導入 96 層 3D 堆疊 BiCS4 快閃記憶體,Toshiba XG6 1TB NVMe M.2 SSD 測試 過去幾個月的時間,主要快閃記憶體製造商紛紛傳出 90 層以上 NAND 快閃記憶體量產的消息,Toshiba 則是釋出將採用自家 96 層 3D 堆疊 BiCS4,推出 XG6 NVMe M.2 SSD,如今這款產品的 1TB 容量版本也降臨台灣,一起來看看新款快閃記憶體再度將效能推往何處!

3D 堆疊密度再提升

近來半導體製程微縮進度趨緩,廠商均利用新世代 3D 技術繼續提升電晶體密度與效能,在 NAND 型快閃記憶體業界,則是將負責記錄資料、儲存電荷的 cell 垂直排列,以便在同樣的面積提升儲存密度,藉此閃避製程微縮不易,傳統 2D 平面結構逐漸遇到瓶頸的問題。
NAND 型快閃記憶體 3D 堆疊能夠堆得越高,表示單位面積儲存的資料量越大,至於能夠堆上幾層,則是考驗製造商對製程的掌握度,目前世界上主要 NAND 型製造商如 Intel/Micron、Samsung、Toshiba,均已宣佈有能力製造超過 90 層的產品,並已達量產規模。
參與測試的 XG6 NVMe M.2 SSD,即是採用自家 Toshiba 3D 堆疊 BiCS4 TLC 紀錄形式 NAND 快閃記憶體,而這款最新的快閃記憶體可以將 NVMe SSD 效能提升至何種程度?又與前一代 XG5 相比進步多少,請看接下來的分析測試

Toshiba XG6 1TB 規格

  • 產品型號:KXG60ZNV1T02
  • 外觀形式:M.2 M key 2280
  • 介面速度:PCIe 3.0 x4 NVMe
  • 容量:1TB
  • 寫入壽命:未知
  • 電源需求:3.3V
  • 其它:1500000hrs MTTF

產品整合最佳化

本次收到的 Toshiba XG6 產品容量為最高的 1TB、另外還有 512GB 和 256GB 版本,由於沒有正式包裝,在此就直接跳過開箱直接進入產品本身的介紹。XG6 目前僅推出 M.2 外觀形式,長寬為 2280 規格,傳輸介面採用 PCIe 3.0 x4,替高速讀寫打下基礎。各個容量版本均採用單面上料,能夠相容桌上型電腦至超薄型筆電。

Toshiba XG6 1TB 媒體測試品預先貼上 1 張壓克力貼紙,市售產品不包含這個部分,之後測試時也會移除
▲Toshiba XG6 1TB 媒體測試品預先貼上 1 張壓克力貼紙,市售產品不包含這個部分,之後測試時也會移除。

XG6 所有版本為單面上料,因此 SSD 背面沒有任何零件
▲XG6 所有版本為單面上料,因此 SSD 背面沒有任何零件。

將壓克力貼紙卸除之後,即可見到位於中央的控制器,以及位於兩旁的快取記憶體和 2 個快閃記憶體封裝。控制器與 XG5 系列相同,繼續使用經過客製化的 TC58NCP090GSD,應是與 Phison 一同設計開發的產品,透過韌體更新支援 NVMe 1.3。快取記憶體則稍作升級,使用 Nanya LPDDR3-1866 NT6CL128M32CM-H 4Gb 封裝顆粒。

將壓克力貼紙卸除,即可見到快取記憶體、控制器、快閃記憶體(由左至右)
▲將壓克力貼紙卸除,即可見到快取記憶體、控制器、快閃記憶體(由左至右)。

控制器依舊採用 TC58NCP090GSD,透過韌體升級方式支援 NVMe 1.3
▲控制器依舊採用 TC58NCP090GSD,透過韌體升級方式支援 NVMe 1.3。

快取記憶體相較 XG5 速度小升級,採用 4Gb LPDDR3-1866 規格
▲快取記憶體相較 XG5 速度小升級,採用 4Gb LPDDR3-1866 規格。

