小體積大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD 1TB 實測更有高價值應用環境表現

NVMe SSD 追求高速的同時,難免伴隨高溫廢熱,控制器耗電量更水漲船高,對於小型、行動產品相當不利。Toshiba Memory 除了生產高速 XG6 系列 M.2 NVMe SSD,同時也針對輕薄導向產品推出 BG4,使用 M.2 1620 或是 M.2 2230 尺寸,兼顧體積、容量,實測更有不俗的效能表現。

瞄準輕薄市場

Toshiba Memory 即將在今年 10 月 1 日起正式更名為”鎧俠 (KIOXIA)”, Toshiba Memory 所生產的 NAND 型快閃記憶體 BiCS 系列,為多數 SSD 內部快閃記憶體選用的主力顆粒之一,最新大量量產出貨的 BiCS 4 世代,內部採用 3D 堆疊方式架設 96 層,相對前一世代 BiCS 3 的 64 層,單一面積儲存密度提升不少,能夠在同樣封裝面積、體積提供更高的儲存容量。

Toshiba Memory 自家品牌也利用 BiCS 4 推出 2 個客戶級系列產品,分別為專注於高速應用的 XG6 系列 M.2 2280 NVMe SSD,另外 1 個則是今日主角 BG4 系列 M.2 1620、M.2 2230 NVMe SSD。後者主要市場目標為輕薄導向的電腦產品,如小型、迷你型桌上型電腦、筆記型電腦、嵌入式裝置,亦可作為伺服器的開機碟用途。

Toshiba Memory BG4 1TB 規格

  • 產品型號:KBG40ZNS1T02
  • 外觀形式:M.2 M key 2230
  • 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

小體積、大容量

Toshiba Memory BG 系列 NVMe SSD 以輕薄短小為主要訴求,將 SSD 控制器晶片與自家 BiCS 快閃記憶體晶片封裝在長寬 20 x 16(mm)的 BGA 當中,最小能夠以 M.2 1620 尺寸直接焊在電路板。如果需要可抽換產品的規格,同時也提供 M.2 2230 尺寸可供選擇,採用一般的 M.2 插槽key M 插卡方式安裝。

目前 BG 系列最新一代為 BG4 產品,特色為採用自家 BiCS 4 3D 堆疊 96 層 TLC 紀錄形式快閃記憶體,由於單位面積可儲存的容量變多,相較前一世代 BG3 採用 BiCS 3 64 層堆疊,BG4 多出 1024GB/1TB 容量規格,讓選擇性變得更為廣泛,需要大容量的使用情境也無需改用 M.2 2280 產品。

▲ BG4 仍採用與前一代 BG3 相同的 M.2 1260 與 M.2 2230 規格(圖片所示為後者),但因採用新一代儲存容量密度更佳的 BiCS 4 快閃記憶體,除了過往 128GB、256GB、512GB,更新推出 1024GB/1TB 容量等級可供選擇。

這次我們評測的產品為 BG4 1024GB/1TB 容量等級,採用插卡式 M.2 2230 封裝,為市面上尺寸最小巧的可拆卸式 SSD。BG4 之所以能夠保有纖細的身材,主因為 Toshiba Memory 採用 SSD 控制器與 NAND 整合封裝成單一 BGA 形式,1TB 版本 M.2 2230 電路板上僅有 1 個標示為 KBG40ZPZ1T02 黑色晶片與 3.3V/1.8V/1.2V 轉換電路。

▲ 本次測試品項為 Toshiba BG4 1024GB/1TB 容量版本,外觀規格採用 M.2 2230-S3 單面上料設計。

▲ BG4 1024GB/1TB 容量版本於 M.2 2230 正面焊上 1 個標示為 KBG40ZPZ1T02 黑色晶片,若為支援 SED 自我加密版本,將變更為 KBG4AZPZ1T02。

▲ BG4 電路板背面並未焊有零組件,以便相容輕薄型電腦產品內部狹小空間。

BG4 透過 BiCS 4 快閃記憶體升級最高容量級距,一同封裝的 SSD 控制器效能也有所提升,對外溝通橋梁從 BG3 的 PCIe 3.0 x2 提升 2 倍來到 PCIe 3.0 x4,讓介面頻寬不成為傳輸速度瓶頸。相對 BG3 系列最高循序讀取速度為 1520MB/s,BG4 容量全線提升至 2000MB/s 以上,1TB 版本更可達 2300MB/s。

4K 隨機存取表現部分,BG4 128GB 容量級距讀寫分別為 200000IOPS 與 150000IOPS,256GB 和 512GB 擁有相同的表現 330000IOPS 與 190000IOPS,1TB 則屬最高效能表現 390000IOPS 和 200000IOPS。

