容量要命/性能难舍 512GB固态硬盘横评

    说起SSD，网友们不约而同竖起大拇指盛赞SSD的性能，SSD凭借一己之力就可以改变电脑的性能。性能如此卓越的SSD也有英雄气短的时候，网友只要仔细看一线品牌的家用SSD，它们的最大容量止步于512GB。家用SSD的最大容量难道只有512GB，为何SSD厂家不弄出更大容量的产品？

容量要命/性能难舍 五款顶级512GB SSD固态硬盘横评

量先价行 家用SSD真有1TB容量

    Intel创始人之一戈登·摩尔在半导体领域提出“摩尔定律”，即每18个月集成电路的晶体管数量就会增加一倍，性能增加一倍。涉及半导体领域的SSD产业同样一脉相承“摩尔定律”，然而时过境迁，存储芯片的更新换代的周日缩短为12个月，性能倍增的周期此长彼消延缓至少18个月以上。

    传统硬盘的性能长期受制于机械结构，我们除了提高伺服马达转速和存储密度，没有其它更好的办法。不过传统机械硬盘的单碟容量提高较为迅速，弹指10年间从单碟80GB发展到1TB。SSD固态硬盘则颠倒过来，它的性能提高有招，不过提高容量可就巧妇难为无米之炊。

    早在一年之前，著名存储厂家KINGMAX在北京发布了2.5英寸家用1TB SSD，令人遗憾的是这款容量最大的家用SSD随后偃旗息鼓。

    按照“量先价行”说法，SSD固态硬盘将随着容量的提升有效降低成本，产品价格也将随着大幅降低，1TB SSD固态硬盘对SSD固态硬盘的整体降价起到推动作用。然而市场最终选择了512GB SSD，它是家用SSD在性能最大化的情况下所能达到的最高容量。

    本次横评选取了市面上性能最强悍的五款512GB SSD，我们将从SSD的技术分析1TB SSD为何在上市之初夭折，对比五款512GB SSD的代差所带来的性能高低。

    SSD采用闪存颗粒作为存储介质，SSD提高容量等同于提高闪存颗粒的容量。作为半导体的闪存芯片，本质上是受到摩尔定律的决定性影响，它需要通过提高晶体管数量来扩大容量。我们从目前的技术条件下，总结出三个办法来提高闪存颗粒的容量。首先我们来看“闪存芯片”和“闪存颗粒”的名词解析。 

名词解析：

    闪存芯片：闪存芯片是从晶圆切割的规则方形晶片，其厚度需要用纳米衡量。它类似大家看到的光碟片，当我们在阳光照射下，呈现五颜六色。

    闪存颗粒：闪存颗粒是由多层闪存芯片构成的方形体。它类似于我们常见的内存颗粒芯片，其厚度大约为1-2毫米。

图中SSD共计8颗64GB 8bit位宽的闪存颗粒，其面积较大

如何提高闪存芯片的容量

    1、提高闪存芯片的制造工艺

    闪存芯片从SSD诞生之初的50nm制造工艺推进到19nm。在闪存芯片的同等面积之下，制造工艺的有效提高，单颗闪存芯片的容量提高。

    不过闪存工艺的制造工艺越先进，SSD厂家越难挖掘SSD的性能。

    2、改变闪存芯片的内部架构

    闪存芯片根据内部架构分为SLC、MLC、TLC三种结构。SLC是单层单元模式，一个晶体管可容纳1比特数据，而MLC是多层单元模式，一个晶体管可以容纳2比特数据，那么在同样的价格下，MLC可以有两倍容量的效果。而TLC的一个晶体管可容纳3比特数据，同理在同样的价格下，TLC可以达到三倍容量的效果。

采用8层堆叠方式的KINGMAX KM21 1TB固态硬盘 

    3、改变闪存芯片的封装方式

    我们看到黑乎乎的闪存颗粒成品，实际是有多层闪存芯片封装而成，它有一个专业术语叫：“堆叠技术”。目前主流的闪存芯片普遍采用1-4层堆叠技术，而拥有封测工厂的SSD厂家，可以做到8层堆叠技术，即8个闪存芯片封装到一个颗粒上，也就是8个Die。

    不过闪存颗粒的堆叠的层数越高，性能衰减越厉害。

要容量没性能

    细心的网友是否发现，无论闪存采用方案1或2，SSD的512GB容量几乎止步不前，君不见首款采用TLC闪存的家用SSD，它的最大容量仍为512GB（实际容量500GB，另有12GB闪存容量作为冗余模块）

