新技术回馈经典产品：三星 970EVO Plus 深度对比测试

随着英特尔第 12 代酷睿的问世，NVMe SSD 全面进入 PCIe 4.0 时代，但 PCIe 3.0 SSD 并没有因此失去价值。在新主控和新闪存技术反哺之下，PCIe 3.0 时代的经典旗舰产品性能得以再进一步。

新技术回馈经典产品：

在 980PRO 问世之后，三星又推出了 DRAMLess 无缓存方案的 980 系列，唯独不见介于二者之间的 980EVO 身影。其实"980EVO"早已降临市场，它就是新版 970EVO Plus：采用了 980PRO 同系列 EPLIS 主控、以及同代 V6 12x 层堆叠 TLC 闪存。

5 月产的为旧版本，6 月产的是新版本。背面对比：带有 SAMSUNG SSD 字样的是新版本。

不过 SSD 命名受到产品营销等诸多方面的影响，最终市场没有迎来 980EVO，而是新版 970EVO Plus 从内到外的改变。最直观的就是 PHOENIX 主控升级为 ELPIS 主控。新主控跳过 10nm 直接进入 8nm 工艺，一跃成为当前工艺制程最先进的消费级 SSD 主控，对降低发热、减少过热引发的限速将有很大帮助。

在 24 度室温、关闭所有节能特性后，新版 970EVO Plus 1TB 待机温度 41 度，而老版 970EVO Plus 1TB 的待机温度比新版高出 5 度左右。这是 8nm 新工艺带来的变化之一。

ELPIS 主控也被应用在 PCIe 4.0 旗舰型号 980PRO 当中，支持更高的 128 个 IO 队列，是 PHOENIX 主控的四倍。新版 970EVO Plus 中使用的是带有 PCIe 3.0 PHY 的 ELPIS，除了不支持 PCIe 4.0 接口外，更智能的 SLC 缓存算法、更精细的温控算法都得到保留，这些也是来自 PCIe 4.0 旗舰的技术红利。

通过 IOMeter 对新老两款三星 970EVO Plus 1TB 进行 128KB QD32 顺序读取满载压力测试，利用 HWiNFO64 进行记录。通过这个测试可以看到新旧两版本 970EVO Plus 在温控算法上的差异。

分析数据结果可以看到，新版 970EVO Plus 的满载温度比旧版低 7 度，并且性能更强。在 600 秒左右的测试过程中，新版比旧版多读取了 303060MB 的数据，平均下来每秒比旧版快 500MB/s 以上。

新版 970EVO Plus 的主控本身发热量比旧版小，而且固件中的温度控制算法更加智能，不会引发剧烈的速度波动，整体性能明显优于老款。

闪存大容量化的阵痛：

如果说新版三星 970EVO Plus 是全面升级，肯定会有很多网友反对。用 512Gb die 替换 256Gb die 导致 SLC 缓存外写入速度下滑是新版 970EP 的最大痛点，而这是闪存大容量化发展路上的一个不可避免的阵痛时期。下图是新旧两版本 970EVO Plus 1TB 的闪存颗粒对比，左为新版，右为旧版。

一方面，由于主控能够管理的 CE 数量有限，大容量 SSD 需要使用更大的闪存 die。另一方面，更大的闪存 die 在成本上具有优势，未来选择 512Gb die 的 SSD 会越来越多。如果同样使用 V6 12x 层堆叠 3D TLC NAND 闪存的新版 970EVO Plus 无法和 PCIe 4.0 旗舰的 980PRO 充分地拉开价差，恐怕玩家会很难接受。

从 2020 年 Tech Insights 的一份报告中可以看到，铠侠和 SK Hynix 的 512Gb TLC 的单位容量成本要比 256Gb TLC 低不少。当时的三星 92 层 3D TLC 是个例外，512Gb 成本和 256Gb 差不多。不过大的发展趋势应该是明确的，高密度闪存在增加 SSD 容量的同时可以降低每 GB 容量的价格。

不过高密度闪存也有不足，同代闪存当中 512Gb die 的写入性能、读取延迟通常都不如 256Gb die。以铠侠 BiCS3 为例，256Gb 的读取延迟为 67us，512Gb 延迟增加到 90us、256Gb 的编程延迟 2.3ms，512Gb 增加到 3.3ms，体现在测试成绩上就是 SLC 缓存外写入速度降低和 4K 读取速度下降。

