QLC,即 Quad-Level Cell,四层式存储单元。相比当前主流 SSD 所用的 TLC,QLC 密度能提升 1/3,进一步降低存储成本,但是读写性能、P/E 寿命会有所下降,所以自 QLC SSD 诞生以来,一直未能撼动 TLC SSD 地位。不过在近两年, TLC SSD 容量增长速度放缓,QLC SSD 随着存储密度提升、技术优化,速度有了明显的提升,市场上出现了越来越 QLC SSD,尤其是 OEM 市场当中。在 2024 年大家还要对 QLC SSD 谈虎色变么,主流 QLC SSD 性能表现如何,能否满足用户需求,我们一起通过 Solidigm P41 Plus、三星 BM9C1、金士顿 OM8PGP4、长江存储 PC41Q 以及英睿达 P3 PLUS 五款固态硬盘一看究竟。
产品介绍
此次参与测试的 SSD 多达五款,部分是 OEM 产品,难免消费者会感到不熟悉,所以我们按照它们诞生年份逐一介绍一下。
Solidigm P41 Plus 是一款 2022 年推出的 QLC SSD,也是 Solidigm 首款消费级 SSD,它基于 PCIe Gen4x4 接口,有 M.2 2230 与 2280 两种尺寸,搭载了 144 层堆叠的 QLC NAND,有 512GB、1TB、2TB 三个容量,顺序读写最高分别 4125 MB/s、3325 MB/s,4K 随机读写最高分别 390K IOPS、540K IOPS(2TB 版)。按照 Solidigm 说法,这款 SSD 采用了 Solidigm Synergy 技术,优化了 QD1 低队列深度随机读取性能、混合读写性能,并会不断通过软件优化,提升用户体验。
三星 BM9C1 是在 2023 年 " 内存技术日 "(Memory Tech Day)上发布的一款 QLC SSD,不过三星当时没有公布包含速度、规格、耐久度等参数,直到产品上市才知道其粗略规格。它同样基于 PCIe Gen4x4 接口,有 512GB、1TB、2TB 三种容量在售,使用 M.2230 规格,速度最快的 2TB 顺序读取速度为 5000 MB/s,顺序写入速度为 4000 MB/s,随机读取为 710K IOPS,随机写入为 740K IOPS,耐久度没有标明。
长江存储 PC41Q 是今年新推出 QLC SSD,它采用了长江存储第四代三维闪存芯片,基于 PCIe Gen4x4 接口,有 M.2 2242 和 2280 两种尺寸可选,目前有 512GB、1TB、2TB 三种容量可选,使用了主机缓存方案(HMB)及混合缓存策略(Hybrid Cache Strategy),其中 1TB、2TB 版本顺序读取速度为 5700 MB/s、写入速度为 5500 MB/s,4K 随机读取速度为 800K IOPS、写入速度为 900K IOPS,在闲置模式下功耗低至 2.5mW(PS4 模式),工作功耗不超过 4W。
金士顿 OM8PGP4(OM8PGP41024N-A0)是一款针对 OEM 市场的 SSD,它因今年某款游戏本降级事件而 " 扬名 "。目前金士顿没有公布 OM8PGP4 官方数据——读取速度、耐用度通通没有,有人怀疑它是金士顿 NV2 更换主控版本——主控降级为群联 E21,QLC 颗粒保持不变。
英睿达 P3 PLUS 是一款 2022 年推出的 QLC SSD,共有 500GB、1TB、2TB、4TB 四个版本,当中顺序读写速度最快的是 2TB 版本,读取为 5000 MB/s、写入为 4200 MB/s。不过在 SSD 到手时,我们发现它长得与以前不一样了,查阅相关资料后,确认 P3 PLUS 改用了层数更多的 TLC 闪存颗粒,标称性能又保持不变。既然买都买了,不妨把它作为一个参考标准,来看看 QLC SSD 的性能强弱。
由于部分 SSD 是 OEM 盘,又有产品悄悄更换了闪存颗粒,因此数据可能出现误差,敬请原谅。但从外观上看,为了更好适配台式机、笔记本电脑,上述五款 SSD 无不使用单面 PCB 设计,接口为 PCIe Gen4x4,其中四款产品使用的是其原厂闪存颗粒,唯一例外是金士顿。不过按照 TrendForce 集邦咨询不久前公布的统计数据,在 2023 年自有品牌渠道通路市场中,金士顿占有率达到 34%,位列第一,可以说此次参与测试的 QLC SSD 一定程度能代表当下 QLC SSD 市场。
