V-NAND到底是个啥？三星970EVO Plus强悍性能的背后

当我们在聊固态硬盘的时候，我们到底在聊些什么？经历了十数年的行业发展后，固态硬盘的技术规范和产品形态上逐步实现了统一，各家产品的差异已然上升到了内部架构和核心组件方面的技术代差上了。

简单剖析，固态硬盘产品的内核无外乎三大组件，用于调控整体存储功能和特殊机制的“大脑”即主控芯片，产品内部制作成本最高、担当存储重任的闪存颗粒，以及部分产品上用于产品支撑的缓存颗粒。

至于重要性而言，一举打破存储行业格局，让固态硬盘走入千家万户的存储介质，即闪存颗粒部分，可以说是区别固态硬盘好坏的最重要的内核组件。今天，笔者就以业界知名的三星970EVO Plus为实例，简单聊下关于闪存颗粒的技术和功能演变。

01 关于NAND闪存：单位电荷数Bit的变迁

NAND闪存，按照业界一般的理解， 本质上是一种长寿命的非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)的存储器，其中非易失性的突出特点，使得这种基于通断电存储的介质能够长久的保存数据，最终使得NAND闪存颗粒走向了前台；其实，熟悉闪存的朋友，可能还听过另一个词，即Dram颗粒，即动态随机存取存储器，同样是基于通断电的特性，只不过DRAM芯片的每次存储数据的过程中需要对于存储信息不停的刷新，无法实现长久存储，因而错过了这次“C位出道”的时机。

三星原厂NAND闪存颗粒

NAND闪存工作的原理是通过单位NAND内部电荷数Bit的通电和放电，实现对数据的存储。基于无机械结构的电荷存储优势，NAND闪存技术能够提供包括高性能、稳定、耐摔耐磕碰、一体成型故障率低等多种特点，迅速成为了各家存储厂商研发的重点。

因而，为了进一步提升NAND闪存容量，满足用户对于大容量存储的需求，在以三星、东芝、Intel等领先的NAND原厂推进下，研发出了不同电荷数Bit的多种NAND颗粒，即为SLC(1bit）、MLC（2bit）、TLC(3bit)、QLC(4bit)以及处于实验阶段即将量产的PLC（5bit）等类型。

不同颗粒类型的bit数分布

可随着单位电荷数Bit的堆叠，带来了两个后果，一是单位电荷Bit的增加对于半导体工艺制程的要求越来越高，从50nm制程一路升级到14/15/16nm制程，半导体制程工艺越来越无法满足更多单位电荷数Bit的堆叠了；二是单位电荷数Bit的堆叠，会在狭小的NAND闪存内部产生大量的干扰电流，严重影响闪存产品的性能和寿命。

02 三星V-NAND技术：从平面到垂直的创新性探索

为了解决单位堆叠的带来的电荷干扰问题以及半导体工艺的瓶颈，三星创新性的提出了在原有制程的基础上将NAND闪存以3D堆叠的形式，封装在NAND闪存之中，一方面解决了在平面的狭小空间内多个电荷数排列产生的电子干扰问题，保证了产品的质量和性能；

全球首款V-NAND技术产品

更为重要的是，解决了工艺制程无法推进容量提升的瓶颈，用3D堆叠替代2D平面排列，让NAND闪存以垂直的形式进行排列，进而提升了总体的容量。

V-NAND和普通2D NAND

朴素的理解就是，此前的NAND闪存就像在单位面积的地基上盖平房，平房的容积是恒定的，要想提升入住人口，只能无下限的降低单位容积率，其后果就是制造工艺和电磁干扰；

而V-NAND技术诞生之后，2D的平房变成了3D垂直的楼房，理论上只要高度不限制，单位面积的地基上的可利用容积几乎等同于无限，即避免了制程工艺的瓶颈又解决了电磁干扰的问题。

01 V-NAND技术是三星970EVO Plus强劲性能的有力支撑

三星V-NAND技术从2013年引入市场，便引发了全行业的关注，从初代的32层（即在单位面积上的堆叠层数）到后续的64层，直到9X层，根据公开消息，三星V-NAND技术或将提升到200+层堆叠，最大限度的提升单位闪存的利用率。

而笔者手中这款三星970EVO Plus便是采用三星全新V-NAND技术研发的旗舰级产品，基于V-NANDND技术在容量和稳定性上巨大优势，搭配着三星自研的Phoenix主控，使得三星970EVO Plus的性能实现了超越。

根据官方提供的数据，三星970EVO Plus最大读取性能达到了3500MB/S，最大写入性能也达到了3300MB/S，几乎达到了消费级固态硬盘的巅峰水准。作为一款推出了数年的旗舰级固态硬盘，在即将踏入存储新纪元的当下，依旧没有任何一款同级别的PCIE3.0固态能够在性能上实现对970EVO Plus的绝对超越。

实测性能

这背后的原因，无外乎三星在V-NAND技术上的近十年的积累，以及在此基础上进行的主控配对和优化。

多说一句，随着PCIE4.0时代的来临，三星也将在新世代推出旗舰级980PRO固态硬盘，进而延续PCIE3.0时代的行业地位，可以预见的是，980PRO固态硬盘依旧会在V-NAND堆叠、主控性能方面实现大跨越的升级，至于三星970EVO Plus则还是会成为PCIE3.0世代下的王者存在。

三星SSD性能如此强悍，原因其实很简单

固态硬盘时代，三星品牌存储在业界的地位可以说是无人撼动，无论是传统的SATA协议SSD或者是发展迅速的NVMeSSD，都拥有着极高的市场占有率和用户口碑，三星在NAND技术的研发和生产上，一直是世界一流水平，尤其是3DNAND，更是遥遥领先，随着NAND技术的不断升级迭代，其在存储介质上的优势势必将会进一步放大。

