高、中、低到底有多大差距？6款NVMe M2 SSD对比评测
随着主板、CPU内置PCIe 3.0通道数的大幅增加，以及NVMe SSD技术的成熟、价格的下调，特别是近期闪存与SSD价格整体的大幅下跌，NVMe SSD的普及度得到迅猛提升，其中又以体型小巧、安装方便、价格相对较低的NVMe M.2 SSD最受市场、用户的关注。所以当本刊才于6月初制作了《到底比SATA强多少？2018 5款NVMe SSD新品实战体验》文章后（该文已测试4款NVMe M.2 SSD新品，如需了解三星、台电、十铨、威刚部分产品的用户，请点击打个响指就能灭掉SATA SSD？ 快来领教5款NVMe SSD的真实实力阅读)，随后应读者要求我们又特别再次收集了6款2018 NVMe M.2 SSD新品，涵盖高、中、低三类M.2 SSD。
接下来就让我们一起通过多项实战测试来了解不同定位、不同配置的M.2 SSD在性能表现上到底有何区别？在预算范围内，到底哪款M.2 SSD能满足你的需求？
对于M.2 SSD这类产品，最初不少人可能会认为它那小巧的体形就是为小型计算设备而量身打造的，但不曾想历经几个阶段的发展后，M.2 SSD也成为性能的代言人。与传统SSD相比，最初的M.2 SSD大多采用的也是SATA主控芯片，与2.5英寸的SATA SSD其实没有本质的区别，仍受限于600MB/s的接口带宽。后来一些M.2 SSD也采用了早期的PCIe主控芯片，如浦科特的M6e、金士顿的HyperX Predator系列，这些SSD分别采用了PCIe 2.0 x2、PCIe 2.0 x4的主控，其传输带宽提升到了1GB～2GB/s。
而在NVMe技术普及后，NVMe主控自然也就在M.2 SSD中得到了大量应用。除了老旧的SATA主控，即便相对于PCIe主控，NVMe主控也有巨大的优势—要知道NVMe SSD主控的起步标准就是支持PCIe 3.0 x2，拥有2GB/s的接口带宽，而支持PCIe 3.0 x4的NVMe主控芯片则能提供高达4GB/s的传输带宽。
▲NVMe主控大幅降低了延迟，提升了并行读写性能。
同时NVMe主控大幅加强了并行读写性能，允许存储系统一次最多可执行64K(64000个)队列，并且允许每个队列拥有64K的命令。而之前固态硬盘使用的AHCI标准仅支持存储系统一次最多执行1个队列，每个队列32条指令。
此外NVMe标准对多核心处理器进行了更好的优化，新加入的中断模式可以让多个处理器核心同时向NVMe控制器发出命令。同时比起AHCI技术标准，NVMe可以降低控制器和软件接口部分的延迟，NVMe精简了调用方式，执行命令时不需要读取寄存器，而AHCI每条命令则需要读取4次寄存器，一共会消耗8000次CPU循环，从而造成2.5微秒的延迟。
闪存方面，与传统SSD类似，大部分M.2 SSD也从早期使用MLC、SLC颗粒转换到现在全面使用TLC颗粒，而在2018年更加流行的则是3D NAND TLC颗粒。对厂商来说，采用3D NAND TLC颗粒最主要的好处就是降低成本，如西数与东芝联合开发的BiCS 3D闪存现在最高已实现了64层堆叠，其单颗核心容量达到64GB，而之前闪存颗粒的核心容量只有16～32GB，这意味着闪存颗粒单位面积下的容量翻倍。
另一方面，部分3D NAND TLC颗粒还明显提升了写入性能，同时厂商也为TLC SSD设置了特别的SLC CACHE即把用于OP保留空间的闪存模拟为SLC闪存。当然一旦写入大容量数据的话，还是很容易出现缓存溢出，遇到性能不济的3D NAND TLC颗粒，其连续写入速度直接降低到100MB/s左右，甚至100MB/s以内。
▲3D NAND TLC颗粒是占据2018年M.2 SSD市场的主力。
总之NVMe主控+3D NAND TLC颗粒就是当前M.2 SSD的主流硬件配置形态，那么我们将如何测试才能反映出它的真实性能呢？
我们如何测试
处理器：Core i7-8700K
主板：华硕TUF Z370-PLUS GAMING
显卡：GeForce GTX 1080
内存：宇瞻黑豹极光DDR4 3200 8GB×2
电源：安钛克（Antec）HCG850 GOLD
操作系统：Windows 10专业版
基准测试
