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高速儲存裝置在Ultrabook的應用及挑戰

  • DIGITIMES企劃

智微科技 資深產品營銷經理 彭哲瑄

英特爾正與筆電大廠全力推動Ultrabook成為新一代超輕薄筆電的產業規範,驅動整個產業邁向更超薄、輕盈的境界。除了輕盈纖薄的機身以外,Ultrabook效能訴求的關鍵在於為磁碟快取或作業系統碟的固態硬碟(Solid State Disk;SSD)模組;另外市調機構也預測,受惠於雲端運算的需求下,這五年內個人及企業用儲存裝置將持續高成長,智微科技持續追求高效能與低功耗,提供SSD以及供外接儲存裝置使用的關鍵控制晶片…

SSD是英特爾Ultrabook的效能關鍵

智微科技 產品營銷協理 張中平

智微科技(JMicron)產品行銷協理張中平,提到英特爾引領IT界變革。從90年代Intel inside直接將處理器形象直接面終端消費者,多媒體功能如CD-ROM的導入,以及2003年推出筆電加上WiFi無線的Centrino平台概念;為了持續增加筆電的成長動能,以因應蘋果MacBook Air(MBA)熱銷以及平板電腦的衝擊,英特爾又提出了Ultrabook,它的上下蓋機身高度需小於18mm,具備五小時以上長效供電,預估到今年已經有140款機種出現,其中40款有觸控螢幕,有12款具備螢幕可選轉折疊機身的平板型設計。

坊間Ultrabook的配置,一種直接配置64∼128GB SSD,有需要的則外接USB 3.0的行動硬碟以擴增容量;另一種以一般2.5吋傳統硬碟,配小容量(32GB以下) SSD做為快取碟。跟Ultrabook有關的有Intel快速啟動技術(Intel Rapid Start Technology;IRST)、智慧反應技術(Intel Smart Response Technology;ISRT)。2012 Ultrabook規範由S4休眠模式回復時間要小於7秒,同時PCMark Vantage硬碟評分要16,000以上,Video Editing要80MB/s以上。

筆記型電腦有S3睡眠模式,保存DRAM資料並關掉週邊電源進入低耗電模式,僅需兩秒鐘即可回復到工作模式,但耗電量約300~700mW;S4休眠(Hibernate)模式則把DRAM資料寫入硬碟後關閉電源,回復速度從30秒到一分多鐘不等。IRST模式則利用S3模式一段時間後,自動將DRAM資料存到NAND Flash後斷電,此時耗電量僅50mW,回復時直接從SSD取回DRAM資料,使得開機回復時間在5秒以內。ISRT則藉由小容量SSD充當讀寫快取,或直接以SSD當作業系統碟來提昇整體傳輸效能。

智微提供Ultrabook加速方案

張中平介紹智微JMF667是全球第一顆4通道(4 Channel)、台積電55奈米製程的SATA 6Gbps SSD控制晶片,支援Intel/Micron 25/20nm及Toshiba 24/19nm 的NAND Flash,容量從16GB到256GB,支援DEVSLP(Device Sleep)訊號協定,在S3模式下可使整體功耗小於5mW,預計2012年9月正式量產;至於JMS569是全球第一顆超低功耗的USB 3.0轉SATA6Gbps橋接控制晶片,預計2012年Q4可以開始量產。

以宏淲spire M3 Ultrabook內建5,400rpm 500GB硬碟做Crystal DiskMark v3測試,其循序讀、寫速度為57.13、51.35MB/s,4K QD32隨機讀寫速度更低到0.766、0.781MB/s;當M3搭配由JMF 667+Toshiba 19nm NAND Flash設計的24GB SSD,啟動ISRT模式後,循序讀、寫速度增加為324.9、84.34MB/s;4K QD32隨機讀、寫速度提昇100倍達到186.5MB/s、80.15MB/s。因為Windows環境下有很大比例這種4KB小檔案的隨機讀寫,因此SSD在4K QD32的效能提昇,進入Windows環境下的加速感受更其明顯。

以PCMark Vantage軟體評測,啟動ISRT之後HDD評分為22,180,Video Editing為82.8MB/s;若改用JMF667+Intel/Micron 25nm NAND Flash的24GB SSD,啟動ISRT後硬碟評分為25,015,Video Editing達104.2MB/s,超越英特爾2012 Ultrabook規範中,PCMark Vantage評分16,000,Video Editing 80MB/s需求。

若以Toshiba 19nm NAND Flash+JMF667晶片設計的64/128/256GB SSD做為OS Drive,在Crystal Diskmark v3.0測試下,64GB SSD循序讀、寫速度達503.8、177.2MB/s,4K QD32隨機讀、寫速度為327.9、160.6MB/s,折算4K隨機讀、寫IOPS為80K、40K;128GB SSD循序讀、寫速度為490、275MB/s,4K QD32隨機讀、寫速度為350.3、276.7MB/s,折算4K隨機讀、寫IOPS為87.5K、69K;256GB循序讀取、寫入速度487.3、467.1MB/s,4K QD32隨機讀、寫速度為352.7MB/s、342.2MB/s,折算4K隨機讀、寫IOPS為87.5K、85K。JMF667僅四通道設計,實測效能已媲美這些競爭對手八通道才能達到的效能水平。

實測效能媲美對手八通道的效能表現

JMF667晶片在持續性IOPS表現上,以IOMeter 2010軟體選擇4KB隨機讀寫、full span模式下跑120分鐘,並列入建興M2P(採Marvell控制器)、美光M4(採Marvell控制器)與OCZ(採SandForce控制器)的其他三家SATA6Gbps SSD一同測試。JMF667從最5分鐘尖峰值14,000,接著因進行Garbage collection而降到5,000,隨後回升到6,000並一直維持在6,000上下;至於其他家SSD從前5分鐘尖峰值12,000∼13,500,接下來第5~10同樣因進行Garbage collection而下降,到第10∼15後回升並維持在2,200∼4,000的區間,JMF667持續性IOPS表現是其他競爭對手兩倍。

