激鬥!SSD神品對決HDD王者!( Intel X25-E vs. Seagate Momentus 7200.4)

站長日前有幸借測到Kingston(金士頓)的SSD與Seagate的HDD。Kingston的SSDNow E Series(SNE125-S2/32GB)是由Intel設計製造的SSD,對應到Intel本家產品型號則是X25-E SATA Solid-State Drive,採用高速SLC顆粒,堪稱SSD神品。站長之前只能耳聞Intel的SSD「有多神」,如今終於一償宿願,能夠親自測試。

至於借測到的Seagate硬碟則是台灣尚未發表的Momentus系列最新一代「7200.4」,採單碟250GB、7200rpm轉速,在國外網站的測試中也是獲得好評。這兩顆SSD及HDD都是現今2.5吋儲存裝置的旗艦級產品,究竟實際效能如何?就讓下面的報導帶領大家一起跨越「100MB/s讀取」的領域吧!

▼下圖是Kingston SSD與Seagate HDD的特寫。其實Kingston(Intel代工)的SSD厚度僅7mm,所以比Seagate Momentus 7200.4還要薄一些,但不影響放置到ThinkPad主機內,或是Ultrabay的第二顆硬碟抽取架內。

▼下圖是Kingston SSD與Seagate HDD的背面特寫,兩台的尺寸都符合2.5吋規範。

▼Kingston雖然是全球生產記憶體模組、快閃記憶體模組的大廠,但相較於SanDisk或是創見(Transcend),Kingston進入SSD市場卻比其他廠商來得晚。當然Kingston也不是省油的燈,乾脆找擁有SSD「10通道」技術的Intel當靠山,直接採「雙品牌」模式,將Intel原廠的SSD打上Kingston標籤並由Kingston提供後續保固,開始積極搶占高階SSD市場。

Kingston推出的SSD系列稱為「SSDNow」,目前有兩個系列;「E-Series」與「M-Series」,其實前者就對應到Intel X25-E;後者則是對應到Intel X25-M。為了避免讓大家越看越混淆,接下來站長一律使用Intel的產品型號(X25-E)代表Kingston SSDNow SNE125-S2/32GB。

X25-E與X25-M最主要的差異點在於NAND Flash顆粒,X25-E使用SLC顆粒﹔X25-M則是MLC顆粒。因此X25-E成本比X25-M高出許多。同樣是兩萬新台幣左右價位,X25-E只能買到32GB,X25-M則是80GB。或許網友有留意到Intel其實還有一顆「X18-M」,就是1.8吋的SSD。Kingston的SSDNow系列就不包含X18-M了。站長個人覺得是正確的做法,因為市面上採用1.8吋Micro SATA界面的notebook實在太少了(例如ThinkPad X300/X301),願意花大錢買1.8吋SSD的客群會更少。

▼站長目前在X200t上面使用創見的SSD(MLC/64GB),外殼材質是塑膠。當拿到X25-E時,著實感到驚訝,因為原本預期會很輕,實際上卻有些份量在。原來Intel採用鋁製外殼,而且底殼厚度還不薄,使得X25-E重量達到約80公克。(Seagate Momentus 7200.4約110克,創見的SSD約48克)。但X25-E的金屬外殼也讓人留下非常有質感的印象。

▼將外殼的四顆螺絲解開後,就能看到X25-E內部全貌。剛好之前友站曾介紹過X25-M,並且有刊出內部構造圖,站長兩相比較之後發現:原來X25-E與X25-M都使用同樣的控制晶片,甚至連快取記憶體都同樣使用Samsung的K4S281632I-UC60(16MB SDRAM)。但兩顆SSD採用不同的Flash顆粒,而且X25-E的電路板還在每顆晶片旁邊加上一層黑色的絕緣膠。

