揭示首款176層TLC的“秘密”

王建鵬

日前，傳出美光正式推出了176層的堆疊3D TLC NAND閃存，將閃存的堆疊層數(shù)提升至了新的高度。新的3D TLC NAND閃存顆粒，自然要先給自家人安排上，這不，美光旗下第一款PCIe 4.0的NVMe SSD——P5Plus便用上了這一最新技術(shù)。

176層堆疊意味著什么

從型號(hào)上判斷，P5 Plus是英睿達(dá)上半年發(fā)布的PCIe 3.0旗艦SSD——P5的升級(jí)版本，英睿達(dá)P5雖然在Gen.3產(chǎn)品中發(fā)布較晚，不過(guò)在與西數(shù)SN730、三星PM981這樣的流量級(jí)產(chǎn)品相比，憑借不錯(cuò)的美光自研主控性能和緩?fù)獗憩F(xiàn)，速度上算是頂?shù)紾en.3的天花板，在同級(jí)產(chǎn)品中有著非常亮眼的表現(xiàn)。作為第一款Gen.4產(chǎn)品，我們看到P5 Plus采用了和P5布局完全相同的單面排布設(shè)計(jì)，以我手里這塊1TB產(chǎn)品為例，依舊是兩顆500GB的閃存顆粒，不過(guò)其技術(shù)已經(jīng)由原來(lái)的96層3D TLC顆粒升級(jí)為176層的3D TLC顆粒。

在眾多廠商中，美光是第一家完成176層TLC NAND閃存量產(chǎn)的廠商。自從解除和英特爾共同研發(fā)的合作后，美光迅速走完了128層的過(guò)渡節(jié)點(diǎn)，迅速將產(chǎn)品提升至176層（P5到P5 Plus便直接從96層躍升至176層的設(shè)計(jì)）。與96層相比，其接口速度從1200MT/s提升至1600MT/s，讀（寫(xiě)）延遲提高了35%以上;與128L NAND相比，讀（寫(xiě)）延遲提高了25%以上。與使用96層NAND的UFS 3.1模塊相比，美光芯片的總體混合工作負(fù)載改善了約15%。堆疊層數(shù)的增加，將直接提升原始數(shù)據(jù)傳輸率，能耗控制也更加出色。

不僅如此，建立在3D替代柵級(jí)（RG）技術(shù)的176層堆疊技術(shù)已經(jīng)是美光的第五代3D NAND閃存，相比采用之前64層、96層閃存是采用的FT浮柵結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)顯著減少了傳統(tǒng)NAND中限制性能的單元間電容耦合問(wèn)題，所以它在提升堆疊層數(shù)的同時(shí)，進(jìn)一步提升了閃存構(gòu)架的密度。按美光公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，176層NAND的厚度僅為一張打印紙的五分之一，跟之前的64層NAND顆粒厚度相同。而且美光此次推出176層閃存類(lèi)型是TLC NAND顆粒，比起QLC有著更好的耐久性。

初嘗Gen.4的P5 Plus

將176層堆疊技術(shù)放在第一款消費(fèi)級(jí)PCIe 4.0產(chǎn)品上，美光應(yīng)該說(shuō)是明顯的市場(chǎng)意圖，希望借英睿達(dá)P5 Plus穩(wěn)定的性能表現(xiàn)進(jìn)一步提升176層3DNAND的出貨量，降低顆粒成本。我們來(lái)看看P5 Plus的具體配置：

P5 Plus采用了M.2 2280的尺寸規(guī)格，支持PCIe 4.0×4通道、NVMe1.4協(xié)議，提供從500GB～2TB的三種容量規(guī)格，由此可以看出，P5 Plus依舊提供最大1TB容量的顆粒，維持單面PCB設(shè)計(jì)（單面設(shè)計(jì)可滿(mǎn)足在筆記本電腦中使用）。從官方公布的參數(shù)來(lái)看，三個(gè)版本的產(chǎn)品順序讀取速度均為6600MB/s，500GB的順序?qū)懭胨俣葹?000MB/s，1TB和2TB的順序?qū)懭胨俣葹?000MB/s;另外，4K隨機(jī)也提供了讀取630K IOPS、寫(xiě)入700K IOPS的速度。從性能來(lái)看，6600MB/s的順序讀取速度算是PCIe 4.0比較主流的性能表現(xiàn)，雖然沒(méi)有到頂，但首款產(chǎn)品便站在第一梯隊(duì)中，同樣也能反映出英睿達(dá)在消費(fèi)級(jí)SSD上的實(shí)力。