    闪存厂家采用方案1或2，他们制造的最大容量闪存芯片面临良品率低、成本过高。因此闪存厂家更乐意用先进的工艺来减少堆叠的层数，方便提高良品率和性能、控制成本。

    而真正对SSD最大容量起到主推作用的是“方案3”，这种方案可以在保持良品率和成本不变的情况下提高容量，但是这种方案最大弊病是牺牲SSD性能。这是为何1TB SSD在市场中不待见的主要原因。

    最终我们看到SSD厂家的折中方案：在主控的8条通道限制、SSD性能最大化的情况下，厂家选用8颗最大容量为64GB的8bit位宽的闪存颗粒，组成容量最多512GB的家用SSD。

    下面我们进入五款顶级512GB SSD的简单介绍，见证它们的强悍性能：

    浦科特PX-512M5P 512GB SSD采用服务器级别的Marvell 88SS9187-BLD2控制芯片（第三代SSD中的首款SATA3.0主控），采用规格最高、制造工艺最先进的19nm MLC东芝闪存。此外，这款固态硬盘配备南亚768MB DDR3缓存。

    悬念：最先进的核心配件能否铸就性能最强的SSD？

2、三星840系PRO 512GB SSD固态硬盘

参考价格：3499元

三星840PRO 512GB SSD详测

    三星840PRO 512GB SSD采用自主研发生产的S4LN021X01-8030 MDX主控芯片（属于第三代SSD主控）、512MB 低电压DDR2缓存、更容易挖掘性能的21nm MLC闪存。它具有高读写速度、高IOPS值的特性。

    悬念：拥有核心最多的主控、第二先进的闪存制造工艺的三星840PRO 512GB SSD排名第几？

3、OCZ Vertex4 512GB SSD固态硬盘

参考价格：2850元

    OCZ Vertex 4 512GB SSD一改以往采用的SandForce 2281主控制器，全面启用自主研发生产的Indilinx Everest 2 主控制器（第二代SATA3.0主控），以及25nm原装英特尔/美光MLC同步闪存芯片。此外，这款固态硬盘配备美光512MB DDR3缓存。

    毫无悬念：二代SSD的王者、准三代SSD拿去冲击三代SSD结果可想而知，它的新生代产品OCZ Vector SSD凭借25nm闪存就能达到三代SSD的水准。

4、三星830系512GB SSD固态硬盘

参考价格：2890元

三星830系512GB SSD详测

    三星830系512GB SSD采用自主研发生产的S4LJ204X01-Y040主控（属于第二代SATA3.0主控），并且使用了三星原厂的27nm MLC闪存芯片。此外，这款固态硬盘配备三星256MB DDR2缓存。

5、金泰克急速512GB SSD固态硬盘

参考价格：2540元

金泰克急速512GB SSD详测

    说起金泰克大家对它的内存印象深刻，参与本次横评的金泰克急速512GB SSD可谓系出名门，它是金泰克制造，采用全套三星830系 SSD的主控、闪存、缓存，它的外壳也和830系SSD异曲同工。

     排名已定：金泰克急速512GB SSD和三星830系512GB SSD的性能大体相当，同属二代SSD的中坚力量。我们不能指望它们能和三代SSD去对抗，不过它们的价格相对低廉、并且稳定性经受时间考验，还是具有一定的购买价值。

    二代SSD是至今为止影响力最大的一代产品，它率先进入SATA3.0 6Gbps速率时代，带给众多网友超过500MB/秒的读写速度，体验到SSD的极速快感，从而打开了SSD市场，可以说为SSD的推广立下了汗马功劳。

    同样，二代SSD主控也给众多用户刻下了深深的烙印，它们有的因为出色的主控而名扬天下；也有的因为性能偶有缺陷，但是低廉的价格弥补性能的不足；当然还有后起之秀登场之初就一鸣惊人。下面笔者对三款二代512GB SSD进行拆解点评：

二代主控SSD：

1、三星830系512GB SSD；

优势：核心多

三星830系512GB SSD


三星830系512GB SSD主控

    三星830系512GB SSD采用自主研发生产的S4LJ204X01-Y040主控，属于Cortex A9系列ARM三核处理器，具备强悍的多任务、多路数据读写传输能力。它可以媲美甚至力压Marvell 88SS9174、SandForce SF-2281主控芯片。

