全球首款64層3D TLC固態硬碟Intel 545s評測

作者 晴天小豬

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今年6月27日，Intel發布了基於64層3D TLC NAND的SATA SSD 545s。話說是騾子是馬，拉出來溜溜，所以我們來看看AnandTech專業的評測。

1、介紹

6月27日，Intel推出了SSD 545s，這是第一款使用了它的64層NAND緩存的產品。Intel現在可以誇口這是市場上第一款使用64層3D NAND的SSD。

Intel的SSD 545s是一款主流消費級SSD，採用了SATA介面和TLC NAND緩存。545s是去年Intel SSD 540s的延續，該產品在很多方面彌補了Intel SSD技術路線圖的不便之處。當540s推出的時候，Intel第一代3D NAND還沒有準備好，並且由於IMFT（Intel和Micron合資的NAND Flash工廠）跳過16nm節點導致Intel沒有自己的有成本競爭力的平面NAND。這迫使Intel在540s中使用SK Hynix的16nm TLC。540s還採用了第三方SSD控制器：Silicon Motion的SM2258。Silicon Motion的SSD控制器不是最快的，但是性能還不錯並且價格也低。Intel內部的SATA SSD控制器以企業為重點，並沒有準備好進軍新的基於TLC的消費級市場。

Intel SSD 545s是首款使用最新SM2259控制器的SSD之一，這使得Intel繼續和Silicon Motion（慧榮）保持著密切關係。由於SATA介面是非常成熟的技術，SM2259在去年Intel SSD540s採用的SM2258控制器的基礎上更新得非常少。新款控制器上唯一重要的新功能是硬體端到端數據保護，包括控制器上的SRAM和外部DRAM上的ECC。這使得545s對於動態數據的損壞更有彈性，但是不應將其誤認為一般出現在企業級SSD上的斷電保護。

Intel 545s採用的快閃記憶體是Intel二代3D TLC NAND——帶有一個浮柵存儲單元的64層設計。Intel在消費級SATA SSD上沒有採用第一代32層3D NAND，而是用在M.2 NVMe SSD 600p上，600p是Intel首款M.2 NVMe SSD並且也是最便宜的消費級NVMe SSD之一。

和Micron去年推出Crucial MX300時採用的戰略類似，Intel 545s最初只用一個SKU將新一代3D NAND帶入市場。現在512GB 545s可以在Newegg上買到，其他容量和M.2 SATA版本在接下來的幾周里會跟進。完整的陣容包括2.5英寸和M.2兩種規格，128GB到2TB的容量。

Intel將為545s的所有容量都採用較小的256GB 64層TLC顆粒，而不是為更大型號採用512GB 64層 TLC。因為512GB顆粒尚未批量生產，Intel計劃在512GB部件可用之前在市場上擁有全部545s型號。一旦512GB部件可用，我們期望在其他產品系列中使用它們，以實現更高的容量。不過這種小容量TLC顆粒也有優點，就是數量更多，並行性更好，性能優勢明顯。

與此同時，在今年剩下的時間裡，Intel計劃將64層3D NAND融入到每個產品領域的SSD中。大多數產品仍然處於保密階段，但是Pro 5450s和E 5100s作為545s的OEM和嵌入式版本正在進行中。

Intel似乎急於把這個SSD公之於眾，這樣他們就可以宣稱自己是第一個使用64層3D NAND的SSD。在電腦展上，我們看到西部數據宣布他們的首款64層 3D NAND SSD將在第三季度上市，並且東芝也準備將XG5 M.2 NVMe SSD出樣品給OEM。本月早些時候，三星宣布開始批量生產它們的64層256GB V-NAND。通過本周推出零售供應，Intel勉強獲得第一名。（鑒於去年Micron是第一個以Crucial MX300推出32層 3D NAND的，Intel和Micron似乎協議輪番推出新的3D NAND。）

