硬盤科普：PCIe4.0到底有多快，附實測7400MB/s的宏碁掠奪者GM7000 1TB
PCIe4.0固態硬盤這一概念的提出早在2017年，在2019年市面上就已經出現PCIe4.0固態硬盤，但當時由于支持PCIe4.0固態的主板比較少，加上PCIe4.0固態價格比較高，導致PCIe4.0固態并沒有快速普及，只有少數發燒玩家才能嘗到PCIe4.0固態的甜頭。2021年，Xbox Serirs X/S、PlayStation5都看中了PCIe4.0固態超高的I/O性能，均配備PCIe4.0固態，極大提高了地圖加載、關卡加載、場景切換的速度。
今年是PCIe4.0固態開始普及的第四個年頭，主流的B660 Intel芯片組主板以及B550 AMD芯片組主板已經標配PCIe4.0 M.2接口，少數H610芯片組主板甚至也配備了PCIe4.0 M.2接口，可以說PCIe4.0成為主流固態已經具備了一些條件。
現在是普通玩家入手PCIe 4.0固態的合適時機嗎，PCIe4.0固態相較PCIe3.0有哪些提升，相比之下的體驗又如何？
本篇文章會以此硬盤為例，從固態硬盤科普的角度，由淺入深的跟大家聊聊PCIe4.0固態體驗到底如何，是否值得買！
M.2固態硬盤由哪些部分組成
以我手上的宏碁掠奪者GM7000 1TB為例，它由主控芯片、緩存顆粒、閃存顆粒三個部分組成。其中緩存顆粒并不是每一塊固態硬盤上都有的，緩存顆粒只存在于部分中高端硬盤上，大多數中低端硬盤沒有緩存顆粒。
主控芯片的作用
我們可以簡單地把主控理解為“大腦”，SSD主控本質上就是一個微處理器，具備運算能力，也是整塊SSD組成中最具有技術含量的元件。主控主要負責SSD中數據的寫入擦除，均衡內存顆粒的使用，延長SSD的壽命。
由于主控芯片的技術門檻比較高，目前主控品牌比較少，多集中于美國、中國臺灣、中國大陸地區，常見的有慧榮、群聯、Marvell、三星等。得益于國家最近今年對芯片國產化的扶持，出現了很多國產主控廠商，如國科微、得一微、聯蕓科技、華瀾微、英韌、憶芯、得瑞等。
本次參與PCIe4.0與PCIe3.0對比評測的兩款固態，其主控均來自中國大陸廠商。參與本次評測PCIe4.0固態宏碁掠奪者GM7000的主控來自英韌科技的旗艦級主控，代號IG5236CAA。
Rainier IG5236 采用先進的12nm FinFET CMOS 制造工藝，是一款業界領先的PCIe Gen4 x4、NVMe 1.4 固態硬盤主控芯片，在硬件實力上還是很不錯的，目前市面上頂級PCIe4.0固態基本上都是用的這個主控。
（下圖是來自英韌科技官網的數據）
緩存顆粒的作用
固態硬盤的緩存分為DRAM緩存和SLC緩存兩種。
DRAM緩存使用的是緩存顆粒（DRAM芯片）作為緩存，固態硬盤上的緩存顆粒一般不會用來直接緩存數據，其主要用來存儲FTL緩存映射表，這個映射表表達了閃存單元物理地址同文件系統邏輯地址之間的關系。固態硬盤不管有沒有閃存顆粒，都有FTL映射表，不同之處在于無閃存顆粒的的固態硬盤通常把表的主體放在閃存中，隨用隨取，效率較低。
中高端固態硬盤會把FTL映射表完整地放入DRAM緩存中，通常按照1GB：1MB的比例配置DRAM緩存。市面上帶有DRAM緩存的固態硬盤還會隨硬盤容量大小不同，緩存大小也不同，主要原因是某些固態品牌為了節省成本。
