【小闲讲硬件】不是所有M.2都是NVMe:高速SSD选购扫盲指南

Mayuki小闲2018-12-05 14:57:25


【前言】

总有水友问我为什么你的吃鸡和武侠乂载入那么快?我们还在读取画面,看你已经在素质广场闲逛了。那么今天我就给大家讲一下游戏载入速度快的秘密,如何选一款高速SSD以及其中的一些原理。

几乎所有玩家都知道固态硬盘(SSD)的速度是快过机械硬盘(HDD)的,并且会让电脑运行速度有很大的提升,但SSD的种类繁多,接口、协议、颗粒等等参数的差异会让不同的SSD性能有几倍的差距,本篇文章将给大家讲解SSD选购中的一些门道,让你选到一块真高速,性能强的SSD。



还以为M.2就是性能保障?

M.2作为一个相对更新的硬盘接口类型,往往容易被商家恶意描述成高性能高速度的代名词,当你看到别人的M.2 SSD读写速度是你的几倍的时候,你会深刻的感受到这个世界上不好的一面。

目前市面上的SSD根据用途不同主要采用SATA、mSATA、PCIE或M.2接口,M.2作为一个接口类型,并不能代表SSD的性能好坏,影响SSD性能的一大重要原因是SSD所使用的总线标准。M.2接口规范下拥有两种类型,分别是Socket 2(B Key插槽)和Socket 3(M Key插槽)。其中Socket 2支持SATA和PCI-E x 2接口,Socket 3则支持更高规格的PCI-E x 4接口。

现在市场上SSD使用的总线标准主要分为SATA、和PCI-E。SATA 3.0的理论带宽为6Gbps,实际使用中速度不会超过600MB/s,这也是所有采用SATA或者mSATA接口的SSD的性能上限。

PCI-E总线拥有着远大于SATA的带宽


不同于SATA通道的硬盘-内存-CPU,PCI-E通道不需要通过内存而是采用了硬盘-CPU的直接通道,这样一来速度自然提升不少。而采用PCI-E和M.2接口的SSD可以使用PCI-E总线,其中最为顶级的PCI-E 3.0 x 4的总线带宽为32Gbps,实际传输速度可以轻松突破1000MB/s,更有旗舰产品甚至可以达到2000MB/s以上。

PCI-E通道+NVMe协议会带来极高的性能


NVMe是一个玩家们在高端SSD上会看到的一个词汇,NVMe是使用PCI-E通道的SSD的一种规范(是AHCI协议的进阶版本),更高定位的产品除了会使用四通道的PCI-E 3.0 x 4总线,还会支持NVMe协议以提供更快的读写速度,这也是一块高端SSD必备的。


SLC、MLC还是TLC?

相信一些稍微了解过固态硬盘的玩家对SLC、MLC和TLC都有所耳闻,对于TLC的印象应该是性能差寿命短的代名词。SSD存储数据依靠的是NAND Flash闪存芯片,原理上非常类似于我们使用的U盘,这其中按照NAND Flash的存储原理不同分为SLC(Single-Level Cell),MLC(Multi-Level Cell)以及TLC(Trinary-Level Cell)。

原理上来说,SLC每1个存储器储存单元只存放1bit数据,只存在0和1两种充电值。MLC每1个存储器储存单元存放2bit数据,拥有00,01,10,11四个充电值,访问数据时就需要比SLC更多的时间,但好处在于其拥有更高的数据密度,可以降低生产成本。TLC每1个存储器储存单元存放3bit数据,共有8个充电值,在使用过程中,为了满足这8种不同的电压状态,需要主控芯片施加不同的电压状态,这就需要更长时间来完成,而这样带来的结果就是更慢的访问速度。但是TLC的优势在于数据密度最高,成本最为低廉,也非常容易在有竞争力的价格段上做出大容量的SSD。

TLC不论在寿命还是性能上都和MLC差距明显


玩家们谈TLC色变,其中读写速度慢并不是主要原因,更让人担心的是TLC SSD的寿命。理论1000次的擦写寿命相较于3000+次的MLC和近乎无限寿命的SLC显得是那么的捉襟见肘。

更先进的工艺制程反而会让原件更为脆弱


前面原理部分简单说明了TLC SSD使用时的工作状态,半导体工艺越来越先进导致绝缘体硅氧化物的厚度越来越薄,在SSD每次写入擦除的时候都要进行加电压的过程,这个过程本身就有物理损耗,加之TLC需要同时处理8种不同的电压,物理定律决定了电子可能会在二氧化硅绝缘层产生滞留,这让每一次擦写时间都会变得比上一次更长,随着使用时间变长,每一次想达到原定的电压都会需要更长的时间和更高的电压值,主控芯片还会在侦测到原设计电压值异常时尝试不同电压,这样一来更进一步的减慢了速度,并且带来了更进一步的损耗。


为什么TLC正在统治SSD市场?

