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。

第五代V-NAND技术加成 三星970 EVO Plus固态硬盘评测

2018下半年，三星正式宣布开始量产第五代3D V-NAND闪存，其采用全新的9X层堆叠技术，每单元可保存3比特数据。据三星数据显示，在这两项技术的加成下，存储设备能够实现更快的传输速度以及更优的能效比。1月23日，三星推出了采用NVMe协议的最新产品三星970 EVO Plus，我们有幸拿到了一款250 GB的970EVO Plus，下面就来看看它表现如何。

硬盘外观展示

三星970 EVO Plus如果单就外观而言较上代三星970 EVO差别并不大，同样采用黑色作为硬盘的主色调，在硬盘表面贴有详细的产品名称以及规格等信息。通过图片我们可以看到，这同样是一款采用走PCIe 3.0x4通道，支持 NVMe 协议，接口为M.2类型的高性能固态硬盘，而容量为250GB，规格上采用了2280的尺寸。

撕下表面标签，三星970 EVO Plus的主控依旧采用的是三星Phoenix控制，确保硬件与计算机之前的数据传输高效稳定。

我们拿到的这款250GB的三星970 EVO Plus在缓存方面采用了与500GB版本相同的512MB LPDDR4缓存。

性能测试

测试平台介绍

在测试环节，为保证能够完美发挥三星970 EVO Plus的传输性能，我们选择九代酷睿处理器中最强的i9-9900K搭配华硕ROG MAXIMUS XI ECTRREME主板作为测试平台，完全满足高速NVMe SSD接口的需求。此外还搭配4根8GB高频内存。

测试成绩

CrystalDiskInfo

CrystalDiskInfo 是一款检测硬盘信息的软件，通过软件我们可以看到，三星970 EVO Plus的传输模式为PCIe 3.0×4，支持NVMe协议。

CrystalDiskMark

CrystalDiskMark同样是一款测试电脑硬盘的检测工具，可以测试存储设备的读写速度等信息。通过测试，三星970 EVO Plus持续读写成绩表现出了与规格信息非常接近的优异成绩。最大持续读取速度达到夸张的3551.5MB/S，而最高写入速度也达到了2376.9MB/s，传输速度优异。

TxBENCH

TxBENCH是一款衡量存储性能硬盘或SSD性能的基准测试软件，优点在于操作简单，很容易测量的存储性能。在实际的测试中，得出的结果读取速度为3432.580MB/S，写入速度为2397.463MB/S，与前面数据相差不大。

ATTO Disk Benchmark

ATTO Disk Benchmark作为一款简单易用的磁盘传输速率检测软件，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。我们可以通过设置数据包大小的方式测试硬盘的传输速度。最终结果以柱状图的形式呈现。ATTO的顺序读写速度普遍保持在3380MB/S、2380MB/S左右，成绩正常。

官方软件

与三星970 EVO Plus配套的还有三星专门为存储设备打造的SSD优化维护工具，其可以对SSD等存储设备进行基准性能测试。在软件主界面，我们可以看到这款这款NVMe SSD的基本信息。包括驱动类型、TRIM状态等。

我们使用三星Magician软件进行检测，结果显示，连续读取速度为3313MB/s，连续写入速度为2362MB/s，与官方标称的数据非常接近。

970 EVO SAMSUNG Magician测试成绩

而与上一代三星 970 EVO的成绩对比，写入速度提升53%

实际传输体验

在实际的传输过程中，我们利用固态硬盘向三星970 EVO Plus传输大型文件，在实际的传输过程中，速度达到429MB/s，表现优异，仅需几秒即可完成近3GB文件的传输。

总结

三星此次推出的全新970 EVO Plus依旧采用性能强大的Phoenix主控，搭载了第五代V-NAND技术的闪存芯片在写入方面提升幅度达到了可喜的53%，提升效果明显，对于技术发烧友和游戏玩家来说，能够更加高效的处理密集型的工作任务。通过970 EVO Plus其实我们可以看到三星在SSD整体性能方面完善自身的诚意，相信970 EVO Plus的上市会吸引来众多专业用户的青睐。

本文编辑：刘国亮

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