针对TLC鸡血优化 SMI SM2256固态主控评测

台灣三大固態硬碟控制器設計廠商之一的 SMI，去年曾展出新一代控制器產品 SM2256，宣稱針對 TLC 和先進製程快閃記憶體強化設計，所具備 NANDXtend 技術可以使 TLC 顆粒提升 3 倍耐用度。SM2256 已於日前正式發表推出，原廠並提供測試樣品機予以測試評估之用，讓我們來看它能有何等性能表現。

主流效能市場由外商壟斷，台廠從入門產品反攻

大約半年前，我們在「2014 年固態硬碟新趨勢，TLC 顆粒將成為低價市場主流？」一文，提及市場調查研究機構 DRAMeXchange，指出 2014 年固態硬碟發展趨勢之一，是 TLC 顆粒應用普及度將會提高。雖然這段時間內除了 SanDisk 新加入之外，並沒有更多廠商實際投入市場，但確實有不少廠商內部正在進行開發評估。

另一造，是台灣固態硬碟控制器設計廠商，相當積極開發新一代產品，企圖搶下更多的價格導向產品市場。當時介紹到， SMI（Silicon Motion，慧榮科技）、Phison（群聯電子）這兩家，曾於國外儲存設備相關活動展出新控制器產品，型號依序分別為 SM2256 與 PS3110。其中 SMI 於日前正式發表推出 SM2256，並主動提供自家開發測試樣品，讓我們進行測試評估。

台系控制器重新展露頭角，工程樣品嘗鮮體驗

▲ SMI 官方所提供 SM2256 控制器測試樣品。

一款固態硬碟控制器，從開發完成、導入量產，提供給予固態硬碟廠商測試驗證，直到讓實體產品上市是需要點時間。因此 SMI 搶在採用此設計方案的固態硬碟廠商，各自送測正式量產市售產品之前，自行提供內部樣品給予媒體，說來也不是什麼太令人驚訝的事。

不過基於是官方內部測試樣品的關係，這款 SM2256 樣品可沒有光鮮亮麗的外觀設計，仔細看像是隨手抓了個 2.5 吋外殼來搭配。除了只將電路板簡單固定在上面，也沒鎖上完整外蓋就來到了我們手中，這可真是熱騰騰新鮮出爐。

首先簡單來環顧一下這款樣品，可看出 SM2256 公版電路設計，在正反面各能配置 8 顆快閃記憶體，總數最多為 16 顆，此外背面有 2 個動態隨機存取記憶體焊點。其電路設計布局和多數市售產品相仿，只是多了幾個測試接點/連接器、跳針（Jumper），這些測試驗證過程中會用到的連結介面。

▲ SMI SM2256 工程樣品，正面配置控制器與 8 個快閃記憶體焊點。

▲ SMI SM2256 工程樣品，反面配置 2 個動態隨機存取記憶體、另外 8 個快閃記憶體焊點。

片面規格改變有限，實質進化在於核心

▲ SMI SM2256 控制器樣品實際外觀。

SMI 過去大多著重在 4 通道控制器開發，這款 SM2256 是最新一代當家產品，仍然沿用此規格設計。其傳輸介面為典型的 SATA 6Gb/s（Revision 3.1）規格，除了支援 AES 128 / 256、TCG Opal 加密標準，還具備時下比較新的 LDPC ECC 校錯機制。其餘通俗的特徵規格，還有支援 DevSleep 省電模式、NCQ（Native Command Queuing，原生命令緒列）、Trim 等等，規格並不會亞於舶來品。

其內部整併 32bit 版本 RISC 處理器核心，並具有獨立的 SRAM、ROM 等單元，此外需要搭配動態隨機存取記憶體，可相容支援 DDR3 與 DDR3L 規格顆粒。就基本規格而言，SM2256 和前一代的 SM2246EN 極為相近，較大差別在於 SM2246EN 另外可支援 DDR2 記憶體，而 SM22566 新導入 LDPC ECC 錯誤修正碼。

▲ SMI SM2256 控制器架構示意圖。

▲ SMI SM2246EN 控制器架構示意圖。

SMI 一再強調快閃記憶體搭配支援能力，SM2256 相容於 ONFI 3.0、Toggle 2.0 規範，意指 Micron 與 Toshiba 雙方陣營的顆粒產品皆可通吃，而且支援目前已經較少廠商採用的非同步傳輸模式。而每個資料傳輸通道，最多可控制 8 個快閃記憶體裸晶圓（即相容 8CE 堆疊封裝顆粒），得以彌補傳輸通道數量落差，並且組建出大容量產品。

