SSD科学研究 篇十五：176层3D TLC+国产芯-HIKSEMI C2000ECO 1TB SSD简测

前言

▲海康存储于2021年10月28日正式宣布推出NVMe固态硬盘C2000ECO，该SSD和CC500一样搭载了联芸主控MAP1202，一样的无缓存方案，不过NAND换成了自封的176层堆叠美光B47R 3D TLC，简单来说就是升级版的CC500。

▲海康存储不算传统的固态制造商，算是半路杀出来的国产黑马品牌，这个行业拥有着较高的技术壁垒，存储颗粒和主控芯片如果没能掌握自主权，基本很难出头。长江存储自推出了首款国产64层3D NAND颗粒后，算是为存储国产化打响了第一枪，接着128层3D TLC量产，直接壮大了中国芯，而举这个例子其实是想说，国产固态品牌在和国外原厂相比的时候，有着先天的劣势，而且这个劣势直接影响到消费者的信心。下面我想谈一下海康存储和联芸的关系。

▲为了响应中国芯的号召，海康威视从2016年就开始动作，海康威视不但是联芸科技A轮融资的投资商，而且通过两家公司对联芸科技进行控股，持股总比例超过39%，受益股份比例接近55%。毫无疑问应该是联芸科技的第一大股东。所以2018年联芸科技直接迁址到了杭州市阡陌路海康威视总部附近，虽然没有明确的外部公示，但是大家都懂得，海康实际控股了一家国产自有专利的SSD主控公司，天时地利人和都有了，所以接下来着手建立武汉和杭州海康存储公司，并作为海康集团的子公司存在，实际上都是在提前布局。

海康存储在海康集团内部被定义为海康智慧存储部门，属于海康内部定义的的创新业务部门，分为武汉和杭州两家公司。

武汉主攻企业级和工规产品线，杭州主攻消费级产品线，从实力来说，武汉这家公司的技术研发实力更厚重一些，我爱人很多在USTC的校友也就职于这家公司，这家公司是可以重构主控FW底层的，所以可以对一些主控产品进行定制化开发，比如国密级别的算法开发，如何去理解这个概念呢？这就类似WD和KIOXIA拿Marvell的主控做定制一样，虽然硬件是一样的，但是FW底层已经完全重构了，已经和Marvell没什么关系了。再举个例子，Apple拿BCM的无线芯片去村田制作所做底层重构后再应用于自家的产品上，效能稳定性远超BCM原厂产品。

杭州这家公司主攻消费级产品，海康的消费级产品线还是相当丰富的，最被大家耳熟能详的还是曾经凭借C2000和C2000P系列风光无限，但是毕竟TurnKey方案只能过渡，而且TurnKey方案的主导权并不在自己手中，比如片选，BUG修复，FW更新这些常规业务完全依靠群联，质量控制也不完全在自己的手里，说不准还得为群联的品控背黑锅，而这样一家国资背景的公司始终需要中国芯的产品去充实自我，重新定义自我的存储领域地位，所以海康存储急着推进联芸主控方案的产品就很容易理解了。从压力范畴而言，杭州这家公司所背负的政治任务比较重，中国芯的消费级方案整合输出都落在杭州这家公司身上，毕竟消费级产品虽然不太赚钱，但是赚口碑啊，海康的股价也确实需要这样一个中国存储芯的概念输出给全世界，而杭州海康存储就处在这样一个口舌地位。

那么现在整理清楚了联芸科技、海康存储和海康威视集团之间的关系之后，就会明白为什么海康会推出联芸主控的产品，从海康内部来说，联芸主控方案+海康封装闪存=海康威视自主产权的存储产品。只有真正掌握颗粒与主控话语权中的一部分才有可能在这条路上走得更顺畅。也借着这个契机，海康存储直接更改英文名为HIKSEMI，其实道理还是那个道理，用产品说话，品牌才有呼吸权。

