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猴年春节吃螃蟹!Marvell 88SS9187+东芝原厂eMLC性能测试

 金刚光 2022-01-27

很久没玩SSD了,因为没有什么动力,很多新产品都没有质的飞越。就拿之前很热门的M.2接口的产品来说,很多是挂羊头卖狗肉,披着M.2的外衣其实就是SATA3的东西,性能也一样。而从2015年下半年开始,TLC颗粒的产品越来越多,各大品牌都推TLC的产品,特点是价格低,究竟好不好用确实也不好怎么说。不过最近很多厂家突然不玩TLC了,改玩eMLC。建兴、东芝、美光都纷纷推出了eMLC的产品。之前没玩过eMLC的SSD,所以第一时间入手一块来试水一下,看看究竟是不是比普通的MLC强,又强在哪里。
  这次入手的是建兴睿速T9,看点是Marvell 88SS9187+东芝原厂eMLC,看看一个高端马牌主控+eMLC颗粒能够擦出什么样的火花。最近睿速T9 128G的产品评测铺天盖地出来,某小JJ论坛还装模作样的讨论了好久。128G的产品是不能代表一个产品的性能水平的,要看真实的性能表现,还得看主流的256G(照目前的市场发展,再过几个月的主流可能就是512G了)。最近在研究如何更好的使用手机拍照,所以不上摄影棚和单反,直接用台灯+华硕ZenFone2,拍出来的效果也并不差。不过手机的光圈还是不够小,所以景深比较小,其他我觉得还OK。
 

  建兴睿速T9 256G,白色包装盒,背面标明了T9系列产品的速度。SSD产品的性能一般有这样的规律:相同系列的产品其性能会随着容量的增大而增强,一般都是512G>256G>128G,因为容量越大颗粒越多,通道数越多,性能越强。不过从包装盒的介绍来看,T9 512G的随机4K性能反而要强于1TB版本。
 


  睿速T9 256G的盘体颜色与128G不同,不是白色而是黑色的,不过配有白色贴纸,你不喜欢黑色的话就自己贴成白色。你妹啊,买个SSD还得做手工活,暂时不贴。
 

  拆开铝合金外壳,可以看到几个芯片上都覆盖有导热贴。PCB正面是三个NAND芯片 +一个主控芯片,背面是一个NAND芯片+一个缓存芯片。NAND采用东芝原厂颗粒,编号TH58TEG9EDJBA89, 从东芝芯片的定义来看,这个NAND编号的第9位为E,代表这个颗粒属于eMLC。
 




  主控为Marvell 88SS9187。大家对这个主控并不陌生,由于9189主控被镁光包场了,所以9187主控目前仍然被很多品牌用于高端SSD上,例如浦科特的M6Pro系列、威刚新版本的SP920系列等等。9188/9190主控的编号虽然更高,但是定位比9187/9189低一个档次。Marvell 88SS9187主控兼容SATA 6Gbps 3.1接口,支持主流的NAND标准。支持8通道并行,每通道速度可达200MB/s,每条通道硬件支持4CE,靠外部解码器和内部编码模式可以扩展到支持到最大16CE。最高读写速度可达1.6GB/s。支持ECC纠错,同时支持On-chip RAID (类似SF2281的RAISE,可以容许NAND Flash出现整颗的损坏)。
 