Intel SSD之所以寫入速度優於同業的祕訣在於內建一顆16MB的快取記憶體,但這不是任何原廠都能馬上仿效的,牽扯到控制晶片是否妥善運用快取記憶體,不然會出現寫入速度暴起暴落的「心電圖」現象。X25-E的寫入速度表現相當平穩。不然現在16MB的SDRAM顆粒價格非常便宜,如果只是焊一顆SDRAM就可以提升效能,一堆SSD廠商早就跟進了。目前市售SSD大多數採用台灣的智微科技(JMicron)所設計的JMF602控制晶片,或許改天JMicron的控制晶片也能善用SDRAM當作快取記憶體時,相信與Intel、Samsung等大廠之間的SSD效能差距會拉近。台灣晶片組廠商SiS的子公司LinkVast將推出可外掛DRAM的SSD控制器,並提供8通道或4通道兩種版本,有興趣的網友可參閱友站報導

▼Intel網站上雖然提到與美光(Micron)合資的工廠已發展出34奈米的32Gb(4GB) MLC顆粒,但目前Intel的SSD(無論SLC/MLC)都使用50奈米製程的NAND Flash顆粒。要到今年第四季時,才會全面導入34奈米製程(SLC及MLC)。網友如果仔細計算上圖與下圖裡X25-E電路板的Flash數量,會發現一共20顆SLC Flash。參照友站的X25-M拆機圖,裡面也是20顆MLC Flash。但X25-M使用每顆4GB容量的MLC Flash,故乘上20顆就是80GB。X25-E採用每顆2GB容量的SLC Flash,照理說容量應該是40GB,怎麼會才32GB而已?原先站長的理解有誤,感謝JimmyZ網友指正,特轉載說明如下:

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「即X25-M采用每顆4GB的MLC, 總容量是4GBx20 = 80GB, 正好整塊盤的容量就是80GB, 所以您認為沒有預留”後備區塊”, 可事實不是這樣, 芯片工業上用的單位是以1024為底(以示區別, 有提議把1024為底的單位中加上i, 比如GiB), 而硬碟容量上通用以1000為底, 比如去買一塊’1TB’的硬盤格式化容量僅為900多GB, 於是X25-M上的總Flash顆粒容量(80*1024*1024*1024字節)還是比它所提供的容量(80*1000*1000*1000字節)要多出大約5GB.

相應的, X25-E上面, 多出的容量是40*1024*1024*1024 – 32*1000*1000*1000 = 10949672960 大約10GB.」

還是就”多出來的容量”部分再寫一點吧, Flash的寫比讀慢這是大家都知道的, 原理上來說, 傳統磁記錄設備上在某個bit上寫入0與寫入1幾乎沒有區別, 而在Flash上這有致命的差異.
Flash Memory內部是分塊的, 塊大小可能從512bits到數Kbits, Flash只支持兩種操作, 第一項”Program”, 對任一bit寫0, 第二項”Erase”, 將任一塊寫1.
於是寫0可以簡單的進行, 但是寫1不可以, 如果你需要將某一個特定的bit寫1, 需要將它所屬的這個塊讀到緩沖區, 然後在緩沖區中將這個bit置1, 擦除這個塊, 然後再把緩沖區中的內容寫回去, 這就是Flash的寫操作慢的基本原因.
在現實中幾乎不可以這樣使用, 等待擦除是致命的, 現在看看引入冗餘塊的情況, 簡單起見, 假設我們有兩個物理Flash塊, 但是Flash控制器只提供一個邏輯塊給文件系統使用, 第一次寫入的時候, 控制器將它寫入到第一物理塊上, 第二次寫入的時候, Flash控制器的負載均衡機制使它寫入在第二物理塊上, 這時候不需要擦除, 而且這時候第一塊是沒有被使用的, 控制器可以在後台將其擦除以備下一次的寫入操作.
考慮一個極限的情況, 我們有無窮多個物理塊, 只需要提供有限個邏輯塊供文件系統使用, 那這個控制器非常簡單, 只要每次都寫到一個新的塊就可以了, 完全不用考慮擦除的損耗.
實際情況比這復雜, 比如還有分頁機制, 還有直接在NOR Flash上工作的本身具有負載均衡機制的文件系統(比如JFFS)等, 而且這也只是最簡單的負載均衡理論機制, 相信各大廠商的實用型負載均衡算法比這復雜得多, 但大致的邏輯就是這個樣子.
另外一直有個誤解, 認為Flash的壽命太短, 在SSD上保存數據太不安全, 簡單計算一下, 以X25-E的170MB/s的寫入速度, 將所有40GB的物理塊寫過一個cycle需要240秒, 將全部的塊寫過平均壽命十萬次需要大約279天, 注意這是這塊盤一刻不停被寫入的情況, 實際上工作情況並沒有這麼嚴酷, 大部分時間它是在被讀取甚至空閑, 基本上不用考慮這個問題, 當然MLC上這個問題稍嚴重一點.
更詳細可以參考這邊:

