想用SSD之前看这个

  • cuihuanhuan
  • 2015-07-30 18:27:01
  • [原创] Doit.com.cn

[导读]PCIe 闪存快速而神奇的世界

那些串行ATA国际组织(SATA-IO)的研究员们在向世界发布SATA 6Gb/s规格时,一定非常自豪,可以想象他们当时的想法——只要谈到硬盘性能,我们就处于世界前列。

是的,看看那个一直吱吱作响的老机械硬盘存储,6Gb/s接口速度即使在可预见的未来也会令人满意。但令他们甚至是其他所有人都难以置信的是,SSD从一个几乎无法实现的目标(因为成本问题)到现在几乎普通的存在,以及它能够满足几乎所有的预算。

从那时起我们也认识到,标准SATA 6Gb/s接口无法与SSD性能的巨大飞跃保持同步,用一些其他形式接口进行高速度存储的“狩猎”仍在进行。并且很快变得明朗化——这项基于周围所有新接口的理想技术会是一个主板的PCI Express通道。

各种基于PCIe的驱动器已经出现很长时间了。SATA-IO推出的新生代SSD分别是 M.2和SATA Express两个规格,尽管这两项技术都是基于现有ACHI(高级主控制器接口)架构。而我们所需要看到基于PCIe驱动器的真正潜能是一个完全理解非易失性存储器的架构,现在这个架构也最终已经以NVM Express或NVMe的形态实现,稍后会有更多。

首先,快速浏览一下众多通过PCIe插槽使用SSD驱动器的方法。
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适合所有人——华擎Z97 Extreme6主板采用PCIe, SATA Express Ultra M.2和M.2插槽。

主板PCIe插槽

SSD驱动器使用PCIe接口,在一个PCB上构建,它的出现比大多数人想象的还要早,面向消费者和企业部门。比如2010年,OCZ是全球首个采用多控制器/ PCIe用户级SSD的公司。

再有企业级驱动器如Fusion-io(现在属于闪迪),价格标签能让最自信的IT经理都犹豫不决。还有几年前KingSpec推出的一个基于PCIe的驱动器。

从初版RevoDrive ,连同一部分难得一见的驱动器,OCZ几乎是靠自身为用户级PCIe驱动器摇旗呐喊,直到2015年才看到了一个在PCIe方面瞄准消费者市场的提升——Plextor有了M6e,G.Skil生产了Phoenix Blade,金士顿近期还推出了HyperX Predator,更多制造商都在争相效仿。

M.2

M.2格式有些混淆不清,因为其同时支持SATA和 PCIe驱动器,但在此文中,我坚持PCIe版本。其又名NGFF,M.2驱动器有望接替mSATA成为超极本和外形更小的笔记本厂商首选方案。例如,联想最新的X1 Carbon Gen3就采用了三星最新的SM951 PCIe M.2驱动器作为一个选项。
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三星XP941 (上) SM951(下)

但使用并不是一朝一夕的事,mSATA发展也在循序渐进,英睿达和三星发布了它们最新驱动器的mSATA版本,分别是MX200和850 EVO。

你会发现驱动器贴上了如2230, 2242, 2260, 2280或22110的标签,2260和2280成为最常见的外形因素。这些数字代表驱动器的外形尺寸——2280表示22毫米宽80毫米长。该存储也出现了单面和双面版。

在一个桌面位置达到M.2驱动器最佳效果可能会出现一些问题,但是这些问题会随着格式的成熟而得到解决。大多数目前的主板都有一个M.2插口只需要两个PCIe通道就可以使用。为了获得四倍速你要么采用一个英特尔X99芯片组主板要么找一个华擎制造的专用主板(我用了相当好的Z97 Extreme6),而Gigabyte拥有外部PCIe通道达到四倍速。
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Lycom DT-120 M.2到 PCIe适配器

另一个选择是使用一个适配卡如Lycom DT-120,将4个M.2驱动器用于一个PCIe插槽(4个插槽或以上)如此一来即便主板没有M.2端口也可以使用。

SATA Express

SATA Express(部分SATA 3.2标准)似乎已经从一位勇敢新世界的圣人变成了一个平凡人,渐渐为人们所遗弃。SATA Express规格是关于一个接口而不是任何的驱动器架构,旨在使SATA设备与PCIe总线共同作用,绕过6Gb/s SATA限制,支持PCIe标准(2.0和3.0)但只有2倍速。
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西部数据的SATA Express驱动器PCMark 8基准测试

2014年西数在台北电脑展推出了一款SATA Express驱动器,目前也仅此而已。许多现有主板都有端口在等待被使用,而真正的SATA Express驱动器尚未投入市场。传言该驱动器会是英特尔即将推出的Skylake平台的一部分,如果是真,那它完全能重获新生。但对个人而言,我想我能预见SATA Express作为一个用于外部驱动器快速接口的终结。

U.2

尽管SATA Express看来已经被放入电影夺宝奇兵的“大型仓库”里,一个连接2.5英寸SSD和PCIe总线的新接口已经以SFF-8639的形态出现了,最近被小型设备工作组(SFFWG)重命名为U.2,U.2相对于SATA Express的直接优势是支持4条PCIe通道,同时支持NVMe。

英特尔有一个最新SSD 750的2.5英寸版本是面向消费者市场的,它就使用了这个连接器。因此这就是个找主板或M.2插槽适配器连接另一端电缆的事儿。

NVMe

基于PCIe的SSD难题——就是到现在还依靠2004年推出,支持机械硬盘的老旧AHCI架构。
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Intel SSD 750: NVM Express和U.2兼容连接器

