Samaung SSD PRO 系列在市場上頗受好評,除了與自家研發控制器與快閃記憶體的掌握度之外,仍舊堅持使用 MLC 紀錄形式顆粒,消費者在情感上比較容易接受、高貴得更有道理。此次 980 PRO 對外通道除了改採 PCIe Gen4 x4,亦將 MLC 變更為 TLC 3D NAND Flash,就讓我們來看看是否能夠延續衛冕寶座?

Elpis 控制器

消費市場第一代支援 PCIe Gen4 的控制器,於 2019 年和 AMD 第三代 Ryzen 3000 系列桌上型處理器一同上市,唯一的代表人物為 Phison PS5016-E16,只是這款晶片表現更像是搭載 PCIe Gen4 實體層的 PS5012-E12,循序讀寫隨著頻寬而增加。其餘廠商支援 PCIe Gen4 控制器產品,於2020年才會陸續上市,與先前 PCIe Gen3 產品才擁有更大的不同(這其中也包含 PS5018-E18)。

延伸閱讀:搶進 PCIe 4.0 x4 NVMe 世代,Seagate FireCuda 520 SSD 實測

▼ Samsung SSD 980 PRO 零售外盒包裝改為直式設計,這次我們借到首波上市容量最大的 1TB 版本,循序讀寫達 7000MB/s 和 5000MB/s,2TB 容量版本預計明年上市。Samsung 980 PRO 1TB Package

▼ 980 PRO 內部包裝則與先前 M.2 SSD 產品相同。Samsung 980 PRO 1TB contents

今年因疫情影響,許多產品都有程度不一的延遲上市情形,Samsung SSD 980 PRO M.2 NVMe 算是消費市場第二款支援 PCIe Gen4x4 傳輸通道的產品,Samsung 特地為 PCIe Gen4 自行打造新款代號 Elpis 控制器,採用自家 8nm 製程製造。根據國外的資料,這款 S4LV003 控制器還增加佇列支援數量,從前一代 Phoenix 32 條佇列暴增為 128 條。

高速傳輸亦需要不少的資源消耗量,S4LV003 控制器表層採用與 PS5016-E16 相同的方式,將 1 層鍍鎳金屬片塞入封裝,強化導熱、散熱能力。官方資料表示,相較於沒有這層金屬片,控制器的溫度可下降 7℃ 左右;此外,Samsung 亦於 980 PRO 背部安規標籤嵌入銅金屬片,能夠於劇烈操駕,溫度上升至 Dynamic Thermal Guard 技術介入之前,爭取更長的高速讀寫時間。

▼ Samsung SSD 980 PRO 1TB 容量版本本體,型號標籤貼紙仍舊橫跨控制器、動態記憶體、快閃記憶體。Samsung 980 PRO 1TB M.2 NVMe SSD

▼ 980 PRO 1TB 容量版本為單面設計,迎合超薄型筆記型電腦的需求。Samsung 980 PRO 1TB back

▼ 支援 PCIe Gen4 x4 的 S4LV003 控制器,代號 Elpis,封裝表層嵌入鍍鎳金屬片,求取更好的導熱、散熱性能。Samsung 980 PRO 1TB Elpis S4LV003 controller

▼ 980 PRO 背面安規貼紙,內層加入銅金屬片,可於觸發 Dynamic Thermal Guard 溫度保護之前,延長高速讀寫的時間。Samsung 980 PRO 1TB copper sticker

第 6 代 V-NAND 百層快閃記憶體

快閃記憶體用料則是 980 PRO 另外 1 個重點,除了採用自家 CTF(charge trap flash)的第六代 V-NAND(官方於 2019 年 8 月公開資料,堆疊層數為 136 層),紀錄形式也從 970 PRO 的 2bit MLC 變更為 3bit MLC,也就是每個儲存單位能夠紀錄 3bit 資料的 TLC。

採用 TLC 可說是大勢所趨,雖然耐寫量有所減少,但是 TLC 成本更低、儲存密度更高,980 PRO 1TB 容量版本上市售價僅為美金 229.99 元,970 PRO 1TB 上市時則要價 629.99 元。再者 SSD 主流容量也隨著時間而增加,980 PRO 有著推出 2TB 容量版本的必要性,TLC 顯然能夠提供更好的性價比。

讀寫速度部分,980 PRO 全系列採用 Intelligent TurboWrite 2.0,SSD 整體容量固定切出 4GB(250GB / 500GB 版本)或是 6GB(1TB 版本)作為 SLC 快取之用,並可依據剩餘可用空間,提供動態調整的智慧型 SLC 快取,如 1TB 版本最高能夠擁有 108GB,為 970 EVO Plus 的 5 倍。Samsung 亦提供 Intelligent TurboWrite 2.0 容量以外的循序寫入速度資訊,250GB 容量版本為 500MB/s,並隨著容量倍增,1TB 容量版本則可達 2000MB/s。

