保固五年有限保固五年有限保固五年有限保固五年有限保固

由以上之表列資料可知,SSD 760p 系列為 M.2 2280 型式,PCIe 3.0x4 介面。其中 128/256 GB 之成員搭配一 LPDDR3 512MB 記憶體作為快取,而 512 GB 之快取則進一步採用了 DDR4 記憶體。IMFT 第二代 64 層 3D NAND 搭配慧榮科技 (Silicon Motion Technology Corp., SMI) 最新銳之 SM2262 主控制器,令 SSD 760p 系列擁有十分優越之 4K 隨機讀寫效能。

採用 Intel® 64 層第二代 3D NAND 快閃記憶體

SSD 760p 系列所採用之儲存主體為 Intel 第二代 3D NAND 快閃記憶體。與前一代相較,第二代 3D NAND 其最明顯之特性在於 3D 堆疊程度由 32 層進展至 64 層。此項演進於理論上將使單位面積之晶圓儲存容量得以倍增。此外,Intel 第二代 3D NAND 應用了 CMOS Under the Array (CuA) 技術,此一技術將容許記憶體之控制電路得以安排於儲存單元之下層。而相較於傳統之 3D NAND 晶圓布局,控制電路則必須分布於儲存單元之旁側。整體而言,應用 CuA 技術可令相同儲存容量之 NAND 晶圓顆粒具有更小面積之優勢。

另一項值得留意之特性為,目前投入市場之 Intel 第二代 3D NAND,其每一晶圓顆粒 (die) 之儲存容量已由前代之 384Gbit 調整至 256Gbit。而第二代 3D NAND 之 256Gbit 晶圓顆粒 (die) 其具備優勢之一為:可令 SDD 控制器於每次存取程序中,其所需處理之 page 與 block 之資料量加以縮減。此項特性將有利於 SSD 控制器有效縮短其存取運算時間。此外,以較小容量之晶圓顆粒 (die) 來組成 SSD 架構時,因相同目標容量之儲存媒體相對需要較多之晶圓顆粒 (die) 來加以組構。以結果而言,這將帶來更佳之並行性優勢,以及因應而來之性能提升。

諸此袞袞因元件架構而累積之性能增益,使 Intel 第二代 3D NAND 擁有較前一代更具效能優勢之潛在能力。這亦令 SSD 760p 系列具備了先天之性能優勢。

採用最新銳之控制器——SM2262

作為中高階消費市場主役之 SSD 760p 系列採用了 SMI 之最新銳控制器——SM2262。此最新款之控制器專為針對高效能市場所開發,為一款八通道雙處理器之主控晶片,可提供最高連續讀寫速度為 3200/1900 MB/s。此外,SM2262 擁有端對端資料保護能力,以及 SMI 專利性之 NANDXtend™ ECC 技術。此項技術可令其所搭配之 3D NAND 其抹寫次數上限 (P/E cycle) 帶來整體性之提升,進而使採用 SM2262 解決方案之 SSD 耐受度得以延展,並確保儲存媒體資料之完整性。

型號SMI SM2262
介面PCIe 3.0x4
NAND 快閃記憶體通道8 通道
CE / 通道4
支援 NAND 快閃記憶體ONFI4.0/3.0 和 Toggle3.0/2.0
NV-DDR3,最高每秒 800MT
支援 DRAM 快取記憶體DDR3 / DDR3L / LPDDR3 / DDR4
特色功能
  • 支援 SLC 快取模式,最佳化持續存取效能
  • NANDXtend™ ECC 技術
  • 端對端資料保護

實物開箱

我們於第一時間取得已上市之 SSD 760p 系列成員共計有三種容量型式,其容量分別為 128GB、256GB 及 512GB。其外包裝為原廠彩盒裝,彩盒之外觀設計相較於前代更為爭妍鮮艷,背面則標註了系列產品之規格形式、保固年限,以及標稱之容量。

彩盒內標準內容物計有:SSD 本體*1、說明書*1,並未附有其他配件。

SSD 760p 系列之規格型式為 M.2 2280,接腳腳位為 M key,傳輸協定最高支援 PCIe 3.0x4 模式。SSD 正面之原廠貼紙覆蓋住了控制器、快取記憶體與 3D NAND 顆粒全體。

