迎接3D时代 三星850 PRO固态硬盘评测
过去几年，三星凭借其在NAND领域的深厚底蕴、OEM市场的长期积累以及强大的垂直整合能力，自首款消费级SSD 470系列于2010年上市以来，就逐渐地对展现出了三星对消费级市场的强大的渗透能力。更多人印象最深刻的其实是曾火爆一时的830系列，而2012年推出840 PRO和840则成为占据市场制高点的两大利器，如今840 EVO更成为目前电商渠道最畅销的型号。
三星消费级SSD的发展
1、固态硬盘的更新迭代，每一次新产品的成本都比之前更低，很大程度上是得益于闪存制程的不断升尽谮惋脑级。表面上看起来这种步伐还会稳健地持续下去，但事实上目前业内在将闪存制程步入到1ynm阶段后，面临着越来越棘手的问题，其中最核心的就是其耐久性越来越低，控制难度越来越高。毫不夸张地讲，这种传统平面型闪存的发展几乎已接近极限。于是，在去年8月的闪存峰会上，三星发布了全球首款基于其第一代采用24层堆叠技术的3D NAND（按照三星的叫法为Vertical NAND即V-NAND）闪存的固态硬盘产品。相比传统的平面型闪存，3D V-NAND拥有众多难以抗拒的优点：可以实现更高的存储密度、写入速度、更低的功耗以及比传统2D平面型NAND更高的耐久性！
2、不过去年发布的产品，仅面向数据中心市场。一年之后的今天，3D V-NAND终于来到消费市场，也就是我们今天要介绍的850 PRO系列，采用第二代32层堆叠技术的3D V-NAND闪存，同时也是业内首款采用这种闪存技术的消费级SSD。而闪存架构的变化也是三星850 PRO系列相较上一代840 PRO系列最重要改进，并随之带来了一系列的全新特性。
拆解：仅凭8颗NAND组成2TB容量
1、三星850PRO2TBSSD依然延续着1.8英寸板型，绿色PCB也是三星惯用的，NAND、主控和缓存的布局比起1TB也仅仅是细微的调整。
三星消费级SSD的发展
1、固态硬盘的更新迭代，每一次新产品的成本都比之前更低，很大程度上是得益于闪存制程的不断升尽谮惋脑级。表面上看起来这种步伐还会稳健地持续下去，但事实上目前业内在将闪存制程步入到1ynm阶段后，面临着越来越棘手的问题，其中最核心的就是其耐久性越来越低，控制难度越来越高。毫不夸张地讲，这种传统平面型闪存的发展几乎已接近极限。于是，在去年8月的闪存峰会上，三星发布了全球首款基于其第一代采用24层堆叠技术的3D NAND（按照三星的叫法为Vertical NAND即V-NAND）闪存的固态硬盘产品。相比传统的平面型闪存，3D V-NAND拥有众多难以抗拒的优点：可以实现更高的存储密度、写入速度、更低的功耗以及比传统2D平面型NAND更高的耐久性！
【三核心MEX主控制器】
1、三星850 PRO继续使用了和840 EVO一样的MEX主控，看似有些令人意外，但考虑到去年三星在840 EVO推出一个月之后就发布了首款3D V-NAND技术闪存的SSD，所以我们认为MEX主控早就为对3D V-NAND的支持做好了准备，而不是像发布840 EVO时那样看上去只有频率的提升以及支持TurboWrite。
【写入速度显著提升】
1、850 PRO的最大的亮点其实是128GB，它的最高持续写入竟达到470MB/s，上一代840 PRO仅为370MB/s。往往这个容量做到400MB/s以上的持续写入速度需要通过模拟SLC工作模式来实现，比如OCZ的Vector系列和三星840 EVO系列。但是850 PRO系列可没有应用这种机制，它的性能暴增显然也是来自更高主频的MEX主控和3D V-NAND的采用。
【支持更多加密特性】
1、和840 EVO一样，三星850 PRO可以让用户自己选择Class 0、TCG Opal或者Encrypted Drive（BitLocker驱动器加密）模式增强数据的安全性。对TCG Opal和BitLocker的支持，这是840 PRO所不具有的特性。
【更出色的节能效果】
1、同样得益于3D V-NAND的采用，三星表示850 PRO在DevSleep模式下功耗只有2毫瓦，比840 PRO更为出色，这对台式PC用户可能关系不大，但对笔记本、超极本等用户来说，任何能节省耗电的配件都是至关重要的。
【提供更长的10年质保】
1、借助3D V-NAND的高耐久度，此次三星850 PRO一举提供了十年的质保时间，上一代840 PRO则为5年！其实三星最蔌阪栉酽初是计划850 PRO继续延续5年的质保，既然3D V-NAND实现了更高的可靠性，因此做了这种带有野心的决定。不久前，闪迪发布的至尊超极速（Extreme Pro）系列SSD是第一款提供十年质保的消费级固态硬盘。作为三星SSD最重要的两款软件Data Migration数据迁移软件和Magician管理工具，随着850 PRO的到来也迎来了更新。Data Migration是比Acronis True Image更简单的迁移工具，通过一根SATA-USB连接线将SSD和电脑相连，经过“开始、设置、克隆”三个步骤便可完成当前系统的迁移工作。