如果你所購買的固態硬盤容量為1TB，但只配備512MB DRAM緩存，這種情況下DRAM緩存只能管理512GB的閃存空間。這類硬盤雖然配備了DRAM緩存，但依舊存在一些不足。
建議大家在選購中高端帶有DRAM緩存的固態硬盤時，應按照“緩存容量=閃存容量/1000“公式進行換算。也就是512GB固態應配備512MB緩存，1TB固態應配備1GB緩存，以此類推。就比如本次測試的宏碁掠奪者GM7000就是按照以上公式配備的緩存，這也是我選擇它的原因之一。
沒有配備DRAM緩存的固態硬盤，基本都是使用SLC模擬緩存來提升連續讀寫速度的。
何為模擬SLC？
要解釋模擬SLC需先從閃存顆粒類型說起，目前常見的閃存顆粒類型有SLC、MLC、TLC、QLC四種。1個SLC單元只可以存儲1bit數據，1個MLC單元只可以存儲2bit數據，1個TLC單元只可以存儲3bit數據，1個QLC單元只可以存儲4bit數據。
這樣說大家可能不好理解，給大家舉個例子。我們可以簡單地理解為每種顆粒的空間都是一個標準大小的停車位，將1bit數據比做成1輛小汽車。QLC這個車位里停了4輛車，TLC車位里停了3輛車，MLC車位里停了2輛車，SLC顆粒里只停了一輛車。
如果這些車位中的車全部要出去，那種車位里的車出去的最快呢？答案很明顯是"SLC顆粒"。
了解以上四種閃存顆粒后，就很容易理解何為模擬SLC了。比如TLC模擬SLC，就是將三個TLC顆粒合并到一塊使用，也就是說我用三個TLC顆粒停車場去停三輛車，這樣就能達到類似于SLC顆粒的速度。
模擬SLC緩存的固態硬盤在使用時，主控會先將數據寫入SLC緩存中，當緩存寫滿后，才會向TLC閃存中寫入，這樣就會造成寫入速度的斷崖式下跌（也有全盤模擬SLC的，這種情況另說），此時的速度也被稱為緩外速度，緩外速度的高低也是判斷SSD性能的一個指標。
閃存顆粒的作用
閃存顆粒一直擔任著數據存儲的重任，閃存顆粒的好壞決定了硬盤的使用壽命和性能。目前能夠提供閃存顆粒的廠商并不是很多，基本都是國外的幾家廠商。不過近幾年來國內自主研發的顆粒也已經上市，并且目前已經有很多硬盤搭載國產顆粒了。
本次測試的宏碁掠奪者GM7000使用的則是自封片，其本體是鎂光176層TLC顆粒。
問題又來了，所謂的“自封”是什么？
想要了解什么是“自封”，需先了解閃存顆粒的等級劃分！除了顆粒類型，閃存顆粒的生產廠商還會將不同品質閃存顆粒劃分等級，依次為正片、白片、黑片。正片是經過行業生產要求檢驗以及原廠生產要求檢驗合格的顆粒。其分為兩種，一種是由閃存顆粒生產商封裝的優質顆粒，俗稱原廠；另一種是由品牌方向閃存顆粒生產商直接采購晶元，之后再由品牌方進行封裝而成，品質與原廠封裝相同，均為正片。
白片是符合行業生產要求檢驗合格的晶元封裝而成的，其未通過原廠生產要求檢驗，但仍可以進行銷售，這也導致白片在質量方面無法完全保證，有可能好，有可能一般。黑片是在原料篩選的初級階段便被定為有問題的部分，實際上是應該被棄用的原材料，但還可能通過某些渠道流入市場。
總線、協議、接口分別指什么？
什么是總線？
要知道，計算機內部有很多的電子元器件，就比如CPU插槽、內存插槽、PCIe插槽、M.2插槽、SATA接口等。在計算機使用的過程中，它們之間會有數據溝通和傳輸的需求。就比如CPU需要向內存傳輸數據，就需要有一根線在CPU和內存中間將兩者連接起來。
在電腦主板上，不同設備之間交互數據的通路就被稱為總線。
這里先給大家一個帶寬的概念，方便后面講PCIe3.0與PCIe4.0.