▲ Toshiba BG4 全線容量規格比較表,之後也會推出支援 TCG OPAL 2.01 SED 自我加密型號。

由於產品講究輕薄短小,因此 BG4 採用 HMB(Host Memory Buffer)技術,SSD 並未額外安裝/封裝 DRAM 作為快取記憶體使用,而是透過 PCIe 通道向安裝主機借用一部分的系統記憶體。經過實測,BG4 1TB 容量版本將向系統要求 61MB,最少則需提供 23MB 讓 HMB 功能正常執行;當然,是否給予記憶體、給予多少記憶體的最終決定權握在 NVMe 驅動程式/作業系統手中。

▲ HMB 功能可讓 NVMe SSD 向主機商借 1 小部分記憶體,作為 SSD 快取與其它功能管理使用。

▲ BG4 1TB 容量版本 HMB 功能,預設向主機要求調用 61MB(15616 x 4KB)系統記憶體,最少則要求 23MB(5888 x 4KB)。

根據 Toshiba Memory 自行公布的 BG4 規格書與白皮書,BG4 運作耗電量相較 BG3 同樣容量等級,約高出 0.2W~0.4W 左右不等,倘若加進 BG4 效能提升幅度,BG4 每傳輸單位的耗電量反而下降許多。BG3 512GB 每 MB/s 單位讀取、寫入需耗費 0.97mW 和 1.16mW,但 BG4 1024GB 卻只要 0.78mW 和 0.98mW,分別下降約 19.6% 和 15.5%。

▲ BG4 效能提升的同時,每讀寫 MB/s 單位耗電量也隨之下降。

▲ BG4 1024GB/1TB 容量版本實際可用範圍為 976762MB,約為 953.87GB。

▲ 透過 CrystalDiskInfo 軟體觀察 BG4 1024GB/1TB 資訊,介面採用 PCIe 3.0 x4,支援 NVMe 1.3 協議,於 Windows 10 桌面待機溫度為 41℃。

低佇列深度最佳化

NVMe 協議其中 1 個優於 AHCI NCQ 的改革,在於命令佇列的改善,AHCI 僅允許單個命令佇列,佇列當中僅能放置 32 個命令,也就是平常所說的佇列深度。NVMe 擴大佇列的規模,可擁有最多 65535 個命令佇列,以便發揮電腦系統多核心處理器的平行運算能力,單個命令佇列深度則可達 65536 個命令。

雖然 NVMe 協議允許相當多的佇列以及佇列深度,但是一般消費市場應用環境,存取工作較為零散,能夠實際應用這麼多佇列深度的狀況並不常見。BG4 應用重點之一為安裝作業系統執行開機任務,因此從下列測試項目反映內容而言,BG4 可說是針對低佇列深度存取最佳化,PCMark 8 Storage 子項目測試拿到相當好的成績。

▲ 速食型 CrystalDiskMark 測試,BG4 循序讀寫可達 2300MB/s 以上,加大對外通道至 PCIe 3.0 x4 有其必要性,4KBQ1T1 表現則與 M.2 2280 高速型 NVMe SSD 相仿。

AS SSD Benchmark 可呈現 BG4 於不同讀寫測試的速度,以 MB/s 和 IOPS 方式分別呈現,由於 BG4 強調整合封裝小型化能力,因此最終呈現分數為 3866 分。而在 Compression-Benhmark 部分,雖然寫入速度較具起伏狀況,但傳輸速度大致不受資料可壓縮度影響;此外讀取曲線特有的形狀,則可看出 BG4 SSD 控制器或許和 Phison 有著不小的關聯。

▲ BG4 於 AS SSD Benchmark 獲得 3866 分,循序寫入超過 1200MB/s、讀取則超過 1800MB/s。

▲ BG4 在 AS SSD Benchmark 4K-64Thrd 子項目的讀取表現為 421603IOPS,寫入則是 195709IOPS。

▲ 雖然 Compression-Benhmark 寫入曲線呈現較大的起伏,但 BG4 存取速度應不受資料可壓縮度影響。

ATTO Disk Benchmark 透過不同的傳輸區塊大小,提供待測儲存空間的效能參考。BG4 於佇列深度 32 設定,循序讀寫大約在 16KB 之後即可達到高速區,最快讀寫速度分別為 2.26GB/s 和 1.76GB/s。IO/s 部分,寫入高速區為 16KB 之前,讀取高速區則有些意思,2KB~16KB 才是高速區間,不若其它 SSD 直接從 512Byte 開始。

▲ ATTO Disk Benchmark 於佇列深度 32 設定值,BG4 讀寫速度大約從 16KB 傳輸區塊大小後進入高速區,最高可達 2.26GB/s 和 1.76GB/s。

▲ BG4 於 ATTO Disk Benchmark IO/s 表現有其特殊之處,讀取表現最高效能約在 2KB~16KB 之間,其它 SSD 大致從 512Byte 開始就是高速區間,之後依序遞減。