2、Samsung Magician从4.4版开始支持新的产品，可以对SSD进行认证、优化、固件更新等。值得说明的是，850 PRO支持RAPID 2.0版本，它可以使用最多25%的空闲系统内存作为SSD的高速缓存，加速SSD的性能表现，而去年发布的1.0版本则是最多只能利用1GB的空闲系统内存。此次的升级，可以将性能提升至最多1.8倍。
3、设计从最开始就成为了三星SSD最重要的一部分，从外壳材料的考究，到颜色的变更、后处理以及品牌标示的形成。如今的三星SSD看起来十分简洁素雅，但又不会产生审美疲劳。它不会像其他品牌的SSD那样正反面都贴上标签或贴纸，正面只有醒目的品牌Logo，这使得它可以在当前众多品牌的SSD中，一眼就分辨出来！
4、最早的470系列采用了金属拉丝材质，银色的外观格外夺目，可惜大多数人对这款产品印象不深。830系列则同样采用金属拉丝材质，瞽攥涛徭但颜色改为炭黑色。产品正面左下角的橙色小方块用来标示容量，可以说这当时就是三星SSD的最显著的地方。从840系列开始，外壳的材质改为金属磨砂，同时确立了小方块作为品牌标志的做法，将其移到中间，也不再上面标示容量，正面变得更加简洁。值得一提的是，三星从840系列开始，首次采用了钻石切割工艺，类似于苹果iPhone 5，有漂亮的、高度抛光的倒角，与硬盘正反面形成极具鲜明的对比。而且，7mm的厚度设计进一步增加了美感。此次的850 PRO则延续了840 PRO的设计风格，依然采用炭黑色金属磨砂外壳，钻石切割形成高度抛光的倒角。不过，作为品牌标志的小方块，在850 PRO上它的颜色从840 PRO时期的橘黄色变成了深红色，结合本身的黑色，一并构成了850 PRO零售包装的主色调，看起来更高端了不少。
5、三星自去年840 EVO开始，内部开始采用小尺寸PCB设计，而后840 PRO也更新为小尺寸PCB，因此现在850 PRO毫无疑问地延续了这种做法。小尺寸的PCB通过优化布线，可以节省用料。
6、三星850 PRO的1TB和512GB的容量均由8个闪存构成，而256GB和128GB则为4个。但仔细观察可以发现，850 PRO的每个容量都采用了两种不同容量的闪存颗粒组成，为什么会这样呢？这即是由其所采用的3D V-NAND闪存所决定的。关于这个问题，我们必须重新从当前平面型NAND的发展瓶颈说起。
7、以往对用于SSD的平面型NAND闪存来说，为了增加存储密度或者降低成本，最有效的办法就是使用更先进的制程缩小晶体管。但晶体管缩小后会带来的一个问题是晶体管的绝缘层尺寸也会越来越小，导致电子容易溢出，各级之间相互干扰的问题就会越发严重，从而导致闪存出错率增高以及耐久性下降的问题。
8、为了缓解这个问题，当前很多SSD都采用了修正读取电压或者冗余校验等技术来减少出错率，因为此时闪存已经变得难以控制，同时带来的负面问题则是编程延迟也会增加。在平面型闪存步入1ynm阶段后，这种问题已经变得极为严重。这就是3D V-NAND开发的初衷，并且可以从根本上解决目前平面型NAND走入的死胡同。既然在平面上已经不好缩小，那么在垂直方向上增加层数则是另一个办法，这就是3D V-NAND的诉求。好比说同样的占地面积，如果都盖平房，为了让更多的人住进来，就要把房子盖得越来越密，这样每家每户之间的间隔越来越小，相互冲突不可避免。
9、而3D V-NAND的做法是，同样的占地面积不变，把平房改为楼房，以垂直方向发展，这样同样可以满足更多的住户，他们相互之间的隔离也可以解决。3D V-NAND说起来简单，但要做出来可是非常困难的。三星早在2006年开始研发3D V-NAND，直到2011年才实现了8层堆叠，去年才首次实现了商业化。为了实现这种垂直方向的多层堆叠，三星采用了电荷捕型获闪存(Charge Trap Flash，简称CTF）技术，它包含三个颠覆性创新：材料上的创新、结构上的创新以及连接方式的创新。
10、材料方面，如果说盖平房只用木材就可以了，那么盖楼房就需要用钢筋和水泥。在CTF技术中，三星使用了绝缘的氮化硅，可以在绝缘体空腔中储存电荷，因此电荷的把持能力更强，自然可减小各级之间的相互干扰。