另外以都是八通道設計的建興M3P 256GB SSD、Intel 520 240GB SSD(採SandForce控制晶片)、OCZ Vertex4 256GB(採Indilinx控制晶片),採Toshiba 19nm Type C NAND Flash(4Ch8CE)+JMF667設計的256GB SSD,以CrystalDiskMark v3.0測試,循序讀取速度建興M3P為524MB/s、JMF667 為505MB/s、Intel 520為504MB/s、OCZ Vertex4為412MB/s;循序寫入部份OCZ Vertex4跟JMF667同樣為467MB/s,建興M3P 256GB為436MB/s、Intel 520 240GB則為313MB/s。

在4KB QD32 讀╱寫部份,OCZ Vertex4測出357、347MB/s排名第一,JMF667測出352、342MB/s,LITEON M3P為301、280MB/s,Intel 520 240GB為238MB/s、260MB/s排名最後。

張中平最後總結JMF667滿足Ultrabook效能需求,支援16〜256GB容量設計,裝置待機模式(Slumber)功耗僅50mW並支援DEVSLP模式,其4K隨機讀寫IOPS高達85K、85K。

個人與企業外接儲存裝置的需求高速成長

智微科技資深產品行銷經理彭哲瑄提到,依IDC 2012年三月市調揭露,從2011〜2016年全球硬碟市場年複合成長率僅9.6%,但個人與入門儲存裝置的HDD出貨量,平均年複合成長率達28.1%,從2011的7,700.55萬到2016年的2億6,555.5萬顆。從2007〜2011年全球硬碟出貨量分別為4,400萬、5,300萬、5,800萬、7,200萬與7,700萬顆,而2007∼2011年JMicron晶片出貨量分別為1,300萬顆、1,900萬顆、2,500萬顆、3,700萬顆、3,300萬顆,市佔率為29、36、44、51、43%,在2010年智微磁碟控制晶片市占率高達51%;僅2011年因為泰國淹水、硬碟短缺導致市佔率略有下滑。

智微USB 3.0外接儲存裝置晶片家族

彭哲瑄列舉出智微磁碟儲存片時程藍圖。從2009年智微就推出支援雙SATAⅡ埠、RAID 0/1/JBOD的JMB390晶片,USB 3.0轉雙SATAⅡ埠、RAID 0/1/JBOD的JMS551橋接晶片,USB 2.0+雙SATAⅡ埠、RAID 0/1/JBOD的JMB352橋接晶片,及低價的USB 2.0轉雙SATAⅡ埠的JM20329晶片。在2010、2011年僅推出支援USB 3.0轉SATAⅡ的JM539橋接晶片。2012年推USB 3.0/SATA6Gbps複合介面的JMS569橋接晶片家族,另外有USB 3.0/SATA6Gbps複合介面、雙SATA6G埠輸出的JMS562,以及USB 3.0/SATA6Gbps複合介面,可接SATA6G、PATA/IDE介面的JMS537晶片。

JMS569家族共有5種晶片,除了JMS569之外,還有USB 3.0/SATA6Gbps介面輸入,雙SATA3Gbps輸出的JMS568、JMS566晶片。JMS569/568為2.5V,JMS567/566為3.3V,且四款均為外搭EPROM儲存韌體的設計;預定2013年上半推出JMS529晶片則為3.3V且內建韌體儲存功能的設計。

JMS562晶片家族中,JMS560為單一SATA6Gbps轉雙埠控制晶片,JMS560R則追加RAID0/1/JBOD功能;JMS561為USB 3.0轉雙SATA6G埠橋接晶片,而JMS562具備USB 3.0與SATA6Gbps複合介面橋接功能,可搭接USB 3.0或SATA6Gbps匯流排,並以韌體彈性指定成主控端或裝置端。

優異實測效能 兼顧超低功耗

JMS569晶片在實測效能上,以Intel Sandybridge(PantherPoint C1版)測試平台搭配Windows 8評估板Build 8400,並開啟UASP模式,受測SSD模組均使用JMF667控制晶片所設計。以ATTO Bench區塊256KB的循序讀、寫速度為435、431MB/s,區塊512KB則為450、443MB/s,區塊1024KB循序讀、寫為448、448MB/s。以IO Meter開四個工作裝置進行測試,每個裝置讀寫速度約450MB/s。以Crystal DiskMark v3.0.1測試,循序讀、寫分別達405.6、338.4MB/s,而區塊長度512KB的讀寫速度也達到366.5、336.9MB/s,值得注意的是4K QD32項目的讀、寫速度也高達116.3、124.1MB/s。

至於在功耗上,JMS569在Suspend Mode下功耗低於10mW,在USB 3.0全速操作模式下功耗低於330mW。USB 3.0 Single Bay規範上要求工作功耗 900mA、Suspend功耗 2.5mA;而EUP要求整個電腦系統在Suspend功耗在2012年要低於1W,到2013年要低於0.5W的要求,而JMS569已符合2013年EUP的需求。

彭哲瑄最後總結JMS569晶片家族,是在對市場趨勢下所開發對的產品,因應Ultrabook、平板電腦、智能手機下,外接儲存裝置享有2011∼2016年CAGR 28%的市場成長。而JMS569晶片家族支援超低功耗、高傳輸效能,迎合2012與2013年節能要求,且智微擁有自主研發能力。而智微JMS562晶片家族對未來市場成長鋪設康莊大道,提供雙SATA 6Gbps橋接功能,兼顧安全性與效能上的需求。