小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD

2020-05-22 阅读 860 次 作者: 来源: 访谈学术

NVMe SSD 追求高速的同时,难免伴随高温废热,控制器耗电量更水涨船高,对于小型、行动产品相当不利。Toshiba Memory 除了生产高速 XG6 系列 M.2 NVMe SSD,同时也针对轻薄导向产品推出 BG4,使用 M.2 1620 或是 M.2 2230 尺寸,兼顾体积、容量,实测更有不俗的效能表现。

瞄準轻薄市场

Toshiba Memory 即将在今年 10 月 1 日起正式更名为”铠侠 (KIOXIA)”, Toshiba Memory 所生产的 NAND 型快闪记忆体 BiCS 系列,为多数 SSD 内部快闪记忆体选用的主力颗粒之一,最新大量量产出货的 BiCS 4 世代,内部採用 3D 堆叠方式架设 96 层,相对前一世代 BiCS 3 的 64 层,单一面积储存密度提升不少,能够在同样封装面积、体积提供更高的储存容量。

Toshiba Memory 自家品牌也利用 BiCS 4 推出 2 个客户级系列产品,分别为专注于高速应用的 XG6 系列 M.2 2280 NVMe SSD,另外 1 个则是今日主角 BG4 系列 M.2 1620、M.2 2230 NVMe SSD。后者主要市场目标为轻薄导向的电脑产品,如小型、迷你型桌上型电脑、笔记型电脑、嵌入式装置,亦可作为伺服器的开机碟用途。

Toshiba Memory BG4 1TB 规格

产品型号:KBG40ZNS1T02外观形式:M.2 M key 2230介面速度:PCIe 3.0 x4 NVMe容量:1TB写入寿命:未知电源需求:3.3V其它:1500000hrs MTTF

小体积、大容量

Toshiba Memory BG 系列 NVMe SSD 以轻薄短小为主要诉求,将 SSD 控制器晶片与自家 BiCS 快闪记忆体晶片封装在长宽 20 x 16(mm)的 BGA 当中,最小能够以 M.2 1620 尺寸直接焊在电路板。如果需要可抽换产品的规格,同时也提供 M.2 2230 尺寸可供选择,採用一般的 M.2 插槽key M 插卡方式安装。

目前 BG 系列最新一代为 BG4 产品,特色为採用自家 BiCS 4 3D 堆叠 96 层 TLC 纪录形式快闪记忆体,由于单位面积可储存的容量变多,相较前一世代 BG3 採用 BiCS 3 64 层堆叠,BG4 多出 1024GB/1TB 容量规格,让选择性变得更为广泛,需要大容量的使用情境也无需改用 M.2 2280 产品。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 仍採用与前一代 BG3 相同的 M.2 1260 与 M.2 2230 规格(图片所示为后者),但因採用新一代储存容量密度更佳的 BiCS 4 快闪记忆体,除了过往 128GB、256GB、512GB,更新推出 1024GB/1TB 容量等级可供选择。

这次我们评测的产品为 BG4 1024GB/1TB 容量等级,採用插卡式 M.2 2230 封装,为市面上尺寸最小巧的可拆卸式 SSD。BG4 之所以能够保有纤细的身材,主因为 Toshiba Memory 採用 SSD 控制器与 NAND 整合封装成单一 BGA 形式,1TB 版本 M.2 2230 电路板上仅有 1 个标示为 KBG40ZPZ1T02 黑色晶片与 3.3V/1.8V/1.2V 转换电路。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ 本次测试品项为 Toshiba Memory BG4 1024GB/1TB 容量版本,外观规格採用 M.2 2230-S3 单面上料设计。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 1024GB/1TB 容量版本于 M.2 2230 正面焊上 1 个标示为 KBG40ZPZ1T02 黑色晶片,若为支援 SED 自我加密版本,将变更为 KBG4AZPZ1T02。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 电路板背面并未焊有零组件,以便相容轻薄型电脑产品内部狭小空间。

BG4 透过 BiCS 4 快闪记忆体升级最高容量级距,一同封装的 SSD 控制器效能也有所提升,对外沟通桥梁从 BG3 的 PCIe 3.0 x2 提升 2 倍来到 PCIe 3.0 x4,让介面频宽不成为传输速度瓶颈。相对 BG3 系列最高循序读取速度为 1520MB/s,BG4 容量全线提升至 2000MB/s 以上,1TB 版本更可达 2300MB/s。

4K 随机存取表现部分,BG4 128GB 容量级距读写分别为 200000IOPS 与 150000IOPS,256GB 和 512GB 拥有相同的表现 330000IOPS 与 190000IOPS,1TB 则属最高效能表现 390000IOPS 和 200000IOPS。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ Toshiba Memory BG4 全线容量规格比较表,之后也会推出支援 TCG OPAL 2.01 SED 自我加密型号。