缓存为海力士的H5TC4G63AFR,单颗容量512MB,频率为1333MHz。
 


  测试前先科普一下eMLC颗粒是什么东西吧。
  作为SSD最主要元件之一的NAND闪存,目前最常见的有SLC、MLC、TLC三种,SLC中还细分有eSLC,而 MLC中还细分有 eMLC。SLC(Single-Level Cell),1bit/cell,速度快、寿命长,但是价格昂贵,约10万次擦写寿命;MLC(Multi-Level Cell),2bit/cell,速度与寿命都一般,价格适中,约5000次擦写寿命;TLC(Trinary-Level Cell),3bit/cell,速度慢,寿命短,价格便宜,约500—1000次擦写寿命。
       深入一点来讲,SLC就是在NAND闪存的每个存储单元里存储1bit的数据,存储的数据代表”0”还是”1”,是由基于Vth电压阈值来定义的,对于NAND闪存的写入,就是对其充电,使得它的电压超过电压判定点,表示已经写入。如果没有充电或者电压阈值低于电压判定点,就表示已擦除。MLC则是每个存储单元里存储2bit的数据,存储的数据是”00”,”01”,”10”,”11”,也是基于电压阈值的判定,MLC相比SLC电压之间的阈值被分成了4份,这样肯定会直接影响性能和稳定性。而TLC则是每个存储单元里存储3bit的数据,速度自然比前两者要慢,出错几率也比前两者高。
  最早期的SSD几乎全部都是采用SLC颗粒,因此价格昂贵。后来各厂家纷纷推出采用MLC的SSD产品,使得SSD更加的亲民,也逐渐的普及。而TLC SSD的上市让SSD不再高大上,可以说已经成为极普通的PC配件之一。
  eMLC其实也是MLC,不过属于MLC中的精品。先来看看NAND的生产过程:晶圆是制造半导体芯片的基本材料, 晶圆经过激光切割后就被分割成的很多小片,这些小片被称为“Die”(Detect it Easy)。每一个Die就是一个具有独立功能而尚未封装的芯片,它可由一个或多个电路组成,最终被作为一个单位而封装起来成为我们常见的NAND FLASH颗粒。但是在一个晶圆中并非每个Die都是完好的,因此在封装之前工厂需要测试这一个晶圆中哪些Die是好的,哪些Die属于不良品。好的那些被称为Good Die,不好的那些被称为Ink Die。而Good Die还不是最终的成品,Good Die还需要经过严格的测试和筛选分出等级。厂商用企业级的标准来检测Good Die的数据完整性和耐久度。当这些Good Die通过测试后,就被定义为eMLC级别组,剩下的就成为MLC级别组了。同理,eSLC就是从SLC Good Die经过企业级标准筛选出来并调整内参的产物。
 

(晶圆)

  因此eMLC是MLC中的特挑颗粒,体质比普通的MLC要强悍,寿命比普通MLC要长;其次厂家通过调整eMLC的内部参数来达到增加P/E的目的,因此eMLC的擦写和编程操作所需要的时间会比MLC更长。这两个特点也就直接决定了eMLC对比MLC使用寿命会更长,但是读写性能反而会略低。eMLC的标称P/E数是10000-30000次,而MLC则是3000-5000次。eMLC的稳定性也比MLC要高很多,出错的概率更小。不过当P/E数用完之后,则eMLC的数据会挥发得更快。
  从PCB来看,这个盘其实就是建兴企业级ECE-200NAS的简化版本。主控和NAND、缓存都是一样的,但是简化了掉电保护,并且减少OP空间,所以容量从200G增加到了256G,更适合家庭用户。

  性能测试:
  测试平台使用了最新Intel发布最新的Skylake处理器6700K,主板是华硕的E3 Pro GAMING V5。这个主板采用的是C232芯片组。因为新一代1151接口的E3系列CPU不再支持B150芯片组,所以以后要玩E3 CPU只能用服务器版本的芯片组了。华硕E3 PRO GAMING V5主板支持最新的LGA 1151接口的E3处理器,以及全系列英特尔第6代处理器(包括酷睿/奔腾/赛扬)。而且据说不久将会有支持超频的BIOS放出来,现在我暂时搭配酷睿i7-6700K使用,等BIOS放出来之后再看看能否支持E3的超频。主板配备4条DDR4 2133MHz的双通道内存插槽(BIOS目前不支持内存频率超过2133,所以我使用的威刚DDR4 3200内存只能运行在2133上,等超频BIOS出来后再做超频测试)。主板提供了2个USB 3.1接口(一个Type-A接口和一个Type-C)、4个USB 3.0接口、2个USB 2.0接口。有一个同时支持PCIE 3.0×2和SATA 模式的M.2插槽(支持2242/2260/2280/22110)。支持SLI、交火,支持华硕的GameFirst IV游戏无延迟技术、SupremeFX技术和Sonic Radar II声波雷达技术,不过不支持核显输出。散热器选用了颜值和效能都非常高的赛普雷反应堆SP-H2407一体式水冷散热器。
 



  首先跑一下SSD的常规五项。
  第一项是菜鸟最喜欢的AS SSD Benchmark。睿速T9果然具备了企业级SSD的明显特征之一:不善于跑AS SSD Benchmark。空盘得分980,在目前的主流SSD中只能算中等水平。
 


  接着是测试SSD必备的其他常规项目:CrystalDisk Mark、ATTO Disk Benchmark、Anvil’s Storage Utilities、TxBENCH。
 