http://zh.wikipedia.org/wiki/闪存=====================================================================

▼下面是Intel原廠公佈的X25-E規格,供網友參考。X25-E的耗電量其實不低(2.4W),工作電壓為1A(5V)。雖然是2.5吋大小,但主要市場並不在筆記型電腦,而在「伺服器」或工作站使用。如果使用者不在意電池續航力,站長個人覺得X25-E能夠提供非常優異的讀寫效能。相形之下X25-M號稱為桌上型電腦、筆記型電腦所設計,耗電量僅有驚人的0.15W,如果使用者不在意NAND Flash先天存在耗損的弱點,X25-M會是高速、高續航力的選擇之一。

▼接著介紹另一位主角:Seagate推出的「Momentus 7200.4」。本款是Momentus最新一代7200rpm硬碟,具備單碟250GB的高密度碟片,及16MB Buffer。站長借測的機種容量是500GB。根據原廠網站介紹,「7200.4」僅有250GB與500GB兩種容量,但卻有四種型號,差別在於機型最後一碼是有有掛上「G」字母,例如站長借測的這顆就是「ST9500420ASG」,代表內建「G-Force Protection technology」,說穿了類似ThinkPad APS防震系統,偵測到硬碟掉落時,讀取頭會從碟片上移開。

▼接下來進行兩顆SSD與HDD的實機測試。站長首先使用ThinkPad R61當作測試平台,將兩顆SSD/HDD置入R61主機內。R61採用Core 2 Duo 8100(2.1GHz)處理器,搭配4GB(2GBx2)的DDR2記憶體。作業系統則是WinXP Pro SP2繁體中文版。

HD Tune Pro成績雖然輕鬆破100MB/s,但站長記得X25-E不是號稱有200MB/s以上的讀取速度嗎?於是改用別套軟體試試。

▼X25-E在HD Tach的讀取速度成績也是在100MB/s出頭而已,這時候站長想起網路上有傳聞「ThinkPad SATA封印」的說法,其實對照官方提供的規格文件,ThinkPad的SATA硬碟向來僅提供SATA 1.5Gb/s(即SATA I)規格,即使南橋晶片已經是SATA 3.0Gb/s(即SATA II)。以往的傳統硬碟很難超過SATA I的速度限制,故使用者比較察覺不出來,現在的SSD讀取速度動輒150MB/s起跳,安裝到ThinkPad時就很容易發覺被限速了。

站長對於Yamato Lab故意限制SATA的速率感到好奇,於是搜尋相關資訊,終於在Lenovo官方的討論區上看到官方的講法,為避免站長個人解讀有誤,特刊出原文:

“For Santa Rosa-based systems, the Intel ICH8 supports a SATA bus speed of up to 3.0 Gb/s. Lenovo made a design decision to prioritize maintaining compatibility with Ultrabay disk drives, which are connected via a SATA-to-PATA conversion chip which could not handle a 3.0 Gb/s SATA bus speed reliably. Therefore the system was standardized to 1.5 Gb/s.

In testing rotating media drives, our measurements show data throughput difference between 1.5 Gb/s and 3.0 Gb/s bus speed is less than 5% since the drive mechanics are the limiting throughput factor, rather than the SATA bus itself.

For those customers who choose to purchase an after-market SSD drive capable of SATA bus speeds up to 3.0 Gb/s, the system will interface with them at 1.5 Gb/s. Lenovo’s official position is that the Santa Rosa systems are working as designed.