下面言归正传，开箱看看海康存储的自家货HIKSEMI C2000ECO 1TB。

开箱

▲包装正面

▲包装背面

▲开箱

▲SSD本体正面

▲SSD本体背面

▲揭掉贴纸

典型的单面设计，正面四颗NAND，一颗主控。

型号为：

主控：MAXIO MAP1202A

闪存：HIKSEMI HKN6T2TbAB132CM7M x 4

解析

主控

▲C2000ECO 1TB采用了MAXIO MAP1202主控

▲MAP1202是一个Dram-less无缓存方案的主控，4通道4CE，由22nm工艺流片而成。这颗主控是在PCIe Gen3x4无缓存方案中，是唯一一颗支持NAND IO接口到1600Mb/s的产品，如果用来适配NAND IO速度为1600Mb/s的美光B47R闪存是绝配，但是到底是不是绝配也要测试后才能定论，其实PCIe Gen4x4无缓存方案的SM2267XT也是支持1600Mb/s的NAND IO的，所以联芸真的很缺时间档期推广产品，从去年马不停蹄的用22nm把这颗主控流片出来就一直在适配美光B27B到B37R，直到最近才真正适配上1600Mb/s的B47R，研发了快一年时间，才等到适配的闪存能发挥自身性能，但是存储行业就是这样，有可能一个别家新产品的发布就让你的优势荡然无存，好在SM2267XT的PCIe Gen4x4 TurnKey方案相对成本较高，适配的闪存种类也有限，暂时在成本方面没有直接影响到MAP1202的业务，国内大量的品牌采用了联芸的TrunKey方案，就这样一家公司，你可以看出是世界出货量第三的主控公司么？这不是低调是太低调。

▲联芸基于 NVMe1.3/1.4 技术开发的DRAM-less主控也有两代了，MAP1002和MAP1202。MAP1002其实更多的是试水，到了MAP1202联芸才开始大量出售TurnKey方案的，其特点主要是Agile ECC技术，Smart Cache，以及提供先进的纠错及自适配功能以满足全球推出的全部3D NAND（MLC/TLC/QLC）进行适配。

▲联芸的无缓存方案MAP1202的竞品主要是以上几种，相比起来MAP1202的NAND IO最大可以到1600MT/s，其主要对手InnoGrit的IG5216的NAND IO最大在1200MT/s，至于SM2263XT的NAND IO最大在800MT/s。加上MAP1202是22nm工艺流片，优势就凸显出来了。至于群联的PS5013-E13TI和E13T因为太老太慢了，这里就不加入评价序列。国产主控现在真的很拼，不仅在跟台厂拼接口速度，拼硬件规格，更是在拼RD的人力资源，适配全球所有的NAND，调NAND的RD真的一年不用睡觉的么？

那么回到HIKSEMI的产品上来，HIKSEMI这次加持C2000ECO的技术之一，数据压缩技术，通过开启固件里的数据压缩，能大幅降低主控以及NAND的温度10-20度，而本身的读写速度并不明显降低。这个技术目测在CC500里面还没有开启，直到C2000ECO才开始正式开启，那么会有一个温度测试章节用于介绍这一项技术。

闪存

▲C2000ECO 1TB使用的是美光 B47R wafer，海康自己封装的3D TLC FLASH，编号为HKN6T2TbAB132CM7M。B47R是镁光最新的176层堆叠3D TLC，闪存的IO接口速度为1600Mb/s。应该是目前市面可见的NAND中最高的闪存接口速度了，容量2Tb(256GB)，4Die4CE，单Die由176层堆叠而成容量512Gb(64GB)，因为MAP1202是4通道X4CE，所以NAND刚好塞满主控的16CE，通道数的话，怀疑可能使用了单NAND双通道复用接驳或者单通道接驳单颗NAND去达成，正好主控和闪存都同时支持1600Mb/s的闪存接口速度，无缝契合了。

测试平台

Tested Hardware:

• CPU : AMD Ryzen 7 5800X

• MB : ASRock X570S PG Riptide

• Dram : Oloy DDR4-3600 16GBx2

• SSD(sys): Intel DC-S3500 800GB SATA

• GPU : ASRock Phantom Gaming Radeon RX 6600XT 8GB

• Cooler : Thermalright AK120MINI

• PSU : Greatwall GW-EPS1560DA

WINDOWS测试部分

官方参数

TBW

▲测试前期CrystalDiskinfo 8.12.1检测的SMART信息

▲测试中期CrystalDiskiinfo 8.12.1检测的SMART信息

从这里的写入量来看的话，主机写入量总计36.484TB，寿命消耗在1%-2%，参数收紧一点假设寿命消耗是2%，B47R的写放大在1.78左右，所以换算出来的FW的寿命计算为36.484TB/0.02/1.78=1024TBW，这是官方参数中的448TBW寿命的两倍之多。看来HIKSEMI对自己封装的B47R很有信心。

官方性能定标

官标性能并未说明如何去做的定标数据，那么我尝试使用业内常规手法，使用CrystalDiskMark8.04测试工具，使用1GB的测试模型范本，1M数据块大小QD32深度T1线程去定标持续读写性能，4K数据块大小QD32深度T16线程去定标随机读写性能。

▲CrystalDiskMark 8.0.24的持续读写使用QD32T1的默认设置，随机读写使用QD32T16的条件，理论上测试可以非常接近官标所标识的UP TO的最大值，我们看结果：

