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

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

台灣鎧俠 (KIOXIA) https://business.kioxia.com/zh-tw/ssd/client-ssd/bg4.html

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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