群联Phison PCIe 4.0 PS5016-E16 NVME主控方案评测

AMD Ryzen3000系列,正式把我们拉入了PCIE 4.0时代。Tom’s Hardware拿到了phison PCIe 4.0主控方案的样品,这是市场上首款PCIe 4.0的SSD主控方案,型号为PS5016-E16,简称E16。Corsair,Gigabyte,Patriot等厂商宣布已经将该主控用于量产,预计今年上市。

NVME SSD目前使用的越来越多,而基于PCIe 3.0×4,最多只能达到3.5GB/S。到了PCIe 4.0时,每条Lane的带宽从原来的1GB/S翻倍成了2GB/S,意味着只要NAND和主控足够给力,SSD的带宽可以朝着8GB/S的极限迈进。

CES 2019上,Phison曾经展出过E16配合Toshiba BiCS3 64-layer TLC flash的工程样品,当时的性能为4GB/S,但事实上BiCS3拖了后腿,按照Phison的意思,E16搭配更快的NAND应该可以跑到4.8GB/S。

Phison E16的规格如下:

Tom‘s Hardware拿到的盘,固件版本是EGFM10E3,搭配Toshiba BiCS4 96层 TLC,容量为1T。性能方面,read 5GB/S, write 4.4GB/S, 作为一款M.2 SSD, 这速度逆天了。

E16跟上代主控E12一样,采用的是28nm制程。实际上E16跟E12有很多相似之处,E16设计是基于E12 的,所以一些E2E数据保护,Thermal管理这些功能都继续沿用。E16也支持AES-256,TCG OPAL 2.0, Pyrite encryption, SMART, Trim等功能。基本上,E16是把E12的后端,加上PCIe 4.0的PHY,然后自家第四代LDPC ECC,以及一些对新NAND的支持“拼”出来的。

因为一脉相承,E16跟E12的PCB设计也基本一致,唯一不同的地方,Phison借鉴了SMI以往的做法,在主控芯片上加了镍制散热片。

有点尴尬的是,Tom’s Hardware进行测试的时候,市场上还没有PCIe 4.0的平台可用,大叔们使用了一块PLDA的PCIe Host AIC Card (价值20,000刀),这块卡的功能是把一个PCIe 3.0×16的槽转换成一个PCIe 4.0×8的槽,从而可以使用PCIe 3.0的主板测试PCIe 4.0的设备。搭建起来的环境如下图:

大叔们选择了以下几款SSD一同测试以便比较:

  • Samsung 970 EVO Plus (Samsung Phoenix主控+V5 V-NAND)
  • WD Blck SN750 (Sandisk主控+Toshiba BiCS3 64层 TLC)
  • Adata XPG SX8200 (SMI SM2262EN主控 + Micron 64层 TLC)
  • MyDigitalSSD BPX Pro (Phison E12主控+Toshiba BiCS3)
  • Intel Optane SSD 905D

测试正式开始

E-16排名倒数第二,仅比使用E-12主控的Mydigital BPX Pro快0.13秒。

文件传输测试 – 工具:DiskBench – 数字越大越好

传输大叔定制版文件,总共50G数据,包括31,277个不同的文件:图片,PDF,视频。

将这些文件复制到SSD上,并立即读取6G数据。

这项测试E-16排名第一,且领先明显。特别是复制文件时,速度几乎是E-12的两倍。

系统克隆 – 工具: Macrium Reflect – 数字越小越好

为了保证测试的一致性,每次测试前对SSD进行Secure Erase以保证SLC Cache为空,并从一块Intel Optane 905P SSD上将一个114G的OS恢复过来。

这项测试里,E-16的表现中规中矩,完全不显山不露水。4.3GB/S的吞吐量似乎没有体现太大作用。

系统启动 – 时间越短越好

禁用Win10 fast boot feature,并在UEFI中设置了1秒的POST Delay,进行多次启动计算平均启动时间。

跟系统克隆结果类似,各款SSD表现非常接近,Intel Optane 905P一马当先,E-16虽然排名第二,但是只比其他SSD快了0.3秒。

PCMark8 Storage 测试 — 数字越大越好

PCMark8是一款使用真实应用包括officeAdobe, 星际争霸,战地3等测试存储设备的工具。

Intel Optane 905P再次拿到第一,且优势巨大。3D XPoint介质低延迟,高IO的特性充分体现。E-16超强的顺序读写性能在这项测试里没起到太大SPECworkstation 3测试 — 数字越大越好