The Montevina based systems which began shipping last year have direct SATA interfaces for both drive bays and are enabled at a system level for SATA bus speeds of 3.0 Gb/s performance. Current Lenovo drives have firmware set to 1.5 Gb/s data rates.

Exchanging these drives for after-market drives which support SATA bus of 3.0 Gb/s should provide for the higher data rate at the overall system level. Again, it should be noted that our performance measurements show less than 5% performance improvement between 1.5 Gb/s and 3.0 Gb/s SATA bus speeds for rotating drives, since the drive mechanics are the limiting throughput factor, rather than the SATA bus itself.

After-market SSDs which support SATA bus speed of 3.0 Gb/s will operate at that bus speed. Depending on the data transfer test method used, your actual data throughput from a 3.0 Gb/s SATA bus speed should be 220-250 MB/s and about 90-120MB/s throughput when running on SATA bus of 1.5 Gb/s. This is due to the bus signaling used for the SATA bus, as well as overhead for error checking.”

▼原來使用Intel 「Santa Rosa」平台的ThinkPad(例如T61/R61/X61),所採用的南橋晶片(ICH8-M)雖然有支援SATA II,但當時這些主機的「Ultrabay擴充槽」所搭配的第二顆硬碟抽取架(SATA界面)其實是透過一顆「PATA轉SATA」轉換晶片在處理訊號轉換,這顆晶片無法在SATA II的3.0Gb/s高速下穩定運轉。由於ICH8-M仍保留一組傳統IDE界面,故「Ultrabay擴充槽」仍採用PATA規格,導致SATA硬碟抽取架必須使用「PATA轉SATA」晶片。為了整台系統的穩定性,Yamato Lab便將ICH8的SATA傳輸速度鎖定在1.5Gb/s。
下圖就是站長將X25-E放入Ultrabay Slim的第二顆硬碟抽取內所測得的成績。 很明顯地,受到「PATA轉SATA」晶片的拖累,X25-E讀取速度下降到80MB/s以內。

▼根據官方的說法,即使T61/R61/X61故意將SATA速度封印起來,在傳統硬碟上面,其實SATA 1.5Gb/s與3.0Gb/s的效能差距僅在5%以內。畢竟在「Santa Rosa」平台發表的年代,SSD根本還不盛行,傳統硬碟讀取速度也無法超越120MB/s的門檻,基於系統穩定度考量,ThinkPad會將所有支援3.0Gb/s的SSD/HDD均以1.5Gb/s模式傳輸。
下圖是X25-E在Ultrabay Slim的第二顆硬碟抽取架內,以HD Tach測得的成績。平均讀取速度也是由115.3MB/s猛降為81.8MB/s。

▼後來進入了Intel 「Montevina」平台時代,搭配的南橋是ICH9-M,本身已經取消IDE界面,故從T400/R400/X200開始,Ultrabay擴充槽都已經是原生SATA界面。這時候Yamato Lab就不再針對南橋進行任何限速,讓SSD/HDD能以3.0Gb/s高速傳輸。但根據官方的講法,「目前」ThinkPad出廠所搭配的硬碟,上面的韌體仍將傳輸速率設定在1.5Gb/s。原廠解釋說即使設定成3.0Gb/s,效能差距也僅為5%。至於為何官方還是刻意把出廠硬碟封印在1.5Gb/s就不得而知了。

既然Montevina平台的ThinkPad已經解除封印,站長就拿X200t來重新測試X25-E的效能。但站長這次不是安裝在主機內,而是透過「原生SATA」的第二顆硬碟抽取架來測試,當然X200t必須先跟Ultrabase X200「合體」。

站長的X200t配備SL9400 (1.86GHz,6 MB L2)處理器以及4GB DDR3(2GB+2GB),作業系統是WinXP Pro SP3繁體中文版。從下圖的HD Tach成績不難看出X25-E讀取速度果然暴增至180MB/s以上,平均讀取速度高達191.3MB/s!「Burst Speed」也一舉突破SATA I的150MB/s,高達227.2MB/s!

