隨着電腦硬件的更新，NVMe已經取代SATA成爲固態硬盤的首選協議。近日金士頓推出了全新的入門級NV1系列，採用PCIe 3.0 x4接口和NVMe 1.3協議，提供500GB、1TB和2TB三種容量選項，本次我們評測的是2TB版本。

NVMe協議支持HMB主機內存緩存特性，對於入門級常見的DRAMLess無緩存方案SSD有性能加成，這一點是SATA協議所不具備的。

金士頓NV1 2TB使用了單面PCB佈局，對於輕薄筆記本電腦非常友好，單面2TB大容量對於硬盤安裝位置緊缺的筆記本電腦來說是一個好消息。

我們手中的這顆金士頓NV1 2TB樣品使用了羣聯PS5013-E13T主控方案，搭配美光64層堆疊3D QLC閃存（N18A）。

羣聯PS5013-E13T主控使用28納米工藝製造，由單核Cortext R5 CPU搭配2個CoXProcessor，其中一個負責閃存管理，另一個負責處理主機和FTL，爲主控CPU減負。

通過phison_nvme_flash_id2工具查詢，金士頓NV1使用了667MT/s接口速率的美光N18A閃存。PS5013-E13主控CPU運行頻率爲667MHz，固件內預設的閃存擦寫耐久度信息爲4萬次（SLC Mode）/1500次（QLC）。

N18A是美光第一代3D QLC閃存，採用64層堆疊、Floating Gate架構，在採用CuA技術縮減外圍電路對芯片空間的佔用後，存儲密度達到了6.5Gb/mm2。

QLC閃存的每個存儲單元通過16種狀態存儲4比特數據，在存儲密度提升的同時，也給糾錯帶來了更高的壓力。我們能夠看到，搭配QLC閃存的固態硬盤主控通常都具備2K碼長LDPC糾錯能力，金士頓NV1上使用的羣聯PS5013-E13T也不例外。

從固件預設中的1500次擦寫循環來看，金士頓NV1的耐用性還是比較有保障的。當然官方耐用度指標不會使用閃存擦寫次數來表達，480TBW相當於3年保修期內每天寫入438GB數據，或5年內每天寫入263GB數據，不管如何計算都應該能滿足家用電腦需求。

測試平臺及信息識別：

測試平臺：

CPU：Intel Core [email protected]

主板：技嘉Z590 AORUS PRO AX

內存：DDR4-3600 8GBx2

硬盤：OCZ VT150 240GB（系統盤）

金士頓NV1 2TB（FW：EDFK5N09）

系統：Windows 10 20H2

驅動：微軟默認stornvme

設置：除特別說明以外，關閉ASPM及APST節能

CrystalDiskInfo信息識別：

CrystalDiskInfo已經可以滿足我們對NVMe SSD健康信息的全面識別需求。如果需要更多高級功能，可等待未來Kingston SSD Manager更新後提供對NV1的支持。

Smartmontools信息識別：

Smartmontools是一個開源工具軟件，可以識別NVMe固態硬盤的溫度限制信息以及APST預設，這些信息同NVMe固態硬盤的節能及熱管理策略有關。

此外，smartmontools還可以查看NVMe固態硬盤的過熱事件歷史（次數和持續時間），Thermal Temp 1 Transition Count和Total Times這些記錄是永久性和累積性的，不會隨關機或格式化而清零。

可能有朋友已經發現，在上圖中金士頓NV1有兩個溫度讀數，第二溫度傳感器通常出現在高端NVMe固態硬盤上，通常較低的第一個溫度讀數源自閃存，第二個較高的溫度讀數源自主控。不過金士頓NV1的情況有些特殊，它的第二溫度讀數表達的是SSD歷史最高溫度記錄，而非主控當前溫度。

基準測試

基準測試1：理論帶寬測試

這個測試是爲了驗證SSD能否達到其標稱的性能指標。金士頓只爲NV1提供了順序讀寫2100/1700 MB/s的性能指標。CrystalDiskMark測速結果很容易達到這一標稱值。

