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比Ｕ盘结构还要简单，首款单芯片SSD实战体验

百家作者：微型计算机 2018-09-16 15:32:47

在我们以往见过的很多SSD产品中，可能从外观上来说给人最深的印象就是结构复杂、技术高精尖—如采用“重型装甲”覆盖的英特尔750、海盗船的Neutron NX500 NVMe PCIe SSD等，就算是看起来简单的M.2 SSD，在它们身上往往也拥有多颗芯片—从主控、数颗闪存芯片，再到缓存芯片，总之SSD并不是一个简单的产品。不过东芝RC100固态硬盘的亮相却打破了这一规律，这款SSD不论是哪个容量的产品，在PCB板上都只有一颗芯片，可以说甚至比闪存盘的结构都还要简单，那么工程师是怎样实现这一设计的？它在性能上的表现又如何呢？

这款SSD只有一颗芯片

东芝RC100固态硬盘解析

这是一款在设计上非常有特色的NVMe SSD，也是《微型计算机》评测室有史以来测试过的芯片数最少的SSD—整块SSD上只有一颗芯片。而常见的SSD至少会有3颗芯片：一颗主控、两颗闪存，配置了缓存的还会增加一颗DDR3L或DDR4L内存芯片，达到4颗。

那么这款SSD的闪存、主控芯片在哪里呢？答案是都在这颗芯片里，在东芝RC100固态硬盘上，它首次采用了单芯片封装方案，主控芯片与NAND闪存芯片都封装在一颗芯片上，超高的集成度带来了更小的PCB占用空间，其型号下的三种容量不论是120GB、240GB还是480GB，都只需要一颗芯片就能实现。

▲与常见的M.2 SSD相比，东芝RC100要小很多，兼容性更好，能安装在不同平台中。

▲编号为KBG30ZPZ256G的单芯片解决方案，内部使用的是TLC颗粒。

目前东芝并未披露关于这颗芯片的详细信息，比如主控是多少核心的处理器，支持多少通道的并行读写等。从官方信息我们只能了解到该芯片的传输接口为PCIe 3.0 x2，理论接口带宽最高为2GB/s，支持最新的NVMe 1.2技术标准。同时它使用东芝的BiCS 64层堆叠3D闪存，3D闪存将原本平面排列的记忆单元改为垂直方向，不同层面之间通过穿孔联系起来，以64层堆叠的3D闪存的单颗TLC闪存Die容量可以达到64GB，显然大容量Die是这款固态硬盘能实现单芯片封装的关键。

而另一位助攻选手则是这款SSD采用了无缓存设计。虽然没有缓存可能会对性能造成冲击，但东芝RC100支持NVMe 1.2协议，也就意味着它支持NVMe Host Memory Buffer内存缓存技术，可以使用系统内存来提升、优化性能（注：一般只会占用10MB～38MB系统内存），所以无需缓存芯片也使得这款固态硬盘可以减少其他不必要的设计。

▲支持NVMe 1.2标准意味着它支持NVMe Host Memory Buffer内存缓存技术，无需再添加额外缓存芯片。

单芯片设计的好处在哪里？首先就是东芝RC100固态硬盘可以做得尽可能小，它只采用了M.2 2242板型设计，因此用户可以轻松地将它安装在各类笔记本电脑、迷你主机中。更重要的是更高的集成度也使得东芝RC100固态硬盘的功耗有所降低，待机功耗仅5mW，功耗只有3.2W，而一般普通M.2 SSD的功耗多在5W或者更高，这个优势对笔记本用户来说更有吸引力，能够延长续航时间。那么在性能上，它的表现如何呢？接下来我们对东芝RC100固态硬盘中的240GB产品进行了测试。

AS SSD基准性能测试

▲AS SSD Benchmark 1GB容量测试

▲AS SSD Benchmark 10GB容量测试

测试点评：从AS SSD基准性能测试来看，这款固态硬盘拥有不错的性能，其连续读取速度突破1400MB/s，连续写入速度逼近900MB/s。虽然受限于PCIe 3.0 x2带宽限制，它的连续读写速度不可能达到2000MB/s，但在同类产品中，其连续读写速度已经算比较高的了，要知道基于瑞昱RTS5760的PCIe 3.0 x2 Nvme SSD的连续读写速度一般都难以突破1000MB/s。更值得一提的是，它的随机读写性能比较耀眼。其低队列深度随机4KB读写IOPS达到12710 IOPS、34539 IOPS。同时在QD64高队列深度下，固态硬盘的随机4KB读写性能还有进一步明显提升，特别是随机4KB读取性能已经突破16万IOPS。

