给新平台配个 M.2 SSD

自从搭建了新的 Core i7 11700K 平台后，显卡、内存都好不容易就位了，稍微遗憾的就是存储方面感觉还是不够给力，因为是从老平台迁移过来，所以还是欠缺大容量的 SSD。

当然，不同的人对大容量的定义可能不一样，对我来说 1TB 已经算是大容量 SSD 的起点，这涉及到各人的预算以及应用需求。

这次想实现的主要是用来存放一些日常使用到的大型应用、游戏以及一些最近要处理的图片、视频，传统机械硬盘虽然也能使用，但是从速度考虑发显然不如 SSD 好。

以游戏为例，目前对硬盘容量需求最大的应该是 COD Modern Warfare（231 GB），然后是 Hitman 2（149 GB），R 星的 Red Dead Redemption 2 也需要 116 GB。

随着游戏逼真度的提升，游戏对硬盘空间的需求也会持续上升，1 TB 对于许多游戏玩家来说是最起码的需求了，没准过不了几年，1TB 也不过是某个游戏的最低需求，要知道 10 年前 256 GB 已经算是大容量 SSD 了。当然，目前由于成本等原因，游戏厂商们还不至于那么狠。

容量大增的背后意味着访问速度可能会成为瓶颈，以游戏开发引擎 UE5 早期版提供的 Valley of the Ancient 技术演示项目为例，一个技术演示工程项目大小就高达 100 GB，其中大量数据都是几何模型。

UE5 的几何引擎采用了微多边形渲染技术，每个像素理论上都可以对应一个多边形，分辨率越高，场景中的几何体就越多，这是和以往游戏几何引擎很不一样的地方。这除了意味着需要在几何体流水线上做适当的实时裁剪外，还要求存放模型的存储器能维持较高的访问速度。

UE5 目前的展示效果非常出色，我觉得这样的引擎效果无疑是未来 3A 级游戏大作的基线。UE5 不是遥不可及的科幻技术，它对硬件的需求也是当下 PC 硬件能实现的，而高速的 SSD 自然是其中不可或缺的环节。

NVME 协议是不可或缺的，目前最快的消费等级 SSD 都是基于 NVME 协议，更重要的是，微软画的大饼——DirectStorage 就是基于 NVME 的，DirectStorage 能让 GPU 直接读取压缩数据，并且在 GPU 上完成解压说，大大降低 CPU 的 IO 压力。

考虑这几点后，显然我的目标就一个：1TB 大小的基于 NVME 协议的 SSD。

当然，NVME 协议的实现也是有多种形态的，例如 PCIE 插卡、M.2 接口、U.2 以及转接为 USB 的便携式，便携式的受制于接口带宽不适合我这里的需求；我的主板本身就有 M.2 接口，PCIE 插卡方式除了散热可能好些以及可以做一些信仰光外，价格通常会更高，对我来说并没有什么好处，所以我还是选择基于 M.2 接口的，而且 M.2 还可以拿到笔记本上使用。

一般来说，电子产品都是买新不买旧，对 SSD 来说这句话基本没错，例如我的主板支持 PCIE 4.0，可以匹配现在市场上最快接口的 NVME SSD，目前市场上的 M.2 SSD 主流虽然还是 PCIE 3.0 接口，但高端市场已经转向 PCIE 4.0，国内常见的有西部数据的 SN850、三星的 980 Pro、海盗船的 MP600 等，而我这次选择的则是浦科特（Plextor）的 M10PGN。

如果我没记错的话，浦科特或者说 Plextor 最初属于日系存储品牌，光宝科技在 2008 年的时候从信浓绢丝株式会社手里收购了这个品牌部门，当时光宝科技旗下拥有 Lite-ON 和 Plextor 两大存储品牌，风头一时无两。

如今，东芝已经把光宝家的 Lite-ON 收入囊中，按照业界的说法，认为东芝当下的宿敌是三星和海力士，而 Plextor 在人们心目中属于顶级 SSD 品牌，东芝当时需要补齐的是中低端份额以避开和直接大厂客户的竞争，因此东芝当时只收下了 Lite-On。

我对这些业界的事情兴趣不是很大，反正大家听一下就好了，先让我们回到 Plextor 的 PCIE 4.0 SSD 产品线上来。

浦科特 Plextor M10PGN 实物

Plextor 的 PCIE 4.0 产品线统称为 M10P 系列，分别是乞丐版 M10PGN、豪华版的 M10PG、PCEI 插卡式的 M10PY，我搞到的这片就是其中的乞丐版 M10PGN。