無論什么線路，都是有最大負載的，這就像家中的電線一樣，4平方銅線比2平方銅線能承載更大的瓦數。主板上也是一樣，總線也有一定的承載能力，總線在單位時間內傳輸的數據量稱為總線帶寬。
目前常見的總線有SATA、PCIe、SAS，目前消費級電腦里SATA和PCIe總線使用的比較多，SAS總線主要在服務器上使用。
什么是協議？
談起固態硬盤的接口一定避不開“協議”這兩個字，簡單的講“協議”其實就是主板內部的一種規矩。舉個例子，你不會英語，有個使用英語的人詢問你附近的公共廁所在哪，你完全聽不懂對方在說什么，所以也就無法回答他的問題。
在主板中，協議規定了兩個設備如何識別對方、如何建立連接、使用的訊號類型、數據編碼解碼方式、數據傳輸類型......兩個設備只有協議完全一樣或者相容，才能正常通訊。拿前面的例子講就是，你是一名中國人，會中文和英文兩種語言，有一個只會英文的人詢問你附近的公共廁所在哪，你能聽懂他問的問題，也能回答他問的問題。
目前常見的協議有AHCI、NVMe、SCSI三種，其中AHCI協議對應SATA總線和PCIe總線，NVMe協議只對應PCIe總線，SCSI協議對應PCIe總線和SAS總線。
SSD接口有哪些？
目前你能接觸到的硬盤接口有SATA、M.2、PCIe、SAS，其中M.2接口分為B-key和M-key兩種，其中SAS接口常用在服務器上。SATA接口的固態硬盤只能是SATA協議，M.2接口的固態硬盤可能是SATA總線也可能是PCIe總線，PCIe接口的固態硬盤只能是PCIe總線，SAS接口的硬盤可能是SATA總線也可能是SAS總線。
何為PCIe 4.0
PCIe接口
前面講了總線和總線帶寬，這個地方理解起來應該就容易多了。PCIe總線是繼PCI總線革新后的數據傳輸標準，PCIe除了以總線的形式存在之外，還以接口的形式存在，這個接口我們可以用來插顯卡、網卡、聲卡等設備。
PCIe通道
PCIe除了以接口和總線的形式存在外，還以通道的形式存在。就比如主板上的M.2固態硬盤接口，它的外形雖然是M.2，但數據傳輸依賴于PCIe通道，這也就是為什么M.2接口的固態硬盤也分PCIe3.0和PCIe4.0了。
PCIe的帶寬是按照長度去計算的，最短的是PCIe X1，然后是PCIe X2、PCIe X4、PCIe X8、PCIe X16。最長的PCIe X16其速度是PCIe X8的2倍，是PCIe X4的4倍，以此類推。許多玩家口里滿血的M.2接口指的就是PCIe X4，殘血M.2接口指的就是PCIe X2。
PCIe 1.0
PCIe 1.0 X1的速度只有250MB/s，X2的速度只有500MB/s，X4的速度只有1GB/s，X8的速度只有2GB/s，X16的速度只有4GB/s。
PCIe 2.0
而我們現在使用的硬件設備速度在不斷提高，性能更強大的顯卡，速度更快的硬盤和網卡，導致PCIe 1.0速度根本不夠用，于是就出現了PCIe 2.0，速度是PCIe 1.0的兩倍，PCIe 2.0 X16的最高速度為8GB/s。
PCIe 3.0
后來2.0也不夠快，于是出現了我們現在最常用到的PCIe 3.0，PCIe 3.0的速度是PCIe 2.0的兩倍。PCIe 3.0 X4的速度達到了4GB/s，這也是目前主流主板M.2接口所能達到的最大理論速度。
這也能解釋為什么目前最高端的PCIe3.0固態的順序讀寫速度不會超過4000MB/s了，原來是被PCIe 3.0 X4通道的速度限制了。