由于产品讲究轻薄短小,因此 BG4 採用 HMB(Host Memory Buffer)技术,SSD 并未额外安装/封装 DRAM 作为快取记忆体使用,而是透过 PCIe 通道向安装主机借用一部分的系统记忆体。经过实测,BG4 1TB 容量版本将向系统要求 61MB,最少则需提供 23MB 让 HMB 功能正常执行;当然,是否给予记忆体、给予多少记忆体的最终决定权握在 NVMe 驱动程式/作业系统手中。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ HMB 功能可让 NVMe SSD 向主机商借 1 小部分记忆体,作为 SSD 快取与其它功能管理使用。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 1024GB/1TB 容量版本 HMB 功能,预设向主机要求调用 61MB(15616 x 4KB)系统记忆体,最少则要求 23MB(5888 x 4KB)。

根据 Toshiba Memory 自行公布的 BG4 规格书与白皮书,BG4 运作耗电量相较 BG3 同样容量等级,约高出 0.2W~0.4W 左右不等,倘若加进 BG4 效能提升幅度,BG4 每传输单位的耗电量反而下降许多。BG3 512GB 每 MB/s 单位读取、写入需耗费 0.97mW 和 1.16mW,但 BG4 1024GB 却只要 0.78mW 和 0.98mW,分别下降约 19.6% 和 15.5%。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 效能提升的同时,每读写 MB/s 单位耗电量也随之下降。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 1024GB/1TB 容量版本实际可用範围为 976762MB,约为 953.87GB。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ 透过 CrystalDiskInfo 软体观察 BG4 1024GB/1TB 资讯,介面採用 PCIe 3.0 x4,支援 NVMe 1.3 协议,于 Windows 10 桌面待机温度为 41℃。

低伫列深度最佳化

NVMe 协议其中 1 个优于 AHCI NCQ 的改革,在于命令伫列的改善,AHCI 仅允许单个命令伫列,伫列当中仅能放置 32 个命令,也就是平常所说的伫列深度。NVMe 扩大伫列的规模,可拥有最多 65535 个命令伫列,以便发挥电脑系统多核心处理器的平行运算能力,单个命令伫列深度则可达 65536 个命令。

虽然 NVMe 协议允许相当多的伫列以及伫列深度,但是一般消费市场应用环境,存取工作较为零散,能够实际应用这幺多伫列深度的状况并不常见。BG4 应用重点之一为安装作业系统执行开机任务,因此从下列测试项目反映内容而言,BG4 可说是针对低伫列深度存取最佳化,PCMark 8 Storage 子项目测试拿到相当好的成绩。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ 速食型 CrystalDiskMark 测试,BG4 循序读写可达 2300MB/s 以上,加大对外通道至 PCIe 3.0 x4 有其必要性,4KBQ1T1 表现则与 M.2 2280 高速型 NVMe SSD 相仿。

AS SSD Benchmark 可呈现 BG4 于不同读写测试的速度,以 MB/s 和 IOPS 方式分别呈现,由于 BG4 强调整合封装小型化能力,因此最终呈现分数为 3866 分。而在 Compression-Benhmark 部分,虽然写入速度较具起伏状况,但传输速度大致不受资料可压缩度影响;此外读取曲线特有的形状,则可看出 BG4 SSD 控制器或许和 Phison 有着不小的关联。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 于 AS SSD Benchmark 获得 3866 分,循序写入超过 1200MB/s、读取则超过 1800MB/s。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 在 AS SSD Benchmark 4K-64Thrd 子项目的读取表现为 421603IOPS,写入则是 195709IOPS。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ 虽然 Compression-Benhmark 写入曲线呈现较大的起伏,但 BG4 存取速度应不受资料可压缩度影响。

ATTO Disk Benchmark 透过不同的传输区块大小,提供待测储存空间的效能参考。BG4 于伫列深度 32 设定,循序读写大约在 16KB 之后即可达到高速区,最快读写速度分别为 2.26GB/s 和 1.76GB/s。IO/s 部分,写入高速区为 16KB 之前,读取高速区则有些意思,2KB~16KB 才是高速区间,不若其它 SSD 直接从 512Byte 开始。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ ATTO Disk Benchmark 于伫列深度 32 设定值,BG4 读写速度大约从 16KB 传输区块大小后进入高速区,最高可达 2.26GB/s 和 1.76GB/s。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 于 ATTO Disk Benchmark IO/s 表现有其特殊之处,读取表现最高效能约在 2KB~16KB 之间,其它 SSD 大致从 512Byte 开始就是高速区间,之后依序递减。