SPECWorkstation 3 是一款跟PCMark类似的应用模拟测试工具,总共有30个不同的workload,大叔们选取了其中15个跟存储相关的进行测试,并将结果分为5个维度:娱乐,产品开发,生命科学,能源和综合运营进行打分。

在多数情况下,E-16排名第三,但是在能源行业应用方面,E-16排名第一。

难道说:家里有矿的比较适合买这款SSD?

ATTO测试 –数字越大越好

ATTO是一款经典的性能测试软件,主要测试不同文件大小时的顺序读写速度

E-16排名第一,实测数据:read 4.8GB/S, write 4.3GB/S,但是没有达到标称的5/4.4GB/S的速度

CrystalDiskMark测试

另外一款经典的性能测试工具,原文这块放了10张图,就不贴了。

当QD=32时,E-16跑到了Read 5GB/S, write 4.3GB/S ,这个跟标称值基本一样了(只是写低了100MB/S),比其他SSD都好,QD=1时情况也类似。再次证明了E-16顺序读写的优势。

测试4K随机性能时,当QD>64,E-16的IOPS为470K/580K,跟标称的750K/700K有一定差距。

当QD=1时,E-16的IOPS为14.8K/46K, 表现比BPXPro好一点,但是不如ADATA,Intel Optane。

饱和写测试

大多数SSD都有SLC Cache,饱和写可以击穿SLC Cache使SSD暴露真实性能。大叔们做了15分钟的持续写入,并记录了SLC Cache击穿前后的性能。

前4分钟E-16速度比其他SSD快很多,Phison应该是采取了跟SMI类似的策略,使用了很大的动态cache(跟WD相反),这会带来某些不良影响,但是保证了峰值性能。

测试中,E-16以4.2GB/S的速度写入了368GB数据以后,性能才开始下降,至600MB/S(TLC的真实性能)。图中性能急剧下降的部分,应该是Phison需要在未来进一步通过固件进行优化的部分。

如果期待PCIe 4.0带来Latency方面的巨大提升,你怕是要失望了(至少在E-16上没有体现),接口速度的变化,无法直接提升Flash,NVMe协议,驱动以及文件系统等方面。

Intel Optane在这项测试里一骑绝尘,比其他选手快4~5倍。

功耗测试

使用Quarch HD Programmable Power Module进行测试(没有使用PLDA Interposer)

MB/s Per Watt — 数字越大越好

E-16表现最好,每度电可以提供更多的带宽;

最大功耗 — 数字越低越好

E-16排名第三

平均功耗 – 数字越低越好

E-16排名第四

待机功耗

ASPM/LPM enable:E-16排名第三

ASPM/LPM disable:E-16排名第四

总体而言,E-16效率很高,可以用最少的电挖最多的矿,但是功耗跟其他选手相比没有优势。另外, Intel Optane的功耗是真高!

结语:

E-16使用PCIe 4.0搭配Toshiba最新的BICSSD4 TLC把SSD性能提高到了一个程度,尤其是顺序读写方面,是其前代E12的两倍,甚至超过了Intel Optane SSD。但是读写带宽的提高,对真实应用场景下用户感受的提升比较有限,PCMark8,系统克隆,系统启动,游戏载入这几项测试里,E-16的表现都不突出。

Phison第一个吃了螃蟹,同是中国台湾厂商,SMI的SM2267预计2020年出货。

Phison领先其他厂商首先发布E-16,很大程度上是把E12的PCIe部分直接更换为4.0的PHY,其他部分改动不大,这种方式不能充分榨取PCIe 4.0的带宽(理论8G/S),当然E-16(28nm制程)只是一款过渡产品,E-18(12nm制程)已经在路上,预计2020年1,2季度推出。

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