    点评：三星830系512GB SSD是一款性能优异的二代SSD，绝大部分性能参数均居于前列。唯一的缺陷在于高队列深度时的IOPS值和写入速度较低。

2、金泰克急速512GB SSD

优势：延续830系SSD性能

金泰克512GB急速固态硬盘主控细节

    金泰克急速512GB SSD采用的是三星S4LJ204X01-Y040主控芯片，它是二代SATA3.0主控芯片的早期主力，首度登场亮相就一鸣惊人，和Marvell并驾齐驱。

3、Indilinx阵营：OCZ的首款主控

优势：具备大部分三代SSD的特征

OCZ Vertex 4 512GB SSD全拆解

OCZ Vertex 4 512GB SSD的主控特写

　　OCZ Vertex 4 512GB SSD采用Indilinx Everest 2 主控，型号为IDX400M00-BC。它同样基于手机级别的ARM 双核结构。它属于SATA3.0 6Gbps速率的SSD固态硬盘控制芯片，采用非压缩算法。

    点评：OCZ Vertex 4 512GB SSD是二代SSD的后起之秀，各项性能均衡且居于前列，它的随机读写能力是二代SSD中最为强大的，并且远远甩开其他二代SSD。

    SSD主控长期处于ARM架构主导之下，ARM处理器广泛应用于手机上，它是一款简单处理器，易于开发，处理硬盘数据得心应手，因而在SSD上也如鱼得水。如果想要进一步提高SSD的性能，提升主控性是最直接有效的办法。

    怎么提升主控的性能。1、在原有架构上，优化架构；2、提升核心数量；3、抛弃原有架构，采用全新、性能具有质的飞跃的架构。我们来分析三代SSD的主控采用什么办法？

1、浦科特M5P 512GB SSD

特点：原有架构上优化

浦科特M5P 512GB SSD拆解

浦科特M5P 512GB SSD的主控/闪存芯片（点击放大）

　  浦科特PX-256M5P 固态硬盘采用服务器级别的Marvell 88SS9187-BLD2控制芯片，它基于ARM架构的双核处理器，专门为适配19nm闪存而设计，支持最大1GB DDR3缓存，并且还支持多种笔记本电脑节能模式。

    点评：上图为1.02固件版本的M5P，聪明的浦科特放弃早期1.00版本的64GB 19nm闪存，而是采用堆叠层数更少、更有利于提高性能的32GB 19nm闪存。采用全新主控+最先进的19nm闪存的浦科特M5P SSD还有很大的固件潜力可以挖掘。

2、三星840PRO 512GB SSD

特点：核心数量多，提高频率

三星840PRO 512GB SSD拆解

三星840PRO 512GB SSD的主控/闪存芯片（点击放大）

    三星840PRO 512GB SSD采用三星研发生产的S4LN021X01-8030 MDX主控芯片，属于ARM架构的Cortex-R4系列三核处理器，具备更强悍的多任务、多路数据读写传输能力。主要提高在算法设计和CPU的频率，和830系的220MHz MCX三核主控相比，840全系列 MDX主控的频率提高到300MHz。

    点评：三星840PRO 512GB SSD采用优化的ARM架构，并且提高主控频率，全新的算法设计有效提高随机读写IOPS值，并且弥补上代830系SSD的性能不足，它不但性能强大，而且各项测试排位数一数二。

    三代SSD中主控性能最强的OCZ Vector 512GB SSD国内还没上市，遗憾缺失本次横评。它采用全新的CPU架构，抛弃了上代的Indilinx Everest 2主控的ARM架构，可谓亮点十足。

● ATTO Disk Benchmark最大读取测试

　　ATTO Disk Benchmark是一款优秀且免费的磁盘基准测试软件，支持对稳定性/突发性传输速率进行读写测试，适用于常规硬盘、RAID、USB闪存盘、移动存储卡等产品的读写性能测试。

ATTO Benchmark读写对比

    提示：相信很多网友都会遇到这样的问题，就是硬盘产品在出厂标称中的读取和写入速度都比自己测试的数值大，其实厂商就是通过ATTO Benchmark软件测试得出的最大数值。

　　在ATTO Benchmark测试中，5款顶级SSD的最大读取速度均超过500MB/秒，彼此之间的数值差距不大；最大写入超过400MB/秒，各款SSD在此项测试的数值差距形成落差。其中三星840PRO 512GB SSD的最大读写速度双双超过500MB/秒，一骑绝尘领先其他四款SSD。

    点评：厂家采取容量划分档次的办法，为了拉开512GB SSD和其他256GB/128GB/64GB SSD的性能差距，在写入速度严格划分性能区间。同一系列的SSD呈现容量越小，最大写入速度越慢。