快閃記憶體除了先前提到的 96 層 BiCS4 等相關資訊,據悉 BiSC4 將會是 Toshiba 旗下首款採用 Toggle Mode 3 的產品,介面速度從 Toggle Mode 2 400MT/s 提升至 667MT/s~800MT/s。1TB 版本快閃記憶封裝單一晶粒容量應為 512Gb,其餘容量版本可能會換成 256Gb 以便維持讀寫效能,除此之外對於封裝 TH58LJT2T24BAEG 均無所悉,目前也不知曉 XG6 的 TBW 總耐寫量。

XG6 採用 2 個 TH58LJT2T24BAEG 快閃記憶體封裝,單個封裝應為 512GB/4 通道/TLC 記錄形式,除此之外 Toshiba 並沒有公開相關資料
▲XG6 採用 2 個 TH58LJT2T24BAEG 快閃記憶體封裝,單個封裝應為 512GB/4 通道/TLC 記錄形式,除此之外 Toshiba 並沒有公開相關資料。

效能表現透過 BiSC4 和 SLC cache 技術加持,1TB 容量版本最高循序讀取速度可以來到 3180MB/s,循序寫入速度相較 XG5 提升最多,幾乎是和讀取速度相等的 2960MB/s,甚至超越 Samsung 970 Pro,看來 Toshiba 對於 BiCS4 最佳化相當徹底。

4K 隨機存取部分,讀取和寫入分別為 355000IOPS 和 365000IOPS,相對前一代性能版 XG5-P 也高出一截。XG6 在工作模式的讀寫耗電量為 4.2W 和 4.7W,PCIe L1.2 省電模式則約略為 3mW,控制器運作溫度範圍為 0℃~95℃,其餘零組件則是 0℃~85℃;無論容量大小,Toshiba 均提供 5 年保固。(OEM 客戶根據合約以及負荷條件,可選擇其他保固年限。)

CrystalDiskInfo 抓取的 XG6 產品資訊,產品名稱出現 SAMPLE 字樣,於室溫 25℃ 非操作期間的溫度為 41℃。另外 XG6 也會推出支援 TCG OPAL 2.01 加密版本,型號將從 KXG6A 開頭
▲CrystalDiskInfo 抓取的 XG6 產品資訊,產品名稱出現 SAMPLE 字樣,於室溫 25℃ 非操作期間的溫度為 41℃。另外 XG6 也會推出支援 TCG OPAL 2.01 加密版本,型號將從 KXG6A 開頭。

再度刷新歷史紀錄

按照測試往例,先行使用數個較為快速的測試軟體,得出這款 XG6 的約略體質,藉著再以 IOMeter 進行相當大的壓力測試,考驗廠商的韌體撰寫調校能力。首先是 ATTO Disk Benchmark 測試軟體,筆者選用 Overlapped I/O 和 Neither 子項目,Overlapped I/O 佇列深度選擇 8。


▲ATTO Disk Benchmark Overlapped I/O 子項目,傳輸區塊大小約略 64KB 即可達最高速,讀寫能夠突破 3289MB/s 和 3024MB/s。


▲ATTO Disk Benchmark Neither 子項目,讀寫速度能夠達到 2578MB/s 和 2448MB/s 以上。

經常被大家使用的 CrystalDiskMark,XG6 在此也有不錯的成績,特別是在寫入部分,確實達到宣傳的 2960MB/s,實測約 3035.9MB/s。Anvil's Storage Utilities 以及 AS SSD Benchmark 測試時關閉寫入快取排清,無論是在實際測試數據或是最後的總分結算,也都出現超越前代的表現。


▲CrystalDiskMark 讀寫成績均超越宣傳值,循序讀寫達 3237.0MB/s 和 3035.9MB/s。


▲Anvil's Storage Utilities 總分結算為 13925.10 分,前一代 XG5 約為 11470 分。


▲AS SSD Benchmark 循序讀取為 2839.30MB/s,寫入為 2606.99MB/s,最終總分為 4570 分。


▲將 AS SSD Benchmark 顯示頁面切換至 IOPS,4K-64Thrd 均突破 370000IOPS。


▲AS SSD Compression-Benchmark 測試結果表示 XG6 讀寫速度不受資料可壓縮性影響,讀寫曲線依然具備特有的起伏。

PCMark 8 子項目 Storage 2.0 模擬日常辦公所需 Microsoft Word、Microsoft Excel、Microsoft PowerPoint 軟體,以及創意內容軟體 Adobe Photoshop、InDesign、After Effects、Illustrator,和 2 款遊戲 World of Warcraft「魔獸世界」、Battlefield 3「戰地風雲3」,綜合上述軟體的儲存裝置讀寫需求,測試並判斷目標物的讀寫速度與評分。XG6 在此獲得總分 5101 分,頻寬則為 693.08MB/s。