實測的4KB隨機讀取性能約爲297K IOPS，4K隨機寫入約474K IOPS。

基準測試2：PCMark 8測試

金士頓NV1 2TB的PCMark 8存儲測試成績爲5080分，這個成績並不差，跟搭配TLC閃存的PS5013-E13T方案基本屬於同等水平。

當然，由於SLC緩存以及GC垃圾回收算法的影響，空盤的測速成績通常被認爲是不可靠的。不過我們可以將這個成績作爲基準，在後續的SLC緩存測試中作爲參考。

基準測試3：溫度壓力測試

在室溫24度、被動散熱、關閉ASPM及APST節能的條件下，金士頓NV1的待機溫度爲38度。

204秒開始可觀察到較爲溫和的限速行爲，從257秒開始可觀察到限速變得更加明顯，讀取速度大體上是在1487~1679 MB/s之間波動。

測試過程中最高溫度69度：

最終穩定階段的溫度爲65~66度：·

基準測試4：NVMe節能特性

NVMe固態硬盤支持ASPM和APST兩套節能機制，它們可以協同工作，降低空閒時段內的功耗和溫度。

ASPM是PCIe設備的活動狀態電源管理（Active State Power Management），它通過在空閒時將PCIe鏈路置於電氣空閒狀態來實現降低功耗目的。NVMe固態硬盤支持L1待機模式，需要在Windows電源選項-PCI Express-鏈接狀態電源管理中選擇“最大電源節省量”才能啓用。在一些平臺上，主板BIOS設置擁有最高優先級，能夠無視Windows電源選項中的設置直接對ASPM節能進行管理。

設置後可通過HWiNFO64來確認NVMe SSD已開啓ASPM節能（下圖中顯示L1 Entry）。

APST是NVMe協議中的自動電源狀態切換（Autonomous Power State Transition）功能。NVMe固態硬盤的主控可以通過模塊化設計，針對不同電源狀態關閉一些功能模塊來降低空閒時段的功耗，並由此帶來更低的待機溫度。

從NVMe 1.2開始，NVMe固態硬盤可以定義3個活動電源狀態（PS0/PS1/PS2）和兩個非活躍電源狀態（PS3/PS4），並根據需要在它們之間自動轉換。下表中金士頓NV1的最大功耗數據源自smartmontools讀出值，功耗數據並不一定準確，我們只需關心進入延遲和退出延遲兩項信息，二者相加後需小於等於指定範圍方能進入該電源狀態。

我們通過修改註冊表解鎖電源計劃中相關設置項，手動設定200ms超時、15ms延遲限制，這樣一來金士頓NV1在連續空閒超過200ms後就可以自動進入PS3電源狀態。如果將延遲限制修改爲50ms或更高，NV1就能在空閒超過200ms後自動進入PS4電源狀態，但從PS4喚醒時的延遲也會比PS3更高。

APST就是在閒置功耗和使用性能之間的一個均衡，多數情況下，這些設定無需用戶親自幹預，因爲Windows已經爲不同電源計劃提供了一套預設：

爲了展現金士頓NV1在開啓節能特性之後的表現，我們手動設置了200ms超時和15ms延遲約束進行開啓節能後的性能測試。NV1的閒置待機溫度從38度下降到24度，開啓節能後降溫效果明顯。

由於APST是有空閒超時機制的（默認從50ms到200ms不等，數值越大，越不易進入節能），所以CrystalDiskMark這類連續測試、成績取最大值的軟件不會體現其影響。

在空閒超時200ms、延遲約束≤15ms的設定下，PCMark 8存儲測試成績從5080下降至5075，開啓節能後對性能的影響有限。

節能特性是在待機溫度和使用性能之間的一個均衡。對於非連續滿載的使用方式來說，較低的待機溫度意味着更大的溫度上升空間，短時間的突發讀寫活動就不易觸發嚴重的過熱限速。筆記本電腦默認會啓用ASPM和APST兩種節能特性，臺式機的話選擇高性能或卓越性能電源計劃可以自動禁用ASPM節能，並限制APST節能，以便更充分地發揮金士頓NV1的性能。

進階測試：

進階測試項目1：SLC緩存及過半盤使用性能

金士頓NV1在空盤狀態下的SLC緩存容量過於龐大，HDTune文件基準已經無法勝任，需要在刪除文件分區的情況下用IOMeter進行順序寫入，根據寫入速度下滑點確定SLC緩存容量。測試結果顯示金士頓NV1 2TB在空盤狀態下大約有500GB容量的可用SLC寫入緩存，緩存外的順序寫入速度在40~75MB/s之間波動。

現在有一個好消息和一個壞消息：好消息是，別看緩存外寫入速度那麼低，多數家用電腦系統盤以讀取爲主的使用模式下，實際性能並不差；壞消息是500GB的海量SLC緩存只在空盤時提供。