Sequential Read [持续读取](Q=32,T=1) : 3655MB/s >官标 3500MB/s

Sequential Write [持续写入](Q=32,T=1) : 3035MB/s >官标 3010MB/s

Random Read 4KiB [4K随机读取](Q=32,T=16) : 452K IOPS <官标 488K IOPS

Random Write 4KiB[4K随机写入] (Q=32,T=16) : 370K IOPS <官标 431K IOPS

评估了下，持续读写达标，但是随机读写差的有点远

定标测试结果受到哪些影响因素呢？

这里的持续读写效能还是相对比较好获取，而这里的随机读写却要受到四个因素影响：

1、QD深度

2、测试中使用的CPU线程数

3、CPU主频

4、主板芯片组的PCIe GEN4 NVMe磁盘效能

简单来说，对于PCIe GEN4的SSD主控而言，主板芯片组的PCIe GEN4 NVMe磁盘效能越好，CPU的主频越高，所获得的随机写入速度往往越高，这里测试所使用的线程数其实并不是开越多越好，QD深度也是一样，最高效能由FW的优化决定。

天堂和地狱

天堂和地狱代表了厂家优化过的纸面最佳性能，和我填充接近满盘的最差纸面性能进行对比：

▲CrystalDiskMark 5.0.2 默认设置下的空盘1GB数据块和93%满盘32GB数据块的测试对比，配置使用持续读写Q32T1和随机读写Q32T16，可以很直观得使用软件的最大压力限制反应磁盘在该软件下最好和最差的表现。

▲AS SSD Benchmark 2.0.7316.34247默认设置下的空盘1GB数据块和93%满盘下10GB数据块的测试对比，可以很直观反应在该软件最大压力限制范围内磁盘最好和最差的表现。

这两组数据，左边是天堂，即厂家希望你看到的数据；右边是地狱，厂家不愿你关注和看到的数据。

先来说持续写入这块，93%满盘情况下，实际盘内也就剩下60GB左右容量了，这时候CDM使用32GB数据块大小去测试持续写入，就会爆发性跌落。而使用AS SSD在10GB数据块大小去测试持续写入，有影响但是不大只有轻微跌落。

接近满盘的数据情况下，又是无缓存方案，主控的SoC的CPU资源估计也不会太强，这就导致4K随机读写无论QD1还是QD32深度都会发生不同程度的跌落情况出现，如果主控够强，即使无缓存方案，持续读写和随机读取的衰减是可以尽可能避免爆跌的，但是随机写入这个跌落很难避免。巧妇难为无米之炊，再厉害的FW RD也无法解决无缓存满盘情况下的随机写入跌落问题。

所以C2000ECO虽然使用了B47R的自封片，MAP1202主控也确实支持1600Mb/s的NAND接口，但是B47R的带宽各方面的需求量较大，又刚好塞满了这颗NAND的所有通道接口，可能顶到了这颗主控的性能天花板。当然这不是个例，InnoGrit的IG5216也会遇到一样的问题。

我很关注HIKSEMI后期的FW如何解决无缓存方案的通病，SSD的固件开发就如同一个天平，主控的CPU资源有限，NAND的实际读写能力有限，SLC Cache的大小有限，合理调度这三方面的性能满足消费级大部分使用需求才是最重要的。

这个测试带我们走过厂商宣称的最好效能和我们实测的最差情况下的效能参数对比，体现了一个SSD在3D TLC NAND调教、主控固件平衡以及盘内容量大部分写入情况下的综合能力。

SLC Cache验证

DATAWRITE是我的一个大神级程序员朋友pufer在谈笑间写出的一个小程序，用于验证2D 3D TLC真实写入速度的。规则是使用随机模式QD1深度随机往SSD里面以1GB数据块大小为单位写入并且反馈即时的写入速度，这个软件当时我们开玩笑说的是，大部分的测试软件都在RAW格式下测试写入速度有失偏颇，那么我们能否直观一些在NTFS格式下进行一些动态写入以获得初略的2D 3D TLC NAND真实的写入速度评估，这就是这个软件编写的初衷。

▲很直观，写入在150GB附近开始掉速，这就是大致的SLC Cache容量，以上的速度是1GB Radeom Write QD1下的速度，和其他软件测试获得的1M持续写入以及4K随机写入速度有本质差异，切勿弄混。

▲740GB左右，速度掉在300MB/s以内了。这也不值得奇怪，无缓存方案的SMI SM2267XT以及InnoGrit IG5216的情况也是类似的，如果想要改善这方面的FW可能还需要调整一下，如果主控SoC的计算资源不足的话，又是Dramless，不妨直接OP成960GB，或许在体验上会更好。

