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金士顿NV1 2TB固态硬盘评测

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Essence 发表于 2021-5-5 15:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:2088|回复数:6
随着电脑硬件的更新,NVMe已经取代SATA成为固态硬盘的首选协议。近日金士顿推出了全新的入门级NV1系列,采用PCIe 3.0 x4接口和NVMe 1.3协议,提供500GB、1TB和2TB三种容量选项,本次我们评测的是2TB版本。

NVMe协议支持HMB主机内存缓存特性,对于入门级常见的DRAMLess无缓存方案SSD有性能加成,这一点是SATA协议所不具备的。

金士顿NV1 2TB使用了单面PCB布局,对于轻薄笔记本电脑非常友好,单面2TB大容量对于硬盘安装位置紧缺的笔记本电脑来说是一个好消息。

我们手中的这颗金士顿NV1 2TB样品使用了群联PS5013-E13T主控方案,搭配3D QLC闪存,仅代表本次测试样品的情况。

测试平台及信息识别
测试平台:
CPU:Intel Core i9-11900K@5.1GHz
主板:技嘉Z590 AORUS PRO AX
内存:DDR4-3600 8GBx2
硬盘:OCZ VT150 240GB(系统盘)
      金士顿NV1 2TB(FW:EDFK5N09)
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

CrystalDiskInfo信息识别:
CrystalDiskInfo已经可以满足我们对NVMe SSD健康信息的全面识别需求。如果需要更多高级功能,可等待未来Kingston SSD Manager更新后提供对NV1的支持。



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。



此外,smartmontools还可以查看NVMe固态硬盘的过热事件历史(次数和持续时间),Thermal Temp 1 Transition Count和Total Times这些记录是永久性和累积性的,不会随关机或格式化而清零。



可能有朋友已经发现,在上图中金士顿NV1有两个温度读数,第二温度传感器通常出现在高端NVMe固态硬盘上,通常较低的第一个温度读数源自闪存,第二个较高的温度读数源自主控。不过金士顿NV1的情况有些特殊,它的第二温度读数表达的是SSD历史最高温度记录,而非主控当前温度。



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。金士顿只为NV1提供了顺序读写2100/1700 MB/s的性能指标。CrystalDiskMark测速结果很容易达到这一标称值。


实测的4KB随机读取性能约为297K IOPS,4K随机写入约474K IOPS。

基准测试2:PCMark 8测试
金士顿NV1 2TB的PCMark 8存储测试成绩为5080分,这个成绩并不差,跟搭配TLC闪存的PS5013-E13T方案基本属于同等水平。


当然,由于SLC缓存以及GC垃圾回收算法的影响,空盘的测速成绩通常被认为是不可靠的。不过我们可以将这个成绩作为基准,在后续的SLC缓存测试中作为参考。

基准测试3:温度压力测试
在室温24度、被动散热、关闭ASPM及APST节能的条件下,金士顿NV1的待机温度为38度。



204秒开始可观察到较为温和的限速行为,从257秒开始可观察到限速变得更加明显,读取速度大体上是在1487~1679 MB/s之间波动。



测试过程中最高温度69度:



最终稳定阶段的温度为65~66度:·



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,它们可以协同工作,降低空闲时段内的功耗和温度。



ASPM是PCIe设备的活动状态电源管理(Active State Power Management),它通过在空闲时将PCIe链路置于电气空闲状态来实现降低功耗目的。NVMe固态硬盘支持L1待机模式,需要在Windows电源选项-PCI Express-链接状态电源管理中选择“最大电源节省量”才能启用。在一些平台上,主板BIOS设置拥有最高优先级,能够无视Windows电源选项中的设置直接对ASPM节能进行管理。



设置后可通过HWiNFO64来确认NVMe SSD已开启ASPM节能(下图中显示L1 Entry)。



APST是NVMe协议中的自动电源状态切换(Autonomous Power State Transition)功能。NVMe固态硬盘的主控可以通过模块化设计,针对不同电源状态关闭一些功能模块来降低空闲时段的功耗,并由此带来更低的待机温度。



从NVMe 1.2开始,NVMe固态硬盘可以定义3个活动电源状态(PS0/PS1/PS2)和两个非活跃电源状态(PS3/PS4),并根据需要在它们之间自动转换。下表中金士顿NV1的最大功耗数据源自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。