PCIe 4.0
這樣你應該清楚PCIe 4.0是什么了！PCIe 4.0又在PCIe 3.0的速度基礎上進行了翻倍，使得PCIe 4.0 X4的最大傳輸速度達到了8GB/s，也就是說支持PCIe 4.0的固態硬盤，其最高順序讀寫速度可以高達8000MB/s。
PCIe4.0 SSD有多快？
為了探索PCIe 4.0到底有多快，學弟專門對電腦主機進行了升級，使用了支持PCIe 4.0的主板，另外還對PCIe 3.0固態進行了測試，作為對比的參照。學弟所購買的PCIe 4.0硬盤為宏碁掠奪者GM7000 1TB，在上文中也有所介紹，這里詳細說一下。
外觀及配件
宏碁掠奪者GM7000的外包裝，正面除了硬盤渲染圖外，還標注了總線類型、協議類型、通道標準以及容量。
包裝盒背面則是該硬盤的詳細參數，包括最高讀寫速度、工作溫度范圍、尺寸等。
硬盤本體由硬盤和導熱貼兩部分組成，硬盤使用了黑色電路板，導熱貼同樣為黑色，導熱貼上方還印有掠奪者logo。
從側面看導熱貼還是比較厚的，官方介紹此導熱貼為石墨烯復合材料，導熱系數比較高。無散熱配件和加裝石墨烯導熱貼進行高強度寫入測試，加裝導熱貼比無散熱配件的固態硬盤低18攝氏度。
下圖為宏碁掠奪者GM7000背面
除了石墨烯復合材質的導熱貼外，還贈送了金屬散熱裝甲。如果是在臺式機上安裝該硬盤，可以使用金屬散熱裝甲。
硬盤相關參數
主控芯片為IG5236CAA，屬于英韌科技旗艦級產品。NAND閃存顆粒來自美光TLC，單顆粒512GB。緩存為單顆DDR4外置緩存，容量為1GB，顆粒編號為BWMECX32H2A-08Gb。主控和緩存芯片均為目前頂級規格，至于TLC顆粒，懂得都懂，現在固態市場上全是TLC，無須多言。
上機圖
銘瑄B660M終結者算是最近比較火的一塊板子，主板上共有兩個支持PCIe 4.0 X4的M.2接口，我選了離CPU最近的接口，下圖是將宏碁掠奪者GM7000安裝到主板上的樣子。
宏碁掠奪者GM7000的下方，安裝了一塊HIKSEMI ECO 1TB SSD作為對照參考。
測試設備配置
主板：銘瑄B660M終結者
處理器：Intel Core i5-12400
內存：光威天策系列 DDR4 3200 16GB（8GB x2）
硬盤： HIKSEMI ECO 1TB SSD（PCIe 3.0 ）
宏碁掠奪者GM7000 1TB SSD（PCIe 4.0）
CrystalDiskinfo 8.1.0
從cdm掃描的傳輸模式以及標準上可以看到，宏碁掠奪者GM7000使用了PCIe 4.0 X4的通道以及NVMe 1.4傳輸協議。
而對照測試的C2000 ECO采用PCIe 3.0 X4通道，NVMe1.3傳輸協議。
CrystalDiskMark 7.0.0
在cdm的測試中，終于窺探到PCIe 4.0的頂級速度。Intel平臺下高達7130.79MB/s的連續讀取速度以及6365.97MB/s的連續寫入速度，相當于2個C2000 ECO加起來的速度，12個SATA3.0固態的速度，40個SATA機械硬盤的傳輸速度。4K單線程隨機讀91.6MB/s，4K單線程隨機寫260.88MB/s。
對照參考的HIKSEMI C2000 ECO的連續讀取速度為3573MB/s，連續寫入速度為3037MB/s，4K多線程隨機讀寫以及4K單線程隨機讀寫較PCIe 3.0固態都有較大幅度的提升。不能說HIKSEMI C2000 ECO慢，只能說采用PCIe 4.0的宏碁掠奪者GM7000實在是太強了。
