再用NAND就OUT啦!首款3D XPoint消费级SSD深度评测

科技 2018-02-06 19:02        

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“纯黑色涂装”、“PCIe扩展卡样式”、“消费级SSD”,根据这3个关键词或许大家会联想到多款相关的产品,但要是再加上“3D XPoint”呢?是的,答案只有一个——英特尔傲腾SSD 900P。

早在2015年,英特尔展示3D XPoint技术时就强调,采用该技术的SSD将会在传输速度和延迟上胜过采用NAND闪存的传统SSD,并且也表明3D XPoint将会是一项革命性的存储技术。经过两年多的翘首企盼,采用3D XPoint技术的英特尔傲腾SSD 900P终于抵达MC评测室。

它的速度究竟有多快?能否赶超目前市面上的顶尖消费级SSD?这款产品适合哪一类消费者?怀揣着诸多疑问,我们开始着手对它进行测试。

英特尔傲腾SSD 900P技术解析

或许有的朋友此前并没有听说过英特尔傲腾SSD 900P这款产品,或许也并不太清楚3D XPoint到底是一种什么样的技术。在开始测试之前,我们不妨首先了解一下3D XPoint 技术和英特尔傲腾SSD 900P。

3D XPoint技术是啥?

XPoint是一种全新架构非易失性存储技术,由英特尔和美光联合研发。在理论数据方面,3D XPoint闪存颗粒的读取延迟为10纳秒,虽然和内存DRAM的几纳秒延迟相比还存在一定的差距,但是远远好于NAND的微秒级别;寿命方面,3D XPoint闪存颗粒的寿命约为百万级读写次数,相比NAND的数千次读写完全不在一个数量级上;带宽方面,多通道技术的应用使得采用3D XPoint技术的闪存颗粒在带宽上并不存在什么劣势。

更直接地说,在英特尔的官方宣传中,3D XPoint理论上拥有远超NAND的容量和接近DRAM的性能,包括比NAND速度快1000倍以上,寿命是NAND的1000倍以上,数据密度则达到了DRAM的十倍以上。

▲3D XPoint基本结构示意图▲3D XPoint基本结构示意图

在产品定位方面,3D XPoint并不是用于彻底替代DRAM和NAND的技术,它的定位是计算机存储中的一个新的层级,可以在不同的应用领域增强目前的存储结构体系。由于其强悍的性能,用户能够根据不同的需求来选择,可以组成DRAM+3D XPoint+NAND三级存储系统,或者是3D XPoint接管DRAM+NAND,亦或者组成DRAM+3D XPoint的方案,甚至也可以是3D XPoint+NAND的系统。不同方案的成本、侧重点和性能都有所不同,结局是开放性的,可以根据用户需求和市场选择来搭配合适的方案。

▲3D XPoint在系统中的定位▲3D XPoint在系统中的定位

说完了优势和应用,再来看看3D XPoint的技术内容吧。目前,3D XPoint的核心技术究竟是什么尚不得而知。但是业内普遍猜测:3D XPoint的非易失性、高性能、超长寿命这3大特点显示,它肯定使用了完全不同于NAND的电荷存储结构,备选的方案有阻变存储器(RRAM,Resistive Random Access Memory)和相变存储器两种(PCM,Phase Change Material Random Access Memory)这两种。

无论如何,这两种技术的基本存储原理都是类似的。从英特尔给出的一些资料来看,3D XPoint的基本单元结构和目前的存储芯片非常相似,都拥有完整的字线和位线,数据存储在交叉叠起的字线和位线之间。字线或者位线之间存在的特定电压差,能够改变一种特殊材料的电阻。电阻改变后,数据就被标识为1,反之则为0。当数据需要读取时,字线和位线可以检测某个存储单位的电阻值,根据其电阻值来反馈数据存储情况。根据这个原理,无论是RRAM还是PCM都可以做到。

首先,我们来看阻变存储器。顾名思义,阻变存储器就是通过改变物质的电阻,来实现对数据的存储。目前的一些技术征兆显示,3D XPoint核心原理的技术有可能是通过可编程金属化单元改变电阻。另一种就是相变存储器技术了。所谓相变,就是物质的“相”发生了改变。比如之前是绝缘体,突然变成了导体,或者之前是磁体,突然变成了非磁体。

