MX500 vs BX500 : DRAM Cache對SSD的影響

美光科技 Crucial MX500 與 BX500 最大的差異在：MX500 有內建 DRAM cache(動態隨機存取記憶體快取)，所以價格稍高；而 BX500 就沒有內建 DRAM cache，因此價格相對低廉。

而 DRAM cache 的主要功能就是：當作業系統傳送過來的資料要寫入 3D NAND Flash 之前，會先把資料存放在 SSD 的高速 DRAM cache 裡面，而在 DRAM cache 的暫時性存放資料，再依照 SSD Firmware(韌體)的資料管理機制，依序寫入 3D NAND Flash 裡面，達到資料保存的目的。通常會把常使用的資料備份在 DRAM cache 裡面，透過有效率的重複使用之前擷取或運算的資料，達到提高 SSD 讀寫速度的目的。

BX500、 MX500 的市場資訊

官方網站：Micron Crucial MX500
官方讀寫效能測試軟體：IOMeter

Micron Crucial MX500 外觀

Micron Crucial MX500 的外殼採用鋁合金類材質。

而 Crucial BX500 的外殼，卻是採用塑膠材質。

來自 PChome 的資訊

兩款 SSD 在 PChome 網站的售價差距並不大，看的出來，屬於入門價格導向的 BX500，大概便宜幾張鈔票。

Google 找到的文章數量

在 Google 搜索引擎找文章的話，會發現 MX500 的數量遠多於 BX500 。

我猜可能的原因應該是：比較早上市販賣，所以累積較多的文章。

電路板差異: BX500 vs MX500

PCB 大小

從下圖看的出來，BX500 是塑膠外殼，散熱能力差；MX500 是鋁合金外殼，散熱能力佳。

而圖中，也可以看到 MX500 的 PCB ，不僅比較長，也比較寬。

PCB 單面打件

MX500 電路板屬於單面打件，在圖中看到背面完全沒有零件上件。

而電路板的正面，打上了 4 顆 3D NAND Flash 、 1 顆 DDR3 或 DDR3L 、 1 顆 SM2258  控制晶片、電源與被動零件，而在 SM2258 控制晶片上面，還貼了一片散熱材質。

SSD 技術名詞解釋

更多 SSD 專有名詞的介紹，可以參考：正確選擇M.2 NVMe或SATA固態硬碟。文章中有分享：

如何選擇多大容量的 SSD？
SATA, PCIe Gen 3 與PCIe Gen 4 NVMe SSD 的效能比較
Iometer 測速軟體完整參數介紹
SLC, MLC, TLC, QLC and 3D NAND Flash 的比較表
NAND Flash 先天上的物理限制
延長 SSD 使用壽命的技術
什麼是 2D NAND？3D NAND 呢？

NAND  flash 讀寫速度估算

NAND flash 的讀寫速度計算很複雜，一般來說，需要從使用的 NAND flash datasheet ，找到 AC characteristic table 中以下參數的數據，來計算:

• tCAD
  • Send address and command
• tWB + tR
  • Read data from the NAND Flash Array into the data register
• tDQS、tDBSY、tCK、tCCS、…
• page 大小
• Lun 數量
• plane 數量

而讀取與寫入的操作時序圖，又不一樣。所以，簡單來說，大約可以用 300Mbps 來估算一顆 NAND flash 的讀寫速度。

DRAM Cache 的功能

在下圖中，可以看到整個 SSD 內部介面的理論預估速度。理論上都會支援【寫入快取】的功能，但是假使有支援【讀取快取】的話，廠商會特別註明。

• SATA 3.0：6Gbps
• DDR3-1600：25.6Gbps
• 4 channel NAND flash：~1.2Gbps

所以，當具備 DRAM cache 的SSD，啟動【寫入快取】的話，資料的流向就會從 SATA 介面傳到 SM2258，再從 SM2258 傳送到 DRAM 作暫存，最後才會將 DRAM 的暫存資料寫到 NAND flash。

也就是說，當主機端把資料送到 DRAM cache 後，雖然還沒有真正的寫入 NAND flash ，主機端也會認為已經完成資料寫入的操作了。在這種情況下，整個傳輸資料的瓶頸就會落在 SATA 3.0 的介面。

另一方面，當寫入資料量大於 DRAM 的可暫存容量的話，那麼整個傳輸速度又會降低下來，約落在沒有 DRAM Cache 時的狀況。這種情況可以用 AMD StoreMI 的測試結果，來做類比，當資料量大於 2GB 的話，明顯看到曲線大幅下降的結果。

SSD 的備用電源設計

在上圖中，並沒有看到 Micron Crucial MX500 設計了多顆並聯電容，做為電腦不正常斷電時，可以提供備用電源給 SSD 使用，將 DRAM cache 的資料，完整的寫入 NAND flash 。

不過，Micron 官方說法是因為改變了 NAND flash 的寫入方式，降低寫入時的耗電量，所以大量的積層陶瓷電容可以被省略，依然可以在意外斷電時，不會讓資料遺失。

常見在備用電源電路的電容類型:

• 電解電容
• 積層陶瓷電容
• 鉭質電容
• 鋁聚合物固態電容

MX500 vs BX500 效能測試結果

這裡提供的測試數據僅供參考，數字並不代表這兩款 SSD 的最佳效能結果。

只能說在相同的軟硬體條件下，兩款 SSD 的效能差距有多大。

畢竟在前面章節中，都看到兩款 SSD 確實存在價格的差異。

準備進行測試時，注意到兩顆 SSD 的待機溫度。MX500 只有 26 度，而 BX500 卻是 34 度。

看起來，電路板的大小真的對散熱有絕對的關係。

電腦規格

CrystalDiskMark 測試結果

CrystalDiskMark 可以調整的參數有點少，只能看到：
4KiB 的隨機讀寫結果
1024KiB 的連續讀寫結果

參數說明：

【連續讀寫】結論：

讀取：只有在小檔案(50MiB)的時候，BX500 會差一點，其餘的檔案大小，兩款 SSD 幾乎是一樣的速度。

寫入：從結果看起來，似乎 BX500 比較好一點。

【4KiB Q32T1 隨機讀寫】結論：

不論是讀取或寫入，MX500 數據呈現穩定的水平線，不像 BX500 ，在大檔案的讀寫會降低效能。

【4KiB Q16T1】結論：

趨勢上與【4KiB Q32T1】的結論一致。

【4KiB Q1T1】結論：

讀取效能比寫入效能差，不過，大致上的趨勢與【4KiB Q32T1】的結論相近。

IOmeter 測速軟體設定

IOmeter 參數說明：

• Topology 欄位：
  • 因為 Ryzen 3600 是 6 cores / 12 threads，所以會看到 12 個 Worker
• Targets 欄位：
  • 有做格式化的硬碟，會用黃色來表示；未格式化會用藍色來表示。
  • 編號 1 與 2 就是這次要測試的 SSD
    • 編號 1 是 Crucial MX500
    • 編號 2 是 Crucial BX500
  • 在前方方塊點一下，出現紅色 X 就是等一下要測試的 SSD 。
• Maximum Disk Size：
  • 預設【 0 】，代表整顆 SSD 的容量都會進行測試。
• Starting Disk Sector：
  • 預設【 0 】，代表從編號 0 的 sector 開始測試。
• # of Outstanding I/Os：
  • 就是 Queue Depth 的意思。
• Run Time：
  • 每個 Script 執行 180 秒。
• Ramp Up Time：
  • 在記錄每個測試 Script 的速度之前，有 120 秒的效能數據不會被記錄到報告中。
• Cycling Options：
  • 選擇【Cycle # Outstanding I/Os and Targets — run step outstanding I/Os on step targets at a time】，程式會自動增加 # of Outstanding I/Os 的值，從 1, 2, 4, 8, 16 到 32，跑完後才會進行下一個 Script 。

IOmeter 測試結果 – 不同資料大小

註1：IOmeter 的 Outstanding I/O 就是佇列深度 (QD, Queue Depth) 的意思
註2：Iometer Worker 的數量取決於系統上的 CPU 個數，通常每個 Worker 只分配給一個磁碟執行；也就是一個 Worker(Thread, 執行緒)只會針對一個磁碟進行讀寫測試。

• 藍色曲線:
  • 代表 Crucial MX500 的效能
• 橘色曲線:
  • 代表 Crucial BX500 的效能
• 水平軸的數字:
  • 代表用固定的封包大小 ( 512Byte, 4KiByte, 16KiByte,…, 256KiByte ) 進行測試，測試時間為 180 秒。
• 垂直軸數字:
  • 代表每秒可讀/寫多少 MByte

循序讀取 (Sequential Read)

循序寫入 (Sequential Write)

隨機讀取 (Random Read)

隨機寫入 (Random Write)

IOmeter 測試結果 – 不同佇列深度

Iometer 連續讀寫測試數據的圖表說明：
X 軸：【QD】指的是 Queue Depth，也就是 Iometer 【Outstanding I/Os】的意思
Y 軸：測試數據的單位，Megabytes per second (MB/s)
測試資料大小：128 KiB。以 1024 當成千，所以是 128 bytes * 1024
測試時間：每個 QD 都傳送固定的資料大小到 SSD，時間持續 5 分鐘。結束後，再進行下一個 QD 值進行相同測試

Iometer 隨機讀寫測試數據的圖表說明：
X 軸：【QD】指的是 Queue Depth，也就是 Iometer 【Outstanding I/Os】的意思
Y 軸：測試數據的單位，IOPS 就是【每秒的讀寫次數】
測試資料大小：128 KiB。以 1024 當成千，所以是 128 bytes * 1024
測試時間：每個 QD 都傳送固定的資料大小到 SSD，時間持續 5 分鐘。結束後，再進行下一個 QD 值進行相同測試

IOmeter 測試結果 – 即時讀寫數據

上一個章節(IOmeter 測試結果 – 不同佇列深度)是讀寫速度平均值的圖例，這一章節深入分析每一秒讀寫速度的變化情況。

測試條件均與上一章節完全相同。

循序讀寫即時數據(Real Time Sequential Read/Write)
圖表說明
R/W(100%:0%)：循序讀取
R/W(0%:100%)：循序寫入
X 軸：秒
Y 軸：測試數據的單位，Megabytes per second (MB/s)

隨機讀寫即時數據(Real Time Random Read/Write)
圖表說明
R/W(100%:0%)：隨機讀取
R/W(0%:100%)：隨機寫入
X 軸：秒
Y 軸：測試數據的單位，IOPS 就是【每秒的讀寫次數】

常見問題

DRAM cache 對 SSD 有加分效果

不論是 SATA SSD 或 PCIe Gen3 / Gen4 / Gen5 NVMe，建議優先考慮內建 DRAM cache 的固態硬碟，好處有：
更快的資料存取速度
降低延遲
改善隨機 I/O 性能
高耐用度

最新價格資訊：