在这部分测试中，我们将使用可以同时显示固态硬盘传输速度、IOPS的Anvil's Storage Utilities基准测试工具，除了常规的1GB文件测试外（注：读1GB、写1GB，实际写入2GB测试文件），我们还将采用32GB文件测试（注：读32GB、写32GB，实际写入64GB测试文件），以测试在使用大容量文件时，固态硬盘的真实性能，会不会因为耗尽SLC CACHE而掉速。
SLC CACHE缓存容量与全盘写入性能解析
通过HD TUNE PRO全盘写入测试，进一步测试固态硬盘SLC CACHE缓存容量的具体大小，以及其真实的写入性能，TLC颗粒是否会拖累固态硬盘的写入性能。
游戏与程序应用性能
通过涵盖游戏、Adobe PhotoShop、InDesign、After Effects、Word、Excel等9种应用软件的PCMark 8存储性能测试，以及实际启动《绝地求生：大逃杀》、《使命召唤：二战》两款游戏，考察固态硬盘的游戏与程序应用性能。
发热量测试
使用专业的PASS MARK BurnInTest PRO对固态硬盘进行连续15分钟读写的烤机测试，考察每款M.2 SSD的温度。
PCIe 3.0 x2主流NVMe SSD
威刚XPG-SX6000系列 256GB
接口：PCIe 3.0×2
主控：瑞昱RTS5760 4通道
闪存：美光 3D NAND TLC
板型：M.2 2280
质保时间：5年
参考价格：449元
这款SSD采用了来自瑞昱的RTS5760 PCIe 3.0 x2主控芯片，它采用四通道读写设计，闪存方面，它则搭配了美光研发、威刚封装的3D NAND TLC闪存，并配备一块散热片。
基准性能测试
受限于PCIe 3.0 x2接口，这款SSD的传输带宽不会特别高，从测试来看，它的连续读取速度在916.74MB/s，低队列深度随机4KB读取性能则维持在主流水准，约7761.11IOPS。而让人感兴趣的是它的写入性能，在1GB容量测试上，它的连续写入速度就达到910.22MB/s。而在我们将写入容量大幅提升到32GB后，它的写入性能并没有大幅下跌，仍保持在661.78MB/s。
▲1GB文件测试成绩
▲32GB文件测试成绩
SLC CACHE缓存容量与全盘写入性能解析
在HD TUNE PRO的全盘写入测试中，虽然测试中它的写入速度没有达到基准测试中的那么高，但在大约前90GB容量的文件写入中，它的写入速度都维持在350～470MB/s左右，表明它拥有一个较大的SLC CACHE，这显然也是它为什么不易掉速的原因所在。当然如果写入容量超过90GB，写入速度则会大幅下跌至不到100MB/s，数据就比较难看了。
▲SLC CACHE容量大约有90GB，因此在日常应用中写入掉速不会太明显。
游戏与程序应用
它的游戏启动时间也与其他产品的表现差不多——《使命召唤：二战》游戏上的启动时间在8.34秒左右，在《绝地求生：大逃杀》上的启动时间在12.84秒。而在PCMark 8测试中，得益于较大的SLC CACHE缓存容量，这款SSD在测试中的总成绩仍突破5000分，在InDesign、After Effects等常规软件的读写中，其任务执行时间与高端SSD的差距都不到1秒，即便在写入5640MB数据的PhotoShop重载任务中，它也只多耗时约5秒。
▲威刚XPG-SX6000系列 256GB PCMark 8存储性能
发热量测试
由于配备了散热片，因此在15分钟的BurnInTest PRO SSD满载测试时，这款SSD的工作温度并不是特别高，测试结束时的工作温度在73℃。
PCIe 3.0 x2中端NVMe SSD
金士顿A1000系列 480GB
接口：PCIe 3.0×2
主控：群联PS5008-E8 4通道
闪存：东芝 3D NAND TLC
板型：M.2 2280
质保时间：5年
参考价格：999元
这款SSD采用了来自群联科技的PS5008-E8四通道主控芯片，带宽为 PCIe 3.0 x2。闪存方面它则配备了基于东芝技术，金士顿封装的64层堆叠3D NAND TLC颗粒。
基准性能测试
尽管它的接口带宽只有PCIe 3.0 x2，但群联PS5008-E8显然拥有更强的性能，其连续读取速度达到1310.3MB/s。而在写入性能上，在使用1GB容量测试时，与其他同级产品类似，其写入速度也可以达到910.22MB/s，在使用32GB容量测试时，其写入速度同样会出现明显下跌，不过写入速度仍能保持在近400MB/s。
