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中关村在线|第六代V-NAND首秀 三星980PRO为何“卓尔不群”


9月22日 ， 三星品牌存储正式推出了旗下首款基于PCIe4.0协议的旗舰级产品——三星980PRO PCIe4.0固态硬盘 。 笔者在第一时间从产品的外观工艺 ， 内部核心架构 ， 新技术升级应用等角度进行全面深入的评测和体验 。
不得不说 ， 此次三星980PRO基本实现了全面的技术升级和产品革新 ， 在众多新技术新架构之中 ， 三星自研的第六代V-NAND闪存颗粒的应用 ， 毫无疑问 ， 是最让笔者感到惊艳和动容的 。
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说起三星自研V-NAND颗粒 ， 就不得不从固态硬盘产品的原理结构聊起 。 众所周知 ， 固态硬盘的核心便是利用闪存颗粒替代了传统机械硬盘的机械磁盘 ， 作为存储介质 ， 然后通过通电和放电 ， 将信息和数据读取和写入到闪存颗粒当中 ， 最终实现数据的存储 。
01 三星V-NAND技术的前世今生
从原理上 ， 我们不难发现 ， 闪存颗粒是决定固态硬盘绝对性能和存储容量的关键因素之一 ， 因而众多存储厂商都在大力研发具有自主知识产权的闪存颗粒产品 。 近年来 ， 为了进一步提升闪存颗粒在性能和容量上的齐头并进 ， 以三星为主的存储大厂 ， 突破性的提出了闪存颗粒内部3D堆叠技术 ， 用以满足日益增长的性能和容量的双料需求 。
【中关村在线|第六代V-NAND首秀 三星980PRO为何“卓尔不群”】所谓3D堆叠技术 ， 也就是在原本是2D平面的闪存颗粒内部 ， 通过技术手段在维持平面不变的状态下 ， 从Z轴 ， 也就是立体面上进行颗粒的堆叠 ， 这样就能实现在保持闪存颗粒尺寸不变甚至更小的情况下 ， 无限的通过垂直面颗粒堆叠 ， 实现闪存颗粒内部容量的扩容和倍增 。
正如同平房和楼房的差异一般 ， 3D堆叠如同在单位面积上进行楼房的加盖 ， 让原本面积固定的平房 ， 在不扩大地域的情况下 ， 提升可利用面积 。 理论上 ， 只要在技术足够可靠 ， 垂直方向的堆叠几乎可以做到无限制的扩容 。
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应用于三星870QVO上的V-NAND技术 3D堆叠技术 ， 三星称之为V-NAND技术 ， 是三星于2013年首次推出并应用在商用市场 ， 基于三星V-NAND技术采用了区别于传统浮栅极技术（即FG Floating Gate）的电荷撷取闪存（charge trap flash ， 简称CTF）路线 ， 因而一直领跑全行业 ， 平均下来几乎领先同期厂商2年以上 。
从2013年初代V-NAND首发 ， 直到今年2020年 ， 历经7年 ， 第六代三星V-NAND颗粒也终于问世 ， 从7年的研发路线也可以看出 ， 三星品牌存储几乎是一年一脚印 ， 不断在V-NAND技术上保证技术优势 ， 提升闪存产品的绝对性能和存储容量 。
02 第六代V-NAND颗粒的技术创新
那么 ， 应用于三星980PRO上的全新第六代V-NAND技术又有哪些技术创新呢？
总结下来就是两点 ， 一个是堆叠层数更多 ， 存储数据的上限更高；另一个是性能更强 ， 延迟更小 ， 能够提供更高强劲的存储表现 。
在堆叠层数方面 ， 第六代V-NAND颗粒应用了前文提到的三星独创的CTF路线 ， 也就是“通道孔蚀刻”技术 ， 即在闪存内部建立100多个层组成的导电晶片堆栈 ， 从上到下垂直穿孔 ， 形成均匀的三维电荷阱闪存（CTF）单元 ， 让第六代V-NAND颗粒内部拥有1XX层的堆叠 ， 相较于应用在970EVO Plus上的第五代9X层 ， 有了一个量级的提升 ， 这也意味着在同等数量的die下 ， 三星980PRO内置的闪存颗粒能够存储更多的数据 。
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第六代V-NAND闪存两大优势 在性能方面 ， 三星通过在电路设计上进行速度优化 ， 使得全新第六代V-NAND闪存拥有更快的数据传输性能 ， 根据测算 ， 相较于第五代闪存 ， 其写入操作时间少于450微秒（μs） ， 读取操作的时间少于45μs ， 性能提高了10%以上 ， 而功耗却降低了15%以上 。
在实现了容量倍增和性能提升后 ， 三星第六代V-NAND的首秀便由此拉开了序幕 。
03 三星980PRO卓尔不群的奥秘
有了三星第六代V-NAND闪存技术加持 ， 基于PCIe4.0接口协议的三星980PRO也开始了新的巅峰之路 。
在顺序读写方面 ， 三星980PRO PCIe4.0固态硬盘 ， 一举实现了最大顺序读取超过7000MB/S ， 最大顺序写入超过5000MB/S的成就 ， 打破了此前人们对于PCIe4.0最大读取不超过5000MB/S的刻板印象 。
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强悍的绝对性能 在4K随机性能方面 ， 官方宣称 ， 三星980PRO是首个超过1000K iops的消费级固态硬盘产品 ， 同样也是技惊四座 。
当然了 ， 强悍的绝对性能除了有着第六代V-NAND技术强力加持之外 ， 三星980PRO内置的全新基于ARM架构的Elpis主控 ， 同样也是极为重要的一环 。
PCIe4.0协议带来的巨幅提升 ， 需要固态硬盘的主控制器在数据调节 ， 并行处理方面有着更高更强的性能优势 ， 而全新的EIpis主控 ， 采用三星8nm工艺制程 ， 并支持最高128队列 ， 能够并行处理超过800万个命令集 ， 相较于上一代主控产品 ， 性能提升了400% ， 有力的支撑了三星980PRO的强悍性能表现 。
技术的诞生到完全普及落地 ， 往往需要时间进行沉淀 ， 鉴于市面上仍然还有大量PCIE3.0产品的留存 ， 三星980PRO在研发之初 ， 便考虑到了兼容性问题 。
采用8nm制程工艺的Elpis主控芯片 ， 能够完美兼容PCIE3.0 ， 并且在性能上有着上佳的表现 ， 甚至超过称霸PCIE3.0世代的970EVO Plus和970PRO 。
根据官方提供的数据 ， 在PCIE3.0带宽下 ， 三星980PRO的最大连续读取性能达到3500MB/S ， 基本和970EVO Plus持平；在最大连续写入性能方面 ， 达到了3450MB/S ， 甚至超过了三星970EVO Plus的官方测试水平 。
04 三星第六代V-NAND未来之路
随着三星980PRO的上市 ， 三星第六代V-NAND技术也正式开启了新一轮的商用之路 。 鉴于此项技术在存储容量和绝对性能上的大幅提升 ， 以及用户对于绝对性能的孜孜不倦 ， 笔者有理由相信 ， 在较长的一段时间内 ， 三星第六代V-NAND技术 ， 将会和它的上一代技术一样 ， 成为3D堆叠产业链上不容忽视的技术代表 ， 并大量应用于三星品牌存储的明星产品之上 。
至于技术更为先进的第七代V-NAND技术 ， 笔者相信三星品牌存储必然已经在研发之中了 。


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