虽然说是乞丐版，但是 M10PGN 在性能上和其他两个版本是完全一样的，只是没有附带大的散热片，工况条件、质保年限和总写入量都是一样的。

来几张到手后的产品实拍图：

M10PGN 属于乞丐版，一切从简，不过包装的印刷还是挺好看的，SSD 放置在透明塑料壳内，其中还有几颗用于固定的螺丝。

Plextor 使用了不干胶贴对芯片进行了全覆盖，这样的好处虽然是对芯片起到了一定的保护作用，但是另一方面现在的主板附带的 M.2 散热片导热胶（华硕主板配的是莱尔德，具体型号不清楚，据闻是 380 系列）就无法完全贴合到芯片上，散热效果会打折扣，我尝试过用电吹风把不干胶贴吹下来，但是弄了十几分钟后我放弃了，我觉得对于这种光身的乞丐版正确的做法是将不干胶贴贴在 SSD 的另一侧。

我的平台为华硕的 TUF GAMING Z590-PLUS WIFI，它的 PCIE 4.0 M.2 槽位位于 PCIE 4.0 x16 的左侧，散热片的装卸需要工具，但是 SSD 的固定无需任何工具。

官方规格表：

官方提供的性能比较符合 PCIE 4.0 SSD 的性能等级，基本上就是和三星 980 Pro 相当，不过在耐写度方面 M10PGN 1T 能做到 650TB，而 980 Pro 看官方规格只是 600TB，我不知道大家怎么看，反正我觉得多接近 10% 的耐写度意义更大。

光板或者说乞丐版的 PCIE 4.0 价格基本上都保持在同一个水平，1TB 的价格平均都是 1500 左右，我这片 Plextor M10PGN 1TB 加上各种优惠大约 1400 到手。

虽然说 PCIE 4.0 目前还处于溢价阶段，但是考虑到 Plextor M10PGN 1TB 表明只用原厂芯片以及控制器是企业级的，这点我觉得还是比较值的，毕竟品质和价钱是存在强相依关系的。

Plextor M10PGN 采用的是 Kioxia（凯侠）原厂 BiCS TLC 闪存芯片，总部位于日本的铠侠是目前全球第二大闪存芯片厂，曾经属于东芝公司，该公司的舛冈富士雄是闪存（NOR 和 NAND）技术公认的发明者。

由于东芝和美国西屋的核能合作翻车，到了 2018 年东芝将闪存部门以 180 亿美元的价格出售给贝恩资本主导的美日韩联盟，成立东芝内存株式会社，2019 年更名为铠侠株式会社，铠侠这个名字的来源是日文“记忆”和希腊文“价值”的组合，铠侠是 KIOXIA 的音译。

BiCS 是铠侠的三维堆叠闪存技术，其问世背景自然是因为传统增加容量的办法——透过半导体制程微缩对闪存来说意味着性能下降、耐用度下降，为了克服这个问题，人们就用堆叠多枚闪存的方式来增大容量。

半导体堆叠技术现在已经比较成熟，例如 Plextor M10PGN 使用的就是三维 TLC 闪存颗粒，铠侠称之为 BiCS FLASH。使用堆叠技术后，闪存里的的每个存储单元体可以维持在一个相对合理的大小，相对于使用更先进线宽制程来提高晶体管密度实现更大容量的办法来说，堆叠对闪存来说更稳。

M10P SSD 采用的主控是来自 Innogrit（英韧）科技的 Rainier IG5236，支持 PCIE 4.0 x4，具备 8 个 1.2GT/s NAND 通道，主要面向高端客户和数据中心，设计性能方面顺序读取为 7GB/s、顺序写入 6.1GB/s、4KB 随机读写分别为 1M IOPS 和 800K IOPS，完全可以满足 M10PGN 的需求而且还有一点余量。

性能测试

在主板上安装好 M10PGN 后系统正常启动，到 CrystalDiskInfo 中可以查看到一些 SSD 的状态信息：

全新盘的状态，只通电了三次，通电时间 0 小时，传输模式是为 PCIE 4.0 x4。

然后让我们看看 AIDA 64 中识别的一些设备信息：

闪存芯片识别为铠侠 BiCS 3D TLC NAND，不过主控未必成功识别，可能因为 AIDA64 尚未建立英韧的设备 ID 库。

和厂商联系，获知有新的固件，执行以下程序就能更新到新固件：

厂商并未透露更新的细节，固件版本的变动也很小，从 1.00 到 1.0T，估计就是修复一些小 bug 或者微调。

接下来我们将进入实测环节。

关于 SSD 性能测试，大致上可以分为两种类型：

1. 底层测试
2. 实际应用测试

其中底层测试包括了 CrystalMark、AS SSD Benchmark 等，这类测试比较容易操作，结果简单明了，缺点是这样测试出来的是相当于全新盘或者非稳态的测试结果。