性能测试
了解完五款 SSD,现在正式进入测试环节,所有参与测试的 SSD 均采用 1TB 版本,由于部分产品没有零售版,会使用拆机版本,但写入数据都在 10TB 以内,测试平台是 Intel Core i9-13900K 处理器、ROG MAXIMUS Z790 HERO 主板以及 NVIDIA Geforce RTX 4090 D 显卡,在测试过程中,若没有特别说明,均采用风冷散热。下面是五款 SSD 的 1TB 版主要参数对比:
从官方数据上看,读写速度最快的是长江存储 PC41Q,而不是采用 TLC 颗粒的英睿达 P3 PLUS,耐用度最高的是 Solidigm P41 Plus,也不是英睿达 P3 PLUS,这就非常让人意外了。容量方面,英睿达 P3 PLUS 在 Windows 下仅有 931.5 GB,比其它四款产品足足少了超过 20 GB(其它四款同为 953.9 GB)。从参数上看,QLC SSD 不一定比 TLC SSD 差,但实际表现如何呢,还是得看测试,下文为了简化行文,直接用品牌名代替品牌型号。
第一项测试是 Crystal Disk Mark 顺序读写测试,长江存储、三星表现基本与官方数据差不多,Solidigm P41 Plus 的顺序写入速度比官方数据低了近 400 MB/s,英睿达顺序写入速度比官方数据高出 1100 MB/s,很可能是 SSD 更换 TLC 颗粒后,官方数据没有一同更新。在五款 SSD 中,顺序读写速度最快的是长江存储,其次是英睿达、三星。
在 4K 随机读写性能方面,读取最快的是长江存储,写入最快的是英睿达,而且英睿达读取速度位列第二(实测速度远高于官方值),充分体验了 TLC 颗粒的优势。
长江存储 Crystal Disk Mark 性能表现
第二项测试是 AIAD 64 全盘读取、写入测试,金士顿在读取测试中展示了惊人的性能,耗时只要 23 分 10 秒(反复测试下,成绩都在 23 分钟左右波动),比其它四款 SSD 足足快了 10 分钟,剩余 4 款 SSD 大多在 34 分钟左右,没有拉开特别大的差距。
但到了写入测试中,金士顿表现同样惊人,耗时长达 150 分 8 秒,比倒数第二的三星还要多出 20 分钟,几乎是第一名英睿达的三倍(51 分 57 秒),长江存储是 QLC SSD 中唯一耗时低于 100 分钟,为 88 分 38 秒。
金士顿 AIAD 64 全盘读写性能表现
根据写入速度曲线,可以推测出五款 SSD 的 SLC 缓存占比,Solidigm、三星、长江存储、金士顿以及英睿达分别是 13%、26%、14%、19% 以及 25%,三星 SLC 缓存占比是最高的,达到了 Solidigm 的两倍。
英睿达全盘写入测试,耗时是五款 SSD 中最短的,但波动大
接下来是 PCMARK 与 3DMARK 两款测试软件,在 PCMARK 中表现最好的是长江存储,第二是英睿达,而到了 3DMARK 当中,表现最好的是英睿达,第二是长江存储,二者在两款测试软件中互换了位置。而三星在两款测试软件,所有测试、得分均在末位,与前面测试反差较大。
接下来是 AJA System Test,它能够模拟存储器读写不同分辨率、编码视频的性能,测试设定为:4K 分辨率,64GB 文件大小,10bit YUV 编码。在这项测试中,第一、第二分别是长江存储、英睿达,三星位列第三名,Solidigm、金士顿表现互有胜负,后两名 SSD 与前两名 SSD 性能差距很大。
接下来是 Photoshop 2022 中加载 24GB 大小的 NASA 星空图,照片存储在测试硬盘中,计算导入照片到显示照片所需时间,完成渲染照片时间不计算在内。这项测试依旧是长江存储、英睿达占据了头一二名,接下来是 Solidigm、三星、金士顿,其中金士顿耗时达到了 36.3 秒,被其它 SSD 远远抛下。
最后一项性能测试是测量加载《Farcry6》 Benchmark 耗时,分辨率为 4K、设置成最高画质。在这项测试中,Solidigm 出人意外地拔得头筹,耗时 10.2 秒,英睿达却是最慢,达到了 15.1 秒。