在壓力更大的64GiB數據測試中，測試成績相較1GiB壓力基本無波動。反觀?？低旵2000 ECO，在64GiB大壓力測試下，多線程單線程連續讀寫、4K隨機讀寫均有不同程度的下降。
除了在Intel平臺下的測試外，我還將硬盤放在AMD平臺上進行了測試。
宏碁掠奪者GM7000在AMD平臺上更是跑出了7478.53MB/s多線程連續讀取成績，連續寫入速度也是達到了6460.80MB/s。4K隨機讀寫在AMD平臺上表現的依舊優秀，高達90.83MB/s的單線程4K隨機讀取速度，230.65MB/s的單線程4K隨機寫入速度。大大提升了日常程序加載、游戲加載的速度，實現網頁程序秒開。
3DMARK SSD性能測試
3DMARK這個測試是去年11月新添加的DLC，專門用來測試SSD、混合硬盤和機械硬盤的游戲性能的。和PCMARK 10的存儲測試一樣，3D MARK的存儲測試也是基于真實應用的磁盤軌跡回放，所以該測試可以反映最真實的性能表現。
測試項目包括：
啟動加載《戰地5》到游戲主菜單
啟動加載《使命召喚：黑色行動4》到游戲主菜單
啟動加載《守望先鋒》到游戲主菜單
在玩《守望先鋒》時使用OBS錄制1080p 60Hz的游戲視頻
從Epic平臺上安裝《天外世界》
在運行《天外世界》時保存游戲進度
將《CS:GO》的Steam文件夾從外部SSD復制到目前驅動器
宏碁掠奪者GM7000 1TB在3DMARK SSD性能測試中獲得了3016分，要知道三星980 PRO才2858分，WD BLACK SN750才2014分，宏碁掠奪者GM7000跑出3000多分的成績還是很值得一夸的。
作為對照組的?？低旵2000 ECO 1TB只獲得了945的分數。
ATTO磁盤基準測試4.00
ATTO磁盤基準測試中，宏碁掠奪者GM7000 1TB在64MB文件測試中，連續讀取速度能達到6.58GB/s，連續寫入速度能達到5.93GB/s。?？低旵2000 ECO 1TB在64MB文件測試中，連續讀取速度能達到2.77GB/s，連續寫入速度能達到3.25GB/s。采用PCIe 4.0的宏碁掠奪者GM7000完勝！
AS SSD Benchmark 2.0
硬盤娛樂大師AS SSD測試中，宏碁掠奪者GM7000 1TB得分7200分，?？低旵2000 ECO 1TB得分4126分，不過這個測試確實是娛樂啦，前后測試兩次，能差個上千分。
寫在最后
在推薦PCIe 4.0固態的時候，總有人站出來說PCIe 3.0就已經很快了，3000MB/s和7000MB/s在體驗上基本無感。但對于玩家而言，之前需要5s游戲才能加載完成，而更換PCIe 4.0固態硬盤后，2.5s游戲就加載完了?？炝诉@短短的2.5s，可能多加兩根內存或CPU超個0.5G頻率都很難達到。
我的建議是，如果你正想搭建最新平臺的主機，那么可以考慮PCIe 4.0固態，畢竟PCIe 4.0固態僅比PCIe 3.0固態貴了幾百元。宏碁掠奪者GM7000算是一個不錯的選擇，上面評測也測了，各方面性能都很強，5年或600TBW的質保，也算是誠意滿滿。
除了性能強不說，宏碁掠奪者還貼心的提供Acronis正版軟件，助力高效數據遷移。你可以通過這個軟件對硬盤數據進行轉移，還可以實現數據備份、硬盤克隆、系統恢復等功能，可以說做的十分細致了。