綜合讀寫測試 Anvil's Storage Utilities,BG4 繳出總分 11072.5 分,讀取與寫入分數各自約佔 5150 分和 5900 分。PCMark 8 Storage 透過模擬遊戲、內容創意軟體、辦公室軟體的讀寫狀況進行測試,BG4 於此繳出相當亮眼的成績,總分為 5100 分,頻寬為 688.31MB/s,比起現今多數 M.2 2280 NVMe SSD 表現還要好,這表示 BG4 在日常實際應用部分相當優秀。

▲ BG4 於 Anvil's Storage Utilities 測試繳出 11072.5 分。

▲ PCMark 8 Storage 模擬日常作業讀寫狀態,量測儲存空間的實際應用效能,BG4 在此獲得 5100 分、頻寬 688.31MB/s 的好成績。

在 BG4 官方白皮書當中,清楚記載本款 SSD 支援 SLC 寫入快取,加速寫入速度。以 HD Tune Pro 量測,1024GB/1TB 容量版本 SLC 快取區間約為 16GB~17GB,此區間內的寫入速度約為 1300MB/s~1350MB/s,以外的 TLC 實際寫入速度約為 650MB/s 左右。若以 IOMeter 量測,去除檔案轉換累贅的 TLC 真實寫入速度約為 680MB/s 左右,

▲ HD Tune Pro 量測 BG4 1024GB/1TB 容量版本的 SLC 快取區間約為 16GB~17GB 之間,寫入速度約為 1300MB/s~1350MB/s,以外 TLC 空間寫入速度約為 650MB/s。

▲ IOMeter 量測 BG4 TLC 真實寫入速度約為 680MB/s 左右。

透過可程式化能力相當不錯的 IOMeter,來檢視 SSD 於髒蝶情況的一致性效能表現,先向 BG4 寫入 2 倍以上容量資料,緊接著執行 3 小時 4K 100% 隨機寫入,每 5 分鐘輸出 1 次 IOPS 數值。BG4 由於產品定位以及快閃記憶體封裝數量的關係,IOPS 未達 1 萬以上,但分析整體資料趨勢圖,IOPS 曲線斜率為正值,表示 BG4 即便在負載相當吃重的應用,仍可維持一定水準的效能表現。

▲ BG4 1024GB/1TB 於 IOMeter 一致性測試表現十分良好,IOPS 隨著時間過去持續上升。

▲ BG4 1024GB/1TB 於 IOMeter 一致性測試詳細數據。

佇列深度對於 BG4 的效能表現影響,此處同樣使用 IOMeter 進行測試,採用 4K 100% 隨機、讀取 70%、寫入 30% 設定。測試結果與先前推論結果相同,BG4 是款針對低佇列深度最佳化的 SSD,IOPS 存取表現雖然跟著佇列深度加深而成長,但最高效能出現在佇列深度 1024,此後即便加深佇列深度,IOPS 表現仍舊是 15000IOPS 左右。

▲ BG4 1024GB/1TB IOMeter 4K 100% 隨機、讀取 70%、寫入30% 的佇列深度測試結果,佇列深度 512、1024 表現為 54000IOPS 以上,更深的佇列深度無法提升效能,維持在 15000IOPS 左右。

▲ IOMeter 4K 100% 隨機 70% 寫入、30% 讀取,BG4 1024GB/1TB 的 IOPS 效能資料。

迷你大肚量、應用不脫鏈

透過 BGA 單一封裝,Toshiba Memory 成功讓 NVMe SSD 體積縮小至 M.2 1260 或是 M.2 2230,可以裝入小型、迷你型電腦、輕薄筆記型電腦當中,BG4 並透過新一代 BiCS 4 3D 堆疊 96 層快閃記憶體,將最大容量提升至 1TB 等級,效能部分更於 PCMark 8 Storage 取得 688.31 MB/s 頻寬,甚至超越許多強調高速讀寫的 M.2 2280 NVMe SSD。

▲ BG4 於 IOMeter 效能一致性測試當中,控制器感知溫度為 62℃(室溫 25℃),官方運作環境溫度標示為 0℃~85℃。

另一方面,小型、迷你型電腦可能會遇到的問題為散熱效果受限,BG4 於劇烈操駕環境,S.M.A.R.T. 回報溫度僅有 62℃,這是未安裝散熱片的數值,若是實際安裝於輕薄型筆記型電腦,加裝導熱墊透過內部電路版或是金屬外殼散熱,數值還有可能更低。BG4 相對於 XG6 SSD 而言,在小體積當中擁有不錯的容量比值,效能與溫度實測更有令人滿意的數值。

 

廠商資訊

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

東芝記憶體即將在今年 10 月 1 日起正式更名為”鎧俠 (KIOXIA)

產品資訊

Toshiba Memory BG4 Series

延伸閱讀

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:Plextor M9Pe(G) 512GB
  • 作業系統:Microsoft Windows 10 Pro 64bit 1903

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