SSD 4K 對齊 : Windows 10的效能差異

SSD 4K 對齊 : Windows 10的效能差異

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SSD 4K 對齊 重要嗎?

SSD 4K 對齊 關鍵其實不在於分割磁碟,而在於格式化。廠商標識的理論速度,一般消費者不容易測試出相同的效能。剛好手上有幾顆SATA SSD,就拿來隨便玩看看。因為不追求跑分高低,所以也只拿了家裡的普通電腦來測試,這應該是最接近真實使用狀況吧~

簡單來說,傳統機械硬碟(Hard Disk Drive,HDD)的讀寫操作都是以磁區作為單位,而每個扇區(sector)的大小是512位元組(Byte)。但是,固態硬碟(Solid-State Drive 或 Solid-State Disk,SSD)採用快閃記憶體(NAND Flash)作為儲存單元,最小儲存單位(稱為page)為4KB。所以,當我們要讀或寫一份大小為4KB的資料時,沒有4K對齊的SSD需要進行兩次的磁區資料調取操作;然而進行4K對齊後的SSD,就能將資料與SSD快閃記憶體(NAND Flash)的最小存儲單元對應,在一次讀寫操作中就能完成資料的讀或寫了。

儲存裝置(SSD)為了提高容錯能力和讀寫速度,將原來的每個扇區512Byte改為每個扇區4096Byte。也就是現在常說的【4K對齊】。符合【4K扇區】定義格式化過的硬碟,並且按照4K的規則寫入數據,理論上可以提升讀寫效能。

1、BIOS設定

在SSD 4K 對齊之前,要先進入BIOS完成以下設定。另外,安裝Windows 10作業系統,不需要啟動CSM(全名Compatibility Support Module是【兼容性支持模塊】)。關閉CSM的話,開機就會變成純UEFI啟動,且完全支持安全啟動(Secure Boot)。

早期因為Windows7不完全支持UEFI,假使想安裝Windows 7系統的話,就是要更改BIOS設定,不能使用【純UEFI】開機,而且必須要禁用【Secure Boot】。

SSD安裝Windows 10的BIOS設定:

1、選擇AHCI模式 — > BIOS的【SATA設定】啟用【AHCI模式】

2、將SSD插在SATA3 (6GB/s)

3、系統開機啟動,選擇【Legacy】(不要用UEFI)

03_ SSD 4K 對齊 WIN10的效能差異 BIOS AHCI_640x768
啟用【AHCI】模式
關閉CSM,開機時不要選UEFI開機

2、UEFI、Legacy開機模式安裝Win10的差異

在安裝Microsoft Windows 10之前,先到Microsoft網站下載最新Windows 10安裝檔到USB隨身碟,然後用USB隨身碟開機進行安裝。

微軟 Windows 10安裝檔連結

因為SSD相對於一般傳統硬碟來說,速度是最大的特色與誘因。所以,在完成Windows 10安裝後,可以用AS SSD Benchmark 軟體來檢查SSD是否有成功完成4K對齊。這其實是一套SSD專用的測速軟體,它會顯示與SSD有關的系統資訊,不僅是免費還附加實用的功能。

AS SSD Benchmark官方網站連結

04_ SSD 4K 對齊 WIN10的效能差異 CSM disable 4K alignment check_500x180
UEFI開機模式安裝Win10結果
Legacy開機模式安裝Win10結果

圖中左上角綠色文字代表【AHCI模式】及【4K對齊】的支援結果。不論是 630784K 或 1024K,都代表是SSD 4K對齊。(如果出現紅字寫BAD,就表示沒對齊)

【註1】:未對齊時,在軟體左上方會有紅色的「BAD」字樣,4K讀寫數據也很差。有對齊的SSD則會在左上角顯示「OK」,測試數據也快上許多。

【註2】:AS SSD Benchmark 可以提供的測試項目包含連續讀寫、4K、4K-64-Thrd..測試等方式,透過 1GB 的超大檔案來測試 SSD 的讀寫效能與速度,另外還有壓縮測試、大量複製測試..等等。不過,我只是好奇手上不同時期買的SATA SSD,在讀寫方面的差異有多大而已,就使用預設測試項目來測試看看。

3、UEFI開機模式安裝Win10的圖例

3-1、因為只有裝一顆SSD在系統中,所以只看到【Drive 0 Unallocated Space, 223.6GB】是正常的。用滑鼠點一下【Drive 0 Unallocated Space】,然後按【New】。

3-2、【Size】預設值是最大容量,因為不打算分割其他的磁碟區,所以就使用預設值,然後按【Apply】。

05_ SSD 4K 對齊 UEFI install win10 (2)_640x480

3-3、【Drive 0 Partition 1】 ~ 【Drive 0 Partition 3】屬於系統磁區,所以應該用滑鼠點一下【Drive 0 Partition 4】,然後按【Next】。

05_ SSD 4K 對齊 UEFI install win10 (4)_640x480

3-4、用滑鼠點一下【Drive 0 Partition 4】,然後按【Format】。

05_ SSD 4K 對齊 UEFI install win10 (5)_640x480

3-5、最後一步按【Next】。

3-6、看到這個畫面,表示正在將USB隨身碟的Windows 10安裝檔案,複製到SSD進行後續的系統安裝。

剩下的過程,就是Windows 10系統安裝的設定,詳細圖文可以參考: 重灌 Acer E5-475G Win10作業系統的步驟

4、Legacy開機模式安裝Win10的圖例

4-1、用滑鼠點一下【Drive 0 Unallocated Space】,然後按【New】。

06_ SSD 4K 對齊 Legacy install win10 (21)_640x480

4-2、【Size】預設值是最大容量,因為不打算分割其他的磁碟區,所以就使用預設值,然後按【Apply】。

06_ SSD 4K 對齊 Legacy install win10 (22)_640x480

4-3、【Drive 0 Partition 1: System Reserved】屬於系統磁區,【Drive 0 Partition 2】才是安裝作業系統的磁區。但是我們要把兩個磁區合併成一個,所以需要完成以下動作。