11、结构方面，首先是将多晶硅晶体管垂直过来，并将绝缘体和控制栅极（Control Gate）从平面改为圆柱形，包裹住整个晶体管，然后将他们在垂直方向上堆叠起来，这样就构成了3D V-NAND的基本形态。去年商业化的是24层，到了今年已经做到了32层。
12、那么这些晶体管之间如何连接呢？好比在高层楼中我们要做电梯，三星开发了Channel Hole Technology，故名思议就是在一个柱面（通达）进行穿孔来连接。去年的128Gb3D V-NAND，横纵向分别穿了50000个通孔，总共25亿个——仅仅是一个指甲盖那么大的面积上。
13、反应到最终产品上，3D V-NAND既然可以在垂直方向上可以实现更高的容量，每一层的容量也就不一定要做得太大，即密度无需太高，因此3D V-NAND通常以较低的制程起步。第一代3D V-NAND仅使用了30nm级制程，实现了24层堆叠，但单层容量依然做到了128Gb。到了第二代，三星实现了32层堆叠，同时制程升级到了20nm级的水平，平面密度增加了大约33%，不过三星还是有意缩小了平面方向的尺寸，并没有将单层容量提升至172Gb，而是砍掉一半为86Gb。因此这就解释了三星在一个850 PRO中采用两种闪存的原因了，以单层86Gb的容量来看，要实现128GB、256GB、512GB以及1TB的常规整盘容量，那么各版本的闪存配置应该是这样的：
14、很明显，根据闪存配置的不同，128GB采用了两颗2层堆叠的封装和两颗4层堆叠的封装组合，最大的1TB则为4颗8层堆叠的封装和4颗16层堆叠的封装组合。显然，如果启用4颗16层堆叠的封装和4颗32层堆叠封装的组合，理论上就可以做出2TB的容量。此外，使用较低的制程的最大好处本来就是P/E循环次数的增加和出错率的降低，加上CTF技术在材料方面的改进，这就是3D V-NAND理论上比传统平面型NAND闪存有更高的耐久性的最主要原因。这次三星没有提及任何类似微调读取电压的“高级信号处理算法”或者是数据校验技术，可见3D V-NAND的可靠性之高。
15、从官方公布的数据来看，850 PRO的TBW（Terabytes Written）指标达到840 PRO的两倍，而且比带有预留空间的IntelSSD 730和Sa荏鱿胫协ndisk Extreme Pro都还要高不少。这也是为什么三星敢将850 PRO的质保时间做到10年的最主要原因。其中，Intel SSD 730采用的是20nm制程的闪存，而Sandisk Extreme Pro采用的则是其第二代19nm制程的闪存。通过3D V-NAND实现的高可靠性，对主控和固件来说，也不会再需要复杂的信号处理算法，控制起来更加容易，因此从侧面来说，这降低了延迟，提升了速度，也降低了功耗。
16、三星850 PRO可完美支持DevSleep模式，在系统闲置时只有不到2毫瓦的功耗，而840 PRO则超过10毫瓦。而在负载状态下，最多可以比840 PRO节省38%的功耗。
17、此次我们测试的是三星SSD 850 PRO的128GB版本，看看借助MEX主控和3D V-NAND，看看仅128GB的850 PRO有怎样的表现！由于我们缺少840 PRO 128GB在该平台下的测试数据，因此这里不给出两者的实测对比。测试平台的硬件构成如下表所示，我们使用酷睿i7 2600处理器，Z77主板，配合IntelRST 12.8驱动程序，同时以浦科特M2P 128GB作为系统盘，内存则为DDR3-2133（时序11-11-11-30）。测试过程中将处理器频率锁定在3.5GHz，关闭睿频和所有节能降频的选项，并在BIOS中开启AHCI，关闭其他第三方板载芯片。
18、软件方面，我们首先选择了常用的CrystalDiskMark（默认设置测试数据1GB、随机数据类型）、AS SSD Benchmark、ATTO Disk Benchmark（设置测试范围为1GB）以及Anvil's Storage Benchmark（默认设置）进行测试。CrystalDiskMark是一款来自日本开发者开发的硬盘测试工具，简单易用，可以测试1MB和512KB文件大小的连续读写速度、4KB随机读写速度和32位队列深度下的4KB随机读写速度。CrystalDiskMark软件测试涉及LBA寻址空间不超过4GB，默认为1GB文件测试五次取最佳值。
19、AS SSD Benchmark是一款来自德国的SSD专用测试软件，可以测试连续读写、4KB随机读写和响应时间的表现，并给出一个综合评分。同时该软件还自带一个Compression Benchmark项目，是针对支持数据压缩主控设计的，它可以给出一个曲线，描述随着数据模型中可压缩数据占有率（压缩比）的增高，性能的变换情况。