▲XG6 於 PCMark 8 子項目 Storage 2.0 獲得 693.08MB/s 成績。

為了測試 XG6 1TB 版本 SLC cache 加速區間,使用 HD Tune Pro 針對儲存空間進行連續讀寫測試並記錄速度。讀取前 6GB 區間,速度於 2500MB/s~3000MB/s 之間震盪,之後約是平穩的 2500MB/s。寫入加速區間約為 15GB~16GB,此時寫入速度在 2250MB/s~2500MB/s 之間來回,超過此區間的真實寫入速度約為 1300MB/s~1400MB/s 左右。

以 HD Tune Pro 量測 SLC cache 加速區間,連續寫入 16~17GB 之間可達加速效果,超過此區間的寫入速度約為 1300MB/s~1400MB/s
▲以 HD Tune Pro 量測 SLC cache 加速區間,連續寫入 16~17GB 之間具備加速效果,超過此區間的寫入速度約為 1300MB/s~1400MB/s。

IOMeter 設定 128KB 區塊連續寫入,穩定寫入速度約為 1470MB/s 左右
▲IOMeter 設定 128KB 區塊連續寫入,穩定寫入速度約為 1471MB/s 左右。

IOMeter 是款彈性相當大的儲存空間測試軟體,透過不同的設定,能夠達成眾多測試項目。我們主要用來測試佇列深度對 IOPS 的影響,設定為 4K 對齊、100% 隨機、讀取與寫入佔比分別為 70% 和 30%,佇列深度 1~65536 以 2 的指數增加。另外也使用 IOMeter 量測 SSD 達穩定態(寫滿 2 次以上可用容量)之後的 4K 100% 隨機寫入表現。


▲IOMeter 4K 隨機讀寫 70% 與 30% 占比,佇列深度 64~4096 之間均可超過 200000IOPS。


▲IOMeter 佇列深度與 IOPS 詳細對應資料。


▲4K 隨機寫入 3 小時一致性測試,IOPS 表現呈現震盪緩慢往下的趨勢。


▲IOMeter 4K 隨機寫入 3 小時一致性測試詳細資料。 

替 XG6 加裝散熱片,重度負荷壓力測試的溫度表現約為 61℃
▲替 XG6 加裝散熱片,重度負荷壓力測試的溫度表現約為 61℃。

亮眼表現更精進

Toshiba XG6 搭載最新的 96 層 3D 堆疊 BiCS4 快閃記憶體,加上廠商的韌體微調,確實提供不錯的效能表現,無論是對於自身前代產品 XG5、XG5-P,亦或是其它採用 TLC 記錄形式快閃記憶體的 NVMe SSD,均造成不小的壓力。加上新一代 BiCS4 量產成本優勢,以及自家產品的熟悉程度,構築 1 道具備經濟效益,它廠又不容易跨越的效能城牆。

如無意外,Toshiba 預定將於今年 10 月正式推出產品,距今大約還有 1 個月,筆者率先拿到的產品尚有 SAMPLE 字樣,代表這個表現優異的產品還有進步的空間,或許透過韌體微調能夠在前述效能基礎往上疊加,最終提供不錯的效能與價格比值。

 

廠商資訊

台灣東芝記憶體 https://business.toshiba-memory.com/zh-tw/top.html

測試平台

  • 處理器:Intel Core i7-8700K
  • 主機板:GIGABYTE Z370 AORUS Gaming 5
  • 記憶體:Team T-FORCE NIGHT HAWK DDR4 3200 16GB Kit @2666MHz
  • 系統碟:Transcend MTS800 256GB
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 1803

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