我们通过修改注册表解锁电源计划中相关设置项,手动设定200ms超时、15ms延迟限制,这样一来金士顿NV1在连续空闲超过200ms后就可以自动进入PS3电源状态。如果将延迟限制修改为50ms或更高,NV1就能在空闲超过200ms后自动进入PS4电源状态,但从PS4唤醒时的延迟也会比PS3更高。

APST就是在闲置功耗和使用性能之间的一个均衡,多数情况下,这些设定无需用户亲自干预,因为Windows已经为不同电源计划提供了一套预设:



为了展现金士顿NV1在开启节能特性之后的表现,我们手动设置了200ms超时和15ms延迟约束进行开启节能后的性能测试。NV1的闲置待机温度从38度下降到24度,开启节能后降温效果明显。



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、成绩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,PCMark 8存储测试成绩从5080下降至5075,开启节能后对性能的影响有限。


节能特性是在待机温度和使用性能之间的一个均衡。对于非连续满载的使用方式来说,较低的待机温度意味着更大的温度上升空间,短时间的突发读写活动就不易触发严重的过热限速。笔记本电脑默认会启用ASPM和APST两种节能特性,台式机的话选择高性能或卓越性能电源计划可以自动禁用ASPM节能,并限制APST节能,以便更充分地发挥金士顿NV1的性能。

进阶测试
进阶测试项目1:SLC缓存及过半盘使用性能
金士顿NV1在空盘状态下的SLC缓存容量过于庞大,HDTune文件基准已经无法胜任,需要在删除文件分区的情况下用IOMeter进行顺序写入,根据写入速度下滑点确定SLC缓存容量。测试结果显示金士顿NV1 2TB在空盘状态下大约有500GB容量的可用SLC写入缓存,缓存外的顺序写入速度在40~75MB/s之间波动。


现在有一个好消息和一个坏消息:好消息是,缓存外写入速度虽然不太理想,但是在多数家用电脑系统盘以读取为主的使用模式下,实际性能并不差;坏消息是500GB的海量SLC缓存只在空盘时提供。

无论是CrystalDiskMark还是PCMark 8存储测试成绩都告诉我们,金士顿NV1在盘内空间使用率50%的情况下完全不会有掉速之忧。


HDTune文件基准测试告诉我们,50%空间使用率下金士顿NV1 2TB的可用SLC缓存容量大约42GB。



进阶测试项目2:不同空间使用率下性能测试
此外我们还在不同空间使用率下测试了PCMark 10快速系统盘基准和完整系统盘基准两项测试,并发现了一些有趣的现象。在快速系统盘基准测试中,从0%到95%空间占用,金士顿NV1 2TB的性能没有任何衰减:



而完整系统盘基准测试测试中,50%半盘状态下的成绩相比空盘时下降一半左右,而后随着空间使用率的增长又有小幅回弹,但总体上性能是要比空盘时降低至少44%。如果从导出的Excel报表来看,所有测试项目的成绩均出现不同程度的下滑,无一例外。从PCMark 10完整系统盘测试的成绩来看,这个时候的性能大体上相当于使用TLC闪存的入门级无DRAM缓存SATA固态硬盘。



PCMark 10的快速系统盘基准和完整系统盘基准其实是有一些重叠项目的:cps1(写入测试,拷贝339个JPEG文件,共计2.37GB数据写入到SSD)、cps2(混合读写测试,同盘拷贝339个JPEG文件)、cps3(读取测试,从SSD读取339个JPEG文件)、exc(Excel应用测试)、ill(Adobe Illustrator应用测试)、psl(Photoshop轻负载使用测试)。

这些项目在快速系统盘基准中单独测试时都没有出现性能下滑,而到了完整系统盘基准,和更多其他项目一同测试时就出现了严重的掉速,只能说明一个问题:NV1的性能表现受使用强度的影响非常大。这个使用强度主要是指一段时间内的写入量:快速系统盘基准测试整个过程只会产生23GB的写入量,而完整系统盘基准测试整个过程写入高达204GB。





有朋友可能会感觉,PCMark 10快速系统盘基准的测试压力似乎太小,而完整系统盘基准的测试压力又有些偏大。实际上,家用电脑系统盘的常见工作,如系统启动、游戏和应用加载这些工作,都是以读取为主。在进行这些工作时QLC SSD的压力甚至会比快速系统盘基准中的Photoshop轻负载使用更低。