目前已上市之 SSD 760p 系列 128/256/512 GB 皆為單面型式,但 512GB 電路板背面留有額外之 NAND 顆粒焊點。推測於更大容量之 SSD 760p 系列上將會是兩面皆打上 3D NAND 顆粒之型式,根據目前已知發布之技術規格,2TB 之 SSD 760p 將為上述之雙面型式。

SSD 760p 系列之主控一如 SSD 600p 系列,僅標示廠商名稱與製造批號,而晶片型號則付之闕如。除 128GB 之產品為正面單顆 3D NAND 顆粒構成外,其餘 256GB/512GB 之顆粒組成皆為正面兩顆 3D NAND 顆粒所組成。而 SSD 760p 128GB 如此之顆粒構成,將令其僅能運用主控制器之半數通道。此外,SSD 760p 128GB 與 256GB 正面皆焊有一顆 NANYA NT6CL128M32BM-H2 LPDDR3 記憶體作為快取,其容量為 512 MB。而 SSD 760p 512GB 其快取記憶體則與前兩者有所不同,其為兩顆 Micron MT40A256M16GE-083E(FBGA Code: D9TGQ) DDR4 記憶體所構成,速度為 2400MHz,顆粒組成則為 512MB 兩顆,總和快取容量為 1024 MB。

測試環境

我們採用第八代 Core™ 處理器與 Z370 晶片組來建立測試環境,測試平台之規格如下:

為避免不同主機板上 CPU 節能設置之不同而干預 SSD 運作等非客觀性因素,於測試時 BIOS 中之 CPU C-State 及 EIST 節能功能皆設定為關閉狀態,以降低測試平台本身所帶來之誤差。測試平台之作業系統及韌體皆更新至最新狀態。

基本測試結果

AS SSD Benchmark 測試

AS SSD Benchmark 針對 SSD 760p 512GB 基本測試所得數據為:循序讀取 2372.91 MB/s、寫入 1567.32 MB/s。4K 讀取 69.06 MB/s、寫入 193.20 MB/s。QD1循序讀寫之表現十分亮眼,而 4K 讀取速度則大幅超越了不少 PCIe NVMe SSD 於以往所測得之數據。

使用 AS SSD Compression-Benchmark 測試之結果顯示,SSD 760p 系列 512GB 之讀寫曲線十分平順,並未有大幅波動之現象。此以結果印證了 Intel 於 SSD 之韌體調教保持其一直以來之穩定水準。此外,基於 SSD 760p 系列所採用之 SMI 2262 主控制器之演算特性,測試 SSD 對於不同壓縮比例之資料,其皆擁有一致之傳輸速率。

此外,AS SSD Benchmark 針對 SSD 760p 系列各容量所得之測試結果表列如下:

容量128GB256GB512GB
循序讀取速度1365.81 MB/s2142.43 MB/s2372.91 MB/s
循序寫入速度358.13 MB/s1273.53 MB/s1567.32 MB/s
4K隨機讀取速度53.25 MB/s69.04 MB/s69.06 MB/s
4K隨機寫入速度158.45 MB/s191.90 MB/s193.20 MB/s

Anvil's Storage Utilities 測試

Anvil's Storage Utilities 對於 SSD 760p 512GB 測試顯示 4MB 區塊之循序讀取 2790.19 MB/s、寫入 1597.5 MB/s。4K 讀取 69.04 MB/s、寫入 196.13 MB/s。循序讀取部分較前述 AS SSD Benchmark 其表現為之更高,但其餘交集項目之差異並不顯著,可以列入測試數據之浮動範圍內。

CrystalDiskMark 測試

CrystalDiskMark 對於 SSD 760p 512GB 測試結果多佇列(QD32)循序讀取為空前優異之 3178.3 MB/s、寫入 1606.3 MB/s。4K 測試結果亦為前所未見之讀取 77.00 MB/s、寫入 241.7 MB/s 之優異性能。此外,將測試資料設定為 zero fill 之結果,QD32 循序讀取 3178.4 MB/s、寫入 1603.3 MB/s。 4K 讀取 77.03 MB/s、寫入 240.9 MB/s。由以上數據顯示,測試資料之可壓縮程度並不會影響其傳輸速度。

而 CrystalDiskMark 針對 SSD 760p 系列不同容量規格所得之測試結果表列如下:

容量128GB256GB512GB
QD32循序讀取速度1595.5 MB/s3176.5 MB/s3178.3 MB/s
QD32循序寫入速度380.2 MB/s1242.7 MB/s1606.3 MB/s
4K隨機讀取速度71.12 MB/s77.78 MB/s77.00 MB/s
4K隨機寫入速度195.0 MB/s240.5 MB/s241.7 MB/s

由上表列之數據可知,SSD 760p 256GB 亦擁有與 512GB 相近之連續存取與 4K 讀寫效能。而 SSD 760p 128GB 雖其連續存取能力不若同系列他兩者之表現,但仍保有優異之 4K 讀寫效能。而 SSD 760p 系列十分優越之 4K 效能將有助於系統載入、應用程式開啟與執行之速度,亦將直接增益使用者之操作體驗。

TxBENCH 測試

TxBENCH 測試結果 QD32 循序讀取 3186.391 MB/s、寫入 1610.677 MB/s。4K 讀取 72.047 MB/s、寫入 189.700 MB/s

進階效能測試

ATTO Disk Benchmark——Neither 測試模式

以 ATTO Disk Benchmark 對於 SSD 760p 512GB 進行 Neither 模式測試,最高傳輸速度約為讀取 2909 MB/s、寫入 1627 MB/s。傳輸速度並不會因為佇列深度設定,而產生在傳輸區塊超過一定程度時之降速影響。

ATTO Disk Benchmark——I/O Comparison Random 測試模式

以 ATTO Disk Benchmark 對於 SSD 760p 512GB 進行 I/O Comparison Random 測試,最高傳輸速度約為讀取 2314 MB/s、寫入 1610 MB/s。傳輸速度並不會因為佇列深度設定,而產生在傳輸區塊超過一定程度時之降速影響。

ATTO Disk Benchmark——Overlapped I/O QD8 測試模式

以 ATTO Disk Benchmark 對於 SSD 760p 512GB 進行 Overlapped I/O QD8 測試,最高傳輸速度約為讀取 3087 MB/s、寫入 1619 MB/s。因為佇列深度設定,當傳輸區塊超過 24MB 時,傳輸速度將會大幅下降。

AIDA64 Disk Benchmark 讀取測試

以 AIDA64 Disk Benchmark 對於 SSD 760p 系列不同容量規格所得之讀取測試結果表列如下:

容量128GB256GB512GB
平均線性讀取速度2757.0 MB/s2776.7 MB/s2765.1 MB/s
平均隨機讀取速度1633.6 MB/s1638.2 MB/s1638.0 MB/s
平均緩衝讀取速度2413.2 MB/s2456.0 MB/s2417.9 MB/s

由以上結果可得知,SSD 760p 系列不同容量 SSD 於 AIDA64 Disk Benchmark 之讀取測試,均有相近之性能表現。

AIDA64 Disk Benchmark 線性寫入測試

以 AIDA64 Disk Benchmark 對於 Intel SSD 760p 512GB 進行線性寫入測試,測試程式最終傳輸區塊大小收斂於 128KB。其結果顯示最高寫入速率發生於測試初期,為1560.6 MB/s。而之後皆穩定維持於 486 MB/s 至 600 MB/s 之範圍內。整體平均寫入速率則為 567.9 MB/s。此一結果顯示了 Intel SSD 760p 512GB 即便處於連續大量寫入之極端狀態中,於 SLC 快取耗盡之不利條件下,仍擁有 550 MB/s 以上之高速傳輸表現。

而針對於 SSD 760p 256GB 進行線性寫入測試其結果顯示,測試之最終傳輸區塊大小為 128KB,初期寫入速率約為 1246.4 MB/s,當 SLC 快取用盡時,寫入速率會穩定維持於 189 MB/s 至 285 MB/s 之範圍內。整體平均寫入速率則為 254.2 MB/s。此一 TLC 真實寫入速率雖不及於前述同系列 512G 之結果,但 250 MB/s 以上之維持傳輸率仍屬不凡。

再對於 SSD 760p 128GB 進行線性寫入測試。其結果顯示:測試之最終傳輸區塊大小為 32KB,初期寫入速率約為 621.6 MB/s,當 SLC 快取用盡時,寫入速率會穩定維持於 84 MB/s 至 146 MB/s 之範圍內。整體平均寫入速率則為 127.9 MB/s。