不论你是否愿意承认,尽管玩家们对于TLC的口碑并不好,但SSD市场正在不可不免的被TLC SSD统治。寿命短、性能差这样显而易见缺点的产品难道只是因为成本低就被各大厂商大量的下放到市场中吗?

事实上,TLC SSD现如今占据大部分市场份额的原因是厂商们找到了解决TLC读写速度慢和寿命短的方法。

通过多层堆栈结构容纳下更多元器件


首先的寿命问题的解决是得益于3D NAND结构,原本的2D NAND通过更先进的半导体工艺追求更小的存储单元来换取更大的存储容量,这对TLC来说更是加重了寿命短的问题。而3D NAND结构思路一转,不再在一个平面上追求更小的单元,而是通过堆叠封装的方式来放下更多的单元,而因此省出的空间就可以使用相对更旧的工艺。使用旧工艺的好处就是P/E擦写次数大幅提升,而且电荷干扰的情况也因为使用旧工艺而大幅减少。

近年厂商对于主控芯片上的改进也让TLC的寿命相较之前有个进一步提升,在信号处理、算法等等方面都在进步。以至于如今的TLC SSD在质保上也可以和MLC看齐。

将部分TLC以SLC模式使用


TLC在解决速度问题的方式上属于一种“治标不治本”的状态。原理上决定了TLC的读写速度是不可能快过MLC甚至是SLC的,但我们读写数据并不都是每次都是非常大的数据量厂商们通过让TLC的一部分变身为缓存区,让它模拟成SLC的工作模式,也就是SLC Cache(即3bit当1bit用)。这样一来,就带来了少量数据读写的时候让TLC也拥有了非常快的速度。

缓存区写满后会恢复TLC本来的速度


说它是“治标不治本”是因为这样的方式并不能让TLC全程保持高速,当缓存区存满,读写速度就会“原形毕露”。

玩家们在选购SSD需要注意尽量购买主流正规厂商的颗粒,原厂颗粒最佳,白片可以考虑,黑片直接不要考虑,切忌贪图小便宜,数据是非常宝贵的。


主控芯片

主控芯片在SSD中是可以很大程度上影响到其最终的性能表现和使用寿命。此外,主控芯片还直接决定了M.2接口的SSD是走SATA通道还是PCI-E通道。

主控芯片在市场上主流的品牌中三星家的主控芯片往往是自产自销,只用在自家的SSD当中,在剩余的如Marvell、SandForce、慧荣、群联、智微以及东芝等等几大主流主控厂商的主控芯片在各个价位段的产品中都有分布,不同价位的产品的主控芯片性能几乎也是相对应的。主控主要控制着数据的读写,以及FTL层的算法(比如磨损平衡WL,垃圾回收GC等等),这些和很大程度上决定了SSD的性能。玩家们在选购SSD的时候,不用过分的纠结主控的具体性能,但要避开“拼夕夕”主控芯片:)


兼容性

对于SATA和mSATA接口来说,由于都使用的是SATA通道,玩家只需要观察自己设备的接口形状就可以很容易的判断该选购哪款。

M.2接口分之下的B Key和M Key插槽


但M.2接口除了支持SATA总线之外,还支持PCI-E 3.0 x 2以及PCI-E 3.0 x 4总线,对应主板还分为了B Key和M Key,情况就比较复杂了。

为方便理解,我们用图片的形式为大家说明。

B Key插槽可使用B&M Key或者B Key的SSD,当SSD自身和主板插槽本身都支持PCI-E总线时,最高会以PCI-E 3.0 x 2的速度运行,最大速度不超过1000MB/s,而二者有一个不支持PCI-E总线时,会使用向下兼容的SATA 3.0总线,速度不大于600MB/s

M Key插槽的情况最为复杂,当你的SSD使用B&M Key接口时,在支持PCI-E总线时最高会以PCI-E 3.0 x 2的速度运行,最大速度不超过1000MB/s;不支持时则使用SATA总线。

而使用M Key接口时,会根据SSD本身支持的是PCI-E 3.0 x 2或是PCI-E 3.0 x 4来决定速度。在PCI-E 3.0 x 4的前提下,如果SSD支持NVMe协议,性能将会达到最高。


