SSD潜在杀手 三星830固态硬盘评测

    谈及当前的SATA3.0固态硬盘市场，SandForce和Marvell抢去了太多目光，殊不知三星也在一步步跟进，继去年发布470系列固态硬盘之后，采用SATA3.0接口的830系列也于今年下半年正式登场。三星作为全球顶尖的半导体公司，拥有自己的ARM处理器技术、DRAM内存芯片和NAND闪存芯片晶圆厂，实力不容小觑，可以说为SSD的生产武装到了牙齿，因为除了硬件他们还拥有自己的SSD管理软件。

    事实上在早期，三星曾为诸如OCZ和海盗船这样的厂商设计固态硬盘，后者只是贴牌罢了。但后来Indilinx强力插上，三星并没有极力跟进消费级市场，仍把OEM当成自己的主业，直到去年推出的470受到OEM市场和零售市场的一致好评，并于今年正式登陆国内市场。显然，以现在的眼光来看，三星以一己之力，作为进军当前还未摆脱混乱的SATA3.0固态硬盘市场的新锐杀手，来的正是时候。

    了解过三星470固态硬盘的用户应该了解其命名规则，470系列即250MB/s读取和220MB/s写入之和，然而830系列并非读写之和。事实上，830系列固态硬盘其256GB和512GB的版本标称读写分别达到了520MB/s和400MB/s，也许830是早期命名而后通过软硬件的进一步优化而达到了更高的数值吧。

   

    我们可以从今年3月份三星具备的存储新品发布会上窥探出这些信息，显然当时830系列的新外壳还没有设计出来，但是容量范围涵盖从64GB到512GB，以及厚度变为7mm已经是确定好的了，而7mm的厚度也适用于当前一些超薄型笔记本电脑。

   

    三星830系列四款产品的规格如上表所示，除了64GB性能较为低下以外，其余几款都达到了较高的水准。同时三星宣称新产品采用了自家Toggle DDR NAND闪存芯片、3核心MCX控制器、256MB DDR2缓存以及Magician管理软件。

    笔者收到的是830系列的128GB版本笔记本套装，虽然128GB版本性能不是最强，但是以大部分用户需求和价格走势来看，明年128GB容量的固态硬盘应该会迎来进一步的普及，关注度也自然会更高。

   

    三星830固态硬盘正面采用黑色的金属拉丝外壳，镶嵌上三星的Logo，背面则是塑料材质，但整体质感突出，同时在左下角的烤漆工艺的橙色方框中标注容量，也是三星固态硬盘的一大特色。

    三星830固态硬盘背面的贴纸标有各种认证信息，同时Planet First的Logo也赫赫在目，体现使用了新一代的2x纳米制程颗粒，但是该硬盘的电流标注为1.6A，这比大部分固态硬盘要高一些。

   

    相比470系列的9.5mm标准厚度，三星830缩小到了7mm，并附带额外的2.3mm厚度的底框方便在大多数笔记本电脑中使用。7mm厚度可以适应最新的超薄型笔记本电脑，透过SSD提升存储系统性能，大幅度增加超薄型笔记本电脑的运行流畅度。除了三星以外，目前也只有英特尔的固态硬盘采用7mm厚度，而且他们在外观的设计上也别有一套，体现厂商的个性和严谨的作风。

    由于是笔记本套装，830包装盒内部附带有使用说明手册、Norton Ghost硬盘备份还原软件、Magician固态硬盘管理工具光盘以及一个SATA转USB转接口，可以直接变成移动硬盘使用，而不是麻烦地套一个硬盘盒。

   

    作为三星830固态硬盘的重点，其三核心控制器是最大亮点。470时代采用的是双核心ARM Cortex A9处理器，编号为S3C29MAX01。而830系列则进一步增加了一个核心，编号为S4LJ204X01-Y040，加之固件的进一步优化，可以更快速地处理SATA6Gbps带宽下的高速数据输入/输出操作，在多任务和高负载应用下也会有更好的表现。此外，830则和470一样为八通道设计。

   

    位于主控下方的则是三星自家的缓存芯片，编号为K4T2G314QF-MCF7，容量为256MB，规格为DDR2 800，而上一代470则为DDR2 667。

   

    值得说的就是三星830固态硬盘的闪存芯片，它已从470时代的32纳米工艺升级为27纳米工艺，颗粒编号为K9PFGY8U7A-HCK0。三星于东芝一道采用Toggle DDR标准的NAND芯片，这种芯片可以在DQS的上升沿和下降沿各传输一次数据，效率翻倍，因此即便仍是异步模式其接口速率也同样可以达到133Mbps，表现不亚于英特尔和美光的ONFI 2.x同步颗粒。