使用壽命上，P5 Plus 1TB版本提供了600TBW和5年質(zhì)保（500GB為300TWB，2TB為1200TBW），這與P5相同，依舊是行業(yè)旗艦級(jí)的配置。如果按質(zhì)保其計(jì)，可保證每日寫(xiě)入全盤(pán)的33%。事實(shí)上，廠商在這方面是留有相當(dāng)?shù)挠嗔?，并不意味著產(chǎn)品最終壽命僅有600TBW的寫(xiě)入量，而是達(dá)到600TBW后質(zhì)保到期，這方面與汽車(chē)X年XX萬(wàn)公里的保修策略類(lèi)似。另外，其P5 Plus的平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTTF）為200萬(wàn)小時(shí)，也算是同級(jí)產(chǎn)品中較為較高的配置。除了明面上的性能參數(shù)，P5 Plus還支持自適應(yīng)熱保護(hù)、動(dòng)態(tài)寫(xiě)入加速、TCG Opal 2.0安全加密等先進(jìn)功能，其中加密功能無(wú)須通過(guò)Host端軟件處理，而是通過(guò)SSD控制器快速實(shí)現(xiàn)被加密、解密，屬硬件級(jí)加密;另外，諸如冗余陣列獨(dú)立閃存（RAIN）、多步數(shù)據(jù)完整性算法、主動(dòng)垃圾收集與TRIM指令、自我監(jiān)控和報(bào)告（S.M.A.R.T.）、ECC糾錯(cuò)、DevSleep深度休眠等主流存儲(chǔ)特性和功能，在P5 Plus上也一一植入，從數(shù)據(jù)校驗(yàn)、能耗控制、讀寫(xiě)策略各個(gè)方面提供支撐。如同英睿達(dá)產(chǎn)品線(xiàn)其他SSD一樣，它依舊附帶了StorageExecutive和免費(fèi)克隆軟件。兩者其實(shí)集成在一個(gè)軟件界面中，可實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化、數(shù)據(jù)安全、固件升級(jí)，以及免費(fèi)的克隆功能，軟件的安裝和管理界面均很簡(jiǎn)單，我們就不再一一展開(kāi)講述。談及克隆功能，在DiskGenius等軟件上都是付費(fèi)項(xiàng)目，而網(wǎng)上的免費(fèi)軟件又不太靠譜，像英睿達(dá)這樣官方提供克隆軟件無(wú)疑算是福利了。

揭開(kāi)P5 Plus表面的標(biāo)簽，我們可以看到其PCB板上的布局，從金手指端開(kāi)始，我們依次可以看到主控芯片、緩存和兩顆并排的閃存顆粒，其中，主控芯片表面如同P5一樣覆蓋了一層金屬外殼，以提升散熱效率。在主控表面，我們可以看到DM02A1的代碼編號(hào)，在之前評(píng)測(cè)過(guò)的P5之上，主控編號(hào)為DM01B2的美光自研主控便給我們留下的深刻印象：性能不俗，且垃圾回收的策略相當(dāng)激進(jìn)，發(fā)熱量也相對(duì)較高。新的Gen.4主控將有什么表現(xiàn)，我們可以說(shuō)相當(dāng)期待。