对于这个问题，像 SNIA（全球网络存储工业协会，非盈利机构，成员包括 IBM、AMD、INTEL、铠侠、美光等众多 IT 巨头）就提出了一整套的 SSD 测试流程。

例如 IOPS 测试，是需要先进行两倍于全盘容量的持续写操作，这一步被称为负载不相依训练。经过负载不相依训练后，就进行各种块大小、不同读写比例的多回合测试，这一步被称为负载相依训练。

负载相依训练的回合数是需要多个回合的测试结果窗口符合稳态（steady）条件后才停下来，然后取最后一个符合条件的结果作为最终测试结果。

实际应用测试就是使用真实的应用来测试，比较容易反映实际应用感受，但是由于系统各种参数的扰动，存在较大的测试误差。

对于这个问题，人们提出了两种办法。

一种是用类似 HDTune 这类工具记录下应用的存储访问特征，例如不同存储块的读写占比，然后以此写出一些测试特性文件，放进诸如 IOmeter 等存储基准测试软件中跑。

另一种办法则更加直接，那就是将完整的存储读作捕捉记录下来，然后用回放的方式重放这些动作，常见的有使用 hIOmon 采集，然后用 Intel NASPT 进行回放，这样的测试我在 10 年前就做过过了，当时我把采集的轨迹称之为 PCINLIFE Storage Benchmark 2011，这个方法之后我传授给了超能网他们，类似的 IO 特性轨迹采集工具还有 Calypso 的 IOProfiler。

轨迹采集是一件比较定制化的测试模式，例如我以前抓的轨迹——PCINLIFE Storage Benchmark 2011 只限于 PCINLIFE 使用，并不对外公开，当然，这样的测试方式存在技术门槛，部分媒体也将其作为自己的存储测试特色，例如 StorageReview、Anandtech、Tom's Hardware，都建立了自己的 IO 轨迹测试，以此作为自己区分与普通测试。

这篇测试中我也要做轨迹回放测试，不过这次我不打算自己做轨迹采集，而是采用 PCMark10。PCMark10 采集了多了个应用和游戏的轨迹，并且在保存的测试结果中提供了各应用和游戏的轨迹测试结果，既然有现成的，我自己拿来用就好了。

说了这么多，接下来就让我们进入测试正题，首先是必备的测试平台。

手头本来没有别的合适的硬盘做对比，不过朋友刚好有一个近乎全新的 PCIE 插卡的 M9PY 1TB，可以借给我对比，所以这次可以看看同一个厂家下上下两代产品的对比了。

需要注意的是，由于我这次要跑的 SSD 性能测试有些项目非常消耗 SSD 寿命，我的 M10P 和朋友的 M9PY 都出现了大约 2% 的寿命磨损，所以有些测试大家切莫随意模仿。

先放上大家日常喜闻乐见的 CrystalDiskMark 和 AS SSD Benchmark 测试结果吧。

CrystalDiskMark/AS SSD Benchmark

测试步骤：

1. 执行安全擦写，让待测试 SSD 达至 FOB（新盘状态）。
2. 用另一个硬盘启动引导进行操作系统，对待测试 SSD 执行全盘分区。
3. 指定待测试 SSD 的分区执行测试。

PX-1TM10PGN 的 CrystakDiskMark 的测试结果和官方的 7000 MB/s 读取以及 5000 MB/s 写入比较吻合。

AS SSD Benchmark 方面，和上一代相比，PX-1TMP10GN 的性能具有显著的提升，例如多线程 4KiB 读取达到了三倍的性能，访问时间间隔也都明显缩短了。

IOMETER（SNIA PTS Client IOPS）测试

SNIA 是一个全球性的非盈利机构，会员有 Intel、AMD、IBM、镁光、铠侠等超过 185 个行业公司和组织，统筹了不少存储技术标准的制定，例如 NVME-oF 等。

该机构有一个名为 Solid State Storage (SSS) Performance Test Specification (固态存储性能测试规范，简称 PTS）的性能测试标准，是一个针对企业和大众客户的固态硬盘测试标准，其中的测试流程非常规范，我这里决定参照这个规范（SNIA PTS 2.0.1）的大众客户类型 IOPS 测试流程进行测试。