看品牌
较好的品牌有三星、浦科特、英睿达、英特尔、东芝、建兴、惠普、闪迪等。
三星:三星是SSD领域的老大,也是唯一一家能自主生产SSD的厂家,产品占市场份额第一。三星的SSD以稳定性和速度位居榜首,很少听说有三星的固态硬盘出问题的,三星所有SSD都可以放心买。
浦科特:浦科特的SSD全部使用东芝的原厂颗粒,主控一般也会使用最好最稳的马牌主控,性能不俗。推荐的是m.2接口的M9Pe,使用马牌主控+TLC颗粒,价格也比较便宜。
英睿达:英睿达是镁光的内存品牌,其产品全部使用镁光原厂颗粒,因此质量有保障,推荐的是BX300使用MLC颗粒+荣威主控,虽然主控差但是价格便宜,也足够耐用。
英特尔:英特尔的固态硬盘售后非常好,产品很稳定,但是品牌加持,价格略贵。
东芝:东芝是仅次于三星的闪存颗粒生产商之一,比较推荐的是使用自家MLC颗粒+东芝主控的Q200和Q200ex,价格也不贵,性价比高。
建兴:建兴的明星产品是T9,马牌主控+MLC颗粒,几乎是完美的配置,非常非常耐用,但是价格也较贵。
惠普:惠普的EX 900性能不错,但质量一般,价格非常吸引人,销量很大,也有各方面都较好的EX 920系列,不过价格没太大的吸引力。
闪迪:能自主生产颗粒的厂家之一,但产品主要面对低端市场,价格较便宜。


知识点没看懂没关系,下面会说几款主流的SSD,可以根据预算和推荐指数购买。


M.2 NVME的高性能固态硬盘 


1.三星970EVO(256GB 699元) 
推荐指数:★★★★★

三星绝对是SSD领域的老大!970EVO是2018年5月开售的新品,使用的是三星自家的TLC颗粒和目前顶级的三星Phoenix主控,质保5年,比960EVO还多了两年,所以在质量和性能上一点都不用担心,顺序读写2450MB/s,4K IPOS值为275k,是所有TLC颗粒的SSD中最快的,而且三星的SSD非常稳定,很少听说三星的SSD出问题的。

2.三星970PRO(512GB 2199元) 
推荐指数:★★★★

970PRO是所有SSD中最旗舰,最完美的一款产品。使用顶级的三星Phoenix主控,MLC颗粒,质保5年,由于是MLC颗粒,所以几乎不存在掉速的情况,非常稳定。顺序读写2900MB/s,4K IPOS值为435k,说是目前最快的SSD当之无愧。因为价格太贵,所以推荐程度不高。 
如果嫌价格太贵,更推荐三星SM961,对位960 PRO,同样的主控同样的MLC颗粒,256GB售价仅670元左右,很划算。不过SM961是三星提供给各大品牌机和笔记本厂家使用的产品,所以官方渠道没有在售,也没有官方售后服务,只有X宝个人店铺在售并提供店铺质保。 

3.浦科特M9PeG(256GB 589元) 
推荐指数:★★★★

浦科特这款价格便宜些,东芝原厂的TLC颗粒,马牌主控是亮点,还带有散热马甲,5年质保,质量上可以放心。顺序读写2000MB/s,4K IPOS值为170k,速度不算很快,但是价格便宜,使用稳定,预算没那么高可以选择。 

4.英特尔760P(256GB 759元)
推荐指数:★★★

英特尔这款除了价格之外,其他的都挺不错的,慧荣主控+英特尔TLC颗粒,虽然各方面性能比不过三星970EVO但又比前面说的浦科特M9PeG强不少。英特尔这个牌子大名鼎鼎,也具有一定信仰加持。顺序读写2262.5MB/s,4K IPOS值为235K。 

5.惠普EX900(250GB 价格459元) 
推荐指数:★★★

一款非常非常便宜的nvme高性能固态硬盘,使用镁光的白片颗粒,HP主控,读写1700MB/s,4K IPOS 117.5K,速度在NVME固态中不算快,但也比传统的SATA快很多。这个盘主要就是价格低,质量比较一般,如果就是想要一款便宜的 NVME协议的固态硬盘,可以买这款,否则还是建议加100元买惠普EX 920或浦科特M9PeG。 


【总结】

本篇文章最后得出的结论几乎是非常残忍并且像是废话的,那就是:贵的好。但这篇文章的目的并不是一味地推荐你选择贵的产品。很多商家在SSD介绍页面很少提及SSD本身的详细性能,本文从几个角度全面的解析了昂贵的SSD贵在了哪里,廉价的SSD又差在了哪里,希望你看完之后能有一个属于自己的认知。

这个世界上永远没有最好的产品,但最适合你的产品是一直都在的,综合自己对于速度、寿命以及价格的敏感度综合考量之后,希望你也能选到自己最称心的那款。



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