   

    笔者使用了主流的Sandy Bridge平台进行测试，测试中，通过主板BIOS关闭所有和CPU节能有关的选项，同时开启AHCI模式并安装英特尔最新的AHCI驱动。

    首先使用CrystalDiskInfo软件检测三星830固态硬盘的信息，如下：

   

    连续读写能力是衡量硬盘在进行较长文件长度（一般不少于128KB）顺序读写操作时所具备的性能，简而言之它类似于我们进行单个大容量文件拷贝时的性能。对于固态硬盘来说，更高的NAND接口带宽、更强的主控以及更多的通道都有助于提升连续读写性能。对于MLC闪存来说，其寿命和写入速度都落后于SLC闪存，因此更大的容量对提升写入速度有明显帮助。

    对于连续读写的测试，笔者使用IOMeter 2008软件进行。有些网站认为使用128KB数据包进行连续读写测试是最为标准的，但是为了获得更好的性能表现以更接近厂商标称数值，笔者还加入了1MB数据包的测试结果。

    IOMeter是一个单机或者集群的I/O子系统的测量和描述工具，最初由英特尔公司在1998年2月17日的英特尔开发者论坛（IDF）上宣布。由于IOMeter的自定义项目非常丰富，可以调节测试范围、数据块大小、处理模式等等，因此很多评测并不将它作为测试项目，因为各家的测试环境设置不尽相同，你很难在不同的设置环境下获得相同的数据。

    这里笔者在8GB分区下进行测试，对于IOMeter的设置环境如下，其他项目保持默认状态：

    Write IO Data Pattern（测试生成的数据模型）：Peseudo Random

    Transfer Request Size（测试请求的文件大小）：1MB/128KB

    Percent Read/Write Distribution（测试请求的读/写比例）：100%读或者100%写

    Percent Random/Sequential Distribution（测试请求的随机/连续比例）：100%连续

    Align I/O on（对齐I/O到指定大小）：设置为4KB对齐

    Ramp up Time（自举时间）：设置为30秒钟

    Run Time（测试时间）：设置为2分钟

   

1MB连续读取速度527.42MB/s

   

1MB连续写入速度320.55MB/s

   

128KB连续读取速度500.52MB/s

   

128KB连续写入速度317.69MB/s

    连续读写测试都达到了三星830官方标称的理论数值。但同时，128GB容量的固态硬盘持续写入速度能够做到300MB/s以上的成绩并不多见，从这点来看其效能确实出众。有人可能会担心过快的写入速度会造成擦写寿命的急剧损耗，那么不妨我们来粗略算一笔，算上写入放大，假如以每天写入40GB数据的强度来看，128GB容量要3天完成一次全盘的P/E周期，以颗粒3000次P/E周期来看，我们可以使用9000天，即24年。你还担心什么呢？

   

    此前笔者一直使用CrystalDiskMark软件的1MB持续读写性能作为横向对比的标准，并未积累太多基于IOMeter软件的持续读写性能的成绩（尽管IOMeter的结果更为全面和准确，毕竟其LBA寻址空间和测试时常都可以自己控制），因此这里依然给出的是基于CrystalDiskMark软件的小型横向对比。

    CrystalDiskMark软件是一款来自日本开发者开发的硬盘测试工具，简单易用，可以测试1MB和512KB文件大小的连续读写速度、4KB随机读写速度和32位队列深度下的4KB随机读写速度，还可以设置数据模型。

    CrystalDiskMark软件测试涉及LBA寻址空间不超过4GB，默认为1GB文件测试5次取最佳成绩。这里笔者使用该软件的1MB连续读写速度作横向对比。

   

   

   

    三星830固态硬盘的持续读写能力确实强劲，几乎盖过了采用Marvell 88SS9174主控的浦科特M2P系列。当然在随机数据模型下的写入性能更是远超同容量的SandForce SF-2281主控固态硬盘，后者只有在数据模型可以深度压缩的情况下才可以跑出接近500MB/s的写入速度。但持续读写只是衡量硬盘的其中一项指标，下面我们来看随机读写性能的表现。

   

    随机读写性能是衡量固态硬盘表现最重要的指标，在官方宣传时一般以IOPS的数值来体现，即每秒进行的IO操作次数，可认为是吞吐量指标。

    小文件操作是我们平日系统应用中最为频繁的，现在你就可以打开你常用的软件的文件夹，一定充斥着大量的DLL一类的小文件，在软件运行时会频繁地调用它，尤其是在启动的时候。