不过迄今为止,英特尔和美光都没有对PCM材料在3D XPoint上的应用做出任何表态,甚至在某些场合变相否认了PCM材料。因此,相变存储器是否应用在3D XPoint上依旧是一个谜团。

最后,再让我们来看看实际产品。目前,采用3D XPoint技术的傲腾内存已经于2017年上半年正式发售,这款产品可作为机械硬盘的高速缓存,从而让机械硬盘的响应速度达到主流固态硬盘的水平。不过傲腾内存也存在缺点,一方面是需要搭配英特尔Kaby Lake或更新平台才能使用,另一方面就是其设置步骤较为复杂。英特尔傲腾SSD DC P4800X是第二款采用3D XPoint技术的产品,同时也是英特尔面向数据中心的旗舰级SSD。

此外,基于3D XPoint技术的第三款产品便是我们即将进行评测的英特尔傲腾SSD 900P,它定位消费级市场,以高端游戏玩家、专业人士以及发烧友为主要目标群体。

规格参数

在外观上,英特尔傲腾SSD 900P系列拥有两种形态。其中一种是与英特尔傲腾SSD P4800X相同的PCIe扩展卡样式(HHHL),而另一种则是与我们熟知的2.5英寸SSD相似,但采用U.2接口的样式,而此次抵达MC评测室的便是PCIe扩展卡样式的英特尔傲腾SSD 900P。

▲英特尔傲腾SSD 900P的正面外观与英特尔傲腾SSD P4800X相似,并且其背面还配有散热装甲。

在规格参数方面,两种形态的英特尔傲腾SSD 900P均支持NVMe数据传输协议,拥有PCIe 3.0 x4数据传输带宽。理论性能方面,两种形态的英特尔傲腾SSD 900P在连续读写速度上均最高可达到2500MB/s和2000MB/s,随机读写速度均为550000IOPS和500000IOPS,并且读写延迟也均为10μs。

可靠性方面,两种形态的英特尔傲腾SSD 900P均拥有160万小时的平均故障间隔时间,但两者的写入寿命有所差别—PCIe扩展卡样式的英特尔傲腾SSD 900P(容量:480GB)的写入寿命可达8.76PB(约8970TB),而另一种的写入寿命则为5.11PB(约5233TB)。要知道,容量为512GB,采用自家TLC闪存颗粒的英特尔600P SSD的写入寿命仅为288TB;而容量同样为512GB,采用MLC 3D V-NAND闪存颗粒的三星960 Pro SSD也仅拥有400TB的写入寿命。由此可见,3D XPoint闪存颗粒的确给英特尔傲腾SSD 900P带来了傲人的写入寿命。

此外在容量方面,PCIe扩展卡样式的英特尔傲腾SSD 900P目前提供了480GB和280GB这两种容量可供消费者选择,来到MC评测室的便是容量为280GB的英特尔傲腾SSD 900P,而另一种采用U.2接口的英特尔傲腾SSD 900P则仅有480GB这一种容量。

拆解及内部解析

为了查看英特尔傲腾SSD 900P的内部结构及芯片组成,我们对它进行了拆解。拆开这款SSD前后的散热装甲之后我们首先可以看到的是,英特尔傲腾SSD 900P内部的存储颗粒和部分重要芯片均配备了散热贴片,以便更快地将这些芯片产生的热量通过前后的散热装甲传递出去。

▲拆下散热装甲之后可以看到,英特尔傲腾SSD 900P的主要芯片均配备的散热贴片。▲拆下散热装甲之后可以看到,英特尔傲腾SSD 900P的主要芯片均配备的散热贴片。

同时我们也注意到,英特尔傲腾SSD 900P的主控芯片的尺寸较大,并且这款容量为280GB的英特尔傲腾SSD 900P一共拥有21颗闪存颗粒。也正因如此,英特尔傲腾SSD 900P才无法达到像傲腾内存那样小的体积。