20、ATTO Disk Benchmark是一款简单易用的速率检测软件，可以用来检测硬盘，U盘，存储卡及其它可移动磁盘的读取及写入速率，该软件使用了不同大小的数据测试包，数据包按0.5K，1.0K，2.0K直到到8192.0KB进行分别读写测试，测试完成后数据用柱状图的形式表达出来，可以很好地说明SSD在不同文件大小长度下速度的表现。
21、Anvil's Storage Utilities是一个专门为SSD测试而设计的软件，它正在迅速成为最新的事实上的硬盘和固态硬盘标准检测程序之一，因为它提供了很大的可定制性。应用户要求，这项标准检测程序已经被添加到ServeTheHome的测试程序中。它提供类似 AS SSD Benchmark 测试结果汇总得分功能。
22、仅128GB的850 PRO即可以在各款软件中跑出高于450MB/s的持续写入速度，而且在CrystalDiskMark和ATTO测试中更跑出了480MB/s的水平，非常惊人。单线程和多线程下的随机读写速度同样让人满意。AS SSD Benchmark测试软件的总分甚至达到了1226！Anvil默认设置下的评分也超过了5400分，均已达到当前旗舰水平。
23、PCMark方面我们依然选择首先使用PCMark 7，毕竟这依然是目前流行的整机性能测试软件，它采用脚本测试的方式模拟实际使用情况，并且存储部分针对SSD的应用做了一些多任务测试，但是不会需要很高的队列深度，对SSD不会造成太大的负载，主要基于随机读写操作，能够更加准确地表现我们系统实际应用时的效能。
24、PCMark 8是Futuremark最新推出的系统综合性能评估软件，依然有单独的Storage存储系统效能测试。同样，它采用回放实际应用软件的测试方式，并记录运行时间，在测试精度上比PCMark 7更为准确。存储系统效能测试包含流行的游戏，多款Adobe生产力应用软件以及微软Office办公软件测试。
25、三星850 PRO在PCMark中的表现依旧出色，但稍稍少了些惊艳，PCMark 7的成绩超过5500分，其中Raw得分超过7500分，都是高端水准。而PCMark 8的得分4973，在目前市售SSD中，4950~5000是目前高端SATA 6Gbps固态硬盘得分比较集中的区域，三星850 PRO理应获得这样的分数。
26、限于SATA 6Gbps的总线带宽，三星850 PRO的发挥的确受限，它的绝对速度指标相比上一代840 PRO很难有实质性的提升。单从性能上来说，如果你现在在使用840 PRO，那么无需急于升级到850 PRO。不过经过近两年的沉淀，作为840 PRO的取代者，850 PRO作为业内首款采用3D V-NAND技术的消费级SSD，对闪存行业的意义可以影响到后面的十年，技术达人和发烧友们绝对不可错过。
27、我们聪艄料姹再次总结来看，850 PRO相比840 PRO，还有如下诸多加强：1. 850 PRO的最大容量从840 PRO的512GB轻松提升至1TB；2. 850 PRO的128GB型号性能比840 PRO的128GB有实质性提升，这意味着小容量SSD将不再是性能低下的代名词；3. 850 PRO的耐久性指标比840 PRO提升了一倍，同时也比市面上同等级的SSD的耐久性也高出仅一倍；4. 在DevSleep模式下，结合LPDDR2缓存和3D V-NAND的应用，850 PRO有着更好的能耗表现5. 850 PRO拥有更为完善的数据保护机制，提供对TCG Opal和BitLocker的完好支持。前四项毫无疑问都和3D V-NAND技术的应用息息相关，事实上，三星在平面型闪存的封装技术上也已经达到了很深的造诣，他们早在2012年给Retina MacBook Pro提供的就是已经采用了16层堆叠的SSD。在去年他们推出的840 EVO mSATA 1TB上，更采用了单层128Gb、16层堆叠的闪存，单颗NAND的容量达到了256GB！同样在OEM领域提供的XP941，采用的是单层64Gb、16层堆叠的闪存。
28、不过现在借助3D V-NAND，目前已经可以实现单层86Gb、32层封装，单颗NAND的容量可以做到344GB，理论上在2.5英寸规格的SSD上可实现2TB、在M.2 2280规格上可以实现1TB。如果是生产基于NVMe协议的PCIe SSD，3D V-NAND的潜力才可以真正释放。三星预计，到了2017年，3D V-NAND可以实现100层堆叠！毫无疑问，3D V-NAND是三星的未来，也是整个NAND行业的未来。在1ynm时代，耐久性、出错率、延迟都已经是越来越棘手的问题，3D NAND技术是解决这些问题的最佳途径。在这个节点上，三星无疑再次走在了行业前列。