    所以当你在使用固态硬盘去启动系统或者软件的时候，会明显低感觉到性能的提升，特别是在系统越来越庞杂的时候，固态硬盘会大幅度改善系统的应用体现而不会出现卡顿现象。

    对于队列深度（QD）来说，它反映固态硬盘在多线程并发环境下的性能表现，在开启AHCI模式下启动NCQ功能，就可以获得高队列深度下的性能提升了，目前主流的固态硬盘都能够很好地提供对AHCI的支持，但是不要过度迷信高QD下的性能，日常我们系统应用几乎也就用到QD3的水平。

    这里笔者同样在8GB分区下进行测试，对于IOMeter的设置环境如下，其他项目保持默认状态：

    # of Outstanding I/O（同时发送的IO请求即队列深度）：1/2/4/8/16/32

    Write IO Data Pattern（测试生成的数据模型）：Peseudo Random

    Transfer Request Size（测试请求的文件大小）：4KB

    Percent Read/Write Distribution（测试请求的读/写比例）：100%读或者100%写

    Percent Random/Sequential Distribution（测试请求的随机/连续比例）：100%随机

    Align I/O on（对齐I/O到指定大小）：设置为4KB对齐

    Ramp up Time（自举时间）：设置为30秒钟

    Run Time（测试时间）：设置为2分钟

   

QD1下4KB随机读取性能为25.57MB/s

   

QD32下4KB随机读取性能为318.50MB/s

   

QD1下4KB随机写入性能为117.61MB/s

   

QD32下4KB随机写入性能为125.36MB/s

   

    结果是在QD32下分别达到了77K和30K的IOPS效能，这基本上达到了官方标称的理论值，对应314MB/s和119MB/s，与CrystalDiskMark的测试结果相当，从QD1到QD4基本上都是以翻倍的速度递增。但是我们也发现，进行随机写入的测试，830从QD1到QD32没有什么变化，显然三星830的固件对高队列深度下的写入操作没有太多优化，NCQ效能不佳。但是我们日常桌面应用中，队列深度一般不超过4，所以这项测试的指标反映了三星830的特性，并不会对实际应用产生多大影响。

   

    同样基于IOMeter 2008软件，默认使用Pseudo Radom数据模型（除注明以外），笔者将三星830固态硬盘与采用SandForce SF-2281主控的博帝Wildfire固态硬盘和采用Marvell 88SS9174主控的浦科特M2P固态硬盘进行对比，分别看看在QD1下和QD32下几款产品的4KB IOPS性能表现。

    有意思的是，博帝Wildfire和浦科特M2P都采用东芝32纳米Toggle DDR NAND闪存芯片，而三星830则是自家的27纳米Toggle DDR NAND闪存芯片。

    三星830固态硬盘的优势依然是在读取方面，其中QD32下的4KB随机读性能已经接近标称的80000 IOPS，傲视群雄。但由于固件优化等因素，830在QD32和QD1下的4KB随机写入性能方面没有太多差别，表现不佳。但是考虑到我们日常桌面应用最高不会用到超过QD4的情况，因此830的实际应用性能不会受到什么影响。

   

    以往我们只考虑固态硬盘在不同文件长度下所表现出来的传输性能，但是对响应时间这个问题我们关注得明显不够。对于数据存储而言，响应时间是至关重要的。通常我们使用HDTune来测试机械硬盘的响应时间，对于固态硬盘而言IOMeter、AS SSD Benchmark软件更为合适，这里笔者选用AS SSD Benchmark的测试成绩。

    大家应该可以想到响应时间所代表的含义，它的意思就是延迟，代表从接到传输命令到数据开始传输这段时间，就像你打开电脑进行工作一样，工作的速度或许可以代表吞吐量，而打开电脑所需要的时间则是延迟。显然，延迟反映在我们生活当中的任何地方。

    对于机械硬盘来说，延迟时间基本上等于寻道时间和平均等待时间之和，主流桌面级7200RPM硬盘的延迟时间大概在13ms左右，15000RPM企业级硬盘大概在5～6ms之间，而固态硬盘通常不会高于1ms。所以，文件长度越小的操作（如4KB），就越能凸显响应时间带来的影响。

    因此，即便某些拥有超过持续100MB/s写入速度的机械硬盘，如果是进行对小文件的操作，那么其性能依然不及写入可能只有持续60MB/s的小容量固态硬盘。在这种情况下，我们经常会感觉到机械硬盘在加载文件时出现的卡顿现象，而这是非常常见的事情。

   

   

   

    延迟的表现取决于很多方面的因素，即可能来自于NAND芯片的种类（如工作模式、制程工艺），也受主控的垃圾回收算法所影响，同时对于Page为8KB而非4KB的闪存来说，主控是否经过优化，只读取自己需要的那部分数据，也会产生读取方面的延迟。

