傳輸速度達 PCIe Gen4 x4 上限的市售 NVMe SSD 陸續登場,XPG GAMMIX S70 Blade 具備新控制器、高速快閃記憶體、Maximum Payload Size 缺一不可。

第一代支援 PCIe Gen4 的 NVMe SSD 隨著 AMD X570 晶片組以及 Ryzen 3000 系列處理器(代號 Matisse)一同登場,Phison PS5016-E16 控制器首次見面即可帶出循序讀取 5000MB/s 的好成績。隨著市場上第二波 PCIe Gen4 NVMe SSD 控制器以及新一代高速 NAND 快閃記憶體的到來,採用 PCIe Gen4 x4 作為對外連接通道的 NVMe SSD,其循序讀取速度可達 7000MB/s 以上,同時也有更多廠商加入這個戰局。國內知名廠商 ADATA 威剛科技,就利用旗下 XPG 電競品牌推出 GAMMIX S70 / S70 Blade,均採用 InnoGrit 所設計的控制器。

延伸閱讀:次世代 PCIe 4.0 NVMe 固態硬碟戰將,Western Digital WD Black SN850 實測

▼ ADATA XPG GAMMIX S70 Blade 包裝採用品牌識別紅色,在一票 SSD 當中相當醒目,消費者一定不會選錯。這次進入我們實驗室的容量版本為 1TB,另有 2TB 可供選擇。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade package

控制器、快閃記憶體到位

國內第二波 PCIe Gen4 NVMe SSD 隨著時間陸續推出,XPG GAMMIX S70 Blade 算是身手較為矯健的 SSD 之一,相對於市場前輩 Samsung 980 Pro 或是 Western Digital WD_BLACK SN850,最大特點是能夠提供最高 7400MB/s 表定循序讀取速度,這有賴一些客觀條件逐步成立。

SATA AHCI SSD 剛推出時,同步、非同步、快閃記憶體介面速度等規格,一度是大家選購 SSD 時必做的功課,而後隨著多通道控制器以及規格進步,漸漸不再成為口中的話題。直到近期低功耗的 4 通道控制器,以及頂級 PCIe Gen4 NVMe SSD 規格演進,快閃記憶體介面速度再次成為大家的焦點。

為了提供突破 7000MB/s 的循序讀取速度,SSD 控制器需要具備 8 條快閃記憶體通道,快閃記憶體介面速度也必須達 1200MT/s 以上。XPG GAMMIX S70 Blade 快閃記憶體顆粒雖然為自行封裝顆粒,從側面了解應為美光 3D 堆疊 TLC 紀錄形式產品。

▼ 為達高速讀寫規格,XPG GAMMIX S70 Blade 須達成多項條件。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade front

▼ XPG GAMMIX S70 Blade 規格型號貼紙仍舊位於產品背面,比較不用擔心主機板散熱片的導熱墊滲出矽油或其它溶劑弄髒資訊。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade back with sticker

▼ XPG GAMMIX S70 Blade 採用自行封裝顆粒,原始晶粒應由美光製造,正、反雙面各自安排 2 個共 4 個封裝。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade NAND

▼ 加速 FTL 操作、快取、緩衝所使用動態記憶體容量十分大方,XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 或是 2TB 容量版本,均配備 2 個 SK Hynix H5AN8G6NDJ DDR4-2400 8Gb,共組合成 2GB。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade DDR4

XPG GAMMIX S70 Blade 使用 InnoGrit IG5236 控制器,這家公司於 2016 年 10 月成立於美國矽谷,算是十分地年輕,但自從推出 Rainier 系列 IG5236 / IG5636 控制器,於 CES 2020 展出之後,透過 PCIe Gen4 x4 通道可提供超過 7000MB/s 循序讀取的強勁效能,立刻奪取不少市場目光。

IG5236 已知採用 12nm FinFET 製程製造,內建 Arm Cortex-R5 四核心處理器,如同其它高階消費性控制器,對內支援 8 條快閃記憶體讀寫通道,最高支援 32CE,諸如 ECC、加密、安全功能一應俱全(消費版不支援部分特性)。官方資料表示循序讀寫速度分別可達 7.4GB/s 和 6.4GB/s,4K 隨機讀寫能力則達千萬級 IOPS 和 8 百萬 IOPS。

▼ IG5236 控制器雖然由相當年輕的 InnoGrit 公司所設計,高速性能卻立即捕獲眾人目光。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade Innogrit IG5236 controller

想要填滿 PCIe Gen4 x4 的 64GT/s 頻寬,採用多通道、多 CE 快閃記憶體平行讀寫是免不了的配備,因此 XPG GAMMIX S70 Blade 直接跳過 512GB 容量,目前僅提供 1TB 和 2TB 容量版本。雙方循序讀取最快均為 7400MB/s,寫入則分別為 1TB:5500MB/s 和 2TB:6400MB/s。

4K 隨機讀寫也因容量大小而有所不同,1TB 讀寫分別為 350K IOPS 和 720K IOPS,2TB 則是 720K IOPS 和 740K IOPS。XPG GAMMIX S70 Blade 均享有原廠 5 年有限保固,或是以 TBW 先到者為準。(1TB:740TBW、2TB:1480TBW)

▼ 包裝內部附贈鋁製薄型散熱片,供消費者自行決定是否黏貼。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade heatsink

AMD、Intel 平台極速表現不同

最後一個讓 PCIe Gen4 x4 NVMe SSD 突破 7000MB/s 的關鍵,在於通道頻寬利用率。由於 PCIe 通道頻寬並不只是傳輸資料,會在資料前後分別額外加上表頭、序列號、CRC、訊框等額外資訊,這些資訊會造成額外的傳輸負擔。若是資料欄位長度越長,附加額外資訊所佔比例相對減少,也就代表通道頻寬利用率越高。(參考資料:Xilinx – Understanding Performance of PCI Express SystemsFreescale Semiconductor – MSC8156 and MSC8157 PCI Express Performance