● CrystalDiskMark

　　CrystalDiskMark是一款简单易用的硬盘性能测试软件，但测试项目非常全面，涵盖连续读写、512K和4KB数据包随机读写性能，以及队列深度（Queue Depth）为32的情况下的4K随机性能。队列深度描述的是硬盘能够同时激活的最大IO值，队列深度越大，实际性能也会越高

CrystalDiskMark测试PK

　　从CrystalDiskMark测试看，这里主要考察多线程的读写速度，同步和异步闪存在此项测试立马见分晓。实际上CrystalDiskMark的写入性能测试较之ATTO软件更为苛刻。

    三星840PRO 512GB SSD的各项测试数值均排名第一；采用全新主控和最先进闪存的浦科特M5P 512GB SSD后来居上，跃居第二；OCZ Vertex4 512GB SSD的各项测试表现较为出色，屈居第三。

    三星830系/金泰克急速 512GB SSD采用同样的主控、闪存、缓存，由于它们的固件版本不一，具体的性能表现略有差异。这两款较早上市的顶级SSD都存在一定性能不足，它们的4K字节/QD32队列深度 写入速度不甚理想，不过类似4K/QD32的重负载写入任务，一般的个人家庭使用坏境是碰不到的。

● 底层测试：HD Tune Pro v4.60

　　HD Tune是一款硬盘性能诊断测试工具。它能检测硬盘的传输率、突发数据传输率、数据存取时间、CPU 使用率、健康状态，温度及扫描磁盘表面等。另外，还可详细检测出硬盘的固件版本、序列号、容量、缓存大小以及当前的传送模式等。

HD Tune平均读/写速度对比

    我们从HD Tune的平均读写速度的对比PK能看出，三星840PRO 512GB SSD依旧表现最为出色，OCZ Vertex4 512GB SSD表现也可圈可点。其他三款SSD的平均读取速度可观，但是平均写入速度在200MB/秒左右。

    小结：我们从5款SSD的最大读写速度、持续读写速度、平均读写速度归纳总结，它们在各项读取测试中表现大同小异，只有从各项写入速度中对比看出差距。它们具体表现为，早期二代SSD的各项写入速度落差最大，后期的二代SSD具备三代SSD的特征，但仍不如三代SSD；三代SSD的读写速度表现较为抢眼。

    早期的二代SSD：三星830系 512GB SSD、金泰克急速512GB SSD

    后期的二代SSD：OCZ Vertex4 512GB SSD

    三代SSD：三星840PRO 512GB SSD、浦科特M5P 512GB SSD

    随机读写性能是固态硬盘的关键指标，其单位为IOPS，即每秒进行读写（I/O）操作的次数。我们从表中看到固态硬盘的每秒进行读写操作的次数是以万为单位进行计算，而传统的机械硬盘的IOPS最多200余 IOPS值。

● AS SSD Benchmark

　　AS SSD Benchmark是一个专门为SSD测试而设计的标准检测程序，因为它提供了很大的可定制性。

    它的成绩显示可以分为两种，一种是MB/秒的形式，另一种是IOPS形式。本次测试主要使用这款软件的IOPS随机读写功能，测试4K-64Thrd多任务随机读写 IOPS值。

AS SSD Benchmark IOPS值对比

    在AS SSD测试中，三星840PRO/浦科特M5P 512GB SSD的读取IOPS值得超过9万5千，写入IOPS值在8万左右；OCZ Vertex4 512GB SSD的读取IOPS值屈居第三，写入IOPS值和前两名较为接近，表现同样出色。

    早期的两款二代SSD在读取IOPS值表现中规中矩，不过在写入IOPS值的表现乏善可陈，前三名是它们的两倍以上分值。

    点评：后期的二代SSD、三代SSD普遍具有IOPS高值特点。它们和早期二代SSD拉开五位数的IOPS差值，我们真的需要那么高的随机写入能力吗？下面我们进入PCMark实际应用测试，看看IOPS值的巨大落差能否在模拟实际应用中得到体现。

● PCMark Vantage硬盘模拟测试

　　本次测试使用的是Futuremark正式发布的“PCMark Vantage”，而且这个新版本是专为Windows 7、Vista 32/64-bit打造，不再支持Windows 2000/XP。