三星也是业界唯一一家能够将SSD所有部件自产的厂商，今天笔者以三星旗下目前最新的NVMe SSD 970EVO Plus为例来为大家说明其产品优势所在，为何在SSD普遍降价的今天，它如此定价依然能够不愁销量呢？

970EVOPlus

970EVOPlus是目前三星旗下在售最新的NVMeSSD，三星宣布将第五代3DV-NAND堆栈层数升级到了90层以上，并且针对处理4K内容编辑、3D建模和仿真以及大型图片类游戏等对性能有要求的任务进行针对性优化，能够提供到竞品无法给予的使用体验。

PHOENIX主控

作为970EVO的升级款产品，这款970EVOPlus采用了PHOENIX主控芯片，考虑到SSD的发热功耗，三星在主控表面添加镍涂层以及在NAND的芯片上覆盖了一层铜箔，将SSD的散热做到了目前所能达到了最佳状态，使其在高性能工作时温度能够保持在一个合理阈值，以此保持稳定的性能发挥。

外置缓存

得益于三星在存储介质以及SSD零部件生产方面的优势，这种端到端的做法可以使得产品得到深度优化，在性能、可靠性、故障率等方面具有自己得天独厚且无法取代的优势。

如何判断一块SSD的好坏？

如何判断一块SSD的好坏，也就是它值不值得买，一般来说我们会从性能、寿命、可靠性这三个主要方面入手。

首先在速度方面，目前市面上的SSD在读写速度的测试上表现都很出色，但是在实际体验中往往要打个折扣，造成这种现象的主要原因是基础硬件质量和SSD的整体优化程度，SSD在短时间内拥有极高速度很容易，但是在长时间的使用情况下却难以维持，因为硬件质量在这里起到决定性作用，而市面上拥有闪存制造能力的存储厂商却只有三星几家，所以这也就是三星为何所有部件自产的主要原因，只有这样才能保证SSD的稳定性能。

连续读写速度

CrystalDiskMark这款测试软件涵盖了连续读写、512KB和4KB数据包随机读写性能，以及队列深度（QueueDepth）为32的情况下的4K随机性能。队列深度描述的是硬盘能够同时激活的最大IO值，队列深度越大，实际性能也会越高。

我们可以看到970EVOPLlus的连续读写成绩达到了3558MB/s，写入3293MB/s的成绩，队列深度为32时，读写依旧维持在2251MB/s这样的成绩，可以说是非常强了。

实际2613MB/s写入

相对于SSD的连续读写速度来说，它在实际应用环节的速度表现往往来的更加重要，笔者选用了一个实际大小为37G左右大小的视频文件来进行写入测试，果然整体表现相当亮眼，37GB大小的文件写入仅花费了不到14秒时间，我就想问还有谁！

除了基础硬件质量以外，SSD的整体优化程度对使用体验也至关重要，三星的SSD得益于所有部件自产，所以能够将优化性做到最佳态，增大各部件的兼容性，让SSD发挥出最大效能。

所以三星的NVMeSSD能够独占鳌头，是因为硬件质量过关，所有部件均为自己生产，可以做到部件之间的深度优化，充分发掘SSD的性能，使其能够长久、稳定发挥。

除了性能以外，我们对于SSD最关心的应该就是寿命了，熟悉SSD的小伙伴们都知道，它采用NAND闪存来作为存储介质，因为NAND闪存的底层存储原理，所以其寿命是有先天的限制的，它的寿命也就是常规意义上理解的写入次数，也就是说当一块SSD被全盘写入一定次数以后，它的寿命将会消耗殆尽，但是会造成写入次数增大的原因有很多，比如写入放大等等…。

这时候主控算法和闪存芯片的质量就显得相当重要了，同一类型的闪存芯片，3D垂直堆栈的寿命要远高于2D平面，MLC、TLC、QLC不同闪存芯片的写入次数也是不同的，一线主流的原厂芯片质量要好于非原厂。优秀的主控算法能够让SSD获得更长久的使用寿命，将写入放大等无用消耗对SSD寿命的伤害降达到最低，三星的主控芯片均应用于自家SSD，所以兼容性、整体算法自然更加可靠。

三星对970EVO Plus有哪些具体优化？

由于固态硬盘的底层原理使然，任何SSD在使用一定时间后都会出现性能衰减的现象，相较于峰值时的速度表现来说，使用一段时间之后的稳定状态才是SSD的本质，这才是显实力的时候。

一般对于SSD稳定状态的测试都是采用耗尽缓存，然后观察其稳定态的速度和稳定状况，除此之外还要关注这个值得变化是否剧烈和频繁，这就是所谓的IO抖动，它会造成系统卡顿、无响应的现象发生，而三星在这方面将SSD优化的极为出色，稳定状态下的性能表现十分平稳，不会出现IO抖动。

在散热方面的表现也是可圈可点，970系列几乎将散热技术做到了目前SSD所能达到的极致，在控制器上添加镍涂层和在控制器和NAND芯片上覆盖铜箔助其实现物理散热，即使在无外部散热辅助的情况下，依然能够稳定运行不超过温度阈值，并且在固件中写入了散热管理程序来确保温度确保温度不超过阈值。

除此之外，还搭载有Magician管理软件，来对SSD实时检测，使其性能时刻保持在最佳状态。

写在最后

作为三星最新的NVMeSSD，我们对这款产品的性能是毋庸担心的，无论是跑分测试或是实际应用，它的表现都可圈可点，是标杆应有的水准，相信通过这篇文章，大家对于三星SSD也有了一个全面的认识，三星作为存储行业多年的领头羊，并不是一蹴而就，背后有着强大的技术积累，所以其产品才能凭借实力得到广大消费者的青睐。

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