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第六代V-NAND首秀 三星980PRO为何“卓尔不群”

9月22日,三星品牌存储正式推出了旗下首款基于PCIe4.0协议的旗舰级产品——三星980PRO PCIe4.0固态硬盘。笔者在第一时间从产品的外观工艺,内部核心架构,新技术升级应用等角度进行全面深入的评测和体验。

不得不说,此次三星980PRO基本实现了全面的技术升级和产品革新,在众多新技术新架构之中,三星自研的第六代V-NAND闪存颗粒的应用,毫无疑问,是最让笔者感到惊艳和动容的。

说起三星自研V-NAND颗粒,就不得不从固态硬盘产品的原理结构聊起。众所周知,固态硬盘的核心便是利用闪存颗粒替代了传统机械硬盘的机械磁盘,作为存储介质,然后通过通电和放电,将信息和数据读取和写入到闪存颗粒当中,最终实现数据的存储。

01 三星V-NAND技术的前世今生

从原理上,我们不难发现,闪存颗粒是决定固态硬盘绝对性能和存储容量的关键因素之一,因而众多存储厂商都在大力研发具有自主知识产权的闪存颗粒产品。近年来,为了进一步提升闪存颗粒在性能和容量上的齐头并进,以三星为主的存储大厂,突破性的提出了闪存颗粒内部3D堆叠技术,用以满足日益增长的性能和容量的双料需求。

所谓3D堆叠技术,也就是在原本是2D平面的闪存颗粒内部,通过技术手段在维持平面不变的状态下,从Z轴,也就是立体面上进行颗粒的堆叠,这样就能实现在保持闪存颗粒尺寸不变甚至更小的情况下,无限的通过垂直面颗粒堆叠,实现闪存颗粒内部容量的扩容和倍增。

正如同平房和楼房的差异一般,3D堆叠如同在单位面积上进行楼房的加盖,让原本面积固定的平房,在不扩大地域的情况下,提升可利用面积。理论上,只要在技术足够可靠,垂直方向的堆叠几乎可以做到无限制的扩容。

应用于三星870QVO上的V-NAND技术

3D堆叠技术,三星称之为V-NAND技术,是三星于2013年首次推出并应用在商用市场,基于三星V-NAND技术采用了区别于传统浮栅极技术(即FG Floating Gate)的电荷撷取闪存(charge trap flash,简称CTF)路线,因而一直领跑全行业,平均下来几乎领先同期厂商2年以上。

从2013年初代V-NAND首发,直到今年2020年,历经7年,第六代三星V-NAND颗粒也终于问世,从7年的研发路线也可以看出,三星品牌存储几乎是一年一脚印,不断在V-NAND技术上保证技术优势,提升闪存产品的绝对性能和存储容量。

02 第六代V-NAND颗粒的技术创新

那么,应用于三星980PRO上的全新第六代V-NAND技术又有哪些技术创新呢?

总结下来就是两点,一个是堆叠层数更多,存储数据的上限更高;另一个是性能更强,延迟更小,能够提供更高强劲的存储表现。

在堆叠层数方面,第六代V-NAND颗粒应用了前文提到的三星独创的CTF路线,也就是“通道孔蚀刻”技术,即在闪存内部建立100多个层组成的导电晶片堆栈,从上到下垂直穿孔,形成均匀的三维电荷阱闪存(CTF)单元,让第六代V-NAND颗粒内部拥有1XX层的堆叠,相较于应用在970EVO Plus上的第五代9X层,有了一个量级的提升,这也意味着在同等数量的die下,三星980PRO内置的闪存颗粒能够存储更多的数据。

第六代V-NAND闪存两大优势

在性能方面,三星通过在电路设计上进行速度优化,使得全新第六代V-NAND闪存拥有更快的数据传输性能,根据测算,相较于第五代闪存,其写入操作时间少于450微秒(μs),读取操作的时间少于45μs,性能提高了10%以上,而功耗却降低了15%以上。

在实现了容量倍增和性能提升后,三星第六代V-NAND的首秀便由此拉开了序幕。

03 三星980PRO卓尔不群的奥秘

有了三星第六代V-NAND闪存技术加持,基于PCIe4.0接口协议的三星980PRO也开始了新的巅峰之路。

在顺序读写方面,三星980PRO PCIe4.0固态硬盘,一举实现了最大顺序读取超过7000MB/S,最大顺序写入超过5000MB/S的成就,打破了此前人们对于PCIe4.0最大读取不超过5000MB/S的刻板印象。

强悍的绝对性能

在4K随机性能方面,官方宣称,三星980PRO是首个超过1000K iops的消费级固态硬盘产品,同样也是技惊四座。

当然了,强悍的绝对性能除了有着第六代V-NAND技术强力加持之外,三星980PRO内置的全新基于ARM架构的Elpis主控,同样也是极为重要的一环。

PCIe4.0协议带来的巨幅提升,需要固态硬盘的主控制器在数据调节,并行处理方面有着更高更强的性能优势,而全新的EIpis主控,采用三星8nm工艺制程,并支持最高128队列,能够并行处理超过800万个命令集,相较于上一代主控产品,性能提升了400%,有力的支撑了三星980PRO的强悍性能表现。

技术的诞生到完全普及落地,往往需要时间进行沉淀,鉴于市面上仍然还有大量PCIE3.0产品的留存,三星980PRO在研发之初,便考虑到了兼容性问题。

采用8nm制程工艺的Elpis主控芯片,能够完美兼容PCIE3.0,并且在性能上有着上佳的表现,甚至超过称霸PCIE3.0世代的970EVO Plus和970PRO。

根据官方提供的数据,在PCIE3.0带宽下,三星980PRO的最大连续读取性能达到3500MB/S,基本和970EVO Plus持平;在最大连续写入性能方面,达到了3450MB/S,甚至超过了三星970EVO Plus的官方测试水平。

04 三星第六代V-NAND未来之路

随着三星980PRO的上市,三星第六代V-NAND技术也正式开启了新一轮的商用之路。鉴于此项技术在存储容量和绝对性能上的大幅提升,以及用户对于绝对性能的孜孜不倦,笔者有理由相信,在较长的一段时间内,三星第六代V-NAND技术,将会和它的上一代技术一样,成为3D堆叠产业链上不容忽视的技术代表,并大量应用于三星品牌存储的明星产品之上。

至于技术更为先进的第七代V-NAND技术,笔者相信三星品牌存储必然已经在研发之中了。

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