長(zhǎng)江存儲(chǔ)PC41Q固態(tài)硬盤的功耗及電壓測(cè)試

1、簡(jiǎn)介

作為長(zhǎng)江存儲(chǔ)進(jìn)軍商用消費(fèi)級(jí)PC市場(chǎng)的首款QLC固態(tài)硬盤力作，PC41Q搭載了先進(jìn)的第四代三維閃存芯片，并配備了PCIeGen4×4高速接口，官方數(shù)據(jù)顯示其最大順序讀取速度高達(dá)5700MB/s。從技術(shù)規(guī)格來看，PC41Q無疑定位于主流市場(chǎng)。這款產(chǎn)品采用了HMB（HostMemory Buffer）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無獨(dú)立緩存的設(shè)計(jì)。上篇文章，我們測(cè)試了PC41Q的性能。本篇文章，我們將從功耗和協(xié)議的角度，深入探討這款SSD的表現(xiàn)。

2、外觀和架構(gòu)

長(zhǎng)江存儲(chǔ)PC41Q的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在輕薄設(shè)計(jì)、性能、功耗、散熱和兼容性方面都展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。

1. 單面PCB設(shè)計(jì)：PC41Q采用單面PCB設(shè)計(jì)，背面沒有任何元件，這種設(shè)計(jì)使得SSD非常薄，適合空間受限的設(shè)備如輕薄筆記本和迷你主機(jī)。這種設(shè)計(jì)也有助于降低發(fā)熱量，增強(qiáng)散熱能力。

2. 無緩存設(shè)計(jì)（DRAMLess方案）：PC41Q沒有配備獨(dú)立DRAM緩存芯片，這有助于降低成本并減少功耗，同時(shí)節(jié)約用戶成本。

3. 高性能與低功耗：PC41Q在順序讀取速度上可以達(dá)到5700MB/s，但在PS4模式下僅有2mW的功耗，表現(xiàn)出色，動(dòng)靜皆優(yōu)。

4. 散熱設(shè)計(jì)：主控芯片采用鍍鎳設(shè)計(jì)，有助于提高散熱效率。大面積的PCB敷銅走線不僅提高信號(hào)傳輸穩(wěn)定性，也起到輔助散熱的效果。

5. 兼容性與適用性：提供M.2 2242和2280兩種板型設(shè)計(jì)，適用于不同的使用空間，不僅適用于臺(tái)式機(jī)，在空間狹小的筆記本及一體機(jī)等設(shè)備上也可以輕松安裝。

6. 耐久度：PC41Q 1TB的整體耐久度達(dá)到300TBW，平均無故障時(shí)長(zhǎng)高達(dá)200萬小時(shí)。

3、產(chǎn)品規(guī)格

4、測(cè)試平臺(tái)

CPU: 13th Gen Intel(R)Core(TM) i7-13700k

Motherboard: ASUSTeKCOMPUTER INC. PRIME Z790-P

Memory: 2 * 16G LexarDDR5-6000

System: MicrosoftWindows 11 Pro

Hard Driver:

系統(tǒng)盤Lenovo_SSD_SL700_240G

數(shù)據(jù)盤YMTC PC41Q 1TB

測(cè)試套件: 鸞起科技SSD專業(yè)測(cè)試套件eBird

CrystalDiskInfo信息查詢：

5、技術(shù)解析

Xtacking技術(shù)是長(zhǎng)江存儲(chǔ)（YMTC）研發(fā)的一項(xiàng)革命性3DNAND閃存設(shè)計(jì)。該技術(shù)的創(chuàng)新之處在于，它將NAND閃存的存儲(chǔ)單元陣列與CMOS控制電路分別在兩個(gè)獨(dú)立的晶圓上制造。通過運(yùn)用金屬互聯(lián)通道（VIAs）技術(shù)，這兩個(gè)晶圓被精確地結(jié)合，形成一個(gè)高性能的存儲(chǔ)單元。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅極大提升了數(shù)據(jù)傳輸速率和存儲(chǔ)單元的密度，還優(yōu)化了研發(fā)流程，顯著縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的周期。

6、測(cè)試工具—eBird

eBird是鸞起科技開發(fā)的SSD專業(yè)測(cè)試工具，提供全面的測(cè)試方案，覆蓋從NVMe協(xié)議到系統(tǒng)應(yīng)用級(jí)別。它適用于SSD研發(fā)、生產(chǎn)和企業(yè)驗(yàn)收階段，整合了產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)和常見問題，形成測(cè)試用例。

