外观差不多，性能大不同
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作者:张平
今年的春节格外漫长，在这个闭门抗疫的时间内，小王为自己购买了一台游戏用的PC。显卡、处理器、主板等大件都选择好了后，在SSD上，小王却犯了难。和CPU、GPU这类型号和性能明确相关的产品不同，SSD的型号和性能看起来没什么关系，再加上外观看起来都差不多，这可怎么选呢？经过多方对比，考虑到资金问题，小王最终没有选择本来的目标产品三星970Pro，而是改用了另一家大厂的产品。在容量都是512G B的情况下，另一家产品的价格几乎只有三星970Pro的一半，且接口都是M.2。
在乐滋滋地装好了电脑后，小王打算跑几个测试看看性能。别的都好说，在磁盘性能这里，小王新的M.2SSD出了“问题”，无论怎么测试，最高读写速度都卡在500M B/s左右，相比其他M.2 SSD高达2GB/s以上的读取速度，小王这款SSD肯定哪里出了问题。经过一番查证、询问，小王最终确定，自己买的这个SSD，虽然也使用的是M.2接口，但其接口运行的规范是SATA，怪说价格便宜这么多，竟然背后隐藏着这样的秘密！后悔不已的小王也没有办法退掉这款完好无损的产品，找到原来的包装盒，盒子上也清楚地写着其最高读写速度不超过520MB/s、480MB/s。只能怪自己没看清，没选对吧！
那么问题就来了，为什么大家都是M.2接口的SSD，性能差距却这么大呢？采用M.2这种接口的SSD，还有什么“坑”需要在选购中避开呢？
M.2接口技术解析
说起M.2，很多玩家肯定不陌生。在很多人眼中，M.2就是性能的象征。不过，为了做到知己知彼，本文还是详细介绍一下M.2以及相关SSD的背景知识。
M.2是什么？
首先来看M.2。M.2之前的全称是Next Generation Form Factor，简称为NGFF，直译意思是下一代尺寸外形，在市场化后被称之为M.2。这个直译名称听起来有点玄幻，实际上N GFF考虑的是未来多种不同类型的设备在数据传输、电力支持方面的需求，从而设计出来的计算机内部扩展卡以及连接器规范。值得注意的是，这里提到的是连接器规范，换句话来说，就是指物理接口规范。进一步解释的话，M.2接口是一个物理接口规范，其背后的含义是，如果没有相关的传输规范匹配的话，M.2本身是没有任何功能的，它只是一个物理接口的业界通用规则而已，所有的速度、功能、特性都由相应的传输规范确定。
现在，M.2可以支持使用PCIe、SATA、USB等不同的数据传输规范，因此可以用于连接蓝牙模块、Wi-Fi模块、导航模块、近场通信模块、WiGig模块，当然还有我们最常见的SSD。在SSD连接上，M.2可以支持传统的SATA规格，包括SATA 3.0或者使用支持AHCI的PCIe规格，也能够支持目前最新的NVMe PCIe规格。
M.2的规格有哪些？
作为一款支持多种连接规范的接口，M.2自然也设定了很多不同外形的插座和卡扣用于不同的设备。一般来说，M.2设备都以长方形出现，长方形的一端设计连接接口，另一端设计固定圆孔。连接接口一共有75个位置，目前启用了最多67个引脚，引脚的间距为0.5毫米。每个针脚可以承受最大50V和0.5A的电压和电流，有效插拔周期为60次。
除了接口外，在模块尺寸方面M.2也有详细的规范。由于M.2需要面向多种设备，因此其长度、宽度都有多个尺寸可选。M.2允许的宽度为12毫米、16毫米、22毫米和30毫米，长度为16毫米、26毫米、30毫米、38毫米、42毫米、60毫米、80毫米和110毫米等。目前人们最常见的M.2扩展卡多选用22毫米，长度比较常见的是30毫米、42毫米、60毫米、80毫米和110毫米几种。M.2设备的长度和宽度组成了其型号名称。比如我们常见的2242型M.2设备，就表示其宽度为22毫米，长度为42毫米;2280型M.2设备就表示其宽度为22毫米，长度为80毫米，2260型号的设备同理。这3个型号也是SSD以及其他各种传输设备最常见的尺寸。
带散热片的SSD一定好吗？
先说结论：M.2 SSD的外观和性能无关，不能通过外观判断其性能和规范。具体来说，由于M.2兼容的设备非常多，因此其片上芯片排布设计也多种多样。比如M.2的Wi-Fi设备、蓝牙设备往往以一面使用芯片上盖金属屏蔽片（往往外层覆盖了厂方的型号、规格贴纸），一面裸露PCB的样子出现。比较常见的M.2 SSD一般将主控芯片加缓存芯片放置在靠近接口的地方，正面内侧以及PCB背面用于布置NAND闪存颗粒。