NVMe的架构第一次是在2007年假借非易失型主机控制器接口(NVMCHI)定义的。它已经完全支持NAND内存并承诺性能方面有大改善,还有一个寄存器接口,特别为NAND设计了指令和功能集,充分利用了基于PCIe的SSD存储的低延迟和平行性。

最新的1.2规格包括支持SSD,使用系统RAM管理SSD,不是依靠驱动器的一个缓存芯片。驱动器会更简单而且便宜,在某些情况下还提高了产品性能。除此之外还加强了热量管理,以免SSD过热。

就连微软也意识到了这项技术的潜能,已经在Windows 8.1建立了一个驱动程序,因此设备从可从该存储类型启动。

虽然三星的XS1715驱动器是第一个出门的,但唯一现有可用的驱动器是英特尔DC系列,针对企业部门。这之后又有了SSD 750的推出——第一款面向消费者市场的NVMe驱动器。

换代游戏

现在你会发现驱动器都以2和4倍PCIe速度运行。甚至更为重要的性能方面也是或2.0或3.0,那么,有什么区别呢?

说到性能,在这些新生代产品中就有一个很大的区别。一个PCIe 2.0的理论带宽是4Gbps,3.0是8Gbps。新一代4.0则是3.0带宽数的2倍,速度不同。
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金士顿的hyperx predator

HyperX 480GB Predator采用了适配卡的方法

为了展现各种类型接口的性能优势,我各种求拐借偷过来一系列驱动器进行基准测试。代表M.2接口的有Plextor的M6e 2x PCIe (2.0版),2个三星驱动器,XP941 x4 PCIe(2.0版)和彪悍的SM951 x4 PCIe (3.0版)。

看看NVMe接口推向市场的产品——英特尔最新的SSD 750 1.2TB PCIe卡,金士顿的HyperX 480GB Predator (x4 PCIe, 2.0)驱动器,自然代表了PCIe驱动器。

金士顿的驱动器很有意思,因为它同时支持M.2和PCIe接口,不论是在M.2格式驱动器或是基于PCIe适配卡都可用。与SATA 6Gb/s相比我选择了三星850 Pro——最快SATA驱动器之一。

可能有些人就泪奔了,SATA Express怎么样?的确。如果有原型驱动器的话我会用西数。

如上所述,我用一个华擎Z97 Extreme 6主板做基准测试;两个PCIe Gen 3.0全长插槽和一个PCIe Gen 2.0全长插槽。

它有两个M.2插口,一个在Gen3.0运行,另一个在Gen2.0上运行,支持SATA M.2驱动器,有一个SATA Express连接器。如果配置最新的BIOS,它还支持NVMe驱动器,可由此启动,但启动之前你要修补一下BIOS。
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Plextor M6e M.2 SSD

尽管Windows 8.1安装了一个本地NVMe的驱动程序,但我发现还得下载安装英特尔自身驱动器。

基准测试快照显示SSD的能力在何处领先——性能和容量两方面,确实,使用一个主板PCIe总线对于增加这两方面留有很大的余地。

在PCIe带宽里有大量空间来获得更快的驱动器,尤其是PCIe Gen 4.0实现可用(2016/2017)。随着对NVMe架构越来越多的系统调整——在使用技术越来越先进的NAND比如3D NAND时,我们也要看其存储容量的增加。至于这些收益用来做什么谁也说不准。

一场好戏

SSD采用主板PCIe插槽从未真正便宜过,主要因为直到现在它都只是针对企业领域——而用户市场,则鲜少出现厂商竞争。

还记得当年湖畔的OCZ RevoDrive吗?是的,它发布了240GB型号,价格495英镑,它的最新化身是RevoDrive 350,480GB价格620英镑。两相对比,HyperX Predator和英特尔SSD750的价格标签似乎不是那么难,看。

ATTO基准测试
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大文件吞吐量——横条越长越好

真希望用户PCIe存储市场有2.5英寸SSD同等设备,这样价格不断被压低,更多厂商也会加入该市场竞争。

M.2就有一个类似的来历。虽然现在看来,有很多厂商生产驱动器,许多都是基于SATA而非PCIe,所以不得不要小心谨慎。举个例子,三星不只生产XP941和SM951,同时还生产一系列基于850 Evo也就是SATA的产品。

CrystalDiskMark 3基准测试
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连续吞吐量——横条越长越好
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4K文件吞吐量——横条越长越好

当一个驱动器变得越来越容易买到时它的价格变化同样有趣。三星M.2驱动器基本上是OEM产品。

SM951更容易买到——我找到了四家厂商,买这个没什么困难,尽管如此这个驱动器在性能方面仍是XP941相形见绌,SM951也确实更便宜一点。512GB版本价格大概是340英镑,比同容量XP941便宜个20英镑。

当然,另一个需要注意的是最新的技术,其前一代驱动器性能与成本的要相对平衡。用英特尔的1.2TB SSD750,大概800英镑但你想想KingSpec 2TB Multicore的价格就平衡了。

在性能方面,除了顺序写入(2.36GB/s对比英特尔的1.72GB/s)和4K顺序读取,英特尔驱动器丝毫不逊于KingSpec。不仅如此,英特尔的驱动器还将更精确和有保障的技术用于其NVMe架构 ,随着速度提高,单位容量的成本降低,固态硬盘也变得越来越有趣。
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本文由DOIT译自The Register,原文《Thinking of adding an SSD for SUPREME speed? Read this》,原文链接:http://www.theregister.co.uk/2015/07/10/feature_pcie_ssd_for_consumers

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