但是這是一個非常倉促的發布；我在發布前不到5天的時間才拿到驅動，這還要算上一個周末。Intel的新聞發布會是在禁令解除前的十五小時，幻燈片包含了相對於上周產品簡介的一些變動。和最近推出的幾款SSD一樣，Intel只提供了一頁產品簡介，沒有向公眾和媒體提供完整規格文檔。但是這次可能真的只是因為沒有準備好完整的規格文件，而不是由於Intel今年早些時候說的IP安全問題。

545s相對540s最顯著的性能提升在於寫入超過驅動的SLC緩存大小時持續的連續傳輸。540s的數據低於去年完整產品規格列出的值（125MB/s）。由於無法訪問545s的完整文檔，我們不能完全解釋這個出入，但是最合理的原因是Intel不再限制在8GB SLC緩存內測量持續寫入速度，而是使用更合理的滿盤寫或者接近滿盤寫的SSD測試。無論哪種方式，545s在SLC緩存滿了後性能應該可以更勝一籌。

在外觀上，545s看起來像一個典型的Intel SATA SSD，只有很小的設計變化。在內部，Intel 3D NAND的密度在PCB中顯而易見，佔了不到一半硬碟盒並且只有4個NAND晶元。每個顆粒256Gb（32GB），每個晶元包含4個顆粒。即使是最大的2TB型號，也可以使用這個PCB，每個晶元包含16個顆粒，並新增第二個DRAM晶元放在空白PCB面積上。Intel SSD 545s在所有4個NAND晶元和控制器上都使用散熱墊。

512GB 545s首發建議零售價（MSRP）為179美元。這比480GB 545s的首發MSRP 174美元略高。但是如果按照每GB的價格來比較，545s更便宜。並且自推出以來，由於全行業的NAND快閃記憶體短缺，540s的MSRP被推高到189美元。在這個背景下，545s的MSRP似乎是合理的，但是它真正的市麵價格需要顯著降低。Intel 600p NVMe現在在Newegg上只要175美元。由於600p優於典型桌面使用的所有SATA SSD。它的競爭對手包括Micron基於32層3D TLC的Crucial MX300，大約30美分/GB，以及現在在Newegg上賣165美元（33美分/GB）的三星850 EVO 500GB。

這次發布的時間對我們來說有點尷尬。我們老舊的2015測試平台已經退休了。我們把所有定製和自製的電子測量設備轉移到一個新系統上。Windows 10登台Windows 8.1退場，並且我們的IOmeter綜合基準正被基於Linux的FIO測試所取代，後者更適用於具有SLC緩存的現代TLC SSD。在過去的幾周里，我一直專註於驗證新測試平台和NVMe SSD的測試套件，所以對於突然到來的新SATA SSD，我並沒有相關的比較數據。考慮到可以使用的時間，我選擇優先考慮與用戶現實環境使用最相關的基準，並在這些測試中運行少量的競爭對手SSD。這篇評測後續會增加更多基準，並且新的SSD 2017部分即將上線，將在未來幾周收錄數十個SSD的結果。

目前，評測包含運行在新測試平台上的三個AnandTech Storage Bench（ATSB）工作負載， SYSmark 2014 SE和空閑電源管理測試。Intel SSD 545s需要與其前身Intel SSD 540s以及已經上市的配備3D NAND的SATA SSD中的大多數：三星的850 EVO和850 Pro，Crucial MX300和ADATA Ultimate SU800進行競爭。

2、ATSB – The Destroyer

Intel SSD 545s在The Destroyer測試中表現出色，平均數據速率超過了三星的850 EVO，並且可能是配備3D NAND的SATA SSD中最快的。雖然比不上基於3D MLC的三星850 Pro，但是545s比540s和Crucial MX300進步了很多。

在平均時延上，Intel 545s也排在三星850 Pro和850 EVO之間，幾乎是Crucial MX300的一半，比Intel 540s好的就更多了。

現在分開看讀取時延和寫入時延：在讀取時延上，545s比三星850 EVO更接近850 Pro；在寫入時延上，三星SSD和545s都遠低於Crucial MX300或540s。

