PCIe NVMe 固態硬碟不再奇貨可居,價位與形式選擇越來越豐富。

加速 PCIe NVMe 普及,產品定位、容量、機構多元化

Plextor 固態硬碟產品線涵蓋多重定位市場,一般消費者、玩家、專業工作者,無論是基於預算、容量、性能等各式考量,都有合適產品滿足需求。其中以性能為導向的高階產品線,Plextor 很久前就已經轉進 PCIe 介面世代,利用那數倍於 SATA 6Gb/s 介面的頻寬,帶來更高存取性能表現。例如最早推出的 M6e 系列,是植基於 PCIe 2.0 x2 AHCI 介面,而 2016 年下半年上市的 M8Pe 系列,採用時下性能發展新趨勢 PCIe 3.0 x4 NVMe 介面控制器。

依據產品線定位來看,M8Pe 系列是 Plextor 最新旗艦,只不過這和 SATA 6Gb/s 介面產品之間,無論性能與價位都有莫大落差,因而存在一些操作空間。有鑑於此,Plextor 今年新推出中階性能導向產品 M8Se 系列,M8Se 和 M8Pe 核心設計方案相近,都是採用 Marvell 的 PCIe 3.0 x4 NVMe 介面主控制器。兩造差異在於快閃記憶體搭配,M8Pe 採用性能較佳但成本也相對高一截的 MLC 類型顆粒,M8Se 基於定位因素因此選用 TLC 顆粒來構成。


Plextor M8SeG
▲ Plextor M8SeG 512GB 容量版本包裝樣式。

M8Se 系列的產品組合和 M8Pe 一樣,Plextor 規劃推出 3 種機構版本,藉此滿足各式電腦裝機需求,其核心設計都是植基於 M.2 Type 2280 電路板。完整系列名稱 M8SeY 是半長半高 PCle x4 介面卡設計,裝配大型流線美學設計散熱片,主要適合桌上型電腦採用。而 M8SeGN 機構為 M.2 Type 2280,裸板形式除了桌上型電腦,也和許多筆記型電腦相容。近期 Plextor 終於在台灣開始銷售 M8SeG,這是 M.2 Type 2280 加上了散熱片的形式,因此會比較適合桌上型電腦環境。

儘管 M8Se 系列有 3 種機構形式,但是容量選擇一致,計有 128GB、256GB、512GB、1TB 等 4 種版本,完整涵蓋各式主流容量需求,產品皆提供 3 年有限保固服務。就價格來說,這 3 種機構形式是有些差異,由高至低排序為 M8SeY、M8SeG、M8SeGN。所要介紹這款 M8SeG 市場價格居中,256GB 約 4,590 元、512GB 約 7,990 元、1TB 約 13,990 元,相同容量 M8SeY 平均多上 1,000 元,M8SeGN 則是少 500 元左右。這邊 M8SeG 產品介紹與性能實測,是使用 512GB 容量版本,產品完整型號 PX-512M8SeG。

▲ M8SeG 包裝內除了產品本體,另外也提供 M.2 模組固定螺絲。
▲ M8SeG 由於配備散熱片,會比較適合桌機與大型電競筆電選用。

M8SeG 所裝配鋁合金材質散熱片,外觀樣式猶如 M8SeY 的縮影,流線化設計標榜具備熱能導流作用。由於 M8Se 系列的設計都是植基於 M.2 Type 2280 電路板,因此 M8SeG 加上這塊流線散熱片,得以覆蓋電路板正面的關鍵元件。固態硬碟控制器進入 PCIe NVMe 世代,能有那數倍於 SATA 6Gb/s 的存取性能,意味控制器資料處理能力也得相對提高,副作用正是溫度會連帶提升許多。所以廠商紛紛加上散熱片來因應,藉以將溫度壓制在合理範圍內,免得觸動溫度保護機制導致控制器的運作時脈調降,這將會使得資料存取速度連帶往下降。

基於這樣的考量與設計結果,M8SeG 本體厚度達到 4.7mm 甚至 5.3mm(1TB 容量版本是雙面線路設計布局),反觀沒有散熱片的 M8SeGN 僅 2.3mm(1TB 容量版本為 3.6mm),可看出 M8SeG 厚度相當於 2 張單面模組。因此採購前得留意到,雖然桌機的相容度最高,由於少部分主機板設計了散熱強化機構,是有可能和 M8SeG 本身的散熱片衝突。另外我們建議機殼內部也得做好散熱處理,固態硬碟能有機殼風扇吹拂再好不過。至於筆電相容性部分,通常只有電競機種才容納得下,輕薄型機種得選擇 M8SeGN 才能確保安裝順利。