要了解 SNIA 的 SSD 测试方法论我们需要知道一些前置知识，首先让我们看看下面这张图。

这是一张典型的 SSD 从开箱状态（FOB 或者说新盘状态）开始测试工作负载，测试可以看到有短暂的高性能状态，随后会经过 Transition（变换）状态，最终进入稳态，SNIA 的 IOPS 测试结果只取进入稳态区的测试结果。

例如上图中，型号 D8 的 SLC SSD 就是进入了稳态区，此时它在稳态区的 IOPS 结果是可以被接纳的，而暗红色的的 D4 MLC SSD 在上图中一直都在波动，即使到上图的右侧结束也依然不会被接纳，需要继续进行负载相依预训练，直到之后进入稳态区。

备注：有些人会把变换状态称之为“离散”，在 SNIA PTS 测试规范中，这个区域的测试测试结果不具意义。

接下来，你需要了解的是预训练、稳态窗口等概念，后面提供的测试步骤会提及这些概念。

SNIA PTS 除了 IOPS 外还有多种测试，但是我觉得其中最有参考价值的还是 IOPS，当然，更重要的是我比较心疼我的 SSD，跑所有的子项目估计会让我的 SSD 折寿不少。

SNIA PTS 测试步骤：

1. 净化（使用安全擦写指令让全盘恢复至新盘状态）；
2. 预训练；

步骤一：单次 WIPC（负载无关预训练），以 128 KiB 大小对测试目标设备执行相当于两倍容量的连续写入操作，操作的空间范围为格式化后的全盘 100%。

1. OIO/Thread（Queue Depth ），测试人员决定，对企业版一般用 QD=32，对消费者版一般用 QD=16;
2. Thread Count：相当于 IOMETER 里的 Woker，可以由测试人员决定，企业版一般是 4，消费者一般用 2；
3. 数据模板：完全随机。
4. 使用 IOMeter 来实际执行测试（测试模板见上图所示），用 HDtune 观察硬盘写入量。IOMeter 对于已经分区的硬盘本身就会先写入一个分区大小相同的填充文件，这个写入操作是用 64KiB 大小执行的，我在 HDTune 里持续观察接下来执行测试模板（128KiB 100% 连续写入）达到之前 64KiB 一样的 IO 数就可以算作完成 WIPC。

步骤二：单次 WDPC（负载相关预训练），以多种测试模板执行连续写入操作，测试空间范围为格式化后全盘的 75%。

1. PTS 1.1 开始，除了 4KiB R0W100 外，稳态窗口判断加入了额外两种测试模板（64 KiB R65W35 和 1024KiB R100W0），这是因为有些硬盘对 RND 4 KiB 有额外的优化，会使得 RND 4 KiB 比其他模板更快进入稳态。
2. PTS 1.2 开始去掉了分段和不同容量占比的稳态测试；
3. PTS 2.0 企业版和消费者或者说大众客户版的 WDPC 都只需要执行一次（一次包含多个回合，每个回合包含 56 个测试模板），但是 PTS 2.0 消费者版本的测试空间范围（AR）占比为 75% 以及允许开启写入缓存（WCE），而企业版要求 100% 空间范围以及关闭写入缓存;
4. OIO：同 WIPC；
5. Thread Count：同 WIPC。
6. 这一步，每一个测试模板（不同数据块大小以及读写比例）需要跑 1 分钟，每个回合由 56 个测试模板，我们一共测试 20 个回合，合计要 1120 分钟或者说 18.7 小时，是一个非常消耗时间和硬盘寿命的测试。

步骤三：整理 WDPC 的数据，观察稳态窗口的斜率是否落在稳态标准范围内，使用符合稳态标准的数据作为最终的 IOPS 测试结果。

以上三张图是取自浦科特 Plextor PX-1TM10PGN 在第 14 到 第 20 回合处的 4KiB R0 W100、64KiB R65 W35、1024KiB R100 W0 的数据编绘而成的稳态观察窗口图表，上下两条线是 14-20 回合的 IOPS 均值 +10% 和 -10% 数据，中间的是 IOPS 均值数据，黄色的是对应各回合的 IOPS，此外还有一条虚线作为斜率。

从稳态观察窗口图表来看，各回合的 IOPS 均落在均值正负百分之十的区间内，斜率非常平坦，说明此时 SSD 的 IOPS 数据已经符合 SNIA 测试规范里的稳态要求。