URWTEST

▲URWTEST这个软件和前面的DATAWRITE有异曲同工之妙，不同的是他是使用随机模式QD1深度随机往SSD里面以2GB数据块大小为单位写入并且反馈即时的写入速度，写满了盘之后可以进行一次数据校验，校验的过程就是随机读取的过程，而校验的结果就是数据完整性的检测。QD1更接近我们日常WINDOWS操作的深度，因为4K随机读写在QD1这个深度的原因，所以这个测试更接近我们日常的应用等级。

TrimCheck 0.7

TRIM CHECK是一款很实用的检测SSD是否TRIM生效状态的软件，TRIM指令让操作系统可以告诉固态驱动器哪些数据块是不会再使用的；否则SSD控制器不知道可以回收这些闲置数据块，TRIM可以减少写入负担，同时允许SSD更好地在后台预删除闲置的数据块，以便让这些数据块可以更快地预备新的写入。当然光操作系统支持TRIM不行，还需要SSD的固件支持。

▲向SSD里写入一个16M的文件，这文件头的前16位字节如上图白色区域所表示，这也是该文件唯一的文本字符串，然后将其删除，如果TRIM工作，控制器也将删除这个数据，这时候软件让你等待大约20秒后然后按ENTER继续，然后关闭软件再次打开。

▲再次打开软件，提示原白色区域的字节已经被00所填充，说明主控固件的TRIM机制有效。

Secure Erase有效性测试

因为该主控还是太新，所以使用目前AMD X570以及INTEL Z590主板自带的Erase Tool对这个盘并不能进行Secure Erase操作，所以下面的测试在Ubuntu 下进行：

在Ubuntu 18.04操作系统下输入第一条指令定位到盘，然后使用第二条指令对其进行Secure Erase

nvme list
nvme format -s 1 /dev/nvme0n1

▲结果显示Secure Erase成功！实测有效

温度

其实我这个测试的目的只是想知道HIKSEMI的数据压缩技术对于NAND降温的效果如何？因为在别家的MAP1202方案中并没有宣传这项技术。

▲测试情况

我在Ubuntu下使用

sudo watch -n 1 nvme smart-log /dev/nvme0n1

这条命令来监控SSD的温度

▲空闲温度为41度

▲然后进行128K QD32 T2的持续写入，持续一段时间温度的上升阶段趋于稳定了，再记录温度为43度。

我很诧异怎么这么暴力写入也才上升了2度，这颗SSD并不是触发高温阀值后激活降温措施，而是根本全程就在使用数据压缩技术减轻NAND和主控负担而主动降温，所以哪怕持续写入也看不到大幅度的温度上升。要知道我随便换个盘这个测试也会直接上60-70度的。

▲于是我搬出了FLIR ONE测温仪进行了测试，设置两个点第一个点在主控芯片上，第二个点在NAND上，进行一段时间的温度统计，可以发现，主控确实最高也就到了52度，而NAND从未高于37度，而当前截图的主控温度点也刚好在43.7度，主控温度的平均值也确实是在43-44度附近。这说明HIKSEMI的数据压缩技术降温也确实不是空穴来风，而是真实存在的。算一算也确实差不多比竞品要低个15-20度。

▲直到写完双倍的全盘容量，我观察了一下曲线，从SLC Cache爆掉到NAND真实速度再到接近满盘硬件资源紧张开始掉速，性能恢复，再掉速，再恢复，循环下去，基本的数据都是正常状态。

总结

由于时间关系目前还没有完成完整的SNIA PTS稳定性测试环节，但是就目前的数据形态来看，也让我对HIKSEMI的C2000ECO有一个基本的了解。

当然不了解以及官方未披露的信息还有很多，比如MAP1202主控CPU是ARM R5还是MIPS，SoC内含几个核心，主频多少，和竞品相比是否在硬件规格上有较大差异等等等等。

个人感觉HIKSEMI的软件优势在于对NAND的控制能力，比如这个数据压缩技术降温的思路就非常清奇，也起到了很显著的效果。至于寿命控制方面是否能通过压缩算法延长NAND的P/E寿命就不得而知，那么通过FW的计数规则所得到的TBW达到1024TBW，超越官标保证的2倍以上，这个就需要通过时间和大量的写入来证明其是否真的有效了。目前来看，长寿和低温是这个盘最大的卖点！

因为我测试的时间较短，C2000ECO未知数还有很多，因为B47R真正在大陆上货的时间并不长，在这么短的时间内做适配，然后测试上线会很赶，需要FW解决的问题也许会很多，伴随时间总会有问题产生，也希望HIKSEMI能做好RMA服务，开放持续更新的FW更新网页，能给消费者一个持续更新和提升的体验。

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