▲32GB文件测试成绩
SLC CACHE缓存容量与全盘写入性能解析
金士顿A1000系列 480GB SSD初段的写入速度在400MB/s到720MB/s左右波动，随后在写入容量达到约40GB时，速度稳定在接近500MB/s，在写入约110GB后，写入速度则下调至接近400MB/s，最后在写入容量达到约450GB时，垃圾回收开始，速度进一步下跌，但最低速度也控制在270.3MB/s左右，因此其全盘写入速度可以控制在400.8MB/s，比很多PCIe 3.0 x4主流M.2 SSD都要好得多。
▲金士顿A1000系列 480GB SSD的全盘平均写入速度可以达到408.8MB/s
游戏与程序应用
在游戏应用中，金士顿A1000系列 480GB SSD还是有较好的表现，《使命召唤：二战》的启动时间不到8秒，《绝地求生：大逃杀》的启动时间为12.75秒。在PCMark 8存储性能测试中，它也获得了5000出头的评分，得益于较高的写入速度，它在写入5640MB数据、读取468MB的PhotoShop重载任务中，其任务耗时只有353.4秒，与高端产品相比只有约3秒的差距。
▲金士顿A1000系列 480GB PCMark 8存储性能。
发热量测试
尽管没有配备散热片，但这款金士顿A1000系列480GB SSD的发热量也不算很大，在15分钟的BurnInTest PRO SSD满载测试结束时的温度为74℃，与一些配备散热片的产品相比也没有高不少，表现不错。
PCIe 3.0 x4主流NVMe SSD
铭瑄复仇者NM5 M.2 240GB
接口：PCIe 3.0×4
主控：慧荣2263XT 4通道
闪存 英特尔：3D NAND TLC
板型：M.2 2280
质保时间：3年
参考价格：409元
这款SSD采用了四通道无需缓存设计的慧荣2263XT PCIe 3.0 x4主控芯片，并搭配编号为“29F0IT2ANCTH2”的英特尔64层堆叠3D NAND TLC闪存颗粒，但没有配备散热片。
基准性能测试
与PCIe 3.0 x2的主流NVMe SSD相比，借助带宽优势，铭瑄复仇者NM5 M.2 240GB的连续读取速度已接近2000MB/s，同时这款SSD也表现出不错的随机4KB读取性能，在QD1低队列深度下也达到15915.42IOPS。而在使用1GB容量测试文件时，其连续写入速度也突破1200MB/s大关。不过如使用32GB文件进行测试时，因为实际写入测试文件达64GB，这款SSD的写入速度就会出现明显掉速。
▲1GB文件测试成绩
▲32GB文件测试成绩
SLC CACHE缓存容量与全盘写入性能解析
从测试图可以看到这款SSD的缓存容量的确不算太大，不到36GB，在写入36GB以后，SSD的写入速度则会出现下跌到156MB/s左右。而在写满约204GB之后，SSD则会进行积极的垃圾回收，一边清理出空白块，一边进行写入，因此写入速度会下跌到100MB/s以下，最低写入速度只有87.5MB/s。
▲SLC CACHE容量不到36GB，耗尽后写入掉速比较明显。
游戏与程序应用
这款SSD在《使命召唤：二战》游戏上的启动时间只有8.02秒，在《绝地求生：大逃杀》上的启动时间也只有12.63秒。而在PCMark 8存储性能测试中，铭瑄复仇者NM5 M.2 240GB 5009的总分则只与PCIe 3.0 x2产品相当。较差的写入性能有时还是会拖后腿，如在写入5640MB数据的PhotoShop重载任务中，它那374秒的耗时就明显比其他NVMe SSD要长一些。
▲铭瑄复仇者NM5 M.2 240GB PCMark 8存储性能
发热量测试
由于没有配备散热片，没有任何辅助散热措施，因此在结束15分钟BurnInTes t SSD满载测试时，铭瑄复仇者NM5 M.2 240GB最后的工作温度要高于那些配备了散热片的产品，达到76℃。
PCIe 3.0 x4主流NVMe SSD
阿斯加特AN系列256GB
接口：PCIe 3.0×4
主控：慧荣SM2260 8通道
闪存：美光大S 3D NAND TLC
板型：M.2 2280
质保时间：5年
参考价格 ：379元
这款SSD采用了支持PCIe 3.0 x4接口、8通道设计的慧荣SM2260，并搭配来自美光大S（SpecTek）的3D NAND TLC颗粒。此外，该产品还配备了一块铝制散热片。
基准性能测试