無論是CrystalDiskMark還是PCMark 8存儲測試成績都告訴我們，金士頓NV1在盤內空間使用率50%的情況下完全不會有掉速之憂。

HDTune文件基準測試告訴我們，50%空間使用率下金士頓NV1 2TB的可用SLC緩存容量大約42GB。

顯然，金士頓NV1現在從動態SLC緩存變換回到固定SLC緩存模式，全部SLC緩存容量均來自OP預留空間。用2048GB的閃存RAW容量減去格式化容量1863GB，再考慮QLC模擬SLC的4倍空間佔用，固定式SLC緩存的理論最大容量爲46.25GB。當然，爲了保留備用塊等用途，實際SLC緩存容量會比理論值小一些，這和42GB左右的實測值已經非常接近。

從小編的角度來看，這樣的設計其實是很理性的選擇。QLC閃存的性能不如TLC，而緩存釋放是一個非常耗費資源的工作，如果正好遇到和用戶讀寫請求“撞車”，性能損失和用戶體驗會難以讓人接受。放棄大容量SLC緩存，改爲利用OP預留空間的小容量固定式SLC緩存就能盡最大可能地規避這個問題。

進階測試項目2：75%空間使用率情況下性能

鑑於金士頓NV1使用QLC閃存的特點，我們決定取消常規SSD評測中的4K隨機寫入離散度以及PCMark 8擴展存儲測試兩個遠遠偏離NV1目標定位的重寫入項目，改爲驗證不同空間使用量下的性能檢驗。

對於2TB容量的NV1而言，75%空間使用率意味着盤內空間已用1397GB，剩餘容量大約466GB，也就是一個500GB SSD的格式化容量，這是2TB大容量的好處：即便我已經用了75%，剩餘空間跟別人空盤時候一樣大，相信可以治好很多朋友的硬盤空間不足恐懼症。

無論是CrystalDiskMark理論性能測試還是PCMark 8實際應用性能測試都表明，此刻金士頓NV1的實用性能相比空盤時未發生明顯改變，這是一個好消息，因爲大家雖然都會對QLC固態硬盤的性能有所預期，但也非常擔心它的性能會隨着使用量的增加而不斷下降，直至擊穿自己的心理防線。

金士頓NV1的SLC緩存容量並非固定不變的，我們在剛完成填盤和閒置之後，HDTune文件基準能測出的最低SLC緩存容量爲28GB，而在做完PCMark 8存儲測試之後，這一數字變成了36GB。不管怎麼說，SLC緩存都屬於OP預留空間之內，不借用用戶空間，釋放起來速度相對也更快，由於緩存釋放而對使用性能產生的負面影響也越小。

進階測試項目3：95%空間使用率情況下性能

在做完75%空間使用率測試之後，我們更進一步，挑戰了95%空間使用率。由於緩存外寫入速度的原因，此間填盤準備過程比較煎熬，NV1肯定不適合用作移動固態硬盤。好在系統盤並不會有連續不間斷的海量數據需要寫入，而QLC閃存的讀取性能並不是很糟糕。

我們驚訝的發現，在盤內使用1770GB，剩餘空間93GB的情況下，金士頓NV1的PCMark 8實際應用性能測試成績依然保持了不變。也就是說，如果你將它用作家用電腦的系統盤，即便用到95%近似滿盤的情況，正常使用強度下也不會出現使用體驗下滑的情況。

95%近似滿盤情況下的可用SLC寫入緩存容量依然是在30GB左右，最低一次測得27GB，最高一次測得33GB。

此外我們還在不同空間使用率下測試了PCMark 10快速系統盤基準和完整系統盤基準兩項測試，並發現了一些有趣的現象。在快速系統盤基準測試中，從0%到95%空間佔用，金士頓NV1 2TB的性能沒有任何衰減：

而完整系統盤基準測試測試中，50%半盤狀態下的成績相比空盤時下降一半左右，而後隨着空間使用率的增長又有小幅回彈，但總體上性能是要比空盤時降低至少44%。如果從導出的Excel報表來看，所有測試項目的成績均出現不同程度的下滑，無一例外。從PCMark 10完整系統盤測試的成績來看，這個時候的性能大體上相當於使用TLC閃存的入門級無DRAM緩存SATA固態硬盤。