▲英特尔傲腾SSD 900P的PCB板反面也配有7颗闪存芯片。▲英特尔傲腾SSD 900P的PCB板反面也配有7颗闪存芯片。


▲3D XPoint闪存颗粒。▲3D XPoint闪存颗粒。

此外在主控芯片方面,英特尔傲腾SSD 900P采用了和英特尔傲腾SSD DC P4800X相同的英特尔SLL3D主控芯片,该主控芯片拥有PCIe 3.0 x4带宽和7个数据传输通道。值得一提的是,得益于3D XPoint闪存较快的存取速度,英特尔傲腾SSD 900P并没有配备缓存颗粒,所以也更易于管理。

▲采用了和英特尔傲腾SSD DC P4800X相同的英特尔SLL3D主控芯片▲采用了和英特尔傲腾SSD DC P4800X相同的英特尔SLL3D主控芯片


我们如何测试

关于英特尔傲腾SSD 900P的性能,我们将会从基准性能、应用性能、游戏载入时间以及垃圾回收这4个部分来对其进行考察。当然,为了让大家对英特尔傲腾SSD 900P的综合性能有更加直观地认识,我们也会选择一款同样面向消费者的旗舰级SSD和它进行对比测试。

我们知道,英特尔拥有众多的SSD产品线,而在英特尔的消费级SSD中,英特尔750系列SSD的性能可谓是首屈一指,所以我们将选用容量为1.2TB的英特尔750 SSD作为本次测试的性能对比产品。此外在测试平台的搭建上,为了排除性能瓶颈,核心组件方面我们选择了英特尔Core i7-8700K处理器、芝奇Trident Z DDR4 3600内存套装(8GB×2)以及ROG MAXIMUS Ⅹ FORMULA主板等高性能组件。

另外需要说明的是,为了让两款参测SSD能够充分发挥出它们的实际性能,我们在测试之前安装了专为英特尔傲腾SSD 900P和英特尔750系列SSD提供的英特尔NVMe驱动程序。不过对比测试成绩之后我们发现,采用Windows 10自带的NVMe驱动程序测得的结果,明显高于在安装英特尔提供的驱动程序后的测试成绩。因此,我们便直接使用Windows 10自带的NVMe驱动程序进行测试。

测试平台一览

处理器:Intel Core i7-8700K

主板:ROG MAXIMUS Ⅹ FORMULA

内存:芝奇Trident Z DDR4 3600内存套装(8GB×2)

硬盘:英特尔傲腾SSD 900P(280GB)、英特尔750 1.2TB SSD、金士顿UV400 240GB SSD(系统盘)

显卡:GeForce GTX 1080 Ti

散热器:Tt FLOE RIING 360水冷散热器

电源:长城巨龙1250W电源

基准性能测试

▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:1GB)▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:1GB)


▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:1GB)▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:1GB)


▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:10GB)▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:10GB)


▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:10GB)▲英特尔傲腾SSD 900P(测试文件大小:10GB)


▲英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:1GB)▲英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:1GB)


▲英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:1GB)▲英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:1GB)


英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:10GB)英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:10GB)


▲英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:10GB)▲英特尔750 SSD 1.2TB(测试文件大小:10GB)

测试点评:理论性能测试中,我们使用AS SSD Benchmark对英特尔傲腾SSD 900P和英特尔750 SSD 1.2TB的性能进行了考察。从测试结果来看,英特尔傲腾SSD 900P在测试总分上拥有非常明显的优势,但是具体到单项测试中,它则是与英特尔750 SSD 1.2TB各有胜负。

首先在连续读写性能方面,英特尔傲腾SSD 900P在测试文件为1GB时的连续读写速度分别为2470.81MB/s和1999.81MB/s,与其理论性能十分相近。同时与英特尔750 SSD 1.2TB相比,英特尔傲腾SSD 900P的连续读写速度都要快上不少。要知道,仅采用TLC闪存颗粒的普通SATA SSD,其连续读写速度上通常在500MB/s左右,而采用MLC颗粒的NVMe SSD建兴T10,其读写速度也不及英特尔傲腾SSD 900P。此外当测试文件为10GB时,英特尔傲腾SSD 900P的连续读写速度不仅没有降低,反而是出现小幅度的上涨。反观英特尔750 SSD 1.2TB,在测试文件为大小从1GB提升到10GB之后,其连续读写速度均出现了较为明显的下降。