    根据此前国外权威媒体Tom's Hardware的测试表明，采用Toggle DDR闪存的延迟表现优于ONFI 2.x同步闪存。而对于采用Marvell 88SS9174主控的浦科特固态硬盘来说，相比SandForce主控更多采用闲置垃圾回收而不是主动垃圾回收，因此性能的表现优于后者。从这项测试来看，三星显然也更多采用了闲置垃圾回收策略，这样做的好处就是既能保证实时性能，也不至于增加额外的写入放大。

    但若三星的垃圾回收策略极为被动的话，即不到万不得已不进行垃圾回收，那么可能会产生长期使用后性能下降的问题。当然，进行全盘格式化即发送TRIM指令，依然可以让性能恢复如初。

   

    除了考察固态硬盘在不同队列深度下的性能差异以外，我们还需要考察对不同文件长度下的读写性能差异。我们已经知道在日常应用中队列深度一般不会超过4，而根据Tom's Hardware的研究，即便在运行大型游戏（如孤岛危机2）时，队列深度也不超过8（大部分也仍在4以下），而请求的文件传输大小则集中在8KB~256KB之间，而其他的游戏如《魔兽世界》和《文明5》也有类似的表现。

    所以考察传输速度VS文件大小的表现同样是值得参考的。这里笔者使用ATTO Disk Benchmark软件。

    ATTO Disk Benchmark是一款简单易用的速率检测软件，可以用来检测硬盘，U盘，存储卡及其它可移动磁盘的读取及写入速率，该软件使用了不同大小的数据测试包，数据包按0.5K，1.0K，2.0K直到到8192.0KB进行分别读写测试，测试完成后数据用柱状图的形式表达出来. 很好的说明了文件大小长度不同对速度的影响。测试默认使用256MB的寻址范围，队列深度为4。

   

    笔者还进行了另外一项测试，将ATTO Disk Benchmark的数据模型从默认的全0改为随机，再次进行测试。

   

   

    最终的统计结果基于Random数据模型，因为这样更接近实际情况。

    此时发现16KB以下的小文件读写降低了1倍，而读取速度也降低到500MB/s左右的水平。这应该是受到了缓存的影响，全0数据模型缓存命中率高所以性能也高一些。由此可见三星830的缓存是用来保存数据而非存放映射表，所以在没有断电保护的设计下，有可能会造出数据丢失。

   

    PCMark 7是Futuremark最新推出的一款整机性能测试软件，它依旧采用脚本测试的方式模拟实际使用情况，不过一项很重大的改进就是，在存储部分针对SSD的应用做了一些多任务测试。但是不会需要很高的队列深度，对固态硬盘不会造成太大的负载，主要基于随机读写操作，能够更加准确地表现我们系统实际应用时的效能。同时相较PCMark Vantage，PCMark 7用于进行SSD的测试其结果更加准确。

    测试结果为5272分，这样的得分在今年的SATAIII接口固态硬盘中属于上乘，目前顶级的2.5寸固态硬盘其得分可以达到5400分以上，而定位稍低的小容量固态硬盘或者是像英特尔510这种随机读写性能不是非常强悍的固态硬盘，也可以达到接近5000分的水平。而当前主流的机械硬盘则普遍在2000分左右。

   

    830固态硬盘可谓是三星自家的结晶之作，完全采用自家主控、自家生产的缓存和闪存，性能表现属于上乘，持续读写表现非常出色，而高队列深度下的随机读取速度几乎达到顶尖效能，但随机写性能还需优化。三星同时还开发了自己的固态硬盘管理软件，加之国内零售渠道的逐渐成熟，售后和服务都有保证。尽管830系列作为三星第一款SATA3固态硬盘，但透过其强大的半导体技术，将其描述为SSD市场的潜在杀手一点也不为过。

    除了超强的性能以外，固态硬盘的管理工具也是一项重点，他需要包含的基本功能诸如快速诊断和扫描、信息检测、固件更新、安全擦除等等。三星的Magician软件在界面和易用性方面做得较为不错，但相比英特尔的SSD Toolbox目前已经中文支持，三星的Magician在本地化方面还需加强。

    然而相较于其他阵营，SandForce拥有一套可供厂商修改的标准软件，但功能几乎仅限于固件更新，而且不会附赠在产品包装当中。然而Marvell阵营却更惨，目前无论是美光或者是浦科特都没有自己的SSD管理软件。相信在明年的SSD市场当中，我们除了需要高性能高可靠性的产品，还需要简单易用而全面的管理软件。

    然而，普通电脑用户没有意识也不爱使用额外的管理软件，他们对电脑的认知只有图形界面而不是底层软件和硬件。从这一点来看，固态硬盘在很长时间内仍只是DIY玩家手中的玩物。