大檔連續寫入測試

以一 20GB 之已壓縮檔案針對 SSD 760p 系列進行連續寫入測試,所得之終端支持傳輸率亦與前述 AIDA64 之線性寫入表現相近。

容量128GB256GB512GB
終端支持傳輸率135 MB/s283 MB/s532 MB/s

系列效能測試

我們將 SSD 760p NVMe SSD 同系列之 128GB、256GB、512GB 之測試結果進行交叉分析,所得之結果分述如下:

循序讀寫傳輸率

比較三種不同容量之 SSD 760p 於 AS SSD Benchmark 測得之循序讀寫傳輸率可得知,SSD 760p 512GB 擁有最佳之循序讀寫表現。而 SSD 760p 256GB 於讀寫表現則略遜於前者。此外,SSD 760p 128GB 因其僅使用控制器之半數通道,以此在循序讀寫之表現皆不及前兩者之表現。

但比對 CrystalDiskMark 之測試結果,在 QD32 多佇列條件下,SSD 760p 256GB 之循序讀取表現則可比肩於同系列 512GB 所擁有之高性能水準。而循序寫入部分則略有遜色。相同地,SSD 760p 128GB 因其僅使用控制器之半數通道,以此在循序讀寫之表現僅能貼近前兩者之半數效能。

4K讀寫傳輸率

SSD 760p 系列於不同容量產品其 4K 讀取效能皆十分相近,亦十分優異。而寫入部分 SSD 760p 128GB 其表現稍有遜色。可理解因 SSD 在小區塊存取上必需經由控制器針對 NAND 本身之特性來進行最佳化處理,以此無論 NAND 之本質或控制器之能力皆容易形成效能瓶頸。而 4K 讀寫結果係解決方案(包含主控及針對 NAND 顆粒最佳化之韌體)本身之效能特性,基本上較少因為 SSD 容量之不同而有顯著之影響。

佇列深度比較

比較不同容量之佇列深度測試結果,可得知在讀取狀態之下,SSD 760p 512GB 可以承受更高之同時佇列請求,也能提供更佳之 IOPS 表現。雖然在單一佇列之 4K 傳輸率上有其系統上限,但 SSD 760p 512GB 於多佇列情況下能夠處理得更好。

在寫入部分,可以觀察到 SSD 760p 128GB 與同系列產品有一明顯之效能落差,其餘在 256GB 容量以上之同系列產品則皆有相近之寫入表現。推測此一落差應與 256GB、512GB 之產品其顆粒組成為八通道,而 128GB 之顆粒組成僅能使用四通道之故。

不同傳輸區塊之比較

比較不同容量產品於 ATTO Disk Benchmark Neither 測試模式之結果,可得知於讀取狀態下,高容量之 256GB 及 512GB 在大傳輸區塊時可以有更高的傳輸率表現,且其中以 SSD 760p 512GB 之表現為最優。而全系列在小區塊傳輸條件下,因囿於方案自身之效能,各自之表現會相近。

在寫入部分,SSD 760p 128GB 於寫入表現上有一落差,推測此一落差應為 128GB 之顆粒組成其使用主控制器之通道數僅為他者之半數所致。

不負其主役使命,且位居性價比之冠

由以上之各項測試結果可得知,Intel SSD 760p 系列由於其所採用之 Intel 64 層第二代 3D NAND 快閃記憶體所具備之小分頁、多並行性之基礎優勢,再加以 SMI SM2262 主控制器之專利演算技術及雙核心設計,而令 SSD 760p 系列擁有前所未見之卓越 4K 效能及連續傳輸速率。除此之外,基於 3D TLC NAND 之 760p 系列於 SLC 快取耗盡之嚴苛環境下,仍擁有極佳之傳輸表現。以此,SSD 760p 系列之雄厚實力,使其完全具備了 Intel 賦予其做為消費市場主役產品之能力。又以目前其極具殺傷力之價格定位,而令 SSD 760p 躍身而為同位階競品 CP 值之王者。

Intel 第二代 3D NAND 改寫了 SSD 之市場面貌

Intel 之 64 層第二代 3D NAND 快閃記憶體可說是完全強化且突破了前代 3D NAND 力有未逮之處。續陣而來採用 Intel 第二代 3D NAND 之 SSD 760p 系列已為消費級 SSD 市場帶來無可忽視之震撼力,而此一震撼效應將勢必改寫 SSD 之市場樣貌。