▲ M8SeG 裝配流線美學設計散熱片,藉以輔助位在電路板正面的控制器等元件散熱。
▲ M8SeG 電路板為 M.2 Type 2280 尺寸規格,除了 1TB 容量版本採用雙面線路設計布局,其餘如圖例都是單面模組。

Marvell 主控搭配 Toshiba 顆粒,設計耐用度不含糊

核心用料搭配組合方面,M8Se 系列採用 Marvell 控制器解決方案,型號 88SS1093 屬於 PCIe 3.0 x4 NVMe 介面產品(介面理論頻寬 3.938GB/s,反觀 SATA 6Gb/s 僅約 575MB/s)。其核心配備 3 個 ARM Cortex R5 處理器,擁有 8 個資料傳輸通道,並且內建自家第 3 代 LDPC(Low Density Parity Check Code,低密度奇偶校驗碼),得以和 15 / 16nm 製程 MLC、TLC、3D NAND 等快閃記憶體良好搭配。Marvell 是 Plextor 長久以來大量使用的控制器品牌,然而除了採購成本高於台廠控制器,更得自行開發與調校韌體,所投入成本難免會反映在產品售價上,但是性能、使用體驗、穩定度在玩家間有口皆碑。

▲ M8Se  系列除了 1TB 容量版本,其餘容量版本的所有元件都是位在電路板正面,主要有控制器、動態隨機存取記憶體,以及 2 顆快閃記憶體。
▲ M8Se 系列所採用控制器為 Marvell 的 88SS1093,支援 PCIe 3.0 x4 NVMe 介面規格。

Toshiba 快閃記憶體同為 Plextor 經典用料之一,雖然 M8Se 系列是採用 TLC 類型顆粒,不過 Plextor 強調選擇最高等級製品。這透過 15nm 製程生產的 2D 顆粒,裸晶片容量為 128Gbit(16MB),透過堆疊封裝構成 256GB、128GB、64GB 等容量單一顆粒產品。M8Se 系列除了 1TB 容量版本,都是在 M.2 Type 2280 單面線路布局這有限空間上,配置 2 顆快閃記憶體(1TB 版本為雙面模組,因此是 4 顆快閃記憶體配置)。至於用以搭配的動態隨機存取記憶體,128GB 與 256GB 版同為 512MB 容量,512GB 版 1GB 而 1TB 版更多達 2GB。

▲ M8Se 系列採用 Toshiba 所生產快閃記憶體,型號依容量版本與生產批次而定。
▲ M8Se 系列配備 DDR3-1600L 動態隨機存取記憶體,顆粒容量與配置模式,也是依各容量版本、生產批次而定。

真要說起來,TLC 與 MLC 之間最為有感的差異,是在於真實寫入速度部分。因應這點,Plextor 開發 PlexNitro 寫入快取加速技術,藉以提升特別是零散小檔案的寫入速度。其設計並未額外占用較多實體儲存空間,也就是沒有連動增加 OP(Over-provisioning,超容量快取)配置比例,因此產品容量選擇為 256GB、512GB 等,不像高 OP 占比產品是 240GB、480GB 甚至又再更少。此外再結合上 TrueSpeed 技術,這項 Plextor 開發已久的主打技術功能,能讓固態硬碟長久使用進入髒碟狀態時,也可以保持比較理想的性能一致性。

在此硬體、韌體、功能設計搭配組合下,官方所標示 M8Se 系列存取性能,可以參考下方圖表。表現最佳者為 512GB 與 1TB 容量版本,循序存取速度最高可達讀取 2450MB/s、寫入 1000MB/s(SATA 6Gb/s 介面真實可用頻寬約 575MB/s),隨機存取部分則為讀取 210000IOPS、寫入 175000IOPS。以循序存取速度簡單來比較,競爭產品讀取速度大多在 1800MB/s~2050MB/s 之間,而寫入是 560MB/s~850MB/s 都有,可以看出 M8Se 系列的概觀性能在競品之中足以名列前茅。

▲ M8SeG 官方性能簡表。

無可否認 TLC 顆粒的理論耐用度為人詬病,然而固態硬碟是否能夠經久耐用,用料選擇搭配與韌體設計都有相當大影響。其中一個關鍵是偵錯演算法,運用更先進的 LDPC 來降低資料錯誤率,是能夠有效提升理論耐用度。此外,Plextor 也開發 Robust Data Hold-out Algorithm 先進資料延伸演算法,藉以確保資料存取精準度。M8Se 系列在這樣的設計基礎下,產品設計耐用性參考指標 TBW(Total Bytes Written,寫入兆位元組),依產品容量由小至大分別為 80TBW、160TBW、320TBW、640TBW。