在完成所有性能测试后,我们还测试了 SSD 发热,测试时停止了主动散热,SSD 上也没有覆盖散热片,使用 FLIR ONE 测量 SSD 表面温度,并进行两组测试。第一组测试是进入系统后,测试整机待机 5 分钟后 SSD 的表面温度,第二组测试是 5 分钟待机结束后,运行 AIAD 64,开启全盘顺序写入测试,测量运行测试 10 分钟后,SSD 的表面温度。
在四款 QLC SSD 当中,温度测试最让人感到意外是长江存储 PC41Q 与三星 BM9C1,前者主控芯片可能是使用了特殊封装,迫使芯片产生的热量从 PCB 散发出去,主控表面在所有测试环节中都能保持低温。
长江存储运行测试 10 分钟后表面温度
三星 BM9C1 让人意外的点是高温以及性能下跌,无论是在待机还是 AIAD 64 写入测试下,其主控温度都是最高的,可能因为温度过高,出现了在 SLC 缓存尚未耗尽时,写入速度出现了过山车式下滑。
三星待机 5 分钟后表面温度
三星运行测试 10 分钟后表面温度
为了验证三星 BM9C1 过热到底对日常使用有多大影响,在 SSD 闲置一段时间,释放缓存以及降低温度后,我们把 Far cry 6 游戏文件复制到 SSD 当中(游戏文件约 94GB,远低于 SLC 缓存大小),紧接着进行 AJA 测试,结果读取速度暴跌至 847 MB/s、40 FPS,写入速度也跌至 561 MB/s、26 FPS(风冷下,读取速度为 4068 MB/s、192 FPS,写入速度为 3651 MB/s、172 FPS),相当惨烈。
写入 94GB 数据后,三星在 AJA 中的性能表现
顺便一提的是,Solidigm P41 Plus 配套了官方优化软件 Solidigm Storage Tool,支持性能助推器和主机托管缓存两个提升性能的功能。按照官方说法,性能助推器可以去除 SSD 中被占用的缓存,提升性能,而主机托管缓存一项优化 SLC 缓存功能,它能记住用户常用的文件和程序,智能存储在缓存,提升效率。我们也测量了开启上述两个功能后,Crystal Disk Mark、AIAD 64 的性能表现,结果比未开启时略微下跌(但在测量误差之内),所以其测试数据是在未开启两个功能下测量的。
默认下 Solidigm 性能表现
开启性能助推器和主机托管缓存后的 Solidigm 性能表现
结语
通过 Solidigm P41 Plus、三星 BM9C1、金士顿 OM8PGP4、长江存储 PC41Q 以及英睿达 P3 PLUS 五款 SSD 测试,我们发现 TLC SSD 不一定比 QLC SSD 强,基于 QLC 的长江存储 PC41Q 与基于 TLC 的英睿达 P3 PLUS 包揽了大部分测试第一、第二名,长江存储 PC41Q 领先项还要多一些。PC41Q 采用的是长江存储第四代三维闪存芯片,芯片内部使用了晶栈 Xtacking 架构,SSD 出色的性能表现证明了晶栈 Xtacking 架构能有效提升 QLC SSD 性能,高性价比 QLC SSD 正加速向我们走来。
其次,QLC SSD 之间性能差距可以很大,除了 Solidigm P41 Plus 是在 2022 年发布,三星 BM9C1、金士顿 OM8PGP4、长江存储 PC41Q 三款 QLC SSD 都是近一两年推出的固态硬盘,可金士顿 OM8PGP4 在 AIAD 64 全盘写入测试中,耗时长达 150 分钟,超过 2 小时,表现让人失望。而且 SLC 缓存越大,不等于性能越好,三星 BM9C1 是四款 QLC SSD 中 SLC 缓存最大的,但它在大部分测试项目位列倒数第一或是第二,还是唯一一款会因为过热,导致性能暴跌的 SSD。所以 QLC SSD 不是不能买,而是要认准高性能且发热小的 QLC SSD。
在进入了 NVMe 时代后,SSD 尺寸进一步缩小,但不同 SSD 之间的性能差距变得更大了,一块 SSD 性能强弱受到闪存芯片、主控、算法三个因素综合影响。采用 QLC 颗粒不等于性能孱弱,而为了进一步提升存储密码,QLC 已是必然选择,大家既要准备迎接 PCIe 5.0 SSD 时代来临,也要迎接 QLC SSD 普及,正如 TLC SSD 普及一样。
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