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CUBEX速柏CP5000 2TB固态硬盘评测

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Essence 发表于 2021-2-9 00:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
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近日速柏推出了CP5000 NVMe PCIe 4.0固态硬盘,使用群联PS5018-E18主控搭配美光B27B闪存(96层堆叠3D TLC),顺序读取速度达到7000MB/s。CP5000提供1TB和2TB两种容量选项,本次评测的是顶配2TB型号。

CP5000的背面标签用二维码替代了过去CP2000上使用的条形码,P/N和S/N二维码间隔较大,避免使用微信小程序“龟甲速柏产品查询”扫描识别产品硬件时容易误扫到SN码。

群联PS5018-E18是在原PS5016-E16基础上升级而来,能够支持PCIe 4.0 x4接口下的全速读写。PS5018-E18使用台积电12nm工艺制造,拥有8个闪存通道,最高支持1600MT闪存接口。

CP5000 2TB配备了8颗第三方美光B27B Good die,从颗粒编号IA7BG64AIA可知它属于美光96层堆叠3D TLC,单die容量512Gb,每颗闪存中封装有4个闪存die。B27B闪存支持1200MT/s的闪存接口,在8通道配置下可提供7000MB/s的顺序读取带宽。

通过phison_nvme_flash_id2工具可以印证以上信息:

PS5018-E18主控具有3个Cortex R5核心,运行频率达到1000MHz,高于群联PS5012-E12的667MHz和群联PS5016-E16的733MHz。

测试平台及信息识别:
测试平台:

CPU:AMD Ryzen Ryzen 7 5800X
主板:技嘉X570 AORUS ELITE WIFI(BIOS:F32)
内存:HyperX Fury DDR4 3200MHz 16GB
硬盘:浦科特M8V 512GB(系统盘)
          CUBEX速柏CP5000 2TB(FW:CPFM21.0)
系统:Windows 10 20H2
驱动:微软默认stornvme
设置:除特别说明以外,关闭ASPM及APST节能。
Windows电源模式:最佳性能。

AMD平台的CPU型号及BIOS设置都会对测试成绩产生较大影响,本次测试平台的设定为:
5800X手动超频全核心4.8GHz,内存XMP打开
Core Performance Boost->Disabled
Precision Boost Overdrive->Disabled
AMD Cool&Quiet->Disabled
C State->Auto

CrystalDiskInfo信息识别:
除了温度管理历史记录之外,CrystalDiskInfo已经可以满足我们对NVMe SSD健康信息的全面识别需求。本次测试的CP5000 2TB样品搭载有CPFM21.0固件。



Smartmontools信息识别:
Smartmontools是一个开源工具软件,可以识别NVMe固态硬盘的温度限制信息以及APST预设,这些信息同NVMe固态硬盘的节能及热管理策略有关。



NVMe在发展的过程中不断加入各种先进节能和热管理特性,通过smartmontools和AIDA64对CP5000的识别结果整理如下。



基准测试
基准测试1:理论带宽测试
这个测试是为了验证SSD能否达到其标称的性能指标。顺序测试修改为Q128T1(128K区块),随机测试修改为Q32T16(4K区块)。实际测得顺序读取7079.9MB/s、顺序写入6825.1MB/s,均超过标称值。



4K随机读写速度需要进行一下转换,随机读取2702.6MB/s相当于675650 IOPS,随机写入6025.0MB/s相当于1506250 IOPS,超过标称值的顺序读650000 IOPS、顺序写入700000 IOPS。

基准测试2:PCMark 8测试
速柏CP5000 2TB在PCMark 8存储测试中获得5097分,在AMD平台上已属旗舰级水平。



在英特尔Core i9-9900K测试平台上,速柏CP5000 2TB以PCIe 3.0速率工作,PCMark 8存储测试得分为5107分。和AMD X570测试平台上的情况相比,以读取为主的项目成绩更好。英特尔平台能够更全面地关闭CPU节能特性,因此可以取得更低的存取延迟。


待3月份英特尔Rocket Lake平台上市,PCIe 4.0 SSD的测试成绩或许会更加好看。

基准测试3:温度压力测试
在室温22度、被动散热、关闭ASPM及APST节能的条件下,速柏CP5000 2TB报告的待机温度为32度。



红外热成像:主控和闪存温度都很低,图中右下角高温是X570主板芯片组热源。



使用IOMeter进行128K区块QD128顺序读取,每秒记录。测试开始27秒后开始触发过热限速,此后的测试过程温度在2000MB/s左右上下波动。



此时SMART中报告的温度在58度和59度之间徘徊,这一温度是闪存传感器读数,由于主控率先过热并进行了限速,闪存温度至少还有10度的安全上升空间。


台式机上安装使用时,建议搭配散热片。如果主板没有自带散热片,可以自行购置M.2散热片,并且注意M.2插槽下方的安装空间是否充足,部分双面散热片对底部空间有一定要求。

基准测试4:NVMe节能特性
NVMe固态硬盘支持ASPM和APST两套节能机制。前者在笔记本电脑上是默认启用状态,台式机需要手动修改Windows电源计划中的高级电源设置,在PCI Express链接状态电源管理中选择“最大电源节省量”。