▼趕緊換HD Tune Pro進行測試,果然從原本的平均108.1MB/s進步到174.6MB/s!看來ThinkPad的「SATA封印」果然對於SSD效能有很大的影響。

▼X25-E所使用的SLC Flash顆粒擁有高速寫入特性,從下圖的HD Tune Pro寫入測試,看到驚人的平均161.1MB/s寫入速度。根據友站的測試,採用MLC顆粒的X25-M平均寫入僅72MB/s,再加上SLC顆粒讀寫壽命為MLC十倍以上(理論值),難怪X25-E堪稱「SSD神品」了。

▼接下來進行Seagate 「Momentus 7200.4」的測試。站長仍舊將7200.4先裝入R61主機內進行效能測試。從HD Tune Pro的測試表現,看到「7200.4」一路從91.2MB/s下降到43.2MB/s。站長的R61主硬碟其實是HGST 7K200,對照前年的測試心得,7K200讀取速度從65.6MB/s下降到31.2MB/s,站長準備等「7200.4」推出時就升級硬碟了!

▼如果使用HD Tach測試「7200.4」會發現讀取速度更快一些,但從這兩套測試軟體都能看出7200.4讀取時速度不是很平穩,有上下震盪的情況。

▼站長特別用CrystalDiskMark測試7200.4,後面會用到下圖中的數據。

▼雖然原廠宣稱ThinkPad的「SATA封印」對於傳統硬碟的效能影響有限,但實際狀況如何呢?站長接著進行X200t的實測。同樣將「7200.4」放入新一代原生SATA的第二顆硬碟抽取架內,並放入Ultrabase X200內。下圖就是7200.4在X200t的真實表現,網友不妨與上面的R61測試成績比較,雖然讀取速度的確進步有限,不像X25-E有爆炸性成長(因為7200.4的讀取極限就是無法突破120MB/s大關),但在X200t上面可以很清楚地看到讀取時的曲線平穩許多,不像安裝到R61時的激烈震盪。

▼再換為HD Tune Pro進行測試,同樣讀取速度有小幅成長,而且讀取的曲線也比R61測試時平穩許多。

▼下圖是7200.4的寫入速度測試,目前MLC顆粒的SSD在寫入速度方面,可能不見得比7200.4有太大的速度優勢。

▼雖然說同一顆硬碟在R61與X200t兩個不同平台上的成績不適合相互比較,但7200.4在X200t的讀寫成績明顯優於R61也是事實。

▼以下為HD Tune Pro所偵測出的7200.4功能諸元。(以X200t為平台)
< ▼以下為HD Tune Pro所偵測出的X25-E功能諸元。(以X200t為平台)

日前在友站有一篇關於Intel SSD的討論文章:「[轉貼]Intel X25-M固態硬盤長期使用性能下滑」,雖然Intel官方回應是「”In general, when a PC’s drive (SSD or HDD) is full, there will be some reduction in system performance, however the performance reduction reported by PC Perspective is higher than we generally expect, which is why we are looking into the methodology.”(一般來說,當PC的硬碟(SSD或HDD)容量已用滿時,會導致系統效能有所減損,但PC Perspective所報導的減損程度卻比我們預期的還嚴重,所以我們正在調查他們的測試方式。)」。但站長個人的解讀是即使是SSD,還是有必要進行硬碟重整,而不是放著不管。傳統的磁碟重整工具並不適用於SSD,網友不妨試試與「Diskeeper 2009」捆綁銷售的「HyperFast」,有助於維持HDD與SSD的運轉效能。

站長測試X25-E之後深覺購買SSD時,還需要一台能夠發揮實力的主機。即使如X25-E這樣的神品,安裝到T61/R61/X61等ThinkPad上,也有手腳伸展不開之憾。由於Santa Rosa平台的ThinkPad(甚至更早之前的機種)基於系統穩定度考量,不得不限制SATA傳輸速度,站長個人覺得購買MLC顆粒的SSD便足矣。除非購買新一代T400/R400/X200,就能享受到X25-E的神速效能。

