一、前言：首款滿血的PCIe 4.0 SSD到來

時代在變，然而思維陳舊的人會始終難以適應時代的變化！很多人無法理解ARM處理器的性能超越X86處理器，最強的RISC處理器（精簡指令集）比不上最弱的CISC（復雜指令集）處理器似乎就是天經地義，蘋果M1處理器的誕生顛覆了很多人的認知。

在SSD領域也有同樣的情況，似乎MLC閃存天生就比TLC高貴，TLC SSD再怎么努力也趕不上最弱的MLC。而三星980PRO SSD的誕生同樣將顛覆大多數玩家對于TCL SSD的認知，這是三星第一款采用TLC閃存的頂級SSD產品，也是第一款滿血的PCIe 4.0固態硬盤。

1、PCIe4.0 x4的理論帶寬

下面是PCIe個版本鏈路性能指標：

有很多同學奇怪為什么PCIe通道的傳輸率的單位使用GT/s而不是我們常見的Gbps。主要原因是傳輸率還包括不提供額外吞吐量的開銷位，比如 PCIe 1.x和PCIe 2.x使用8b / 10b編碼方案，會占用了20%的原始信道帶寬，也就是實際吞吐量只有傳輸率的8成。

PCIe 3.0的物理層協議使用了全新的128b/130b編碼方案，也就是說有效吞吐量可以達到原始信道帶寬的128/130。因而，PCIe 3.0協議的每一條通道的實際帶寬= 8.0GT/s * 128 / 130/8=984.6MB/s。那么PCIe 3.0 x4就能提供3938MB/s的吞吐量。

PCIe 4.0協議的傳輸率翻倍到了16GT/s，同樣也是使用了128b/130b編碼方案，PCIe 4.0 x4的吞吐量可以達到7976MB/s，是PCIe 3.0 x4的二倍。

2、PCIe4.0 SSD的理論速度是最高可以達到多少？

任何數據PCIe系統傳輸，都會產生一定的開銷。PCIe設備是以TLP的形式發送報文的，數據報文在Device Core產生之后，在分別經過事務層(Transaction Layer)、數據鏈路層(Data link Layer)、物理層(Physical Layer)之后會依次被增加ECRC，Sequence Number，LCRC，Start，END等數據塊。

PCIe 3.0/4.0 中一個TLP最高可以攜帶4096Bytes有效數據，不過通常它會受到設備以及主板支持的共同限制，多數情況下被限制在256Bytes。

TLP heade長度可選12Bytes或者16Bytes，Memory Read/Write TLP中采用32位地址時，TLP heade長度為12Bytes，采用64位地址時TLP heade長度為16Bytes

因此PCIe 3.0/4.0 中TLP的有效數據率=256/（4+2+16+256+4+4）=89.5%。

那么PCIe 4.0 SSD可達到的最高理論帶寬應該=7976 MB/s *89.5%=7138MB/s

3、如何才能達到PCIe4.0 SSD最高理論速度？

簡單的說就是主控和閃存的關系!

主控的最高速率=接口速率x通道數/經驗倍率。比如群聯的PS5016-E16主控。這款主控使用800MT閃存接口，8個通道理論上可以達到6.4GB/s，經驗倍率是1.28，于是實際上最高只能支持6.4GB/s÷1.28=5GB/s。這數字與7138MB/s相去甚遠。

三星Elpis同樣也是8道通主控，不過閃存接口速度高達1200MT/s，扣掉1.28的經驗倍率，實際帶寬=1200*8/1.28=7500MB/s，已經超過PCIe 4.0 x4的理論帶寬上限。

當然，就算主控再強，沒有與之匹配的閃存肯定也無法發揮應有的性能。

三星980PRO 1TB SSD采用的是第六代V-NAND TLC閃存顆粒，堆疊層數從第五代的96層提升至136層，增加了約40%的單元。這顆閃存充分利用三星獨創的“通道孔蝕刻”技術，通過建立一個由100多個層組成的導電晶片堆棧，從上到下垂直穿孔，形成均勻的三維電荷阱閃存（CTF）單元，堆疊層數從第五代的96層提升至136層，增加了約40%的單元。

同時，三星還進行了更優化的電路設計，使其能夠實現比第五代V-NAND更快的數據傳輸速度，而寫入操作的時間少于450微秒（μs），讀取操作的時間少于45μs，這2個指標都比上代提升了10%以上。

4、PCIe 4.0 SSD的前景

2019年7月AMD Zen2處理器發布的時候，PCIe 4.0還是曲高和寡。僅僅在一年多的時間，現在主流設備已經全面擁抱PCIe 4.0了。

AMD最新一代的RX 6000顯卡，NVIDIA的RTX 30系顯卡均支持PCIe 4.0，Intel的Z490主板絕大部分也支持PCIe 4.0(需要搭配第十一代酷睿處理器)，AMD的B550、X570主板也早以支持PCIe 4.0。另外，微軟和索尼的次世代主機Xbox Series X和PS5也都采用了PCIe 4.0 SSD。

PCIe 4.0 SSD的另外一個意義就是，等到明年微軟正式推出DirectStorage技術之后，三星980PRO可以憑借7000MB/s的讀取速度做到秒進游戲，這也是很多玩家期盼已久的事情。

三星980PRO SSD的詳細規格如下：

我們此次測試采用的是三星980PRO 1TB SSD，寫入壽命為600TBW，售價為1899元，今年晚些時候，2TB版本也會上市。