正如前文所述，根据不同的主控芯片和传输规范，M.2支持不同的传输规格。比如高性能的SSD采用支持NVMe和PCIe的主控芯片，采用2280规范，根据容量不同，会采用单面或者双面布局NAND颗粒。但使用SATA规范的M.2 SS D也可以这样设计，并且外观完全看不出来区别。不仅如此，有些大容量、高性能的M.2 SSD还会在外部安装散热片以保证芯片在高速工作时的温度在可控范围内，从而提升整个产品的稳定性和安全性。但是有些高性能M.2 SSD也不一定配备散热片，带了散热片的SSD也不一定是高性能产品。很多情况下厂商会考虑市场营销因素，将M.2 SSD的外观设计得极富吸引力，但外观和性能几乎没有关系。
除了常见的2280、2260、2242規格的M.2 SSD外，目前也有一些用于特殊场合的M.2 SSD，尺寸一般为2230规格，也就是长度仅为30毫米。这种SSD的芯片布局极为紧凑，往往正面设计了将主控芯片、NAND闪存芯片全部封装在一起的“大芯片”，背面根据容量也有可能会布置NAND颗粒。这种M.2 SSD主要使用在超轻薄设计的笔记本电脑或者工控设备中，在一般的电脑中不太常见。另外，有些主板本身将M.2 SSD的安装位置和接口设计在主板整体散热片覆盖之下，如果此时购买的M.2 SSD带有散热片的话，必须将散热片移除后才能安装使用。 能否从外观上识别是SATA还是PCIe接口？
上文中介绍了一般类型的M.2接口和M.2 SSD的情况，可以看出，M.2SSD的主要技术特性基本由其主控芯片决定。一般用户在购买的时候首先就需要查询其主控芯片规格和所支持的传输规范。那么有没有什么简单的方法，让用户快速了解一款M.2SSD性能和规格呢？要回答这个问题，先来看看M.2接口的类型。
M.2接口拥有三种不同的规格类型，其中一种被称为“BKey”，也就是B类型，其特点是正面左侧6个触点独立，中间留下5个触点空缺，随后触点全满直到最后一个。另一种被称为“M Key”即M类型，其特点是正面右侧5个触点独立，中间留下5个触点空缺，随后右侧向左触点全满直至最后一个。第三种是“B&MKey”即BM类型，这种针脚综合了前两者的特点，有2个缺口，也就是正面左侧6个触点和右侧5个触点独立，空缺触点位置总计为10个。
在M.2的规范中，B类型、M类型和B M类型的接口都能够支持SATA和PCIe通道，其中SSD上最常见的接口类型是B类型和BM类型。B类型的接口不仅可以支持SATA，还能支持PCIe x4，BM类型的接口虽然也能支持SATA，但在PCIe接口上则只能支持到PCIe x2。鉴于此原因，厂商在推出M.2 SSD的时候，往往选择B类型接口获得最大带宽或者BM类型接口以获得最广泛的兼容性。反映到产品上就是高端、高性能SSD倾向于使用B类型接口，而中低端产品则倾向于使用BM类型接口。
不过一定要注意，并不是B类型接口的SSD一定就使用的是高带宽PCIe通道，BM接口的SSD性能就一定差。比如英特尔傲腾SSD为了兼容性，也常常使用BM类型接口，性能也非常强大。使用B类型接口的SSD也有采用SATA总线方案的，性能自然比较差。因此这种方法仅能简单判断，不甚可靠，用户最终还是需要查询SSD主控的规格才能明确性能情况。
在这里我们用三句话来总结M.2接口和性能的关系：
M.2只是物理接口规范，不涉及传输性能。
M.2SSD仅從外观不能判断采用了什么规范，即使有散热片的产品，性能也不一定强。
要获得准确的M.2 SSD信息需要详细查看主控技术规格、产品说明。
M.2 SSD的颗粒如何选
在M.2接口的内容搞清楚后，接下来再来聊聊M.2 SSD在购买过程中可能遇到的其他问题。
越堆越高—闪存层数和性能的关系
M.2 SSD绝大部分采用的都是NAND闪存芯片存储数据。对NAND这种依赖于物理效应来存储数据的芯片，其制造工艺尺寸是不可能无限降低的。工艺尺寸在超过一定限度后，会造成不可预测的量子效应从而降低NAND单元的性能、寿命等。因此，NAND在工艺发展变得越来越缓慢甚至接近停滞之后，唯一能提高单位面积存储密度的方法就只有转向3D化，也就是堆叠NAND颗粒了。在NAND颗粒采用堆叠化生产和运作后，即使制造工艺不再快速提升，但NAND颗粒的单位面积容量还是会不断提升。目前主流的NAND颗粒堆叠层数为64层到96层，市场上已经有128层的NAND颗粒出现。
那么，NAND颗粒的堆叠层数和最终SSD的性能有关系吗？答案是肯定的，比如96层堆叠的3D NAND TLC颗粒除了堆叠层数相比6 4层增加50%，存储密度更高外，96层堆叠闪存还借助新的传输界面，拥有更高的性能，其传输带宽达到800Mbps～1400Mbps。其中三星96层颗粒的传输带宽为1400Mbps，美光与海力士的96层颗粒传输带宽为1200Mbps，东芝与闪迪的96层颗粒传输带宽为800Mbps，而上一代东芝64层堆叠颗粒的传输带宽则只有最高533Mbps。当然颗粒并不能决定SSD的最终性能，还得由主控性能、缓存配置、固件编写水平来综合决定。