這款設(shè)備支持多端口獨(dú)立測(cè)試，兼容Windows、Linux和國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，模擬實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。eBird還能模擬各種掉電情況和盤狀態(tài)組合，支持填盤和數(shù)據(jù)校驗(yàn)，確保測(cè)試全面性。

此外，eBird提供多種測(cè)試框架和接口，包括NVMe協(xié)議、應(yīng)用層、整機(jī)掉電、PCIe Link和開發(fā)層級(jí)測(cè)試。它還包含協(xié)議覆蓋測(cè)試、PCIe Link測(cè)試套件、NVMe應(yīng)用測(cè)試、功耗測(cè)量套件和Trace打印功能，可以幫助對(duì)SSD進(jìn)行深度評(píng)測(cè)。

8、功耗及電壓測(cè)試

8.1 PCIe的L0s/L1s功耗測(cè)試

L0s和L1是PCIe電源管理中定義的兩種鏈路狀態(tài)，它們的全稱如下：

1. L0s（L0Standby）：這是PCIe鏈路的低功耗狀態(tài)之一，也稱為L(zhǎng)0待機(jī)狀態(tài)。L0s允許PCIe設(shè)備在不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)入低功耗模式，同時(shí)能夠快速恢復(fù)到全速工作狀態(tài)L0。這種狀態(tài)是單向的，意味著鏈路的一個(gè)方向可以獨(dú)立于另一個(gè)方向進(jìn)入L0s狀態(tài)。

2. L1（L1ASPM）：這是PCIe鏈路的另一個(gè)低功耗狀態(tài)，比L0s更加節(jié)能，但進(jìn)入和退出L0狀態(tài)的延時(shí)更長(zhǎng)。L1狀態(tài)是可選的，并且要求PCIe鏈路的兩個(gè)方向都需要進(jìn)入L1狀態(tài)。在L1狀態(tài)下，設(shè)備可以關(guān)閉一些電源以減少能耗，但仍然保持相對(duì)快速的恢復(fù)到L0狀態(tài)的能力。

這兩種狀態(tài)是PCIe主動(dòng)狀態(tài)電源管理（ASPM）的一部分，旨在在設(shè)備不活躍時(shí)減少能耗，同時(shí)保持快速響應(yīng)能力。

PC41Q在不同data pattern的低負(fù)載隨機(jī)讀寫條件下，功耗表現(xiàn)都很優(yōu)秀。

8.1.1 L0s狀態(tài)下的讀寫功耗、電壓及性能測(cè)試

8.1.1.1 L0s_R70W30_Rand_4K

8.1.1.2 L0s_Read_Rand_4k

8.1.1.3 L0s_Write_Seq_4k

8.1.2 L1狀態(tài)下的讀寫功耗、電壓及性能測(cè)試

8.1.2.1 L1_R70W30_Rand_512

8.1.2.2 L1_Read_Rand_8k

8.1.2.3 L1_Write_Seq_16k

8.2 NVMe的PS0~PS4功耗測(cè)試

SSD中的PS0到PS4是NVMe規(guī)范中定義的電源狀態(tài)，它們分別代表不同的功耗和性能級(jí)別。

8.2.1 PS0狀態(tài)下的功耗、電壓和性能測(cè)試

PS0（Power State 0）：全速狀態(tài)，這是NVMe設(shè)備的最高性能狀態(tài)，設(shè)備在此狀態(tài)下可以提供最大的IOPS和吞吐量。

8.2.1.1PS0_R70W30_Rand_4k

8.2.1.2 PS0_Read_Rand_4k

8.2.1.3 PS0_Write_Seq_4k

8.2.2 PS1狀態(tài)下的功耗、電壓和性能測(cè)試

PS1（Power State 1）：低功耗狀態(tài)，比PS0狀態(tài)消耗的功率低，但性能也相應(yīng)降低。PS1狀態(tài)通常用于設(shè)備不需要全速運(yùn)行時(shí)，以減少能耗。

8.2.2.1 PS1_R70W30_Rand_512

8.2.2.2 PS1_Read_Rand_8k

8.2.2.3PS1_Write_Rand_8k

8.2.3 PS2狀態(tài)下的功耗、電壓和性能測(cè)試

PS2（Power State 2）：更低功耗狀態(tài)，比PS1狀態(tài)的功耗更低，性能也進(jìn)一步降低。PS2狀態(tài)適用于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間不活躍時(shí)，以進(jìn)一步節(jié)省能源。