测试成绩汇总对比:
 

  在持续读写测试中,T9的持续读取速度和绝大多数的SSD一样轻松突破500M/S,持续写入则相对较低,420M/S左右的速度比高端SSD要略逊一筹。而在单队列随机4K的读取和写入测试中,T9的随机4K读取性能非常不错,随机4K写入则相对较低。随着队列深度的增加,T9的性能优势慢慢体现出来,QD4到QD16队列深度下,T9的随机4K读取性能甚至超过了OCZ的高端型号Vector150/180。这些都符合一些企业级SSD的性能特点:在深队列高负载下才能体现出随机4K的读写优势。不过当提升到QD32和QD64之后,T9的随机4K性能开始趋于平庸。所以,又不完全符合服务器SSD的特点。与建兴自家的V2对比,T9在性能上完胜V2。从几项测试数据来看,T9的性能与浦科特的M6S、M6G属于同一个档次。总的来说,T9的读取性能强悍,但是写入性能稍弱,这个特点也是由eMLC颗粒擦写和编程操作所需要的时间比MLC更长的特性所决定的。
  随后进行满盘的性能衰减测试,照旧使用软件对睿速T9进行反复的大量数据写入,写满、删除、再写满、再删除。大家都知道,浦科特和建兴其实就是一家子,不过睿速并未采用浦科特TrueSpeed那么激进的垃圾回收策略(这个估计和企业级固件有关系,睿速的固件应该是从NAS系列的固件修改而来,所以沿用了NAS的垃圾回收策略,企业级SSD的垃圾回收都是比较保守的),所以在满盘的情况下会出现一定的掉速。其原因是由于平时的垃圾回收没有那么激进,等到满盘没有足够空闲空间来交换数据时,就会增加主控的负担,因此睿速就出现了一定程度的性能下降,但是下降程度并不大,而且闲置约10分钟后性能可以得到恢复。
 


  PCMARK8是目前最接近实际使用环境的模拟测试软件,其中的存储设备测试部分有游戏、办公、图形处理等几个项目,因此测试成绩比上述五个软件都更能真实的反映出SSD的实战性能。更确切的说,是在普通家用、游戏以及小型办公情况下的SSD实际性能。在反复满盘写入、删除后进行PCMARK8测试就更能够反映出一个SSD在长时间使用后的实际性能表现。总分4965的得分也恰如其分的说明了T9在众多主流SSD中的性能定位:中端偏上。
 


  总的测试下来,建兴睿速T9采用的Marvell 88SS9187+东芝eMLC的方案,整体性能、特点都与Marvell 88SS9188+东芝A19的方案(浦科特M6S、M6G)非常的接近。虽然使用了9187这样的高端主控,但是受制于eMLC颗粒的性能,因此睿速是无法和高端SSD拼读写速度的。不过得益于马牌主控和东芝原厂颗粒,所以比起那些使用慧荣、群联主控+白片NAND的低端产品,自然是要强悍许多。而且对比普通MLC、TLC产品,睿速的使用寿命在理论上会延长很多。
  这个方案在我看来比较奇葩,但仔细分析一下,其实也不难看出建兴生产这个东西的思路。建兴的SSD代工量是很大的,所以原料采购价很低,eMLC的整体成本与MLC产品差别并不大。而且直接从企业级的NAS系列方案上面进行简化,节约了开发费用,减少掉电保护还可以进一步缩减成本。从目前的市场来看,牌子相对较响的240-256G TLC产品价格一般在400元左右,闪迪Ultra II 240G定价 499、三星的750 EVO甚至卖到479。而采用慧荣、群联或者SF2281主控+MLC的产品售价一般都在500以上,马牌主控的甚至要600左右。所以建兴目前就是要用睿速来砸市场,T9 256G定价499元,正好在TLC和MLC之间。比TLC贵100,但是性能和寿命都完胜;比MLC稍便宜,虽然性能无优势但是使用寿命更长。
  睿速T9的特点总结:
  1、性能中等偏上。这个特点是由硬件组成所决定的:高端主控+eMLC闪存颗粒。高端主控决定了产品的性能会很强,但是eMLC闪存颗粒性能比普通MLC略差的这个特点又会导致这款SSD的性能无法达到预期的那个高度。(如果是9187+东芝A19,那么就已经是浦科特旗舰MP6的配置水平了)
  2、寿命高于普通MLC。这个优势是毋容置疑的。使用eMLC牺牲了部分性能,但是换来了更长的使用寿命。10000 P/E是普通MLC颗粒所无法企及的, TLC就更别说了。
  3、价格低。如果单从高端主控+eMLC闪存颗粒的硬件配置来看,可能大家以为这个SSD应该会卖高价,最起码也不会便宜。但是建兴偏偏把T9 256G的价位确定在了499元,刚刚好介于TLC和MLC产品之间。其实道理很简单,从宣传力度来看,建兴把睿速这个产品的份量看得很重,应该是2016年的重点产品。从实际测试来看,这个产品的性能排在主流SSD的中等偏上水平,虽然无法和高端产品拼性能,但是甩低端产品几条街还是绰绰有余的。另外一个比较实际的问题就是,eMLC颗粒在使用寿命上的优势,消费者在短时间内是无法体会到的。所以目前很多消费者注重的关键还是性能或者价格。好在T9的定价比较低,所以性价比较高。
  优缺点总结:
  先说缺点:受制于eMLC颗粒的特性,所以T9的写入性能稍差;另外由于固件中采用了较为保守的垃圾回收策略,而且减少了OP空间,所以满盘时会有少许性能衰减,因此使用时建议不要占用超过95%的满盘容量。
  再说优点:最大的优点同样来自于eMLC,使用寿命比普通MLC大大提高了,而且垃圾回收策略较为保守,减少了NAND的擦写操作,因此T9的使用寿命会更长。第二个优点是采用了成熟的9187主控,比起SMI、群联的产品更稳妥。这个东西定价较低,所以性价比较高,在稳定性和兼容性方面暂时还没发现有什么问题。