借助PCIe 3.0 x4通道，这款SSD的读取速度也可轻松突破2000MB/s。同时它还拥有不错的低队列深度随机4KB读取性能，IOPS达到16228.46IOPS。写入性能方面，在使用1GB文件时，它的连续写入速度可达992.25MB/s，总分轻松上万。不过在换用32GB大容量文件，实际写入测试文件为64GB，耗尽其SLC缓存后，它的连续写入性能则会剧烈下降至仅仅141.84MB/s。
▲32GB文件测试成绩
SLC CACHE缓存容量与全盘写入性能解析
从HD TUNE PRO全盘写入测试可以，这款SSD的SLC CACHE容量大约有31～32GB左右，在这个范围内进行写入的话，连续写入速度可以保持在接近1000MB/s，不过如超过此容量，它的写入速度就会大幅下降，仅仅只有120MB/s左右。而在写入容量超过200GB后，SSD会开始积极地进行垃圾回收，写入速度进一步下降到100MB/s以内。
▲SLC CACHE容量在32GB左右，耗尽后写入掉速比较明显。
游戏与程序应用
凭借非常不错的低队列深度随机4KB读取性能，这款SSD在《使命召唤：二战》游戏上的启动时间只有7.41秒，在《绝地求生：大逃杀》上的启动时间也只有12.29秒。同时在反映一般程序应用的PCMark 8存储性能测试中，它的表现还是令人满意。其总分达到5041，在写入5640MB数据的PhotoShop重载任务中，其任务耗时只有352.6秒，即便与高端产品相比也没有太大的差距。
▲阿斯加特AN系列256GB PCMark 8存储性能。
发热量测试
得益于散热片的配备，阿斯加特AN系列256GB在运行15分钟BurnInTest Pro SSD满载测试时，其发热量明显小于那些没有散热片的产品，工作温度为71℃，要稍微凉爽一些。
PCIe 3.0 x4中端SSD
建兴睿速系列T10 PLUS 512GB
接口：PCIe 3.0×4
主控：忆芯STAR1000 8通道
闪存：东芝 3D NAND TLC
板型：M.2 2280
质保时间：3年
参考价格：999元
这款SSD采用了由中国忆芯科技研发的忆芯STAR1000 NVMe SSD 8通道PCIe 3.0 x4主控芯片，并搭配东芝原厂3D NAND TLC颗粒。此外它还配备了一块印有中国风Logo，做工厚实的红色散热片，用户可自行安装。
基准性能测试
从基准测试来看，睿速系列T10 PLUS 512GB在1GB容量测试下就表现出了不错的性能—连续读写速度双双破千兆每秒，随机4KB QD16 IOPS更高达302851.7IOPS。而在我们将测试容量提升到32GB后，其写入速度也会出现明显下降，不过仍能稳定在531.73MB/s，因此其测试总成绩仍能突破7000分。
▲1GB文件测试成绩
▲32GB文件测试成绩
SLC CACHE缓存容量与全盘写入性能解析
从全盘写入测试来看，睿速系列T10 PLUS 512GB的SLC CACHE应该不大，在测试刚开始就掉速，不过其在写入大约前70GB容量时，连续写入速度都能保持在430～500MB/s左右，能够满足大部分用户的日常应用。但在超过这个范围后，T10 PLUS 512GB的写入速度就会出现剧烈波动，最低可到35.4MB/s，因此它的全盘平均写入速度并不高，只有293.8MB/s。
▲在写入速度超过70GB容量后，SSD的写入速度变得非常不稳定。
游戏与程序应用
睿速系列T10 PLUS 512GB在《绝地求生：大逃杀》中的启动上表现正常，启动时间为12.61秒，与其他产品差不多。但在《使命召唤：二战》游戏的启动中，经多次测试，其耗时始终要略多一点，在9.73秒左右。而在程序应用上，这款产品的PCMark 8存储性能测试成绩也略低一点，总分为4991。主要问题在于各项应用如InDesign、After Effects、Illustrator、Photoshop的耗时都要多一些，但差距不大，大多多消耗的时间也就在1秒以内。
▲睿速系列T10 PLUS 512GB PCMark 8存储性能。
发热量测试
虽然配有散热片，但这款SSD的发热量还是比较大，在15分钟的BurnInTest PRO SSD满载测试结束时，散热片比较烫手，软件侦测温度为75℃，用户需做好散热措施。
PCIe 3.0 x4高端SSD
西部数据 Black系列-3D版 1TB
接口：PCIe 3.0×4