确定 14~20 回合的测试结果已经进入稳态后，我们将第 20 回合的测试结果整理出来，绘制成下面的图表：

根据同样的步骤，我们对浦科特 Plextor M9YP 进行了同样的测试，确定 14-20 回合进入稳态后，也制作了相应的 IOPS 测试结果图表：

测试结果图表如上所示。

这种图表还是比较直观的，在坡度图里，坡体高度越高、坡体越向外延伸，意味着 SSD 能在不同读写模板下的性能越好。

正如大家所看到的那样，M10PGN 和 M9PY 相比，在不同读写模板下性能有明显的优势，4KiB 在 100% 写入的时候能维持在红色性能区，而 M9PY 的 0.5KiB 100% 写入已经掉落到蓝色性能区域。

绝大部分的 SSD 在 50% 读写处都会出现明显的转折，M10PGN 4KiB 此时能维持在绿色性能区接近紫色性能区，而 M9PY 的 4KiB 此时只落在红色性能区一半左右的位置。

SNIA 的 IOPS 测试能为我们提供稳态下的 IOPS 性能，在这个测试中，M10P 的表现完全体现了高一代的水准。

PCMark10 轨迹回放测试

前面我们测试的都是偏设备级或者说底层测试，接下来我们将使用 PCMark10 进行应用级测试。PCMark10 采集了多个应用的真实存储轨迹，包括 Windows 10 启动引导、Adobe 创作应用、微软Office、游戏、光盘镜像 ISO 文件复制、图片文件复制等，对于这些子项目 PCMark 10 使用了缩写来代表，如下图所示：

按照 PCMark10 的白皮书，PCMARK10 的完整系统驱动器基准测试包含了上述的 23 个测试子项目（轨迹），每个轨迹都跑 3 遍，一般情况下整个测试大约需要 1 小时。

真实世界轨迹存储回放的差距有时候会和大家的实际略有出入，因为这种测试得出的是纯粹的存储性能，而现实世界中，例如 Window 10 启动、游戏启动，除了存储导致的时间等待以外，还有不少时间会用于各种计算（例如系统状态查询、初始化、解压缩等等）。

从测试结果来看，M10PGN 的真实存储轨迹回放存储性能明显比 M9PY 高一截，例如 Acrobat 就达到了 2.64 倍与 M9PY，文件复制是 M10PGN 最容易拉大性能差距的应用方式。

三个游戏（战地五、使命召唤 4、守望先锋）中，M10PGN 对 M9PY 的领先幅度分别为 47%、21% 以及 58%，性能越高，意味着游戏载入的时间越短。

测试总结

从测试来看，Plextor M10PGN 1TB 的性能明显比上一代的 M9P 1TB 更好，这不仅体现在 CrystalDiskMark、AS SSD Benchmark 等大家常用的基准测试中，而且在 SNIA 稳态测试以及实际的存储轨迹回放测试中也有非常出色的表现，Plextor 的固件、英韧的旗舰级主控、铠侠的原片闪存以及 PCIE 4.0 都是 M10P 达成出色性能的保证。

这意味着什么？

如果你正好希望购买一个 1TB 级别或者更大的 SSD，主要用途就是用跑游戏、图形或者视频应用的数据中间盘，那么像 M10PGN 就是一个非常值得的考虑，反正我目前觉得容量还差点意思外，各方面我都是比较满意的。

从速度上来说，PCIE 4.0 是一个非常重要的加持，目前大多数 Zen 2 或以上的 AMD 平台以及 Intel RocketLake/TigerLake 都已经提供了 PCIE 4.0 的支持，也许你会像我现在考虑的那样，给手头的笔记本电脑更换或者增加一个大容量的 SSD，此时就应该优先考虑 PCIE 4.0 的 SSD。

那么如果你现在只有 PCIE 3.0 的插槽，是否应该考虑 M10PGN 呢？这个问题的回答其实并不难，那就是应该考虑 PCIE 3.0 接口的品质有保障的 SSD，毕竟目前 PCIE 4.0 和 PCIE 3.0 的价格差距还是放在那里，你选择 PCIE 4.0 并不会有什么好处，不过你要是像我一样平台都升级了，PCIE 4.0 按理说应该都已就绪了，就尽量不要考虑 PCIE 3.0 了。

从技术上来说，SSD 性能天花板还是可以进一步提高的，例如 PCIE 5.0 可能就会在明年问世，也有厂商宣布了相关的产品原型，可以预期，包括浦科特、三星等厂商也都会跟进，而目前我比较关心的是，什么时候 2TB 的版本可以进一步下调，这样我就可以在同样的预算里往 SSD 里放进更多的游戏和数据了。