两者只是控制器操作区别罢了 emlc的控制器会精准控制操作电压从而降低对栅极的伤害 以此来增加寿命 但是会加大延迟 影响读写速度 而且因为电压不及mlc 所以数据保存期更短 在厂商标称寿命过后静置时间为三个数据就有丢失风险 但是mlc为1年 所以emlc更适合做回写缓冲类应用。家用环境不及mlc。说句题外话 现在国人购物更多的是以为越贵越好 但是更多时候只选对的不选贵的才对

SSD是一个整体,闪存只是一方面,不是决定性的,还有固件编写功底和水平、算法也不可忽视,过分夸大、痴迷某一方面都不可取——同样是高级食材,你觉得名厨、一般厨师做同样的菜品完全一样?

其实就是EMLC如果不配合企业级别专用的主控,那么寿命能否提高是未知数。


特别是东芝系的,比如说东芝闪迪浦科特这种东西,15nm EMLC还不如三星40nm 3d nand TLC。

迈威Marvell 88SS9187 主控简单解析

2012-06-11 20:26来源:pceva编辑:冰幻 浏览量:

  核心提示:

主控主要特征和解析: 1.88SS9187的主机接口支持最新的SATA 6Gbps Rev 3.1规范,业内最低运行/待机功耗。 SATA 3.1规范相比早先的规范主要有如下改进: 1.mini SATA接口支持的改进,增加了自动

主控主要特征和解析: 优盘之家

迈威Marvell 88SS9187 主控简单解析-U盘之家 www.

1.88SS9187的主机接口支持最新的SATA 6Gbps Rev 3.1规范,业内最低运行/待机功耗。

SATA 3.1规范相比早先的规范主要有如下改进:
1.mini SATA接口支持的改进,增加了自动检测能力,去掉了原本专用的mSATA连接器,增加了互通性,例如支持在Mini PCIE上走SATA协议。
2.Zero-Power Optical Disk Drive(ODD)技术支持,减少了闲置光驱的耗电量。
3.硬件控制加强,让主机增加识别硬件设备的能力并做出优化。
4.LPM电源管理技术支持为必备条件,此技术针对SATA总线上的设备实行更好的降低能耗的优化。
5.Queued trim Command的支持:
这条对Trim的改进非常重要,很多人都知道Trim指令能够帮助保持ssd性能,降低写入放大,提高SSD耐久度,但是之前的Trim指令被ATA协议层定义为一条non-queued command,那个意味着在发送Trim指令到设备之前,操作系统需要等待SSD上的IO操作全部完成,然后在SSD执行Trim指令并结束前,将不能接受任何的IO操作,所以每次发送Trim指令前都需要清空队列中的操作,间接的影响性能。现在如果固件支持这个技术,则在Trim的时候可以queue起来一起发送Trim指令,大大提高效率,甚至做得好能够和原本queue里的Read和Write操作一起执行。(这个有待考证)