APST允许NVMe SSD在3个活动电源状态(PS0/PS1/PS2)和两个非活跃电源状态(PS3/PS4)之间自动转换。下表中的数据源自smartmontools读出值,功耗数据并不一定准确,我们只需关心进入延迟和退出延迟两项信息,二者相加后需小于等于指定范围方能进入该电源状态。



根据微软在Windows 10当中的预设,供电模式和电源计划会对进入APST产生影响。对比下图数据可知,速柏CP5000 2TB在笔记本电脑接通电源、采用平衡电源计划,或者使用电池、采用高性能电源计划的条件下最低可以进入到PS3节能状态。



由于APST是有空闲超时机制的(默认从50ms到200ms不等,数值越大,越不易进入节能),所以CrystalDiskMark这类连续测试、取最大值的软件不会体现其影响。



在空闲超时200ms、延迟约束≤15ms的设定下,速柏CP5000可以在空闲时进入到PS3电源状态。PCMark 10快速系统盘基准成绩对比,开启APST节能后对SSD性能有一定影响。



此外,我们在测试中还发现,CP5000的PS0、PS1、PS2的进入/退出延迟预设值都是0,这意味着在Windows默认设置下,即便选择高性能或卓越性能电源选项,CP5000依然会在空闲时进入到PS2节能状态。


表现在HDTune文件基准上就是空闲后开始测试,初始阶段会有一个速度提升的过程,类似于CPU从节能状态恢复到全速需要一定时间。从下图可以大致猜出,PS2节能状态对应的顺序读取性能大约在3000MB/s,P1节能状态对应的顺序读取性能大约在4000MB/s,而只有在PS0活动状态下才可以全速运转。

如果你使用台式机并且已经为CP5000做好了充分的散热措施,同时不希望有上图中的情况发生,可以通过修改注册表将默认隐藏的“Primary NVMe Idle Timeout”选项找出,将空闲超时设置成0即可避免CP5000进入任何PS节能状态。

以上是一个极限性能优化的小窍门。不做修改而保持默认值的话,普通使用情况下对系统盘使用性能的影响也是较为有限的。

进阶测试:
进阶测试项目1:SLC缓存及过半盘使用性能
速柏CP5000 2TB在空盘条件下拥有极大的SLC缓存容量,以至于常规HDTune文件基准已经无法胜任。我们可以借助进阶测试项目2中的128KB QD32顺序写入填盘过程了解到SLC缓存的容量:在写入速度下滑之前,CP5000 2TB写入了接近700GB的数据。由此可知,CP5000在空盘条件下是全盘SLC模式,即使用全部空白TLC闪存空间用于模拟SLC写入。

使用IOMeter填充927GB容量的不可压缩数据之后,CrystalDiskMark理论带宽测速成绩基本保持不变。



HDTune文件基准测试显示,半盘使用条件下CP5000 2TB至少还能提供230GB的SLC写入缓存空间。由于缓存释放算法很复杂,实际使用中可用SLC缓存空间可能有变化。但有一点是肯定的,在这种状态下CP5000依然使用了动态SLC缓存算法。



在填充半盘之后速柏CP5000 2TB的PCMark 8存储测试成绩5095分,同空盘时的5097相差不是很大。



PCMark 10快速系统盘基准测试对比,半盘使用状态下CP5000 2TB没有出现性能下滑:



进阶测试项目2:4KB QD32 随机写入离散度测试

无文件系统下使用IOMeter进行128K QD32持续写入1小时。速柏CP5000 2TB的写入速度非常快,相应的峰值功耗也会更高,我们通过smartmontools中的SSD过热记录发现,单纯依靠4cm小尺寸风扇直吹已经无法满足其散热需求(蓝色曲线,SLC缓存未用尽前就因过热开始限速)。为了排除过热的影响,在加装散热片的同时使用小尺寸风扇辅助散热,执行SE安全擦除后重新进行了第二次测试(红色曲线)。



CP5000 2TB在SLC缓存用尽前大约写入了700GB数据,之后开始强制垃圾回收,边释放缓存边写入的速度大约1133MB/s,最后是TLC直写阶段,速度大约1714MB/s。

结束后空闲15分钟,然后改用4K QD32随机写入5000秒并每秒记录。



最后500秒平均IOPS:21533



进阶测试项目3:PCMARK 8扩展存储测试之性能一致性部分(稳定态家用环境性能)

这个测试主要是给家用最恶劣环境下的性能参考(全盘不留任何剩余空间,禁用了Windows文件系统缓存跑纯RAW模式)。


通过和同容量的群联PS5016方案初代PCIe 4.0 SSD对比不难看出,作为新一代PCIe 4.0旗舰的速柏CP5000性能更强了。

总结:
以6500MB/s的高速连续写入700GB数据,在过去只有借助NVMe RAID0才能实现,而速柏CP5000 2TB单盘轻松做到。当然全速写入时的功耗也非常可观,我们没有可以精密测量M.2 SSD功耗的设备,不过从4cm小风扇直吹都无法压制主控过热来看,为PCIe 4.0旗舰SSD配备散热片非常有必要。

根据Payload Size不同,7.15GB/s或7.5GB/s是PCIe 4.0 SSD的带宽极限,在未来相当长一段时间内应该都不会读取速度比CP5000快很多的SSD问世,而2TB容量也比较充裕,追求一步到位的朋友可以直接入手了。

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