SM2256 與 SM2246EN 兩者，規格表列皆可支援 MLC 和 TLC 類型顆粒，而且可為採用 1x、1y、1z、2x、2y 世代製程生產的產品，這讓兩者看來又極為相同。關鍵差異在於 SM2256 除了新增支援 3D 快閃記憶體，還另外具備全新的 NANDXtend 技術功能，藉以強化 TLC 顆粒搭配應用的可靠度。

▲ SM2256 主打賣點之一是支援 TLC 快閃記憶體，測試樣品是選用 Samsung 的 19nm 製程 TLC 顆粒。

導入多層級 ECC 機制，克服半導體技術挑戰

TLC 顆粒簡直讓玩家聞之色變，依晶圓廠商篩選標準而定，設計理論耐用度落在 500～1500P/E 範圍，和 MLC 當前普遍的 3000P/E（P/E Cycle）規格相較下，無可否認令人存疑。不過在 Windows 環境典型應用條件下，約等 1000P/E 規格的 TLC 顆粒用作於固態硬碟，就簡單的數學加乘法來計算，還是得以撐過產品本身所提供保固期限。

當然了，產品真實耐用度牽扯到相當多變因，不是三言兩語就能解釋清楚，這邊就不去加以深入探究。總而言之，即便是玩家稱讚的 SLC 顆粒，資料存取過程中仍然會出現錯誤，因此需要透過 ECC（Error Correction Code，錯誤修正碼）進行偵錯、修正等作業。ECC 普遍應用於各式儲存產品、資料傳輸，即便是傳統硬碟也有配備，只不過硬碟廠商不太會提及這點。

▲ SMI SM2256 NANDXtend 解錯修正技術機能架構示意圖。

相較於傳統的 BCH（Bose Chaudhuri Hocquengham Code）錯誤修正碼，新一代 LDPC（Low Density Parity Check）成為半導體製程演進，乃至於 TLC 顆粒與 3D 電晶體等應用，多方廠商逐漸倚重的錯誤修正碼標準。LDPC 發源和 BCH 同樣早在數十餘年前，但針對此類應用的編碼、解碼效率更高，甚至是同位元（parity bit）占用量也比較少（以 bit 為單位），因此成為產業未來發展應用的重點。

SMI 以 LDPC 為基礎，構成 NANDXtend 解錯修正技術機能，藉以提升資料讀取正確性。其除錯結構分為 3 個層級，當資料讀取出現錯誤會依序由 LDPC 硬體解碼、LDPC 軟體解碼、RAID Data Recovery 等，這 3 個層級依序嘗試修正錯誤，以確保所讀取出來的資料正確性。SMI 官方宣稱，該技術能讓 TLC 顆粒耐用度，提升相當於 3 倍的理論抹寫次數，使可靠度與成本達到最佳平衡點。

概觀效能表現出色，完全不亞於舶來品

我們實際收到的樣品是搭配 Samsung 製 TLC 顆粒，SMI 加大 OP（Over-provisioning，預留空間）設定，因此軟體偵測顯示容量為 500GB。由於這是官方的開發測試樣品，因此概觀效能測試部分，就不挑選相近定位、價格產品，擺放出數據進行捉對廝殺比較。但觀察重點可以擺放在 2 個地方，一是廠商與多數消費者所注重的最大存取速度，二為 4K 單位性能表現。

▲ CrystalDiskInfo 偵測顯示資訊，顯示支援 DevSleep 省電功能。

在 ATTO Disk Benchmark 循序存取的 Neither 測試模式，SM2256 樣品機跑出讀取 552MB/s、寫入 492MB/s 表現，而同樣值得列為觀察重點之一的 I/O Comparison Random 測試模式，分別為讀取 508MB/s、寫入 409MB/s 左右。此外，各模式的 4K 單位測試結果都落在 140MB/s 以上，連同最大循序存取表現來看，SM2256 基本表現穩健。

接下來的 AS SSD Benchmark 測試，SM2256 在 Seq 讀取項目實際測得數據只有389.83MB/s，反觀寫入 460.27MB/s 這表現還比較出色。雖然 Seq 項目表現不甚理想，其 4K 存取分別是讀取 33.89MB/s、寫入 126.52MB/s，其中寫入部分用出色來形容並不為過。

至於測試模式和 AS SSD Benchmark  相近的 Anvil’s Storage Utilities，SM2256 基本表現大致上雷同，只不過讀取達到 522.18MB/s，看來是理想許多。此外，這兩款軟體測試所得結果，SM2256 都呈現出一個傾向，那就是 4K 佇列性能表現一般。和 Marvell 的 4 通道控制器產品相比，可以明顯觀察到這現象，以至拖累了這兩款軟體的總評價項目。