2.内部硬件RAID数据冗余支持,依靠特定固件可以在NAND出现问题的情况下恢复数据。

这个技术类似于SandForce的RAISE,Intel 320或者710的XOR,主要用于在某个颗粒里出现严重坏块的时候甚至坏整个Die的时候恢复出数据用的。在颗粒制程越来越新,稳定性越来越差的未来,这类技术是必须要拥有的。

3.主控的闪存接口支持8通道,每通道200MT/s带宽,每根通道硬件支持4CE,靠外部解码器和内部编码模式可以扩展到支持到最大16CE。

8通道没有改变,每条通道也一样是8bit的了,不过接口带宽从之前88SS9174的166MT/s最大提高到了200MT/s,这样在持续写入上可以表现得更加出色,而随机性能上也会有稍许提高。每通道硬件支持4CE,按照一个Die为8GB计算(24/25nm),则为32GB X 8通道,超过这个容量,随机性能势必受到影响。(当然还有个问题是映射表不够细造成的)1xnm的产品可以做到512GB而不影响随机性能。而如果靠外部解码器加上内部编码模式可以扩展到支持最大16CE,那么单主控容量为最大1TB甚至2TB的SSD也不是不可能做出来。 

4.ECC错误校验引擎能力提高(比新制程颗粒需求更高),元数据支持独立ECC。

ECC提高是意料之中的事,随着制程的改进,这个不提高就没法支持更先进的颗粒,如何降低成本呢?元数据支持独立ECC是个比较重要的功能,因为Marvell支持的缓存容量普遍比较大,而大部分缓存存放的是映射表,也就是用户数据的元数据,众所周知内存也会出错,所以针对元数据进行独立的ECC非常关键,不然会因为内存出个错造成整个盘都不认的情况哦。

5.针对映射表的需求,缓存容量最大支持到DDR3 1GB,支持适应性读写机制。


SSD的容量越来越大,需要的映射表容量也越来越大,随机性能要快,那么需要把映射表做到很细很细,其他的功能表也一概不能少,在自检前把颗粒上的映射表第一时间加载到缓存里,需要更新的时候再回写回颗粒上来提速是个比较有效率的提速方式,前提是固件内的映射表掉电后的反推修复算法要做的好,不然只会是造成大量丢盘的隐患。 

6.持续读取性能封顶SATA 6Gbps,在稳定态下也保证最大约500MB/s的持续写入性能。

读取性能在上一代的主控上表现就非常不错了,不过还是在520MB/s附近,那么这次能提升多少?拭目以待呗。至于稳定态下保证至少500MB/s的持续写入性能,这个首先需要颗粒的容量要大,或者颗粒写入原本比较强,不然不可能做到,当然主控有能力不代表厂商能做出这个能力罢了。(很多时候随机和持续2者需要适当平衡取舍的。)

7.同级别产品中最高的随机读写性能和最低的性能下降幅度。(相同OP下)

既然前面的特性都那么强大了,那么这里说性能强自然也没啥不可,不过我还是那句话,取决于固件的设计,很多时候软件才是主导一切的,光有硬件底子是不够滴。

总结部分:其实这个主控内部代号叫做”莫纳Monet 2.0“,在去年6月份就有第一版固件了,不过为何Marvell到现在才宣布?这个我就不清楚了,反正我在m4发布0009固件的时候就提过它的名号了. 

按照我的猜测,这个主控会在今年下半年成为Marvell市场的领军人物,在企业级市场会有Micron的P400坐镇,颗粒可能为25nm MLC或者eMLC吧?而浦科特后面的建兴团队肯定也会发力,不过按照他们的个性,消费级市场肯定更对胃口,主控强力的ECC与TOSHIBA的19nm颗粒搭配应该能够再一次拉动消费级的步伐吧,反正制程先进后的颗粒硬件缺陷需要靠主控硬件能力和固件开发拉回来,要把SSD做好真的是越来越难了,当然价格肯定会越来越亲民,未来如何让我们拭目以待吧。

8.On-chip RAID (类似SF2281的RAISE,可以容许NAND Flash出现整颗的损坏)

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