新版三星 970EP 是用 12x 层堆叠的 512Gb die 更换上一代 9x 层堆叠 256Gb die，同时又有 8nm Elpis 主控升级加持。最终在 SSD 层面上，读取延迟这项直接关系到使用体验的性能指标不但没有劣化，反而得到了提升。

上图为三星 970EVO Plus 1TB 新旧对比，下图为三星 970EVO Plus 2TB 新旧对比，左为新版，右为旧版。

至于 SLC 缓存外的写入速度，以 1TB 容量为例，PCIe 3.0 主流级 SSD 每秒写入数据量通常为 0.0005 倍全盘容量，PCIe 3.0 旗舰级通常为 0.001 倍全盘容量，PCIe 4.0 旗舰接近 0.002 倍全盘容量。

新版 970EP 依然处于它所在定位的正常水平之上，只是固件的 SLC 缓存释放前置（SLC 缓存用完就开始释放，而不是等空白块全部用尽才开始），所以通过 HDTune 文件基准测试才会得出偏低的成绩。

同时我们也要看到，上面的 SLC 缓存理论测试跟实际使用情况是有些脱节的。SSD 作为系统盘很少会遇到一次写入上百 GB 数据的情况，所以还是需要从实际应用出发去看待问题。

PCMark 10 完整系统盘基准测试：

PCMark 10 完整系统盘基准针对当代最新固态硬盘的广泛测试，涵盖了系统开机启动、Adobe 设计套件应用、Office 办公套件应用、图片/ISO 文件拷贝复制、多个游戏加载过程等测试内容。测试需要至少 80GB 的硬盘空间，单次测试产生的写入量达到 204GB，复杂度超过了 PCMark 8 存储测试。

导出详细测试数据后我们重点分析 Windows 10 系统启动、游戏加载、以及日常办公部分的内容，这些都是 PC 系统盘最常见的工作负载。

Windows 开机启动过程是典型的 IO 密集型工作，SSD 会在很大程度上影响开机速度。通过对比不难发现，新版 970EVO Plus 的性能明显优于旧版：

游戏加载过程同样有 SSD 的大量参与，PCMark 10 完整系统盘基准中包含了战地 5、使命召唤 15 和守望先锋三个游戏的加载过程，对比可发现很多信息：1.老版 970EVO Plus 2TB 的性能略低于老版 970EVO Plus 1TB，在容量提升的同时性能略有降低；2.新版 970EVO Plus 2TB 的性能和新版 970EVO Plus 1TB 相比基本一致，还略有提高；3.新版 970EVO Plus 整体优于老版本。

Adobe 设计软件的测试项目分成了加载和应用两部分，加载部分和游戏项目的情况类似，都是新版比旧版快，新版 2TB 容量没有旧版的性能问题，速度比 1TB 容量更快。

Adboe 设计软件的应用部分出现一个小小的意外，在印刷和数字媒体排版软件 InDesign 使用过程中，老版 970EVO Plus 比新版更快，其他项目如 Photoshop 轻负载/重负载、Illustrator 应用、Affter Effects 应用，都是新版比旧版快。

SLC 缓存深入测试：

上面的 PCMark 10 完整系统盘基准测试是在空盘条件下进行的。由于新版 970EVO Plus 拥有比旧版大 2.7 到 2.85 倍的 SLC 缓存容量，或许有朋友会质疑空盘测试的说服力。接下来我们就详细分析 ELPIS 主控下新版 970EVO Plus 的 SLC 缓存策略。

新版 970EVO Plus 1TB 空盘时的 SLC 缓存容量为 114GB，而旧款 1TB 是 42GB。

50% 半盘容量测试：

测试的第一步是使用 IOMeter 生成不可压缩数据，向 970EVO Plus 填充一半空间，休息过后新旧两个版本 970EVO Plus 1TB 的 CrystalDiskMark 测速都能恢复到和空盘时相同的水平（左新版，右旧版）：

半盘状态下新版 970EVO Plus 1TB 的可用 SLC 缓存容量依然是 114GB。

旧版当然也没有变化，仍然是 42GB：

70% 空间使用率测试：

继续利用 IOMeter 向盘内填充更多不可压缩数据，直至全盘空间使用率达到 70% 的高占用水平。空闲休息使 SLC 缓存自动释放，CrystalDiskMark 测速同空盘时基本一致（左新版，右旧版）：

