NVMe M.2 SSD: 三星 V-NAND 970 Evo Plus心得

在網路上,很常看到大家問一個問題: NVMe M.2 SSD 該選那一個呢?【 WD SN750 黑標 】v.s.【 Samsung 970 EVO Plus 】

其實,這個問題也曾經困擾我。所以,前一陣子就先買了一隻相對便宜的 WD SN750 黑標 M.2 SSD 來使用。這幾個月下來,也沒發生過什麼問題。而為什麼一直都沒有考慮討論度更高、 CP 值也不錯的 XPG SX8200 PRO 呢?原因就在於廠商會自行封裝 NAND Flash ,無法得知相關顆粒的製造資訊。全球 NAND Flash 領導製造商,就是 Samsung 、SK Hynix 、 Kioxia/WD 、 Micron 、 Intel 而已,對於公開透明的顆粒資訊,消費者會感到比較有保障。

現在,剛好有機會可以入手第二支 M.2 SSD ,當然就輪到三星 V-NAND M.2 970 Evo Plus SSD 了。跟 WD SN750 一樣,都會贈送 SSD 的管理軟體(Samsung Magician),可以用在 SecureErase 、 進行基本的性能測試、與 OS 進行最佳化設定 、韌體升級。

01 Samsung Magician SSD management utility
Samsung Magician NVMe SSD management utility

NVMe M.2 SSD【970 Evo Plus 】v.s【 SN750 】規格比較

三星 SSD 在台灣的售價,一向不親民,所以身邊用的人真的不多,可能跟台灣人買東西很重視 CP 值有關係。會買來用的除了識貨的玩家外、就是粉絲、不然就是公司配備,討論度當然遠不如 Intel、WD、Micron。但是,三星在 NAND 業界技術龍頭的地位,還是無法被忽視的。

在這篇文章中,主要是想要了解一般電腦使用者,買回來之後就安裝在電腦上面,不做多餘的設定下,是不是也可以享受達到官方所宣傳的讀寫效能呢?假使不行的話,落差有多大呢?

關於完整 Samsung 970 EVO Plus 的規格,就直接參考官方網站,下面表格只列出 WD SN750 與 970 EVO Plus 的官方效能數據。

官方數據( NVMe 500GB )970 Evo PlusSN750
InterfacePCIe Gen3 x4PCIe Gen3 x4
Warranty5 Year or 300 TBW5 Year or 300 TBW
Sequential Read MB/s3,5003,430
Sequential Write MB/s3,2002,600
Random Read 4KB IOPS(QD=32)480K420K
Random Write 4KB IOPS(QD=32)550K380K
Samsung 970 EVO Plus v.s. WD SN750 官方效能規格數據

測試環境說明

用了一台很常見的電腦規格來做測試:

  • M/B: ASUS TUF GAMING X570 PLUS
  • CPU: AMD Ryzen 3600
  • RAM: Micron 16GB x 2 (O.C. 3200)
  • OS SSD: Micron MX500 250 GB
  • OS: Windows 10 Professional 2004 64-bit
  • Driver: Samsung NVMe Driver

為什麼要使用 IOmeter 這一套軟體來測試呢?因為

  • 三星說:
    • Performance measurements based on IOmeter 1.1.0….
  • 小編說:
    • 可設定多種自動化跑法,然後存成報表,方便做資料整理,節省時間!

所以在跑測試的時候,每一個測試都跑 3 分鐘,將最後 1 分鐘的數據畫成圖表來比較。

為什麼不用 Windows 10 內建的驅動程式呢?

  • 因為三星有提供專屬的驅動程式,無腦安裝就可以完成了。
  • 當然,也可以使用內建的驅動程式,只是我沒有比較過差異。

需要探討 MLC or TLC NAND Flash嗎?

  • 不需要,因為
    • 那些課題是技術人員該去解決的品質問題
    • 消費者在正常使用下,只要知道 5 年保固就可以了。壞了,找原廠處理。
    • 在市場上,方便取得的主流產品以 3D TLC NAND 為主的話,假使去探討舊產品(SLC、MLC NAND)的優點,有意義嗎?

一般消費者該關心 TBW( Terabytes Written ) 才對!

假使真的害怕 TLC NAND 的先天抹除次數太少,容易造成 SSD 無法寫入的話。那麼在挑選 SSD 之前,應該先問自己每天會寫入多大的資料量到 SSD 呢?

970 EVO Plus 500GB 為例子,三星保證 TBW 值是 300 TB,所以用 5 年保固來計算的話,

  • 300 TB / 5 年 / 365 天 = 164.4 GB per day

也就是一天平均可以承受的寫入量為 164.4 GB,大約是 970 EVO Plus 500GB 三分之一左右的容量。

而這種大量的寫入容量,對於一般電腦使用者來說,幾乎是達不到的。除非是規模小的工作室,進行影片剪輯、大量數據運算的高階工作,或許有可能會達到。不過,要解決這種問題有幾種方法:

  1. 購買更大容量 SSD ( e.g. 1TB, 2TB )
  2. 使用主機板 RAID 的功能 ( e.g. RAID-0 )
  3. 考慮商用的 Storage server

NVMe SSD 測試數據: Samsung 970 EVO Plus

關於 IOmeter 測試軟體的參數設定,其實與前一篇文章使用的設定一樣,有需要了解參數意義的話,可以參考【DRAM Cache對SSD的影響( 3-3、IOmeter 測試參數設定)】。