最後一項概觀效能測試項目 CrystalDiskMark，SM2256 在兩種測試模式下，Seq 都能達到讀取 549MB/s、寫入 481MB/s 以上速度，這部分表現可謂相當好。4K 單位表現同樣也是出色 ，但罩門依舊出現在 4K 佇列部分，筆者猜測是受制於韌體調校，甚至是內部整合的處理器核心性能不是那麼夠給力。

▲ ATTO Disk Benchmark：Neither 測試模式。

▲ ATTO Disk Benchmark：I/O Comparison 00000000 測試模式。

▲ ATTO Disk Benchmark：I/O Comparison Random 測試模式。

▲ ATTO Disk Benchmark：Overlapeed I/O QD 8 測試模式。

 
▲ AS SSD Benchmark 測試：左圖 MB 單位顯示，右圖 IOPS 單位顯示。

▲ AS SSD Compression-Benchmark：讀取與寫入線條堪稱平穩，能維持在很高的速度。

▲ Anvil’s Storage Utilities 測試：到這邊已經能看出 4K 佇列性能表現，不如其他項目那樣好。

 
▲ CrystalDiskMark 測試：左圖預設隨機亂數模式、右圖 1Fill 循序測試模式。

看完前面的概觀效能數據，SM2256 性能表現基本上可定調為，完全不遜色於 Marvell 等國外大廠，所推出的 4 通道控制器產品。雖然 4K 佇列表現一般，但是個人電腦在正常情況下，較少出現如 16 甚至 32 深度指令佇列負載，因此這部分是可以排除在重點比較項目之外。總和而言，要比拚最高存取速度與 4K 性能，SM2256 完全不會讓人失望。

接著再來看 PCMark 部分，PCMark 8 總得分為 4936 分，頻寬則是 227.21MB/s，這般表現約莫落在中段班位置。而 PCMark 7 落點同樣相近，總得分 5442 分、Raw 模式 6476 分，沒有帶來意外驚喜或翻盤的結果。不過加以衡量其架構為 4 通道這點來看，能追上舶來品 8 通道控制器的表現，其實該說是相當不俗了。

▲ PCMark 8 測試結果。

▲ PCMark 7 測試結果。

寫入掉速有隱憂，韌體甚至處理器為關鍵

最後依照慣例，我們將 SM2256 測試樣品機，送上 ULINK 的 DriveMaster 平台測試。SM2256 在起跑點有 22425IOPS，之後也許是容量占了點優勢，相較於我們近期著重測試的 256/240GB 容量級距產品，滑落走向是比較線性一些。在填滿半數實體容量時，還有不差的 14896IOPS 表現，之後維持相近的陡降走向，直到完整填滿一次才開始趨緩。

過去我們所接觸到採用台系控制器的產品，在 DriveMaster 平台測試結果總是不甚理想，SM2256 也是難逃此一命運。只不過在填滿 150％ 容量及其之後的穩定區，能維持在 2000IOPS 之上，最終以 2419IOPS 表現收場。這表現片面看來，是略好於 Phison 之類設計方案，但不排除是因為 SM2256 樣品機的容量大一倍，所以在此測試模式下的表現比較吃香點。

▲ ULINK DriveMaster 2012 測試結果。

基本盤表現出色，是值得期待的設計方案

SM2256 儘管只有 4 個資料傳輸通道，概觀效能表現卻絲毫不遜色於高貴的舶來品，要和 8 通道產品抗衡也未必太難。再加上理應當具有報價優勢，能為固態硬碟製造商提供良好成本平衡點，有利於製作推出價格導向機種。無論單純是單價更低，或者是價位更為親民的大容量產品，相信 SM2256 會是消費者樂於見到的設計方案。

那片面看來難解的 DriveMaster 測試結果，儘管 SMI 樣品機是搭配 TLC 顆粒，就測試經驗來說應該是沒有必然關聯，即便換用 MLC 顆粒也未必能改善多少。因為筆者認為首要關鍵是台系控制器，與舶來品相比本來就有差異或說落差，包含硬體層與韌體皆然。這是控制器價位導向不同，難免存在的合理差異，只要實體產品用對地方，未必會對使用者造成莫大困擾、疑慮。

測試平台：

• 處理器：Intel Core i7-4770K
• 主機板：Asus Z97-PRO（Wi-Fi ac）
• 記憶體：Crucial DDR3-1600 4GB x 2
• 系統機：Kingston SSDnow V+200 90GB
• 作業系統：Windows 8.1 Pro 64bit