▼ 980 PRO 1TB 容量版本安裝編號為 K4F8E3D4HF-BGCH 的 LPDDR4 記憶體,容量 8Gb,250GB/500GB 版本則安裝 4Gb。Samsung 980 PRO 1TB LPDDR4 RAM K4F8E3D4HF-BGCH

▼ 980 PRO 1TB 容量版本安裝 2 個 K9DUGY8J5C-DCK0 快閃記憶體顆粒,推測單個封裝容量為 512GB,為 Samsung 第六代 V-NAND。Samsung 980 PRO 1TB 6th Gen V-NAND K9DUGY8J5C-DCK0

980 PRO 首波推出 250GB、500GB、1TB 容量版本,讀寫速度需要 500GB 以上才能夠較為完整地發揮整體性能,500GB / 1TB 循序寫入均為 5000MB/s,4K 隨機寫入 Q32T16 則為百萬 IOPS 等級。TBW 隨著容量提升,由低至高分別為 150TBW、300TBW、600TBW,DWPD 均為 0.3。預計明年推出的 2TB 容量版本,目前僅知提升至 1200TBW,其餘讀寫效能尚待確認。

這款 M.2 NVMe SSD 支援 TCG / Opal V2.0、Encrypted Drive(IEEE1667)等加密規範,因此每個 SSD 標籤貼紙均有 PSID 號碼,當使用者忘記自行設定的加密金鑰,可透過這串號碼將 SSD 恢復成初始未加密狀態,但先前已存入的資料亦會連帶消失。

980 PRO 公用管理程式依舊由 Magician 擔任,於程式首頁提供健康度、溫度、使用容量等資訊,點擊其它分頁則可進一步查看相關資訊,或是使用診斷、調整 Over Provisioning 容量、Secure Erase 等功能。與它廠較為不同的是,Magician 亦提供效能測試,使用者可以簡單地確認 SSD 是否運作正常,而系統資料移轉軟體則是提供 Data Migration 軟體。

Samsung Magician
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立下 PCIe Gen4 x4 效能新標竿

目前要發揮 PCIe Gen4 SSD 的性能優勢,僅能透過 AMD 平台達成,此處使用 AMD Ryzen 7 3800X 處理器和 ASUS ROG Strix X570-I Gaming 主機板。Samsung 亦另行推出支援旗下 NVMe SSD 的 NVMe 驅動程式,進一步最佳化性能表現,只是測試當下尚未推出支援 980 PRO 的版本,因此下列各項效能測試均使用 Windows 10 內建驅動程式。

測試平台
處理器:AMD Ryzen 7 3800X
主機板:Asus ROG Strix X570-I Gaming
記憶體:Kingston Kingston Fury DDR4 RGB DDR4-3466 8GB x 2
顯示卡:NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition
系統碟:Team Group T-Force CARDEA II SSD 512GB
作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 2004

CrystalDiskMark 由於後續版本的循序讀寫改為 Q8T1,因此 980 PRO 循序讀寫表現僅有 6698.91MB/s 和 4938.67MB/s,但只要變更為 Q32T1,即可擁有比表定數字更好的 7130MB/s 和 5191MB/s;與 PS5016-E16 相同容量 SSD 比較,不僅循序讀寫加快,隨機 4K Q1T1 讀取提升至 88.31MB/s,隨機 4K Q1T1 寫入亦突破 200MB/s 關卡。

▼ CrystalDiskMark 7.0.0h 版本將循序讀寫調整為 Q8T1,980 PRO 1TB 雖然未達官方表定速率,但仍舊比 PS5016-E16 高出不少。Samsung 980 PRO 1TB CrystalDiskMark 7.0.0 results

▼ 改採循序讀寫 Q32T1 的 CrystalDiskMark 5.5.0,980 PRO 1TB 循序讀寫效能甚至比官方表定數字更佳。Samsung 980 PRO 1TB CrystalDiskMark 5.5.0 results

ATTO Disk Benchamark 採用不同的傳輸區塊大小,量測儲存空間的讀寫速度。於佇列深度 32 設定之下,980 PRO 1TB 讀寫速度最佳表現區間大約在 64KB~256KB 左右,速度最高可達 6.64GB/s 和 4.83GB/s;另一方面,最佳 IO/s 表現約在 64KB 之前。

▼ 980 PRO 1TB 於 ATTO Disk Benchmark 佇列深度 32,最高循序傳輸表現約在 64KB~256KB 傳輸區塊之間, 最高可達 6.64GB/s 和 4.83GB/s,IO/s 則是在 64KB 之前擁有突破 10 萬的表現。Samsung 980 PRO 1TB ATTO Disk Benchmark results

透過 PCIe Gen4 以及 Intelligent TurboWrite 2.0,980 PRO 能夠在 AS SSD Benchmark 以及 Anvil’s Storage Utilities,相較採用 MLC 的 970 PRO 取得更好的最終總分。980 PRO 1TB 分別於上述 2 款測試程式分別獲得 8574 分和 22293.92 分,相較同容量 PS5016-E16 SSD 約高出 3200 分和 1750 分左右。