8.2.3.1 PS2_R70W30_Rand_4k

8.2.3.2 PS2_Read_Rand_8k

8.2.3.3 PS2_Write_Rand_512

8.2.4 PS3狀態(tài)下的功耗、電壓和性能測(cè)試

PS3（Power State 3）：非操作狀態(tài)，設(shè)備在此狀態(tài)下不消耗功率，但需要更長(zhǎng)的時(shí)間來恢復(fù)到工作狀態(tài)。PS3狀態(tài)是一種深度睡眠狀態(tài)，適用于設(shè)備預(yù)期長(zhǎng)時(shí)間不被訪問的情況。

8.2.4.1 PS3_R70W30_Rand_4k

8.2.4.2 PS3_Read_Rand_4k

8.2.4.3 PS3_Wirte_Rand_4k

8.2.5 PS4狀態(tài)下的功耗、電壓和性能測(cè)試

PS4（Power State 4）：深度非操作狀態(tài)，比PS3狀態(tài)的功耗更低，但恢復(fù)到工作狀態(tài)的時(shí)間也更長(zhǎng)。PS4狀態(tài)是NVMe設(shè)備最深的電源狀態(tài)，通常用于設(shè)備預(yù)期長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況。

8.2.5.1 PS4_R70W30_Rand_512

8.2.5.2 PS4_Read_Rand_8k

8.2.5.3 PS4_Write_Rand_8k

8.3 電壓測(cè)試

在SSD的測(cè)試中，電壓穩(wěn)定性測(cè)試是至關(guān)重要的，尤其是在不同的讀寫場(chǎng)景下。這項(xiàng)測(cè)試確保SSD在正常工作電壓范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

SSD對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求較高，電壓異?？赡軐?dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或設(shè)備損壞。因此，對(duì)SSD進(jìn)行電壓拉偏測(cè)試，可以模擬SSD在使用過程中可能遇到的電壓異常情況，評(píng)估其對(duì)電壓波動(dòng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)能力。通過此測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)SSD在電壓異常情況下的響應(yīng)和恢復(fù)能力，為保證其在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性提供參考。

此外，電壓穩(wěn)定性測(cè)試還包括在不同溫度和電壓水平下進(jìn)行的四象限測(cè)試，以驗(yàn)證SSD在極端工作條件下的性能和壽命。這些測(cè)試結(jié)果對(duì)于確保SSD在各種操作條件下的可靠性至關(guān)重要。

8.3.1 Voltage_10minus_R70W30_Rand_4k

8.3.2 Voltage_10minus_Read_Rand_4k

8.3.3 Voltage_10minus_Wirte_Rand_4k

8.3.4 Voltage_10plus_R70W30_Rand_512

8.3.5 Voltage_10plus_Read_Rand_8k

8.3.6 Voltage_10plus_Write_Rand_8k

10、結(jié)語

長(zhǎng)江存儲(chǔ)PC41Q SSD，搭載QLC閃存顆粒并采用無緩存設(shè)計(jì)，這一創(chuàng)新不僅有效降低了成本，也顯著提升了功耗效率。在包括媒體播放和游戲加載在內(nèi)的多樣化應(yīng)用場(chǎng)景中，PC41Q展現(xiàn)出卓越的功耗管理能力，無需額外散熱措施即可保持穩(wěn)定運(yùn)行，尤其適宜于空間受限的設(shè)備，如筆記本電腦和迷你主機(jī)，其低功耗特性顯著增強(qiáng)了消費(fèi)設(shè)備的續(xù)航能力。

在電壓穩(wěn)定性方面，PC41Q SSD同樣表現(xiàn)不俗。即使面臨高負(fù)載挑戰(zhàn)，它仍能保持電壓的穩(wěn)定，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蚐SD的持久耐用，這對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要。

測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，PC41Q在同類QLC SSD中性能卓越，足以滿足日常辦公和娛樂的需求。綜合來看，長(zhǎng)江存儲(chǔ)PC41Q SSD在功耗和電壓測(cè)試中的表現(xiàn)超出預(yù)期，它在成本效益、性能表現(xiàn)和穩(wěn)定性方面實(shí)現(xiàn)了理想的平衡?；谄涑錾男詢r(jià)比和可靠性，預(yù)計(jì)PC41Q將在筆記本電腦和主機(jī)等OEM產(chǎn)品領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。