追求M.2 SSD效能極限 - SAMSUNG PM981 1TB雙平台實測

這幾年對於儲存裝置市場來說，莫過於M.2插槽的SSD推出
雖然一開始時M.2介面還是使用SATA通道，稱為NGFF介面
那時在PC市場採用的是Intel Z97晶片組，頻寬當然還是6.0Gbps
早期有些Z97或X99就開始支援PCIe M.2 SSD，頻寬只有10~20Gb/s
隔年Z170晶片組便將M.2提升到PCIe X4也就是32G/s，稱為NVMe介面
擁有M.2 PCIe介面的插槽，多數會向下相容上一代NGFF介面M.2 SSD


以上規格簡單說明之後，再來就是本回的主角SAMSUNG PM981
入手容量為1TB版本，最高連續讀取與寫入可達3200與2400MB/s
最高隨機讀寫可達380K與440K IOPS，這些是官方標示的規格
實際速度是由每個平台與設定不同而變化，通常桌機效能會比筆電還高一些


雖然是1TB版本，但背面PCB沒有任何IC零件
PM981控制晶片代號為Phoenix，支援NVMe 1.2規格
DRAM Cache為512MB，採用SAMSUNG自家LPDDR4顆粒
Flash Memory採用目前SAMSUNG最新第三代64層堆疊3D V-NAND TLC


在DeskTop PC有兩種安裝形式，一般是安裝在主機板上M.2插槽
不過要注意像是Z97那時期剛推出M.2插槽，實際上但只支援SATA通道
雖然可以安裝上PCIe M.2，但腳位與通道定義不一樣，開機是無法抓到裝置的


另一種模式是安裝在主機板PCIe插槽上，這也是最早出現使用PCIe通道的SSD
轉接卡可以運用在一些舊款主機板上，但是要先確認是否有支援NVMe開機功能
安裝PCIe插槽的主機板是支援X2還是X4頻寬，才能當作開機硬碟與是否能發揮全速
有些很多年前的主機板，雖然能抓到當資料碟，不過BIOS不支援NVMe開機用途就不大


以上把M.2插槽的演進史與應用層面大概描述了一下，希望對有興趣的網友能有所幫助
接著是效能實測的部分，第一部分採用PC平台做測試，以下是配置部分
CPU: Intel Core i7-7820X
MB: GIGABYTE X299 AORUS Gaming 9
DRAM: KLEVV CRAS DDR4 2133 4GX4
VGA:MSI GTX 1080 GAMING X 8G
SSD: SAMSUNG M.2 PM981 1TB SSD
POWER: Thermaltake Toughpower Grand 1200W
Cooler: Corsair Hydro Series H100
OS: Windows 10 64bit

AS SSD Benchmark - 5705
Seq Read - 2758.42 MB/s，Write - 2404.75 MB/s
4K - 64Thrd Read - 1957.13 MB/s，Write - 1818.58 MB/s
CrystalDiskMark
Seq Read - 3296.3 MB/s，Write - 2416.6 MB/s


桌機因為主機板BIOS內選項較多，關掉一些省電功能後，可以有效提升SSD效能
PM981無法安裝SAMSUNG自家的NVMe驅動，也許是不用或是尚未支援
所以需要到裝置管理員內開啟寫入快取緩衝區排清的功能打勾，就可以發揮較佳的效能
AS SSD Benchmark以往使用讀取2000 MB/s左右的NVMe SSD最高有兩千多分
而使用RAID 0也僅有三千多分而已，沒想到PM981單顆就可以達到5700分的驚人分數
當然一部分也是因為此測試軟體對於4K分數比重較高，不過也可以看出PM981 4K效能強悍

Anvil's Storage Utilities - Seq 4M Read 2622.28 MB/s，Write 2343.25 MB/s


TxBENCH - Sequential Max QD32 Read 3282 mB/s，Write 2414 mB/s


ATTO Disk Benchmark
Read最高約2894 MB/s，Write最高約2420 MB/s


AIDA64 Disk Benchmark


以上幾個測試軟體，對於PM981 1TB在最高連續讀取約落在2800~3200 MB/s
連續寫入平均可達到2400 MB/s，算是有符合原廠的規格，但這是在極優化的狀況下才能達到
SSD會依不同的平台或主機板，甚至每個品牌的BIOS設定或調校都會產生效能的落差

第二部份為NoteBook平台實測，使用Dell Alienware 13做測試平台
身為Gaming Notebook市場中最高階的版本，效能與硬體配備等級都有高水準表現


AS SSD Benchmark - 4227
Seq Read - 2519.13 MB/s，Write - 2307.29 MB/s
4K - 64Thrd Read - 1827.88 MB/s，Write - 721.47 MB/s
CrystalDiskMark
Seq Read - 3281.9 MB/s，Write - 2345.4 MB/s


雖然已經搭配很高階的Dell Alienware筆電，BIOS選項也比多數筆電還要多一些
不過跟PC BIOS相比之下選項還是相當地少，無法透過BIOS調效讓SSD達到更高的效能
電源選項也開啟高效能，整體連續讀寫的效能沒有下降太多，不過4K表現明顯下滑不少
當然靠著PM981的高規格，安裝在筆電的效能表現也是SSD領域中數一數二的高

Anvil's Storage Utilities - Seq 4M Read 2519.07 MB/s，Write 2337.90 MB/s


TxBENCH - Sequential Max QD32 Read 3236 mB/s，Write 2433 mB/s


ATTO Disk Benchmark
Read最高約2902 MB/s，Write最高約2415 MB/s


AIDA64 Disk Benchmark


最後在筆電平台補上AS SSD Benchmark其他兩個測試項目的效能


印相中剛開始高階NVMe M.2 SSD，最高讀取約2000 MB/s，寫入約為1500 MB/s
後來才有讀取約2100~2400 MB/s與寫入1700 MB/s以上的新一代的高階款
印象中SATA SSD一開始也是讀取比寫入快上不少，很多年後才有讀寫都500 MB/s的產品
不過從2017去年開始，就已經有少數領導品牌推出讀取超過3000 MB/s
而寫入2100~2400 MB/s的版本，不知道何時會有讀寫都超過3000 MB/s的版本呢？


PM981 TLC效能跟SAMSUNG自家960 Pro MLC相比，可說是效能落差不多
首先是PM981 Controller更新為Phoenix，NAND Flash也提升為3D TLC
以往常碰到TLC架構會比MLC效能要低上許多，此回PM981縮小了兩者間的差距
這幾天SAMSUNG發表消費市場新產品 - MLC 970 PRO與TCL 970 EVO
主控與PM981同樣採用Phoenix晶片，讀寫效能提升到3500 / 2500~2700 MB/s
這幾年都有分享過一些NVMe SSD的效能，不過大多在桌機或筆電測試中提到
像這樣專門一篇，並分享來龍去脈的M.2 SSD測試對windwithme來說是第二篇而已
希望如果有機會也有空閒的話，能分享另一家TOSHIBA所推出的高階SSD！

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下一篇如果應該就是DELL高階商務筆電，您的支持依然是我前進的動力:)

Thanks a lot for the testing report delivered.  It is great.