70% 空间使用率状态下新版 970EVO Plus 1TB 的可用 SLC 缓存容量变为 67GB 左右，仍然大于旧版的 42GB。

80% 空间使用率测试：

继续增加难度，使用 IOMeter 将盘内空间使用率推高到 80% 的水平，此时盘内剩余空间为 186GB 左右。在这种近满盘状态下新版 970EVO Plus 1TB 的 SLC 缓存释放策略更加积极，CrystalDiskMark 的一些测试项目成绩开始受到缓存释放的影响，但整体上依然优于旧版表现。

80% 空间使用率状态下新版 970EVO Plus 1TB 的可用 SLC 缓存容量变为 6GB 左右，容量同旧版持平。

80% 及更高空间使用率下无论是新版还是旧版，都已经变为固定 SLC 缓存模式。此时新版 970EVO Plus 1TB 在写入速度上的劣势应该是彻底展现出来了。那么实际应用性能会有怎样的变化呢？我们还是使用 PCMark 10 完整系统盘基准测试来验证：总成绩上来看新版依然比旧版高。

下面导出详细测试数据进行分析。

新版 970EVO Plus 1TB 在盘内空间使用率超过 80% 后，系统启动性能会出现下滑，但依然比旧版快：

对于新版三星 970EVO Plus 1TB 来说，截止到 70% 空间占用率时，游戏加载性能以及 Adobe 设计软件启动性能依然同空盘时一致。在达到 80% 空间占用率后，新版 970EVO Plus 的性能下滑，但同旧版相比基本仍在同等水平上。

Adobe 设计软件使用过程中，新版 970EVO Plus 1TB 在空间使用率达到 80% 之后，同旧版相比互有胜负。

简单总结一下，盘内空间使用率在 80% 以下时，新版 970EVO Plus 全面领先于旧版；盘内空间使用率大于 80% 时，新版和旧版的性能表现几乎不分上下。

以上都是 1TB 容量下的对比，2TB 型号的情况相对简单一些。新版 970EVO Plus 2TB 的缓存容量更大，而且缓存外写入速度也和旧版一样，甚至更高一些。

SLC 缓存技术的发展：

三星 840EVO 首创用 TLC 模拟 SLC 来提升 SSD 爆发性能的 TurboWrite 技术，SLC 缓存现在已经成为几乎所有消费级固态硬盘的标配特性。从其发展历史来看，基本可以分为固定 SLC 缓存、全盘 SLC 缓存、动态 SLC 缓存等若干阶段。固定 SLC 缓存的算法最为简单，仅使用 OP 预留空间的闪存空白块模拟 SLC，闪存磨损均衡也较为容易，但缓存容量较小，爆发力不足。

在固定 SLC 缓存之后又流行起了全盘 SLC 缓存，这是一种激进的缓存策略：将 SSD 内全部闪存空白位置用于模拟 SLC 供写入使用，优点是缓存容量最大化，缺陷是缓存用完后的性能惩罚严重：SSD 需要边释放边写入新数据，性能一致性不好。

动态 SLC 缓存介于二者之间，它可以超过 OP 预留空间范围去借用用户空间，但固件主动限制了 SLC 缓存的总容量，以避免后期出现严重性能惩罚。比如铠侠 RD20 以及大部分群联公版固件的 1TB 容量 NVMe 固态硬盘最大 SLC 缓存容量限制为 24GB、旧版三星 970EVO Plus 1TB 的最大 SLC 缓存容量限制为 42GB。

从 980PRO 开始，三星推出了缓存容量更大的 TurboWrite 2.0 技术，1TB 型号可以提供超过 100GB 的 SLC 缓存，在提升爆发写入性能的同时还通过算法优化减少了速度波动，使得使用体验更加顺滑。随着 ELPIS 主控的应用，TurboWrite 2.0 也进入到新版 970EVO Plus 当中。

总结：

新版 970EVO Plus 在主控和闪存两端都应用了源自 980PRO 的新技术。尽管新版出于产品定位需要而采用了 512Gb die，SLC 缓存外写入速度略有遗憾，但从整体上来看，新版 970EVO Plus 1TB 在实际应用中的表现比旧版产品更好。如果对存储空间的需求较高，选择 2TB 容量的新版 970EVO Plus 可以彻底打消你的全部疑虑。