主控：西部数据自研8通道主控
闪存：闪迪 3D NAND TLC
板型：M.2 2280
质保时间：5年
参考价格：待定
这款SSD采用了西部数据自行研发的三核心、8通道、PCIe 3.0 x4主控。闪存方面，它则搭配了闪迪64层 BiCS 3D NAND TLC颗粒，不过这款SSD没有采用任何辅助散热措施。
基准性能测试
显然，高端产品就的确具备高端产品的价值—在1GB文件测试中，它的连续读写速度均双双突破2000MB/s，14675.12的总成绩与其他产品拉开了大幅差距。而就算使用32GB文件测试，这款SSD的连续写入速度也没有太大下跌，仍保持在1668.35MB/s，在32GB文件测试下也能拿到12908.59分，让其他产品难以望其项背。
▲1GB文件测试成绩
▲32GB文件测试成绩
SLC CACHE缓存容量与全盘写入性能解析
在全盘写入测试中可以看到，它拥有一个超过100GB的大型SLC CACHE，在这个范围内写入的话，写入速度基本可以保持在1375MB/s以上，而在SLC CACHE耗尽后，它会一边清空SLC CACHE，一边写入数据，也就是说一些数据会在清理SLC CACHE的时候直接写入到闪存，一些数据则写入到SLC CACHE。因此写入速度时高时低，但最低速度也可达到639.3MB/s。所以这款产品拥有940.3MB/s的平均速度。
▲这款SSD拥有超过100GB的超大SLC CACHE，在耗尽缓存后，最低写入速度也在600MB/s
游戏与程序应用
在游戏应用中，这款SSD仅需7.71秒就可完成《使命召唤：二战》的启动；在《绝地求生：大逃杀》中的启动上，耗时也只需要12.61秒。在PCMark 8存储性能测试中，西部数据Black系列-3D版 1TB M.2 SSD获得了5063的高分，在各项应用中都能与其他SSD拉开小幅差距—如在PhotoShop重载任务中，它的执行时间比阿斯加特AN系列256GB少用2.5秒，在After Effects中的耗时也比铭瑄复仇者NM5 M.2 240GB少用1.1秒。
▲西部数据 Black系列-3D版 1TB PCMark 8存储性能
发热量测试
高性能显然还是带来了较高的热量，在15分钟的BurnInTest PRO SSD满载测试结束时，西部数据Black系列-3D版 1TB M.2 SSD的工作温度达到77℃。
高、中、低到底有何区别？
程序游戏应用差别不大
通过以上测试，不知大家对定位不同的高、中、低M.2 SSD有什么感觉？首先从程序体验来看，它们的差别的确不大，而且定位中、高端的NVMe M.2 SSD在程序、游戏应用上，相对于价格更低的产品也不能完全保证胜利。关键原因还是我们在之前的文章中所提到的—消费级应用更依赖低队列深度的随机4KB读写性能，而当前NVMe主控性能更突出的地方往往在它的高队列深度随机读写性能上，各类NVMe主控所谓几十万IOPS往往指的是其在高队列深度下的随机读写性能，在消费级应用中，这些性能则难有用武之地。
当然高端M.2 SSD在总体趋势上相对中、低产品还是保持着小幅领先，而如果你只是希望将M.2 SSD用作程序启动盘、系统盘、游戏启动盘等偏向随机读取应用，且预算有限，那么定位主流、中端的M.2 SSD就能满足需求。
高、中、低到底有何区别？
传输速度与掉速程度就是答案
高、中、低三类NVMe M.2 SSD它们最大的差距一还是在传输速度上，高端NVMe SSD的连续读写速度都可轻松突破2000MB/s，而定位中、低的NVMe M.2 SSD在读写速度上一般能确保双双过千就算不错了。另外PCI 3.0 x2 NVMe SSD在传输速度上会受限于带宽，在这部分指标上有明显的劣势，难以突破1400MB/s。
高、中、低三类NVMe M.2 SSD的另一大差别就在于掉速控制上。大家都知道TLC闪存颗粒的写入性能无法同MLC颗粒相比，因此才加入SLC CACHE来提升体验，但面对不同的用户、五花八门的应用，固态硬盘的SLC CACHE很有可能会遭遇耗尽的一刻，这时就需要比拼SLC CACHE的算法、TLC闪存颗粒的性能。
测试中主流SSD的SLC CACHE大多采用较“笨”的算法——先写入SLC CACHE，耗尽后直接写入闪存，因此在SLC CACHE耗尽后，如闪存颗粒性能差，就会为用户带来非常糟糕的体验，写入速度跌入不到200MB/s、甚至不到100MB/s。