Intel 545s在能耗效率方面也非常棒。545s在此項測試期間使用的能耗比Crucial MX300或三星850 Pro要少12%。The Destroyer測試能耗可以達到這麼少的只有少數幾個SSD。

3、ATSB – Heavy

Heavy測試相對The Destroyer測試更偏重於寫入，總體用時也比較短。Heavy測試中的總寫入不足以寫滿SSD，所以性能不會降到穩定狀態。這項測試更能代表用戶日常的使用情況，並且受SSD峰值性能的影響比較大。Heavy測試運行兩次，一次在新擦除的SSD上，一次在順序寫滿後的SSD上。

在平均數據速率上，雖然還不能與三星媲美，但是Intel SSD 545s相比540s有顯著改進。當測試運行在空盤上時，上一代32層3D TLC（ADATA的SU800和Crucial MX300）擊敗了545s；但是當測試運行在滿盤上時，由於兩個SSD上性能損失太多，導致545s的平均數據速率比它們好太多。

Intel 545s在時延上的結果與平均數據速率差不多。雖然Intel處於最後一名，但是好歹現在可以和其他3D NAND SSD比肩。當測試運行在滿盤上時，Crucial和ADATA SSD平均時延的峰值達到2-4ms，而Intel 545s仍然保持在1ms以下。

在讀取時延上，Intel 540s並沒有遠遠被3D NAND甩開，並且處理滿盤狀態也毫無壓力；但是在寫入時延上，不管是滿盤還是空盤狀態下，540s幾乎是3D NAND SSD的兩倍。Intel 545s的最大改進在於大大降低了寫入時延；讀取時延上也取得小小進步，可以超過Crucial MX300了。

在Heavy測試期間，Intel 545s的能耗基本上與三星850 EVO並列第二。在空盤上運行測試時，Crucial MX300以明顯優勢位列第一；當在滿盤上運行測試時，MX300的優勢消失，而SU800的能耗幾乎翻番。

4、ATSB – Light

Light測試是整體耗時最少的一項測試。這項測試的大多數應用不怎麼依賴存儲性能，所以更多地是關注於應用啟動時間以及文件載入時間。Light測試和Heavy測試一樣，運行在新擦除的空盤上和順序寫滿後的滿盤上。

Intel 545s的平均數據速率要比540s的快很多，甚至比Crucial MX300還能快一點。雖然達不到三星SSD的水平，但是也非常接近了。ADATA SU800在這裡位列第一，說明它犧牲了持續高負載情況下的性能來對高峰值性能進行了優化。

當運行在滿盤上時，Intel 545s的平均時延要優於540s和MX300。

所有TLC SSD在滿盤上運行Light時的讀取時延要明顯高於在空盤上運行Light時的時延。空盤或滿盤狀態對基於MLC的三星850 Pro影響不大，對Intel 545s的影響要比對Crucial MX300或Intel 540s的影響要小。

545s在空盤狀態下的寫入時延要比540s好很多，但仍些微落後於其他的3D NAND SSD。當在滿盤狀態下運行此項測試時，Crucial MX300的寫入時延變得非常大，545s和SU800差不多，而且都落後於三星的SSD。

不論Light測試是運行在空盤還是滿盤上，Crucial MX300都有最佳功耗。Intel 540s和Intel 545s基本上是並列第二，三星850 EVO緊隨其後。三星850 Pro是唯一一個異類，應該是因為它犧牲了功耗來保證最佳性能。

5、BAPCo SYSmark 2014 SE

BAPCo的SYSmark 2014 SE是基於應用的基準測試，它使用真實應用來重現用戶的使用模式。此外，它還解決了和應用及文價啟動、多任務等相關的用戶體驗。得分為1000的一個參考系統用於校準得分，比如分數2000表明測試的系統要比參考系統快兩倍。

SYSmark的分數基於用戶看到的總應用響應時間，不僅包括存儲時延，還包括處理器處理時間。也就是說即使把存儲器改善得再好，增加的分數也是有限的，因為SSD只在測試過程中的一小段時間內被用到。這和我們的ATSB測試有很大的區別，ATSB只複製了工作負載的存儲部分並且磁碟空閑時間縮短到最大25ms。