PCMark Vantage测试分值(范例）

PCMark Vantage的测试项目以及成绩(范例）

　　PCMark Vantage测试项目包括使用Windows Defender、《Alan Wake》游戏、图像导入、Windows Vista启动、视频编辑、媒体中心使用、Windows Media Player搜索和归类，以及以下程序的启动：Office Word 2007、Adobe Photoshop CS2、Internet Explorer、Outlook 2007等共八个项目。

PCMark Vantage硬盘测试

    点评：PCMark Vantage硬盘测试对硬盘的读写速度相当敏感，五款512GB SSD延续ATTO、CrystalDiskMark等速度测试软件的排名。

● PCMark7硬盘模拟测试PK

　　本次测试使用的是Futuremark的另一款“PCMark7”基准测试软件，它更侧重硬盘的真实模拟应用。

PCMark7从盘性能测试得分(范例）

    PCMark7跑分测试选取了PCMark7的Secondary storage score分项分数作为评分对象，Secondary storage score分项着重测试计算机从盘的硬盘性能。

PCMark7硬盘得分PK

    点评：我们从PCMark7硬盘得分分析，5款顶级SSD的分值均在5000以上，并且彼此之间相差不大。这反映了5款顶级SSD即使在写入速度和IOPS值存在明显差距之下，它们在实际应用中却难以表现出来。

    为什么会这样呢？我们需要从主控和主板的接口之间的联系进行分析。

    通过本次五大高速512GB SSD横向PK，我们直观了解它们之间的性能差距。三星840PRO/浦科特M5P/OCZ Vertex 4 512GB SSD的综合表现出色。它们也是各自产品线中的容量最大、性能最强的SSD。

    我们在前面讨论SSD如何提高容量，实际上还有更深层次的原因制约SSD的容量发展，它就是主控和主板SATA控制器之间的秘密。

PCI-E SSD的主控芯片块头明显比家用SSD大

    家用SSD主控首先制约容量突破，它限定家用SSD最大只能达到512GB容量。细心的网友还可以发现，SandForce主控很少有512GB SSD产品（其中32GB作为缓存，480GB为实际容量），原因在于这款主控在最大的容量下，SSD的性能出现倒退。

    家用SSD的主控拥有8条通道、64bit地址线，其中每条通道最多只能接驳64GB闪存。我们形象的比喻一块家用SSD为一座停车场，它有512个停车位（512GB），总共有8个出口（8个通道）、每个出口拥有8个车道（8bit位宽）。如果我们提高停车位到1024个（1TB），这意味最多1024辆车在有限的64个进出口车道，在最大极限读写速度为600MB/秒的前提条件下，理论上需要花多至少一倍的时间同时出入。

PCI-E原生SSD拥有32条闪存通道，家用SSD仅有8条闪存通道

    我们可以将SSD换成32条通道、更多地址线的主控，没错，这个就是PIC-E SSD，它不受位宽限制。但是我们的家用SSD匹配的是串行SATA接口，主板的SATA控制器仍停留在64位地址线的情况下，我们根据水桶法则还是无法扩展位宽，这意味着我们的家用SSD仍将限制在512GB无法动弹。

PCI-E SSD的持续读写速度

    说到这里，网友们也许已经明白为何SSD的容量和读写速度难于提高，反观三代SSD几乎全面偏向提高随机读写IOPS值，因为这项数值没有限制。当我们提高了SSD主控、主板SATA控制器的规格之后，可以初步解决容量问题，顺便还有些许的读写速度提高。但是更大的、新的问题产生，此时闪存倒置成为瓶颈，如何提高闪存的时钟频率成为最大的难题。

    总结：SSD主控、主板的SATA控制器、闪存的时钟频率是制约当今家用SSD发展的三大因素。夹生的三代SSD无助提高容量和大幅提升读写速度，唯有在没有限制的IOPS值上发力，它对我们有多少实际意义，请看PCMark7的成绩对比可知一二。

● 测试硬件与软件系统环境介绍

　　本次测试采用英特尔32nm/i7 3820+华硕X79主板平台，其中X79主板原生支持目前速率最快的原生SATA3.0 6Gbps接口。下面是具体平台介绍。

参与本次横评的512GB SSD（点击可放大）

● 测试软件介绍

Intel创始人之一戈登·摩尔在半导体领域提出“摩尔定律”，即每18个月集成电路的晶体管数量就会增加一倍，性能增加一倍。涉及半导体领域的SSD产业同样一脉相承“摩尔定律”，然而时过境迁，存储芯片的更新换代的周日缩短为12个月，性能倍增的周期此长彼消延缓至少18个月以上。

孙玉亮