而中端M.2 SSD如金士顿A1000系列480GB在算法上可能没有什么突破，但其闪存性能较好，可以保证在大部分的时间里，写入速度都维持在接近400MB/s，最低写入速度也能保持在250MB/s以上。而测试中的高端产品西部数据 Black系列-3D版 1TB就更加“聪明”，可以实时主动清理SLC CACHE，再加上优秀的闪存写入性能，使得其拥有高达940.3MB/s的全盘平均写入速度。
因此如果用户想尽量避免出现严重的掉速现象，那么切记不要仅仅被那些使用1GB容量测试，实际读写测试都在SLC CACHE中进行的光鲜测试所蒙蔽双眼，大容量文件读写测试、HD TUNE PRO全盘写入测试也是你需要参考的重要指标。
请重视固态硬盘原始形态发热量
最后对于M.2 SSD来说的另一大考察指标就是它的发热量，总体上来看配备散热片的产品在温度控制上要略好于M.2 SSD。但是大家也没必要 “歧视”那些没有散热片的M.2 SSD，它们没有配备散热片则能为用户提供更高的自由度。毕竟如果将它们用于超极本、超薄本等小型运算设备，这时还为M.2 SSD加装散热片的话，就有可能遭遇安装兼容性问题。
不过我们认为对于一款M.2 SSD来说，其销售形态就代表了它的使用形态，如原始形态没有散热片，那么就必须在该形态下保证固态硬盘能够稳定使用，否则就不是合格产品。而令人欣慰的是，在本次测试中，所有没有配备散热片的M.2 SSD尽管发热量稍高，但工作温度并没有大幅上升，而且在烤机测试中都没有出现任何错误。
▲此次使用BurnInTest测试SSD发热量的具体设置。一般而言，使用连续读写模式可以尽可能地提升SSD的工作温度。
▲买回M.2 SSD固态硬盘后，请即刻进行烤机测试，无需多长时间，一般15分钟即可，如出错或温度异常就立即退货。
但我们不能确保每款固态硬盘都具有这样的水准，在曾经的测试中，我们就遭遇了这样一款产品—没有配备散热片，短短几分钟的BurnInTest测试就出了10多个错，温度飙升到100℃，不得不紧急中止测试以防硬件损坏，这款产品的品质显然严重不达标。因此不管您购买的是高、中、低哪类定位的M.2 SSD，不管它身价如何，购买后请立即用BurnInTest这类软件进行检测，测试中如有错误、温度飙升就请立即退货。
长江存储128层TLC闪存拆解：存储密度高达848Gbmm²，远超三星等
去年4月，国产存储芯片厂商长江存储（YMTC）宣布其128层3D NAND 闪存研发成功。包括拥有业界最高单位面积存储密度，最高I/O传输速度和最高单颗NAND 闪存芯片容量的1.33Tb 128层QLC 3D NAND闪存，以及512Gb 128层TLC闪存。
近日，国外权威研究机构Tech Insights对长江存储的128层TLC 3D闪存进行了芯片级的拆解，发现其存储密度达到了目前业界最高的8.48 Gb/mm²，远高于三星、美光、SK海力士等一线NAND芯片大厂。
据介绍，Tech Insights拆解的是Asgard（阿斯加特）的PCIe4.0 NVMe1.4 AN4 1TB SSD，其内部采用的正是长江存储的128层TLC 3D NAND 闪存芯片，这也意味着长江存储128层TLC 3D NAND 闪存芯片已量产。该SSD硬盘的PCB上总共四颗256GB NAND闪存，单个封装内是4颗芯片，也就是说单颗芯片容量为512Gb。该NAND闪存的型号为YMN09TC1B1HC6C（日期代码：2021 9W）。
△长江存储512 Gb 128层3D TLC NAND 芯片的外观，型号为YMN09TC1B1HC6C
根据长江存储此前公布的数据显示，在传统3D NAND架构中，外围电路约占芯片面积的20~30%，这也使得芯片的存储密度大幅降低。而随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围电路所占据的芯片面积或将达到50%以上。而Xtacking技术则是将外围电路置于存储单元之上，从而实现比传统3D NAND更高的存储密度。
所以，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC芯片同样也是采用了两个晶圆来集成3D NAND，因此拆解后可以找到两个die，一个用于NAND阵列的die，另一个用于CMOS外围电路的die。