4-4、點選【Drive 0 Partition 1: System Reserved】,然後按【Delete】。

4-5、接著滑鼠點一下【Drive 0 Unallocated Space】,,然後按【New】。

06_ SSD 4K 對齊 Legacy install win10 (26)_640x480

4-6、【Size】使用預設值就可以了,然後按【Apply】。

4-7、滑鼠點【Drive 0 Partition 2】,然後按【Delete】。

4-8、滑鼠移動到【Drive 0 Partition 1】,點一下,然後按【Extend】。

4-9、【Size】使用預設值就可以了,然後按【Apply】。

4-10、接著按【Format】。

4-11、然後按【Next】。

4-12、看到這個畫面,表示正在將USB隨身碟的Windows 10安裝檔案,複製到SSD進行後續的系統安裝。

06_ SSD 4K 對齊 Legacy install win10 (33)_640x480

利用這種方式格式化,接著灌系統,就會是4K對齊了(肯定是1024K),而且也不會再有500MB系統磁區,這種意義不大磁區的情況了。剩下的過程,就是Windows 10系統安裝的設定,詳細圖文可以參考: 重灌 Acer E5-475G Win10作業系統的步驟

5、KingSton、SanDisk、Micron SATA SSD 4K 對齊 後的效能測試

5-1、UEFI、Legacy開機模式安裝Win10, SSD 4K 對齊 效能差異

使用KingSton SUV400S37做的測試,我想一般使用者不會花太多時間去把數據做得很漂亮。所以,安裝好Windows 10之後,就用CrystalDiskMarkAS SSD Benchmark兩套軟體,隨意測。

感覺上差異好像不是很大,除非真的很在意對齊的數字是不是顯示【1024K】。不然的話,用UEFI來進行重灌好像比較省時時又省事!不過,我還是偏向顯示【1024K】的對齊方式,因為看起來真的比較順眼。所以,我個人都會用【4、Legacy開機模式安裝Win10的圖例】方式來安裝作業系統。

UEFI開機模式安裝Win10

07_ SSD 4K 對齊 UEFI CrystalDiskMark performance_400x366

Legacy開機模式安裝Win10

08_ SSD 4K 對齊 Legacy CrystalDiskMark performance(1)_400x365
CrystalDiskMark測試項目說明:

 主要功能就是透過【連續讀寫】和【隨機讀寫】等方式,來測試硬碟(SSD、HDD)在實際讀寫檔案時的實際速度。

1. All:測試所有項目。

2. Seq Q32T1:針對 NCQ、AHCI 模式做循序讀取、寫入測試(1024K 位元組,佇列深度為 32,1線程)。

3. 4KiB Q8T8:針對 NCQ、AHCI 模式做隨機讀取、寫入測試(4K 位元組,佇列深度為 8,8線程)。

4. 4KiB Q32T1:針對 NCQ、AHCI 模式做隨機讀取、寫入測試(4K 位元組,佇列深度為 32,1線程)。

5. 4KiB Q1T1:針對 NCQ、AHCI 模式做隨機讀取、寫入測試(4K 位元組,佇列深度為 1,1線程)。

【註1】:Q32指的是queue_depth 32。意思是把命令放在等候序列(或佇列)中再傳送給磁碟,可以提高I/O傳輸資料的性能。SATA(AHCI協議)可以處理最大32的queue_depth!

【註2】:T8指的是8個線程(8 CPU核心)。基本上,以我的案例,4KiB Q8T8 的測試項目根本就可以略過,因為我的CPU不是8核心;再來Q8T8=64,已經超過SATA SSD可以處理最大32的queue_depth了。

UEFI開機模式安裝Win10

07_ SSD 4K 對齊 UEFI as ssd performance_500x500

Legacy開機模式安裝Win10

08_ SSD 4K 對齊 Legacy as ssd performance_500x499
AS SSD Benchmark測試項目說明:

1. Seq:持 續 測 試
2. 4K:隨 機 單 佇 列 測 試
3. 4K-64Thrd:隨 機 64 佇 列 深 度 測 試
4. Acc.time:資 料 存 取 時 間 測 試

UEFI開機模式安裝Win10

Legacy開機模式安裝Win10

08_ SSD 4K 對齊 Legacy as ssd IOPS_500x499

5-2、SanDisk與Micron SATA SSD效能比較

以下的測試結果,可以看到兩款SSD的效能比較圖。假使,想了解要如何用免費的軟體,將大容量的HDD(e.g. 2TB)加速到跟SSD相同讀寫速度的話,可以參考這篇文章: 硬碟速度 提升的方法, 不再抱怨讀寫速度太慢!

Micron BX500

SanDisk Extreme Pro

Micron BX500

09_ SSD 4K 對齊 Micron BX500 as-ssd Performance_513x512

SanDisk Extreme Pro

10_ SSD 4K 對齊 SanDisk Extreme as-ssd performance_513x512

Micron BX500

09_ SSD 4K 對齊 Micron BX500 as-ssd IOPS_513x512

SanDisk Extreme Pro

10_ SSD 4K 對齊 SanDisk Extreme as-ssd IOPS_513x512