#头条创作挑战赛#
在过去一段时间里，DRAM被视为SSD必备配置，尤其是定位较高的PCIe 4.0 SSD当中，而且往往DRAM容量越大越正义。不过从近几年开始，市场上出现了不少无DRAM设计的，即HMB（Host Memory Buffer，主机内存缓冲技术）机制的SSD，那是否代表无缓存会成为主流。为此，我们挑选了WD_BLACK SN770、长江存储致态TiPlus7100两款无缓存的PCIe 4.0 SSD进行了测试。
产品介绍
SN770是WD_BLACK在今年2月发布新款PCIe 4.0 SSD，是2021年发布SN750 SE的后续产品，二者同样采用无缓存设计，只是SN750 SE性能实在过于孱弱，即使是最快的1TB版本，官方标称读写速度不过3600 MB/s、2830 MB/s，远远低于PCIe Gen4 *4所能提供带宽，因此未能受到消费者青睐。
而新推出的SN770则大大不同，不仅最大容量增加到2TB，而且官方标称读写速度有了很大提升，最快的1TB版为5150 MB/s、4900 MB/s，2TB版也有5150 MB/s、4850 MB/s，能够发挥出PCIe Gen4 *4价值。而且得益于铠侠112层BiCS5闪存颗粒与封装技术，单个芯片就是实现2TB容量，因此在2TB版本SN770大家能看到的主要芯片只有控制芯片和闪存芯片各一，此次用于测试的是速度最快的1TB版本。
左SN700，右致态TiPlus7100，红圈里是闪存芯片
致态TiPlus7100是长江存储新进发布的PCIe 4.0 SSD，最高提供2TB版本，使用了长江存储原厂TLC闪存颗粒，闪存使用了最新的晶栈Xtacking 3.0架构，单颗闪存颗粒接口速度较上一代提升50% ，达到了2400MT/s，并支持Thermal Throttle、Power Management两大管理系统，它们会实际负载与SSD热量去调整功耗，以更好控制发热量，提升稳定性，以及提高电源效率，让笔记本电脑获得更长的续航时间。
不过长江存储没有像WD_BLACK那样追求极高存储密度，致态TiPlus7100上面所用的闪存芯片单颗最大容量为512GB，2TB版本需要4颗闪存芯片实现。此次测试使用的是1TB版本，上面共有2颗闪存颗粒以及控制芯片，预留了两个NAND焊点位。需要特别说明的是，致态TiPlus7100采用的是1024进，而不是通常的1000进，因此实际容量比同类产品大，比如1TB实际容量达到了954GB，而SN770 1TB版容量只有931GB。1TB、2TB版的致态TiPlus7100官方标称读写速度为7000 MB/s、6000 MB/s。
性能测试
自SSD诞生以来，发展方向一直是速度更快、容量更大、体积更小、价格更低，WD_BLACK SN770、长江存储致态TiPlus7100两款SSD没有DRAM芯片，必然能够降低成本，而且M.2280单面实现了2TB，能够更好安装在笔记本电脑等追求小尺寸的设备当中，那它们性能能够满足用户需求，一起通过一系列测试看看，性能测试平台见下图，使用了AMD 锐龙7 5800X与X570主板，后者M.2接口全是PCIe 4.0标准，两个测试用的SSD轮流安装在靠近CPU的M.2接口中。
第一项测试是大家熟悉的Crystal DiskMark，在这里致态TiPlus7100峰值性能非常突出，顺序读写速度达到7417.61 MB/s，6177.18 MB/s，高于官方标称值；而SN770的峰值顺序读写速度达到5225.23 MB/s，4984.33 MB/s，同样高于官方标称值，不过除了在RND4K Q1T1中SN770小胜致态TiPlus7100，其它均不如后者。
第二项测试我们使用AIDA 64测试两个SSD在空盘的情况下性能表现与SLC缓存大小，致态TiPlus7100读取表现比较抢眼，平均速度为6046.0 MB/s，最低速度也不过5645.3 MB/s，比SN770最高读取速度要高；在写入方面，SLC缓存略高于容量的30%，缓内速度约5300 MB/s，在超过45%后写入速度降至660 MB/s左右。