SYSmark關於數據分析和媒體創建的性能分數對存儲性能相對不敏感，上面兩圖中存儲設備的得分都差不多。

辦公軟體測試對存儲性能的依賴也很小，但是SSD和機械硬碟之間的差距要比前兩種場景下的差距大，說明硬碟對性能的不利影響足以抵消我們的測試平台相對於參考系統的CPU和RAM優勢。

SYSmark的響應基準對存儲性能最敏感：所有SATA SSD的響應時間都是機械硬碟的兩倍。Intel 545s三次運行中最慢的響應都比540s三次運行中最快的響應要快。

SYSmark能量使用分數測量的是整個系統的功耗，不包括顯示器。在運行期間，SYSmark測試系統空閑時大約26W，峰值超過60W。SATA SSD很少超過5W，空閑時只有幾分之一瓦，並且SSD在測試期間大部分處於空閑狀態。這意味著能耗分數必然很接近。

6、電源管理

空閑功耗

由於ATSB測試將空閑時間縮短到25ms，所以它的功耗分數對移動設備上使用的SSD來說並不準確。真實移動設備上，SSD的空閑時間要比處理命令的時間多多了。SYSmark 2014 SE測試包含了這種情況，但是由於我們的測試平台是桌面系統，SSD功耗對整體功耗來說微不足道，而且很難與測試運行時的變化區別開。

我們的測試平台不支持DevSlp省電模式，但是我們可以在睡眠狀態下測量功耗，這時SATA連接的主機和設備端都進入低功耗狀態，並且SSD現在可以放心使用自己的節能措施。我們還測量了在SATA連接處於活動狀態並且不處於任何節能狀態時SSD的空閑功耗。

當SATA開啟DIPM時，空閑功耗降了大約一個數量級。所有SATA SSD都有非常有效的低功耗空閑狀態，但545s確實比540s有明顯的改善，並且Intel現在已經快趕上Crucial MX700和三星850 EVO了。

三星SSD有最好的活躍空閑功耗，Crucial MX300也沒有落後太多。基於Silicon Motion的Intel 545s和545s以及ADATA SU800是最差的。儘管545s比540s的功耗好一點，但是並沒有達到我們的預期。

空閑喚醒時延

空閑功耗並不是SSD電源管理功能的唯一重要指標。設備不可能立即進入或者退出低功耗狀態，因為需要時間切換回更高的時鐘速度，並將其數據鏈路重新同步到系統的其餘部分。如果SSD需要幾秒的時間來進行切換，顯然會嚴重影響系統的響應時間，並且這個過程也會

消耗電量；而如果SSD僅需幾毫秒就可以進入和離開省電狀態，那麼可以頻繁使用省電狀態，即使在持續的互動期間（比如遊戲）。

我們的設備無法測量SSD進入低功耗狀態所需時間。而測量SSD離開低功耗狀態所需時間比較簡單：每隔幾秒執行一次讀操作，比較啟用和禁止電源管理情況下的時延。下圖中的時間差異反映的是重新建立SATA連接以及喚醒SSD所需的時間。

Crucial MX300在空閑和負載狀態下都有非常好的功耗，但是它的喚醒時延非常大，大約為3.4ms，幾乎比ADATA SU800的喚醒時延多5倍。Intel 545s喚醒時延為1.4ms，是比較慢的，大約是ADATA SU800或Intel 540s的兩倍。

7、總結

配備64層3D TLC NAND快閃記憶體的Intel 545s與其前身540s相比在性能上有很大的提升。我們的測試也表明545s沒有Crucial MX300和ADATA SU800的性能缺陷，後兩者都是基於Micron的32層3D TLC。在一些測試中Intel 545s甚至趕超三星的850 EVO，要知道850 EVO結合了高性能和良好的功耗。 Intel 545s在The Destroyer測試中的驚人表現表明Intel的新3D TLC NAND可以處理繁重的工作負載。

引用：

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