日常中轻度使用过程中有足够时间给SSD完成缓存释放,那么NV1使用起来和TLC固态硬盘差别不明显。但如果使用强度较大,SLC缓存被写爆,QLC闪存的劣势就会显露无遗,GC垃圾回收和由测试程序发起的硬盘读写请求撞车,将严重拖累使用性能。这个拖累是全面性的,包括读取性能也会受到影响(譬如上面的cps3测试照片文件读取)。

进阶测试项目3:Chia硬盘挖矿缓存盘应用
之前和大家探讨过Chia个人矿工方案,这个测试的环境为酷睿i9-9900K平台,除开启内存XMP之外,其他BIOS设定取默认值。Plotter使用4线程,缓存盘使用金士顿NV1 2TB,目标存储盘使用机械盘。单任务测试,仅使用5小时23分就完成了一个P盘任务,表现属于中上游水平。


单个P盘任务对金士顿NV1产生写入量1792GB,读取量1807GB。

金士顿NV1 2TB的官标写入耐久度为480TBW,这个数据是依照JESD218标准来计算的。通过Process Monitor对P盘过程的分析来看,P盘的写入模式大多属于256KB顺序写入,这种使用方式下的写入放大率极低,所以实际总写入字节数应该会比480 TBW的标称值高出很多,因而即便是QLC闪存的NV1也具备挖矿的潜力。

受限于SLC缓存外写入速度较低和DRAMLess无缓存不适合大范围随机存取的自身特点,在将NV1用于Chia挖矿时应尽量采取单任务模式,如果希望达到并发拓荒的效果可以考虑同时安装多颗缓存SSD来实现。

总结
今年应该是QLC普及年,后面我们还会测试更多采用QLC NAND的固态硬盘。成本是决定外部存储器销量最重要的因素,这是大势所趋。但降低成本并不能以牺牲品质为代价,如何平衡这两者的关系,需要多重手段结合,能看出一个品牌的真正实力。

首先,QLC的主要问题就是写入速度慢,寿命本身是足够家用PC的。那么需要对SLC缓存策略的合理性进行反复调试,才能把写入综合性能尽可能地提升,测试中NV1 2TB表现良好。其次,固态硬盘成本主要是主控、颗粒与独立DRAM缓存构成,那么无DARM以HMB主机内存作为缓存也是目前很常见与成熟的做法。此外,从供应链角度来看,最关键的是要有长期稳定的货源,只有采购量多才能做到低成本,这一点金士顿优势更大,所以才能有很高的市占率。

金士顿NV1 2TB享有3年有限保固,对于日常使用已经十分充裕,产品定位于普及性的家用、办公用台式机或笔记本。目前存储类产品虽受挖矿的影响导致全线涨价,但NV1 2TB的价格在同类型产品中还是很竞争力,值得关注。

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shinkansen 发表于 2021-5-5 16:58 | 显示全部楼层
TLC的金士顿正在服役中
红色狂想 发表于 2021-5-5 23:11 | 显示全部楼层
以后Chia挖矿P图也将成为新款SSD测试的一项重要指标,不知道金士顿这款NV1 2TB版会不会被横扫一空,这么大容量,应该可以并发同时P四个图吧
yhhuada66 发表于 2021-5-5 23:40 | 显示全部楼层
这么大容量盘,不往里边放东西是不可能的,如果超过500g数据量,到最后的速度那么低,确实会让人有点抓狂呀
doymll 发表于 2021-5-6 11:27 | 显示全部楼层
上次买了个京东云挂电信网,就被发告知函了.不知道这种挖矿会不会也走上同一条路
david_zhang 发表于 2021-5-8 15:08 | 显示全部楼层
只要价格够低,没有什么不香的
iampeal 发表于 2021-6-7 09:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 iampeal 于 2021-6-7 09:25 编辑

QLC , 哎,以后迟早要全都转到QLC ?  单位两台旧电脑升级固态,不经意间买了2个A400的1T盘,当时没做功课,后来才发现已经是QLC,不过用了还行,可能拷的东西不多,有可能到现在都是模拟SLC的状态,所以还没现原型。
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