而从AS SSD 10GB测试来看，东芝RC100 240GB固态硬盘应该有一个比较大的SLC CACHE缓存空间，在10GB容量测试时，它的连续写入速度没有出现明显掉速。接下来我们还采用HD TUNE PRO全盘写入测试，来验证它是否存在TLC SSD的老大难问题即掉速。

HD TUNE PRO全盘写入测试

▲在写入容量超过48GB时，东芝RC100 240GB固态硬盘会出现较大的掉速。

测试点评：从全盘写入测试来看，相对于普通TLC SSD，东芝RC100 240GB固态硬盘的确有一个较大的SLC CACHE，在写入容量不到48GB时其写入速度一直保持在800MB/s～900MB/s。而在达到48GB时则会出现较大降速，写入速度大幅下降到220MB/s～240MB/s左右。在写入容量达到约130GB时还会出现再次降速，写入速度大幅下降到150MB/s以内，且变得不太稳定，速度最低在69.5MB/s。

总体来看，东芝RC100 240GB固态硬盘的SLC CACHE缓存空间较大，但掉速现象还是非常明显，所以其全盘写入速度为299.8MB/s，还算是达到了TLC SSD的主流水准。

应用性能测试

▲PCMark 8测试成绩细节

测试点评：让人欣喜的是东芝RC100固态硬盘在PCMark 8存储性能测试中的成绩突破了5040分大关。同时在《使命召唤：二战》、《奇点灰烬：扩展版》游戏启动中，东芝RC100固态硬盘也有非常快捷的启动速度，显然东芝RC100固态硬盘拥有不错的随机读写性能使得它非常适合进行游戏与程序应用。

不过在文件传输应用上，它的表现比较一般，在写入54GB文件时就会出现大幅掉速，其实际平均写入速度只有279.3MB/s。而让人不解的是，在读取这些文件时，东芝RC100 240GB固态硬盘的读取速度也只有818.9MB/s。这是为什么呢？

基于HD TUNE PRO全盘读取的温度测试

为了进一步探究，我们还对它的工作温度进行了观测，测试方法为运行HD TUNE PRO全盘读取性能测试，并在测试快结束时使用FLIR红外热像仪观察固态硬盘的工作温度。测试结果显示东芝RC100 240GB固态硬盘的发热量还是比较高，单芯片在满载状态下的最高温度达到81.3℃。

▲东芝RC100 240GB固态硬盘的满载工作温度还是比较高，最高测量温度点为81.3℃。

同时我们也观察到在进行HD TUNE PRO全盘读取性能测试时，这款SSD也出现了降速且不稳定的现象，虽然其读取速度最高可达到1516.3MB/s，但最低也可下探到485.9MB/s。我们推测这可能是由于固态硬盘内部的温控保护机制所致，当固态硬盘长时间满载读取数据导致温度上升后，会启动保护机制降低主控性能，进而降低读取速度。

▲从HD TUNE PRO全盘读取测试来看，在长时间读取时，固态硬盘的读取速度也会降低。

推荐给安装兼容性要求高的用户

尽管只采用单芯片设计，但东芝RC100 240GB固态硬盘的性能还是达到了PCIe 3.0 x2 NVMe SSD的普遍水平，尤其是随机读写性能非常突出，PCMark 8存储性能测试总分突破5040分，游戏启动速度较快。可以说固态硬盘的结构简化工作已初显成效.当然它的缺点也比较明显，测试中它的连续读写速度都出现了明显掉速。对于追求性能的用户来说，这显然难以满足他们的需求。因此我们更推荐那些对性能要求不高，准备在轻薄笔记本、小型PC平台等对安装环境有较高要求的用户考虑它。

总体来说，我们认为单芯片设计的确可以很好地缩小固态硬盘的体形、提高安装兼容性，不过在高性能产品上，多颗独立芯片设计仍将长期存在，毕竟分散独立设计能更有效地控制、分散热量，总之各有千秋、各有所长。