综合读写测试 Anvil's Storage Utilities,BG4 缴出总分 11072.5 分,读取与写入分数各自约佔 5150 分和 5900 分。PCMark 8 Storage 透过模拟游戏、内容创意软体、办公室软体的读写状况进行测试,BG4 于此缴出相当亮眼的成绩,总分为 5100 分,频宽为 688.31MB/s,比起现今多数 M.2 2280 NVMe SSD 表现还要好,这表示 BG4 在日常实际应用部分相当优秀。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 于 Anvil's Storage Utilities 测试缴出 11072.5 分。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ PCMark 8 Storage 模拟日常作业读写状态,量测储存空间的实际应用效能,BG4 在此获得 5100 分、频宽 688.31MB/s 的好成绩。

在 BG4 官方白皮书当中,清楚记载本款 SSD 支援 SLC 写入快取,加速写入速度。以 HD Tune Pro 量测,1024GB/1TB 容量版本 SLC 快取区间约为 16GB~17GB,此区间内的写入速度约为 1300MB/s~1350MB/s,以外的 TLC 实际写入速度约为 650MB/s 左右。若以 IOMeter 量测,去除档案转换累赘的 TLC 真实写入速度约为 680MB/s 左右,

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ HD Tune Pro 量测 BG4 1024GB/1TB 容量版本的 SLC 快取区间约为 16GB~17GB 之间,写入速度约为 1300MB/s~1350MB/s,以外 TLC 空间写入速度约为 650MB/s。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ IOMeter 量测 BG4 TLC 真实写入速度约为 680MB/s 左右。

透过可程式化能力相当不错的 IOMeter,来检视 SSD 于髒蝶情况的一致性效能表现,先向 BG4 写入 2 倍以上容量资料,紧接着执行 3 小时 4K 100% 随机写入,每 5 分钟输出 1 次 IOPS 数值。BG4 由于产品定位以及快闪记忆体封装数量的关係,IOPS 未达 1 万以上,但分析整体资料趋势图,IOPS 曲线斜率为正值,表示 BG4 即便在负载相当吃重的应用,仍可维持一定水準的效能表现。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 1024GB/1TB 于 IOMeter 一致性测试表现十分良好,IOPS 随着时间过去持续上升。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 1024GB/1TB 于 IOMeter 一致性测试详细数据。

伫列深度对于 BG4 的效能表现影响,此处同样使用 IOMeter 进行测试,採用 4K 100% 随机、读取 70%、写入 30% 设定。测试结果与先前推论结果相同,BG4 是款针对低伫列深度最佳化的 SSD,IOPS 存取表现虽然跟着伫列深度加深而成长,但最高效能出现在伫列深度 1024,此后即便加深伫列深度,IOPS 表现仍旧是 15000IOPS 左右。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 1024GB/1TB IOMeter 4K 100% 随机、读取 70%、写入30% 的伫列深度测试结果,伫列深度 512、1024 表现为 54000IOPS 以上,更深的伫列深度无法提升效能,维持在 15000IOPS 左右。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ IOMeter 4K 100% 随机 70% 写入、30% 读取,BG4 1024GB/1TB 的 IOPS 效能资料。

迷你大肚量、应用不脱链

透过 BGA 单一封装,Toshiba Memory 成功让 NVMe SSD 体积缩小至 M.2 1260 或是 M.2 2230,可以装入小型、迷你型电脑、轻薄笔记型电脑当中,BG4 并透过新一代 BiCS 4 3D 堆叠 96 层快闪记忆体,将最大容量提升至 1TB 等级,效能部分更于 PCMark 8 Storage 取得 688.31 MB/s 频宽,甚至超越许多强调高速读写的 M.2 2280 NVMe SSD。

小体积大肚量!Toshiba Memory BG4 SSD  ▲ BG4 于 IOMeter 效能一致性测试当中,控制器感知温度为 62℃(室温 25℃),官方运作环境温度标示为 0℃~85℃。

另一方面,小型、迷你型电脑可能会遇到的问题为散热效果受限,BG4 于剧烈操驾环境,S.M.A.R.T. 回报温度仅有 62℃,这是未安装散热片的数值,若是实际安装于轻薄型笔记型电脑,加装导热垫透过内部电路版或是金属外壳散热,数值还有可能更低。BG4 相对于 XG6 SSD 而言,在小体积当中拥有不错的容量比值,效能与温度实测更有令人满意的数值。

厂商资讯

台湾铠侠 (KIOXIA) https://business.kioxia.com/zh-tw/ssd/client-ssd/bg4.html

产品资讯

Toshiba Memory BG4 Series

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