SN770表现没有致态TiPlus7100突出，但是读取性能非常稳定，基本维持在5400 MB/s+的水平；SLC缓存略约为容量的30%，容量与致态TiPlus7100差不多，缓存内速度约为4500 MB/s，在SLC缓存告吹后至45%范围内还能维持较高性能，略高于4100 MB/s，在45%后SSD性能波动会比较大，最低速度为522.8 MB/s。
接下来是PCMARK10，进行完整系统盘基准测试，测试两款SSD作为系统盘的性能表现。致态TiPlus7100带宽为559.70 MB/s，平均存取时间为46us，得分3571，SN770带宽为540.28 MB/s，平均存取时间为49us，得分3400，致态TiPlus7100依然保持领先，但是二者差距有所缩小。
在三项理论测试过后，我们看看两个SSD实际应用中的，第一项是异盘拷贝数据，从系统盘中拷贝50GB（由2张图片组成，单张图片大小约为25GB）。致态TiPlus7100在空盘、半盘、90%满盘下平均写入速度为3059.304 MB/s、3083.419 MB/s、1081.513 MB/s，SN770对应数值分别是3048.952 MB/s、3042.334 MB/s、1051.144 MB/s，二者性能差异很小，致态TiPlus7100略快。
第二项、第三项实际应用是使用Photoshop打开NASA的25GB星空照片耗时，以及Far Cry6游戏加载Benchmark耗时，秒表计算时间，为了方便观看，数据汇总成表。
在PS加载图片与Far Cry6加载Benchmark中，二者差距不大，致态TiPlus7100分别耗时24.29秒、13.18秒，SN770分别耗时25.16秒、13.62秒，前者小胜。
在最后，我们看看致态TiPlus7100、SN770温控表现，测试时环境温度约20℃，二者均不安装散热片，也没有风扇辅助散热，用Flir One红外测温仪记录在进行AIDA 64 Linear Write测试时第一分钟和第十分钟时的温度。TiPlus7100的三个测温点选择了控制芯片与两颗闪存芯片中心位置，SN770三个测温点选择在控制芯片中心以及闪存芯片中心与边角位置。
二者相比较，TiPlus7100温控表现非常好，在10分钟后控制芯片温度70.4℃，靠近控制芯片的闪存芯片也不过58.1℃，而10分钟后SN770闪存颗粒达到了82.0 ℃，控制芯片更是高达90.2℃。TiPlus7100温控表现较好原因可能有二，1.芯片自身功耗与电源管理优于SN770，2.同容量下使用闪存芯片数量更多时能够提供更大散热面积，改善散热。不过无论是致态TiPlus7100，还是SN770，我们均建议用户安装散热片，保证长时间工作稳定性与性能表现。
结语
通过长江存储致态TiPlus7100、WD_BLACK SN770两款PCIe 4.0 SSD实测表现，我们应该改变对无缓存SSD的传统印象，即使是没有DRAM芯片，新一代SSD也能体现出PCIe Gen4 *4价值的，尤其是致态TiPlus7100，它的峰值读写性能非常不错，而且温度控制得非常好，相信在不久将来，无缓存设计会像TLC代替MLC一样，慢慢成为SSD市场主流。
今年秋季，Intel和AMD最新平台发售，固态硬盘也全面开启PCIe Gen4时代。11月 日国内存储品牌致态发布了重量级的PCIe Gen4新品致态TiPlus7100，该产品最大的亮点就是采用YMTC长江存储最新的晶栈?Xtacking?3.0架构NAND，最高连续读写性能达到了7000MB/s和6000MB/s，堪称是DRAMLess产品的绝地反击。
为何晶栈?Xtacking3.0?架构有如此亮眼的表现？在讨论Xtacking之前，我们先简单了解一下固态硬盘核心组件——NAND FLASH的内部结构。
01 从2D NAND到3D NAND