平心而論,SSD還存在太多的「不確定性因素」,特別在資料保存性上面。但只要使用過SSD,就非常容易被它的高效能、高抗震、低熱量、無噪音所吸引,試想一台ThinkPad X-Series裝上SSD之後,不但效能媲美一萬轉傳統硬碟(這種轉速的硬碟在notebook上是不可能實現的。),使用時不用再提心弔膽怕撞到主機,更沒有惱人的馬達運轉音。故站長願意在X200t上使用SSD(MLC),其中一個原因是系統可隨時重灌,因為這台X200t並不是主要工作機,而是簡報或是出差時攜帶使用。

另一方面,站長在辦公室使用R61,如果要升級硬碟時會優先考慮7200轉的傳統硬碟(例如7200.4)。不選擇SSD的理由就是「資料保存性」與「SSD容量」這兩點。即使站長平日就會將R61主機的資料同步備份到外接硬碟,但畢竟是每天工作的夥伴,實在不想拿公司的資料與工作系統開玩笑。再者,R61有「SATA封印」在,投資高速SSD卻無法發揮應有效能實在有點可惜。

根據Intel的規劃,最快從2009年Q4開始,34奈米製程的MLC/SLC就會問世,屆時X25-M會將容量推進到320GB;X25-E則可達128GB。到了2010年第一季X25-E有可能推出256GB超大容量版本。以站長的辦公室工作機為例,因為是接在Advanced mini Dock上面使用,故「省電」不在站長考量範圍內。X25-E採用的SLC顆粒無論在速度、讀寫壽命上都優於MLC顆粒,如將來真需要以SSD取代傳統硬碟時,站長還是會考慮使用X25-E SSD。當然屆時也需要換一台新的ThinkPad了,希望128GB的X25-E價格不會超過一台T-Series的主機售價呀(苦笑)。

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富士通從硬碟產業撤退了…
Yamato推出「Force Manager」,願原力與你同在~!

Comments

  1. 站長寫的真是簡單明瞭
    解決了之前SATA 3.0Gb/s的疑問

  2. 7200.4的acess time有點長
    傳輸速度有比上一代產品進步一些

  3. 能否用 battery information 測一下耗電差異?

  4. 谢谢站长详细,明了的评测,让我对SSD与HD的优劣有了清晰的了解,并为我以后升级电脑时有重要的参考作用。

  5. 關於電力消耗,active 2.4W比我目前用的7K320的1.8W還是來得高,雖然idle時0.06W比7K320的0.2W低甚多,但是電腦應該不是放著比standby的時間的吧。所以對我個人而言,SSD的吸引力還不夠。

  6. 不好意思不是挑毛病,只是剛好看到:”一率”應該是”一律”。seagate好像從7200.3跟5400.5就有access time偏高的現象,不知為何

  7. 能不能幫忙問一下7200.4到底哪時才要推出? 從去年等到現在了…. -_-

  8. 感謝網友指正,已修正「一律」筆誤之處。

    Intel的X25-M的Active耗電量為0.15W,Idle時為0.06W,讀取速率也在200MB/s之上,比較適合給notebook使用。

    7200.4聽說在四月以後會引進台灣,500GB版本的售價可能在5000元以內。

  9. 文中”採用MLC顆粒的X25-E平均寫入僅72MB/s”,應為”X25-M”?
    不知為何站長測的7200.4的access time會這麼高呢?
    之前在網上看到大約是16ms

  10. 謝謝站長的文章,我的小黑X60看來也是沒必要升級SSD…有封印啊!!!
    話說連摔車,洗咖啡浴…都弄不死我的小黑,看來要換X200過過SSD隱還要一段時間…
    7200.4一直不出,只好買7200.3 320G(從7K200 100G升級)刺激一下經濟~

  11. 不知道台灣會不會上市7200.4 500GB 的ASG版本…7200.3的ASG台灣似乎就沒有引進~”~

  12. 很好奇一件事情,那麼x300也是使用senta rosa的晶片,難道也有這種限制嗎?
    還是只有x61等?

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