測試圖當中,可以看到即時讀寫的流量變化,而不是像 CrystalDiskMark 或類似的軟體,看到的是平均值

  • X 軸: 時間,單位: 秒
  • Y 軸: 流量,單位: MB/s
  • 相同的資料大小(Data size 或 block size)下,使用不同 QD 值,得到的流量值
  • Sequential Read / Write: 使用的 Data Size =256KiB
  • Random Read / Write: 使用的 Data Size =4KiB

Samsung NVMe SSD Sequential Read Throughput

在圖 1 中,看的出來 QD = 1 的即時流量曲線,而它的平均值大概只有 2,566.51 MB/s 而已。其餘的 QD 值,平均值都還有約 3,350 MB/s 以上。

11 Samsung NVMe M.2 V-NAND SSD- 970 EVO Plus Sequential Read 256KiB
圖 1、Samsung V-NAND SSD: 970 EVO Plus Sequential Read Data Size = 256KiB

Samsung NVMe SSD Sequential Write Throughput

圖 2, 相當有趣的一件事,就是當 QD = 8, 16, 32 的時候,Sequential Write 的流量會短暫的大幅增加。不曉得是不是因為安裝了 Samsung 客製化的驅動程式,與 Intelligent TurboWrite technology 有關係。而這個現象,卻是平均值方式的測速軟體,無法看到的現象。

另外一點,測試數據低於三星官方宣稱的數據,只能相信是: Performance may vary depending on … system hardware …and other factors.不過,小編也很好奇,官方宣傳的數據指的是平均值是 3,200 MB/s ?還是瞬間最大值是 3,200 MB/s 呢?

假使官方是指瞬間最大值是 3,200 MB/s 的話,其實也是符合本文的測試結果。不過,這一點無法證實,就留給各位去評斷了。

Samsung:

Sequential and random write performance was measured with Intelligent TurboWrite technology being activated. The sequential write performances for the portion of data exceeding over Intelligent TurboWrite buffer size are: 400 MB/s for 250GB, 900 MB/s for 500GB, 1700 MB/s for 1TB and 1750 MB/s for 2TB. The random write performances for the portion of data exceeding over Intelligent TurboWrite buffer size (tested with QD 32 Thread 4) are: 100,000 IOPS for 250GB, 200,000 IOPS for 500GB, 400,000 IOPS for 1TB and 420,000 IOPS for 2TB. Performance may vary depending on SSD’s firmware, system hardware & configuration and other factors.

  • 假使計算每個 QD 的平均值:
    • QD = 1 ( average ) : 845.2 MB/s
    • QD = 2 ( average ) : 843.1 MB/s
    • QD = 4 ( average ) : 836.9 MB/s
    • QD = 8 ( average ) : 1003.3 MB/s
    • QD = 16 ( average ) : 995.2 MB/s
    • QD = 32 ( average ) : 991.9 MB/s
12 Samsung NVMe M.2 V-NAND SSD- 970 EVO PlusSequential Write 256KiB
圖 2、Samsung V-NAND SSD: 970 EVO Plus Sequential Write Data Size = 256KiB

Samsung 970 EVO Plus Random Read Throughput

圖 3 當中,並沒有使用 IOPS 值來表示,畢竟流量值比較直覺;另一點,因為Data Size 固定在 4 KiB,所以也可以自行換算成 IOPS 值。

  • Throughput = IOPS x Data Size
  • 直接寫出 IOPS 值給大家參考:
    • QD = 1 ( average ) : 23,150 IOPS
    • QD = 2 ( average ) : 46,030 IOPS
    • QD = 4 ( average ) : 88,023 IOPS
    • QD = 8 ( average ) : 153,658 IOPS
    • QD = 16 ( average ) : 228,460 IOPS
    • QD = 32 ( average ) : 224,459 IOPS

QD = 32 的測試結果,約只達到官方宣稱( 480K )的一半左右。只能說一般消費者的電腦等級,只能享受到這種讀寫速度吧?!

13 Samsung M.2 V-NAND SSD- 970 EVO PlusRandom Read 4KiB
圖 3、Samsung V-NAND SSD: 970 EVO Plus Random Read Data Size = 4KiB

Samsung 970 EVO Plus Random Write Throughput

圖 4 也是與圖 2 有相同的現象,流量(或說 IOPS )會有短暫的大幅增加。至於測試數據,真的也遠低於官方宣稱的效能等級。

14 Samsung M.2 V-NAND SSD- 970 EVO PlusRandom Write 4KiB
圖 4、Samsung V-NAND SSD: 970 EVO Plus Random Write Data Size = 4KiB

兩款 NVMe M.2 SSD,哪一款比較推薦呢?

平心而論,使用相同電腦配備,分別針對 Samsung NVMe V-NAND SSD: 970 EVO Plus 與 WD SN750(詳細測試數據: 請點我) 做比較,各有優缺點:

  • 效能方面
    • 970 EVO Plus 真的是比 SN750 擁有快一點的讀寫速度
    • 實際應用(傳大檔案、解壓縮、轉檔), WD SN750只慢幾秒而已,幾乎無感
  • 價格方面
    • SN750 無散熱片的版本,價格比較吸引消費者
  • 維修方面:
    • WD 方便、快速,重點是不囉嗦
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