PCMark 10的快速系統盤基準和完整系統盤基準其實是有一些重疊項目的：cps1（寫入測試，拷貝339個JPEG文件，共計2.37GB數據寫入到SSD）、cps2（混合讀寫測試，同盤拷貝339個JPEG文件）、cps3（讀取測試，從SSD讀取339個JPEG文件）、exc（Excel應用測試）、ill（Adobe Illustrator應用測試）、psl（Photoshop輕負載使用測試）。

這些項目在快速系統盤基準中單獨測試時都沒有出現性能下滑，而到了完整系統盤基準，和更多其他項目一同測試時就出現了嚴重的掉速，只能說明一個問題：NV1的性能表現受使用強度的影響非常大。這個使用強度主要是指一段時間內的寫入量：快速系統盤基準測試整個過程只會產生23GB的寫入量，而完整系統盤基準測試整個過程寫入高達204GB。

有朋友可能會感覺，PCMark 10快速系統盤基準的測試壓力似乎太小，而完整系統盤基準的測試壓力又有些偏大。實際上，家用電腦系統盤的常見工作，如系統啓動、遊戲和應用加載這些工作，都是以讀取爲主。在進行這些工作時QLC SSD的壓力甚至會比快速系統盤基準中的Photoshop輕負載使用更低。

通過前面的測試我們已經知道，金士頓NV1 2TB的日常可用SLC緩存容量在30GB左右，以這個容量爲標準，如果短時間內寫入不超過30GB，中間有足夠時間給SSD完成緩存釋放，那麼NV1使用起來和TLC固態硬盤差別不明顯。但如果SLC緩存被寫爆，QLC閃存的劣勢就會顯露無遺，GC垃圾回收和由測試程序發起的硬盤讀寫請求撞車，將嚴重拖累使用性能。這個拖累是全面性的，包括讀取性能也會受到影響（譬如上面的cps3測試照片文件讀取）。

進階測試項目4：Chia硬盤挖礦緩存盤應用

之前和大家探討過Chia個人礦工方案，這個測試的環境爲酷睿i9-9900K平臺，除開啓內存XMP之外，其他BIOS設定取默認值。Plotter使用4線程，緩存盤使用金士頓NV1 2TB，目標存儲盤使用機械盤。單任務測試，僅使用5小時23分就完成了一個P盤任務，表現屬於中上游水平。

單個P盤任務對金士頓NV1產生寫入量1792GB，讀取量1807GB。

金士頓NV1 2TB的官標寫入耐久度爲480TBW，這個數據是依照JESD218標準來計算的。通過Process Monitor對P盤過程的分析來看，P盤的寫入模式大多屬於256KB順序寫入，這種使用方式下的寫入放大率極低，所以實際使用壽命應該會比TBW標稱值高出很多。而且通過Flash ID查出的NV1固件預設是1500次擦寫循環。考慮到Chia挖礦過程中緩存盤的寫入大多屬於寫放大較低的順序寫入，QLC閃存的NV1也具備挖礦的潛力。

受限於SLC緩存外寫入速度較低和DRAMLess無緩存不適合大範圍隨機存取的自身特點，在將NV1用於Chia挖礦時應儘量採取單任務模式，如果希望達到併發拓荒的效果可以考慮同時安裝多顆緩存SSD來實現。

總結：

今年應該是QLC普及年，後面我們還會測試更多采用QLC NAND的固態硬盤。成本是決定外部存儲器銷量最重要的因素，這是大勢所趨。但降低成本並不能以犧牲品質爲代價，如何平衡這兩者的關係，需要多重手段結合，能看出一個品牌的真正實力。

首先，QLC的主要問題就是寫入速度慢，壽命本身是足夠家用PC的。那麼需要對SLC緩存策略的合理性進行反覆調試，才能把寫入綜合性能儘可能的提升，測試中NV1 2TB表現良好。其次，固態硬盤成本主要是主控、顆粒與獨立DRAM緩存構成，那麼無DARM以HMB主機內存作爲緩存也是目前很常見與成熟的做法。此外，從供應鏈角度來看，最關鍵的是要有長期穩定的貨源，只有採購量多才能做到低成本，這一點金士頓優勢更大，所以纔能有很高的市佔率。

NV1 2TB有3年或480TBW的保修，對於日常使用已經十分充裕，產品定位於普及性的家用、辦公用臺式機或筆記本。目前存儲類產品雖受挖礦的影響導致全線漲價，但NV1 2TB的價格在同類型產品中還是很競爭力，值得關注。