在随机读写性能上,英特尔傲腾SSD 900P的单队列4K随机读取速度达到54201IOPS,而英特尔750 SSD 1.2TB的测试结果仅有6258IOPS,前者是后者的8倍多。通常来说,SSD的单队列4K随机读取性能越快,游戏载入时间便越短。因此,出众的单队列4K随机读取性能将会让英特尔傲腾SSD 900P在游戏载入时间上更具优势。不过在单队列4K写入性能方面,英特尔750 SSD 1.2TB要略胜一筹。此外,在高队列4K读写速度上,英特尔傲腾SSD 900P的高队列4K读写速度也要更加优秀。

实际应用测试

▲英特尔傲腾SSD 900P PCMark 8 Storage测试成绩。▲英特尔傲腾SSD 900P PCMark 8 Storage测试成绩。


▲英特尔750 SSD 1.2TB PCMark 8 Storage测试成绩。▲英特尔750 SSD 1.2TB PCMark 8 Storage测试成绩。

测试点评:在应用性能测试项目中,我们首先在英特尔傲腾SSD 900P和英特尔750 SSD 1.2TB中安装了Windows 10系统,并考察了它们的系统启动耗时。同时为了排除性能瓶颈,我们使用RAMDisk调用内存容量来对两款参测SSD进行文件拷贝测试。此外,我们还通过PCMark 8 Storage对这两款高性能SSD进行了更全面的性能测试。

首先在系统启动耗时上,英特尔傲腾SSD 900P的冷启动和热启动都要比英特尔750 SSD 1.2TB耗时更短。其中,英特尔傲腾SSD 900P的系统冷启动耗时比后者快7.2秒。同时,该SSD的系统热启动耗时也比英特尔750 SSD 1.2TB少5.6秒。

而在文件拷贝测试中,我们选用的单个视频文件容量为12.3GB,零散文件为《英雄联盟》游戏文件夹,该文件夹大小为8GB,包含20459个零散文件。从测试结果来看,英特尔傲腾SSD 900P的单个大容量视频拷贝和零散文件拷贝速度均优于英特尔750 SSD 1.2TB。例如,在拷贝12.3GB电影文件时,英特尔傲腾SSD 900P分别快了177MB/s和854MB/s。同时在拷贝零散文件时,英特尔傲腾SSD 900P也更快完成拷贝任务。

在接下来的PCMark 8 Storage测试中,英特尔傲腾SSD 900P的性能表现同样优于英特尔750 SSD 1.2TB。首先在测试总分上,英特尔傲腾SSD 900P获得5118分,而英特尔750 SSD 1.2TB则获得5048分,前者高出70分。或许这不足2%的总分优势并不能让你眼前一亮,没关系,咱们再来看看两款参测SSD的测试带宽。

通过我们的测试,英特尔傲腾SSD 900P在PCMark Storage的测试带宽达到惊人的1437.03MB/s,而英特尔750 SSD 1.2TB的测试带宽则为474.13MB/s,前者的测试带宽高出后者3倍之多。下面我们来看看两款参测SSD在PCMark Storage的单项测试成绩。

首先在《魔兽世界》任务读写时间上,英特尔傲腾SSD 900P耗时56.9秒,而英特尔750 SSD 1.2TB则多花了1.1秒。同时在Adobe PhotoShop轻/重载任务读写时间上,英特尔傲腾SSD 900P也分别拥有1秒和1.9秒的优势。

此外,在Microsoft Word、Excel以及PowerPoint这3项测试中英特尔傲腾SSD 900P也都能比英特尔750 SSD 1.2TB更快地完成读写任务。因此在实际应用测试中,英特尔傲腾SSD 900P的表现完胜英特尔750 SSD 1.2TB。

游戏载入时间测试

测试点评:这部分测试中,我们选取了时下大热的网络游戏《绝地求生:大逃杀》,以及《使命召唤:二战》、《F1 2017》等8款游戏来测试两款参测SSD的游戏载入时间。从测试结果来看,英特尔傲腾SSD 900P的表现要更加突出。其中,英特尔傲腾SSD 900P载入《绝地求生:大逃杀》耗时29.7秒,而英特尔750 SSD 1.2TB则多耗时4.2秒。