以性能實測的 512GB 容量版本為例,標示 320TBW 等於每天能夠承受大約 292GB 資料寫入量,相當於 0.57DWPD(Device Write Per Day,裝置每日寫入量),也就是寫入產品設計容量 512GB 的 57% 比例。就 Windows 這類作業系統環境而言,一般個人電腦日常使用行為,資料讀取與寫入占比約為 7:3,而每日資料寫入量一般大多在 20GB 以內。這是 Microsoft 過去針對導入固態硬碟應用所提出的參考資訊,時至今日即便將資料寫入量加倍再加倍來看(80GB 算是高負載量),像 M8Se 系列這樣的 TLC 設計方案產品,耐用度其實比大家想像中還要好。

▲ M8SeG 官方設計耐用度參考資訊。

標示性能達標率高,使用體驗甩開 SATA 6Gb/s 機種

接下來開始進行性能實測,M8SeG 受測品為 512GB 容量版本(官方完整型號 PX-512M8SeG),前面提到 Plextor 官方規格標示值,循序存取速度最高能達到讀取 2450MB/s、寫入 1000MB/s。下列概觀性能測試軟體與細項數據稍微繁雜,但是只要聚焦在和官方標示性能值相比,就能簡單快速看出 M8SeG 實力表現。不過得留意廠商標示值,大多是在一定指令佇列深度條件下所測得結果,再加上還有測試環境硬體、軟體等諸多變數影響。因此測得數值趨近就能夠算是達標,那怕自行實測結果低了 10% 左右,有時斟酌過後也算合理。

▲ Anvil’s Storage Utilities:循序存取相對應項目 Seq 4MB,實測結果為讀取 2133.52MB/s、寫入 897.46MB/s,就大抵而言是接近標示值。

▲ ATTO Disk Benchmark:由上至下,Neither 模式測得最大值讀取 2362MB/s、寫入 1001MB/s、I/O Comparison Random 模式讀取 2059MB/s、999MB/s、Overlapped I/O QD 8 模式讀取 2483MB/s、991MB/s,此般表現也算是達標。

▲ CrystalDiskMark:首先看到 Seq 項目,這測試組態呈現最基本的一面,M8SeG 表現為讀取 1850MB/s、寫入 984.0MB/s。而在 Seq Q32T1 這 32 佇列深度條件下,測得讀取 2480MB/s、寫入 981.3MB/s 速度,這部分和規格標示值相符。
▲ TxBENCH:循序存取測試預設為 32 佇列深度,因此獲得讀取 2478.650MB/s、寫入 996.902MB/s 表現,這同樣得以視為達標。
▲ PCMark 8:Storage 2.0 總得分為 5043 分,而頻寬 435.58MB/s 算是不俗的速度。

接著利用 HD Tune Pro 寫入測試,來試驗 M8SeG 真實寫入速度變動,在剛開始接近 25GB 容量區段以內,基本速度是在 625MB/s 左右,瞬間最大值能達到約莫 675MB/s。這是基於 PlexNitro 寫入快取加速技術的結果,在連續寫入測試過程中,作用區段大約是產品設計容量的 4.8%。之後速度滑落到 400MB/s 附近,但大概也是 PlexNitro 機制作用的關係,不時能拉高到 450MB/s 上下。就真實使用而言,系統開機碟鮮少有連續大量資料寫入的機會,因此對於日常使用頻繁的幾 KB、MB 資料寫入量,M8SeG 是能保有 600MB/s 以上的速度體驗。

▲ HD Tune Pro 寫入測試:最大值 676.6MB/s、最小值 385.8MB/s,快取作用區間大約 25MB/s,寫入速度至少能有 600MB/s,足以為系統開機碟用途提供良好使用體驗。

真實體驗部分,我們將 M8SeG 全新安裝 Windows 10(主機板 BIOS 啟用 FastBoot 功能),為了降低 Windows 內建快取加速機制影響,手動將 Superfetch 功能關閉。就個人的 Windows 10 使用經驗而言,系統開機進入桌面之後通常就可以開始操作使用(順暢度和開機碟性能有一定關聯性),因此系統啟動至出現登入畫面這段時間,是評估開機啟動速度的關鍵。透過 BootRacer 多次測試所得結果落在 20 秒附近,系統從啟動到出現登入畫面只要 3 秒,其餘 17 秒時間是進入桌面之後的背景作業所耗用,比較組 SATA 6Gb/s 介面機種則分別要 7 秒、20 秒不等(總和 27 秒),M8SeG 是能提供飛快的系統開機碟體驗。