△长江存储512 Gb 128层Xtacking 2.0 3D TLC NAND die标记 （ CDT1B）
△长江存储512 Gb 128层Xtacking 2.0 3D TLC NAND芯片COMS外围的die标记（CDT1A 或 CDT1B）
作为对比，上一代的64层 Xtacking 1.0架构的TLC NAND die标记为（Y01-08 BCT1B） 和 CMOS外围电路die 标记为（Y01A08 BCT1B）。
根据Tech Insights的实测，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC的die尺寸为60.42mm²，这也意味着其单位密度增加到了8.48 Gb/mm2， 比 256Gb 64层的Xtacking 1.0 die 高出了92% 。读取速度达到了7500 MB/s，写入速度也高达5500 MB/s。
△长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND的die平面图
CMOS外围电路die则集成了页缓冲器、列解码器、电荷泵、全局数据通路和电压发生器/选择器。
△长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的CMOS外围电路die平面图
Tech Insights称，长江存储128层Xtacking 2.0单元体系结构由两个通过层接口缓冲层连接的层组成，这与KIOXIA 112L BiCS 3D NAND结构的过程相同。单元大小、CSL间距和9孔VC布局与以前的64L Xtacking 1.0单元保持相同的设计和尺寸（水平/垂直方向间距）。门的总数为141（141T），包括用于TLC操作的选择器等。
△垂直方向的长江存储3D NAND单元结构，以及注释为32L（T-CAT带39T）、64L（Xtacking 1.0带73T）和128L（Xtacking 2.0带141T）的门的总数。
Tech Insights表示，长江存储128层Xtacking 2.0上层有72个钨闸门，下层有69个闸门。包括BEOL Al、NAND die和外围逻辑管芯在内的金属层总数为10，这意味着与64L Xtacking 1.0工艺集成相比，外围逻辑管芯中增加了两个铜金属层。通道VC孔高度增加一倍，为8.49µm。
△长江存储三代3D NAND的比较：Gen1（32L）、Gen2（64L，Xtacking 1.0）和Gen3（128L，Xtacking 2.0）。
与三星 （V-NAND）、美光 （CTF CuA） 和 SK海力士（4D PUC） 的现有128层512 Gb 3D TLC NAND 芯片的die尺寸相比，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的die尺寸更小，单位密度最高。
长江存储128层TLC NAND die平面布置图和两层阵列结构与美光和SK海力士相同，但长江存储的每个字符串的选择器和虚拟WL数为13，小于美光和SK 海力士（两者均为147T）。由于长江存储所采用的Xtacking混合键合方法，使得其使用的金属层数量远高于其他产品。
△128层512 Gb 3D TLC NAND产品的比较，包括刚刚发布的YMTC 128L Xtacking 2.0 3D NAND。
从上面的对比数据来看，长江存储512Gb 128层Xtacking 2.0 TLC NAND芯片的单位存储密度达到了8.48b/mm²，远高于三星的6.91Gb/mm²、美光的7.76Gb/mm2、SK海力士的8.13Gb/mm²，达到了目前业界最高单位存储密度。
目前长江存储Xtacking 2.0架构的512Gb 128层TLC NAND芯片已量产。虽然三星、SK海力士、美光等厂商也在致力于开发176层3D NAND闪存芯片，但是他们目前最先进的量产产品还是128层。
作为一家成立仅数年的国产NAND Flash闪存芯片厂商，长江存储在国外巨头已领跑数十年的存储技术领域，能够在如此短的时间内追赶上来，并且取得技术上的领先，实属不易。
编辑：芯智讯-浪客剑 资料来源：Tech Insights
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