▼ 980 PRO 1TB 於 AS SSD Benchmark 取得 8574 分,超越自家 970 PRO 和採用 PS5016-E16 的 SSD。Samsung 980 PRO 1TB AS SSD Benchmark results

▼ 透過 AS SSD Compression-Benchmark 測試,980 PRO 採用代號 Elpis 的 S4LV003 控制器,傳輸速度不會受到資料可壓縮度影響。Samsung 980 PRO 1TB AS SSD Compressrion-Benchmark results

▼ 正當我們驚豔 PS5016-E16 SSD 於 Anvil’s Storage Utilities 能夠衝上與 Intel Optane SSD 905P 相同的 2 萬分時,980 PRO 1TB 則是突破來到 22293.92 分。Samsung 980 PRO 1TB Anvil's Storage Utilities results

PCMark 10 Storage 測試,能夠用來評估待測儲存空間的效能表現,在此選擇模擬系統碟存取的 Full System Drive,以及模擬資料碟 Data Drive 項目,980 RPO 1TB 分別能夠獲得 2804分/442.68MB/s,以及 4105分/610.80MB/s。附帶一提,同容量 PS5016-E16 SSD 大約是 2200 分和 4400 分左右。

▼ 模擬系統碟和資料碟的 PCMark 10 Storage Full System Drive 和 Data Drive 測試項目,980 PRO 1TB 獲得 2804 分和 4015 分。Samsung 980 PRO 1TB PCMark 10 Storage Full System Drive Benchmark and Data Drive Benchmark results

佇列深度與 IOPS 對應關係,我們採用 IOMeter 進行測試,980 PRO 1TB 與同容量 PS5016-E16 SSD 表現相當類似,於 70%讀取/30%寫入時,佇列深度 4 以後可達最高效能,能夠突破 180000IOPS。移駕至 3 小時 100%隨機 4K 寫入,980 PRO 1TB 充分發揮新世代 PCIe Gen4 SSD 效能優勢,當 PS5016-E16 SSD 於 22000 IOPS 左右上下起伏,980 PRO 1TB 則可保持 57000 IOPS 以上的表現,效能可以說是翻上數倍。

▼ 980 PRO 1TB 與相同容量的 PS5016-E16 SSD,佇列深度與 IOPS 關係式於測試平台可得出極為類似的結果。Samsung 980 PRO 1TB IOMeter 4K Random 70/30 results

▼ 為了讓 SSD 快速進入穩定態,一致性效能測試之前預先寫入 2 倍容量以上的資料,此時 980 PRO 1TB TLC 能夠繳出 2200MB/s 左右的循序寫入效能。Samsung 980 PRO 1TB TLC region write speed

▼ 代號 Elpis 的 S4LV003 控制器,不僅僅是換裝 PCIe Gen4 支援能力,更讓 980 PRO 1TB 長期寫入一致性效能,相較同容量 PS5016-E16 SSD 高出數倍。

實測 980 PRO 具有高效能,那麼溫度表現又是如何呢?於室溫 26℃、並安裝 ROG Strix X570-I Gaming 主機板附屬 M.2 SSD 散熱片,980 PRO 1TB 於 Windows 10 桌面待機溫度約為 44℃,隨機 4K 寫入 2 小時則上升至 65℃。雖然距離運作溫度範圍 0℃~70℃ 上限仍有段距離,但也看出散熱片對於 PCIe Gen4 M.2 NVMe SSD 的重要性,若是主機板未能提供散熱片,使用者也應該自行額外選購。

▼ 980 PRO 1TB 於 Windows 10 桌面待機溫度約為 44℃,劇烈操駕溫度約為 65℃(室溫 26℃、加裝主機板附贈散熱片)。(註:CrystalDiskInfo 對於累計寫入數值解讀錯誤,應以 Samsung 自家 Magician 公用程式為主。)Samsung 980 PRO 1TB temperature

效能表現真正進入 Gen4 世代

雖然上市時間比起 PS5016-E16 晚了 1 年,Samsung 消費級旗艦款式 980 PRO M.2 NVMe 卻擁有更高的效能,售價相對前一代 970 PRO 更是下降不少,250GB / 500GB / 1TB 容量版本建議售價分別為新台幣 2,919 / 4,759 / 7,450 元,給予 PS5016-E16 SSD 不少的市場壓力,只是也別忘記後有 Phison PS5018-E18 這個追兵。

上述情形只建立在消費者已經擁有,或是即將購買支援 PCIe Gen4 零組件才成立,目前 PCIe Gen3 尚有許多更具性價比的選擇,採用 MLC 紀錄形式快閃記憶體的 970 PRO 也降價到比較合適的價位,這其中該如何拿捏端看消費者需求,購買 980 PRO 當然是追求極限傳輸的不二選擇(排除 Optane SSD),需要全區高速寫入和較高的 TBW 數值才選擇 970 PRO。

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