同时,在《F1 2017》和《奇点灰烬》这两款游戏中,英特尔傲腾SSD 900P也分别提前2.1秒和1.8秒完成加载任务。此外,《使命召唤:二战》、《文明6》以及《古墓丽影:崛起》等5款游戏中,英特尔傲腾SSD 900P的加载速度也都比英特尔750 SSD 1.2TB要快。

垃圾回收测试

测试点评:在垃圾回收测试中,我们使用IOMeter对英特尔傲腾SSD 900P进行数据写入,并最后剩余30GB的存储空间用以进行垃圾回收测试。从我们的测试结果来看,英特尔傲腾SSD 900P在存储空间几近写满的情况下依然能够保持初始状态下的性能。

例如,AS SSD Benchmark(测试文件为10GB)中的单队列连续读写速度依然分别保持在2465MB/s左右和2052MB/s左右,并且其他单项测试速度也没有出现大幅度的降低。

不仅如此,英特尔傲腾SSD 900P的PCMark 8 Storage测试总分相比实际应用测试的成绩出现了略微上涨。由此可见,这款SSD的垃圾回收策略较为积极,即使在全盘几近写满的状态下也不会像众多普通SSD那样出现较为明显的掉速现象。

值得高端游戏玩家选择的旗舰级SSD

虽然在理论性能测试中,英特尔傲腾SSD 900P的表现并非全面压制英特尔750 SSD 1.2TB,但是前者仍然在以下几个方面拥有较为明显的优势。首先AS SSD Benchmark的测试结果反映出,英特尔傲腾SSD 900P的连续读写速度比英特尔750 SSD 1.2TB要快上不少,所以对于需要时常进行大容量视频存储的专业用户来说,英特尔傲腾SSD 900P无疑会大幅度提升你的工作效率。

具体到实际体验上,无论是在系统启动时间、文件拷贝,还是在PCMark 8 Storage测试中,英特尔傲腾SSD 900P的测试结果均能够胜过英特尔750 SSD 1.2TB。特别是在PCMark 8 Storage测试带宽这一项结果上,英特尔傲腾SSD 900P高达1437.03MB/s的测试带宽确实非常喜人。

不仅如此,单队列4K随机读取性能也是英特尔傲腾SSD 900P的一大优势。其单队列4K随机读取速度达到54000IOPS以上,该项测试成绩是英特尔750 SSD 1.2TB的8倍多。这也为英特尔傲腾SSD 900P在游戏载入时间上的优势奠定了基础。虽然在我们选用的8款游戏中,英特尔傲腾SSD 900P的游戏载入时间并不像单队列4K随机读取速度那样是英特尔750 SSD 1.2TB的好几倍,但是其游戏载入耗时的确要比英特尔750 SSD 1.2TB更短。

此外在写入寿命上,容量为480GB的英特尔傲腾SSD 900P的写入寿命可达8.76PB(约8970TB)。虽然截稿前英特尔傲腾SSD 900P 280GB版本的写入寿命还没有公布,但可以肯定的是,其写入寿命会远高于采用NAND闪存的普通SSD。

接下来,我们还是将关注点转移到售价方面。英特尔傲腾SSD 900P目前已经上市,国内电商平台中,280GB版本的售价为2999元,480GB版本的售价为4999元,如此高高在上的售价就注定了这款产品并不是普通消费者的玩物。不过对发烧友,时常进行大容量视频存储的专业用户,以及对售价并不敏感并喜爱追求高性能的游戏玩家来说,这款性能出类拔萃的消费级SSD不仅可以提升工作效率,同时也能够成为你的游戏利器。

值得一提的是,在去年的《星际公民》玩家嘉年华上,英特尔宣布与《星际公民》达成合作,凡是购买了英特尔傲腾 SSD 900P的玩家,可以获得《星际公民》的游戏激活码以及一架Sabre Raven独家飞船,而且还能够以15美元的优惠价购买游戏剧情模式。由此可见,英特尔也在向游戏玩家们推荐英特尔傲腾SSD 900P这款拥有不俗游戏性能的SSD。​​​​

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