TLC、QLC—阶数越来越高
除了堆叠层数外，还有一些因素在影响SSD的性能。其中最重要的就是老生常谈的T LC和Q LC了。说起TLC和QLC，就不得不谈起NAND颗粒的数据存储阶数。NAND颗粒的数据存储单元是使用不同的电压值变化来判断数据存储值的，比如现在比较少见的SLC每个数据存储单元只存储一位数据（只有1个电压特征值），被称为1阶，MLC每个数据存储单元存储2个数据（有4个电压特征值），被称为2阶。随后的TLC是3阶、QLC则是4阶。阶数更高的颗粒性能和寿命表现都更差，但同时存储容量逐渐提升，单位存储价格逐渐下降。
之前，受制于NAND颗粒和主控芯片、缓存设计等问题，市场上以SLC和M LC为主的颗粒较多，同时SSD的价格也比较贵。但是随着技术逐步成熟和主控芯片在NAND颗粒读取优化、磨损平衡、缓存设置方面的逐渐进步，目前TLC甚至QLC的SSD也大行其道，逐渐成为市场主流。
现在采用SLC颗粒的SSD在市场上已经很难看到，MLC也日渐稀少，主流的SSD都是TLC甚至QLC组成。只考虑NAND颗粒的话，SLC NAND颗粒制成的SSD性能相对最高，接下来是MLC SSD、TLC SSD和QLC SSD。但是对一般应用和普通用户来说，配合主控芯片和大容量的缓存设计，TLC颗粒的SSD足够满足用户需求了。
说到这里，就不得不提及SSD的缓存设计了。目前的中高端SSD往往会配备高速片上大容量缓存，缓存芯片一般会选用耐久性更好的DRAM内存颗粒。举例来说，一款512GB的SSD搭配512MB的DR AM颗粒用作缓存，也就是1GB的SSD需要1M B的缓存。缓存中存储的并不是直接存储的数据，而是FTL闪存映射表，表内的数据是逻辑块和物理块之间的对应关系。在实际操作中，SSD通过不断更新缓存中的FTL表，实现数据的刷新，最终在数据读写完成后，缓存中的数据会一次性直接回写至NAND颗粒，这样可以最大限度地降低NAND颗粒的数据磨损。同时，市场上也有一些SSD并未配置DRAM缓存，往往定位于中低端市场。这些未配置缓存的SSD，通常会采用主控制器内部的SRAM缓存空间作为运行内存来更新和读取映射表内容。当然，也有一部分产品采用名为HMB（Host MemoryBuffer，主机内存缓冲器）的技术。这项技术的特点在于将固态硬盘的FTL表直接存放在系统的主内存中，这样就可以起到和板载DRAM缓存一样的作用和效果。
除了上述缓存技术外，目前也有一些产品利用NAND颗粒能够根据不同的配置情况转换为不同类型存储特性的特点（比如TLC的NAND颗粒，可以根据配置需要，转换为SLC、MLC等不同的规格使用），在内部设置了专用的数据存储缓存区。举例来说，TLC、QLC的SSD实际持续写入速度很慢，因此在其中设置一块专用的SLC数据缓冲区，利用SLC模式下高性能、长寿命的优势充当整个SSD的缓存，所有的数据都预先读写至缓存，再进入真正的存储空间，可以起到提高使用速度和响应时间的目的。不仅如此，这项技术还可以根据SSD内数据存储情况，动态配置SLC缓存容量和使用情况，比如不少采用TLC颗粒的240～256GB SSD就配置了3GBS LC缓存。3GB的容量也是厂商经过多年研究确定的。研究结果显示用户90%以上的平均工作负载数据量小于3GB，每小时平均只有1.17GB的数据写入需求，因此3GB可以覆盖用户绝大部分应用场景了。
了解背景知识，购买先看规格
此外在购买前，大家应仔细了解产品标注的T BW可写容量指标，现在固态硬盘的质保就像汽车的保修里程与保修年限一样，同时执行TBW与保修时间两个标准，以先到为准。也就是说，如果你的SSD质保时间为5年，TBW为360TB，但在使用第二年后，SSD的写入数据量已经达到360TB，虽然距离质保有效时间还有3年，但你的SSD也过保了。
想必大家对M.2SSD选购中常见的问题和背景知识都有一定了解了吧，限于篇幅所限，本文到这里也就告一段落了。在结束之前，希望大家记住这几句话，用于未来选购SSD：
M.2是接口，性能和它没关系;
SATA还是PCIe？技术规格表必须看;
颗粒类型很重要，SLC>MLC>TLC>QLC;
颗粒堆叠层数需了解，一般层数越多性能越好;
TBW、保修时间越多越好，综合价格多考虑。
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