PCIe 訊框當中實際傳輸的資料欄位長度,由相互連接雙方的最小值決定,規範當中 Maximum Payload Size 最高可達 4096Byte。目前支援 PCIe Gen4 的消費級產品當中,第 11 代 Intel Core 桌上型處理器(代號 Rocket Lake)、AMD X570 晶片組最高支援 256Byte,AMD Ryzen 3000 桌上型處理器(代號 Matisse)和 Ryzen 5000 桌上型處理器(代號 Vermeer)則支援 512Byte。

XPG GAMMIX S70 Blade 採用的 IG5236 控制器 Maximum Payload Size 最高支援 512Byte,與 AMD 處理器直接連接可突破 7400MB/s,Intel 平台或是 AMD 晶片組最高僅有 7150MB/s 左右。不過 Intel 平台仍有較高 IOPS 的優勢,因此下列除了 CrystalDiskMark、ATTO Disk Benchmark 同時呈現 2 個平台測試結果,其餘皆使用 Intel 平台。

延伸閱讀:採用 PCIe Gen4 x4 達成 7000MB/s,Samsung SSD 980 PRO 1TB M.2 NVMe 實測

測試平台
處理器:AMD Ryzen 7 3700X / Intel Core i9-11900K
主機板:GIGABYTE X570 AORUS Master / ASUS ROG Maximus XIII Hero
記憶體:G.SKILL Flare X DDR4-3200 8GB x 2
顯示卡:Zotac Gaming GeForce GTX 1660 Super 6GB 192bit GDDR6
系統碟:Team Group CARDEA Zero Z440 1TB
電源供應器:Seasonic Platinum SS-1000XP
作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 20H2

▼ AMD 處理器支援 512Byte Maximum Payload Size,因此 XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 循序讀取速度可達 7470MB/s 以上,Intel 平台則是擁有較高的 4K 隨機讀寫表現。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade 1TB CrystalDiskMark

▼ XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 於 AMD 平台的 ATTO Disk Benchmark 讀取速度最高達 6.97GB/s,而 Intel 平台 IO/s 數值則是 AMD 平台的 2 倍。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade 1TB ATTO Disk Benchmark

▼ XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 於 AS SSD Benchmark 獲得 6934 分,大約介於 PS5016-E16 控制器 1TB 與 2TB 容量版本之間,4K-64Thrd 項目則是比表訂規格略佳。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade 1TB AS SSD Benchmark

▼ IG5236 控制器讀寫表現不受資料可壓縮度的影響。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade AS SSD Compression-Benchmark

▼ XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 於 Anvil’s Storage Utilities 的得分約為 1 萬 9 千分,相當接近 PS5016-E16 控制器 1TB 容量版本的 2 萬分。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade Anvil's Storage Utilities

▼ AJA System Test 分別使用 HD-1080p 和 UltraHD 測試項目,XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 速度分別為 5061MB/s、4624MB/s 以及 5187MB/s、5608MB/s。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade 1TB AJA System Test

▼ XPG GAMMIX S70 Blade 採用全碟 SLC 快取策略,AIDA64 全碟寫入測試末期速度為 600MB/s 以上,相對其它第二世代 PCIe Gen4 SSD 偏低。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade AIDA64 Linear Write

PCMark 10 內建多種針對儲存空間的測試項目,在此我們選擇 Full System Drive 和 Data Drive 這 2 種,分別作為系統碟用途以及資料碟用途的代表。XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 在 Full System Drive 可提供相對於 980 Pro 1TB 略高的表現,但尚不及 WD_BLACK SN850 1TB。

▼ XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 於 PCMark 10 的 Full System Drive 和 Data Drive 分別獲得 3062 分和 5527 分。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade PCMark 10 Full System and Data Drive

透過 IOMeter 這個可程式化程度相當高的測試軟體,探討 XPG GAMMIX S70 Blade 1TB IOPS 效能與佇列深度的關係,可以發現其 4K 隨機 70% 讀取 30% 寫入表現十分優秀,多出 980 Pro 1TB 不少。但連續 3 小時寫入探究效能一致性,則是僅為 980 Pro 1TB 的三分之一左右。

▼ 有可能是 IG5236 控制器佇列深度較深,導致 XPG GAMMIX S70 Blade 1TB IOPS 效能相當不錯。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade IOMeter 4K Random 70/30

▼ 薑還是老的辣!XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 效能一致性測試僅為 980 Pro 1TB 的三分之一左右。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade consistent performance

▼ 於效能一致性測試時,XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 控制器內建溫度感應達 52℃,ROG Maximus XIII Hero 碩大的散熱片功不可沒。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade burn-in tempurature

▼ ADATA 對於自家 XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 很有信心,溫度管理均設定超過 100℃。ADATA XPG GAMMIX S70 Blade 1TB power statues

划算的高速選擇

與 980 Pro 或 WD_BLACK SN850 相比,各款均有擅長的領域,XPG GAMMIX S70 Blade 優勢在於循序讀取速度較高,但 TLC 寫入速度和極限狀態下的表現較弱。不過 XPG GAMMIX S70 Blade 1TB 市價相較 980 Pro 1TB 便宜新台幣數百元不等,相較 WD_BLACK SN850 1TB 更低達千餘元,只要不操作在極限狀態,這款不失為便宜又高效能的 PCIe Gen4 x4 SSD 好選擇。

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