閃存顆粒上的FBGA代碼為NY124，這便是美光自家的176層3D NANDTLC閃存，參考P5上的FBGA代碼為NW969（或NW970），可以明顯看到標(biāo)號(hào)前兩位字母已經(jīng)有變化，176層工藝采用了“NY”開(kāi)頭的編碼。在美光的官網(wǎng)上查得配件編號(hào)為“MT29F4T08EQLEEG8-QB：E”，但產(chǎn)品目錄中暫時(shí)還未添加其信息。另外，緩存上的FBGA代碼為D8BMZ，官網(wǎng)配件編號(hào)為“MT53B512M16D1NP-046 IT：F”，和PC采用的D9ZCM緩存極為類(lèi)似，同為1GB容量的LPDDR4，傳輸速率為4266Mbps。1TB容量SSD配備1GB緩存，已經(jīng)是行業(yè)主流的配置，除了緩存本身的素質(zhì)，其效率高下與主控策略不無(wú)關(guān)系。

出色的測(cè)試成績(jī)一致性

一如以往，我們首先通過(guò)CrystalDiskMark來(lái)測(cè)試讀寫(xiě)速度，可以看到，1GiB和64GiB的不同測(cè)試文件下其順序讀寫(xiě)速度均均過(guò)了6600MB/s官方標(biāo)稱(chēng)值：其中1GiB文件的讀寫(xiě)分別達(dá)到6726.01MB/s和5016.90MB/s;64GiB文件的讀寫(xiě)分別達(dá)到6761.62MB/s和5004.34MB/s，測(cè)試結(jié)果的一致性相當(dāng)不錯(cuò)。不僅如此，其4K隊(duì)列深度32的讀寫(xiě)速度在1GB和64GB的成績(jī)也保持了不錯(cuò)的一致性。

AS SSD Benchmark的測(cè)試我們同樣選擇了標(biāo)準(zhǔn)的1GB和最大10GB的測(cè)試文件，同樣表現(xiàn)出測(cè)試數(shù)據(jù)的高度一致性。分別達(dá)到4965.08MB/s（1GB讀）、4322.98MB/s（1GB寫(xiě)）和4932.31MB/s（10GB讀）、4368.96MB/s（10GB寫(xiě)），總體評(píng)價(jià)分別也極為接近，分別為7509和7506，10GB文件測(cè)試下的成績(jī)還略高于1GB文件，說(shuō)明主控應(yīng)對(duì)負(fù)載的能力非常不錯(cuò)。

ATTO Disk Benchmark的測(cè)試成績(jī)同樣給我們眼前一亮之感，達(dá)到64K測(cè)試文件后其寫(xiě)入能力一直保持在4.6GB/s以上，而在經(jīng)過(guò)128K和4MB兩個(gè)階梯后，讀取速度爬升至5.7GB/s以上，而且讀寫(xiě)兩端的成績(jī)均相當(dāng)穩(wěn)定，并沒(méi)有出現(xiàn)因主控溫度過(guò)高而掉速的情況。

HD Tune Pro的全盤(pán)讀寫(xiě)測(cè)試主要考查SSD在實(shí)際讀寫(xiě)時(shí)的穩(wěn)定性?？梢钥吹狡淙P(pán)讀取的曲線(xiàn)相當(dāng)穩(wěn)定，幾乎沒(méi)有波動(dòng);全盤(pán)寫(xiě)入測(cè)試的曲線(xiàn)也相當(dāng)不錯(cuò)，1TB的容量緩內(nèi)寫(xiě)入?yún)^(qū)間高達(dá)450GB，緩?fù)鈱?xiě)入時(shí)的速度超過(guò)了緩內(nèi)的一半，這算是較為不錯(cuò)的表現(xiàn)了。值得一提的是，讀寫(xiě)兩端的時(shí)延也控制得相當(dāng)不錯(cuò)，這算是極為穩(wěn)定的表現(xiàn)了。

溫度測(cè)試中，我們始終無(wú)法查得主控的溫度傳感器讀取，所以只能讀取閃存上的溫度傳感器。通過(guò)在各種狀態(tài)的軟件測(cè)試，我們最終選擇了負(fù)載最高的HD Tune Pro的全盤(pán)寫(xiě)入過(guò)程中進(jìn)行烤機(jī)測(cè)試（搭配主板散熱片散熱），經(jīng)過(guò)多次寫(xiě)入后，在CPUID Hardware Monitor Pro和HWiNFO64兩個(gè)軟件中測(cè)得最高溫度為66℃，仍在閃存顆粒的70℃最高設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)之內(nèi)。