另外也試驗了遊戲載入速度,從按下啟動鍵直到出現遊戲的控制選單介面,期間並未手動介入跳過動畫等片段。由於每款遊戲的設計框架不同,因此從啟動到出現第一個畫面這段時間,不失為評估儲存裝置性能的合宜基準點。Tom Clancy’s The Division 試驗結果分別為 20 秒(出現第一個畫面)、50 秒(出現遊戲選單),比較組 SATA 6Gb/s 介面固態硬碟要 24 秒、54 秒左右,而 Tom Clancy’s Ghost Recon Wildlands 啟動時間是 21 秒、51 秒,SATA 6Gb/s 機種耗時為 24 秒、55 秒,兩相比較 M8SeG 可以縮短 8~20% 不等幅度的遊戲載入等待時間。

▲ BootRacer:Windows 10 開機啟動到出現登入畫面,屢屢測試都是 3 秒鐘,幾乎在轉眼之間就完成開機。

性能一致性表現出眾,寫入掉速感會相對輕微些

進階性能測試與探究方面,首先藉由 Anvil’s Storage Utilities 額外測試模式,試驗 M8SeG 的指令佇列性能表現,Plextor 官方標示 4K 隨機存取表現為讀取 210000IOPS、寫入 175000IOPS。實測結果顯示,M8SeG 資料存吐量隨著佇列深度增加而提升,讀取在 QD32 條件時達到 226379IOPS。寫入的性能爆發來得更早,在 QD8 條件即有 163598IOPS,最大值是在 QD64 條件時,表現有 172897IOPS。個人以為,指令佇列深度在 8 或說頂多 16 以內,比較符合個人電腦環境真實情況,因此 M8SeG 的寫入是比讀取更搶眼些。

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▲ Anvil’s Storage Utilities IO -Threaded QD:讀取性能隨佇列深度增加而穩定提升,寫入方面在 QD8 即有接近性能平原,之後的變動與提升趨於平緩

無論是固態硬碟或硬碟,日常使用新增與移除資料等動作,都會讓乾淨可用的儲存區域破碎化、不連貫,結果就是導致寫入速度降低。所以接著將利用高壓測試手段,來試驗 M8SeG 在比較極端的情境下,性能一致性表現會是如何。首先利用 IOMETER 以 QD 1、4K、隨機存取 100%、2 小時條件連續測試,佐以據細部記錄檔來看,這執行時間是足以讓 M8SeG 進入髒碟模式。測試前期速度合理的較佳,達到 55 分鐘之前落在 40000IOPS~45000IOPS 之間,而後逐漸明顯進入髒碟狀態,在接近尾聲時滑落到 25000IOPS~25000IOPS 區間。

▲ IOMETER:寫入接近結尾時仍有接近 30000IOPS 表現,讀取則是穩定在 58000IOPS 之譜。
▲ IOMETER:測試數據附件。

接下來使用 ULINK DriveMaster 2015 NVMe 針對 4K 隨機寫入進行試驗, 其測試腳本是會完整填寫產品容量 2 次,因此執行時間得依產品性能表現而定。將所得結果繪製成圖表來看,M8SeG 隨機寫入性能是常見開高走低變化,在寫入 50% 資料量區間內,表現大抵而言為 26792IOPS~31514IOPS。之後隨著資料寫入量再增加,基於架構設計特性、進入髒碟狀態等影響,平順的下滑到測試截止點,得到結果為 4867IOPS。這測試或許讓人感到陌生,以個人過去的測試經驗來說,M8SeG 表現是有達到中段班水準,在相同介面 TLC 設計方案產品裡算是相當出色(有些產品的表現僅一半)。

▲ ULINK DriveMaster 2015 NVMe:4K 隨機寫入髒碟測試腳本,測試結尾極端值 4867IOPS,系統綜合評價隨機讀取 296405IOPS、寫入 10822IOPS。

綜觀而言,M8SeG 選用 Marvell 製 PCIe 3.0 x4 NVMe 控制器,搭配來自 Tsohiba 的 TLC 快閃記憶體,再結合自行開發技術功能與韌體調校,性能表現確實令人感到滿意。特別是和競爭產品相較,Plextor 向來強調 TrueSpeed 性能平穩度,這讓 M8SeG 有著良好一致性表現,意味真實使用的掉速感受會輕微些,可見韌體調校所花費心力是在不少競爭廠商之上。PCIe NVMe 介面很明確是未來大趨勢,得以提供 SATA 6Gb/s 介面機種數倍不等的使用體驗,如果組裝、升級電腦時有預算限制考量,M8Se 系列是很理想的 PCIe NVMe 初體驗首選。



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