NAND的容量大小取决于晶圆上存储阵列Array中可存放最小存储单元Cell的数量。对于早期的Planar NAND平面NAND（也叫2D NAND）来说，为了进一步提升存储容量和降低成本，就需要更先进的制程工艺，但制程工艺越高，晶圆的氧化层越薄，性能和可靠性都会出现下降，因此3D NAND开始成为主流。
所谓3D NAND就是相对于Planar NAND而言的，在晶圆上采用多层堆叠设计，如果把Planar NAND比喻成平房，那么3D NAND就是高楼大厦，提升NAND的容量只需堆叠更多层数的Array，使得容量、性能和可靠性都得到了保证。目前的3D TLC NAND已经到达100层以上，单颗NAND更是实现了1TB的容量。
02 NAND的架构
虽然3D NAND的概念比较容易理解，但落实到生产层面就不是单纯的叠层这么简单，这就涉及到NAND架构的问题。从全球主流的全球主流存储厂商出品的NAND横截面图可知，三星、铠侠和西部数据采用常规的并列式架构，将控制数据读取、写入的外围CMOS线路放在Array下方，只是技术层面有所不同。
例如三星V-NAND系列NAND，采用一次性加工、内存孔（Memory Hole）HARC蚀刻技术，铠侠/西部数据BiCS NAND则采用两个48层堆叠。并列式架构的优势是加工难度相对较低，但对于晶圆蚀刻设备和技术有着较高的要求。
Intel/Micron以及SK海力士则另辟蹊径采用了CuA（CMOS under Array）架构，这是一种将CMOS线路放置在Array以下的加工方式，从而增大了Array的面积。CuA架构的优势是能扩大单个芯片的存储密度，但同样存在制造工艺难度较高的问题。
而YMTC长江存储采用的是独家的?Xtacking?3.0架构，将CMOS线路用一种不同于存储核心Array的晶圆制造而成，分别通过Bonding工艺进行贴合，在指甲盖大小的面积的晶圆上通过数十亿根金属通道，将CMOS和Array进行连接，合二为一。
03 长江存储Xtacking?架构解析
从原理看，YMTC长江存储的晶栈?Xtacking?架构是两片独立的晶圆上，分别加工外围电路和存储单元，在逻辑工艺上有着更多的自主选择性，从而让NAND获取更多的I/O通道、更高的接口速度，例如最新的晶栈?Xtacking?3.0架构NAND具备四闪存通道和高达2400MT/s的接口带宽，这也是致态TiPlus7100即使采用DRAMLess方案，也能实现7000MB/s和6000MB/s的核心要义。
3D NAND颗粒最重要的发展方向是存储密度的优化。在传统3D NAND架构中，外围CMOS电路约占芯片面积20~30%，而Xtacking?技术创新的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，芯片面积可减少约25%，同等面积基础上，Xtacking?架构能够提供更多的存储单元，成为长江存储旗下致态品牌固态硬盘足容量的保证。
除了容量、性能和成本，NAND颗粒的良品率和出货量也是市场竞争的重要一环。自Xtacking?2.0技术诞生以来，长江存储NAND的良品率大幅度跃升，充分满足长江存储自有存储产品和客户供货的需求。除此之外，Xtacking?工艺存储单元和外围CMOS线路独立加工的特性，可以实现并行和模组化的灵活生产，较于传统结构产品研发周期可缩短三个月，生产周期可缩短20%，使得长江存储NAND的出货量也得到大幅提升。
作为长江存储核心技术品牌，晶栈Xtacking?代表着长江存储在3D NAND存储技术领域的创新进取和卓越贡献。经过9年技术积累和4年技术验证，晶栈Xtacking?架构NAND不仅性能和可靠性均达到了国际水准，更拥有较高的存储密度和更灵活的开发周期，这也是致态品牌SSD产品成功的奥义所在。
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