三星840来了：不一样的感觉
早在去年年底业内便开始争论TLC用于固态硬盘的话题，一直以来我们都认为这还为时尚早，但没想到三星840却成为了业界第一款这样的产品，虽然有些突然但是它就这样来了。全新一代的三星固态硬盘包含840 PRO和840系列，前者定位高端，继续采用MLC闪存，而后者，它注定将成为舆论的焦点！
很多人担心TLC闪存的寿命，也正是因为如此笔者将840拿在手里也有着不一样的感觉。但是TLC闪存被用于固态硬盘是迟早的问题，无论技术有多么完备，总要有第一个吃螃蟹的厂商。840系列替代830系列是必然，有的时候市场就是这样，不管在消费者眼中看上去多么不合适，但总归要存在的。
三星840系列固态硬盘登场！
作为全球顶尖的半导体公司，三星拥有自上而下高度垂直化的整合能力，从主控、闪存、缓存到固件均由自己完成，这是任何其他固态硬盘厂商都无法比拟的。这也是为什么三星对自家产品充满信心的原因，并特地召开全球峰会来发布新的产品。
三星840系列250GB/256GB固态硬盘官方性能参数
大体来看三星840（PRO）包含如下特性：
1.全新的外观设计，炭黑色金属磨砂外壳
2.全新升级的主控、更高规格的闪存标准
3.更高的性能表现，即便是840也拥有着出众的性能
4.更低的功耗表现，甚至可以延长笔记本续航半个小时
5.更易用的软件系统，包含系统迁移工具和管理软件
我们的评测也将从这几个方面展开，还原一个更加全面的840。是的，你不能只关注“它居然用的是TLC、它性能提高多少、它售价多少”，否则你可以直接购买从而省下看这么长文章的时间了。
All New Design！
出色的工业设计是一款优秀产品必须具备的素质，很高兴三星自470以来就延续至此。大家熟知的830系列采用的是炭黑色金属铝制拉丝外壳，正面中间位置镶刻上三星的Logo，左下角以橘黄色烤漆处理进行容量标识，加上7mm的厚度设计，实在是令人印象深刻的设计。
全新的外观设计
全新的840（PRO）系列可以说是All New Design。虽然依然延续了炭黑色的色调，但是正面却以磨砂处理，同样为铝制外壳，但是没有金属拉丝那样充满光泽。三星的Logo也直接印刷在外壳上，而橘黄色的烤漆得以保留了下来，只不过位置变到了中下方，同时仅作装饰使用而不标识容量。而外壳右面的小三角则让用户有了跃跃欲试的感觉。
三星840采用炭黑色金属磨砂质感外壳
全部的信息标识放在了背面
在840（PRO）的侧面也延续了830的影子，通过削切工序达成高度抛光的倒角边缘，与硬盘正反面形成极具鲜明的对比。同样延续下来的7mm的厚度设计进一步增加了美感。
通过削切工序达成高度抛光的倒角边缘
PCB正面，包含主控芯片、缓存以及闪存
PCB背面光秃秃的，三星依然只使用单面设计
840 in the Shilla Hotel！
三星是在9月24日于韩国首尔新罗酒店（Shilla Hotel）召开的“2012 Samsung SSD Global Summit”上发布的840系列固态硬盘，笔者也于当日傍晚拿到了测试样品。你可以说Shilla Hotel是三星840的诞生地，那怎能不留住这个美好的瞬间呢？
Samsung 840 in the Shilla Hotel
Samsung 840 in the Shilla Hotel
Samsung 840 in the Shilla Hotel
Samsung 840 in the Shilla Hotel
Samsung 840 in the Shilla Hotel
Samsung 840 in the Shilla Hotel
MDX：它是三星第四代SSD主控
三星840（PRO）系列固态硬盘采用的是三星第四代SSD主控MDX，MAX被用于470系列，MBX未用于零售产品，MCX则用于830系列。不过MDX相比MCX在核心架构层面未有本质区别，我们可以从下图中看到840（PRO）和830系列的关系。
三星840和830系列核心技术指标对比
MDX主控内建三个ARM Cortex-R4核心，工作频率300MHz。Cortex-R4是为具有严格的实时响应限制的深层嵌入式系统提供高性能计算解决方案，为高性能、可靠性和容错能力而设计的，非常适合用于硬盘/固态硬盘驱动器，并具备更低的功耗。相较之下Cortex-A系列专用于具有复杂软件操作系统（使用虚拟内存管理）的面向用户的应用。
三星S4LN021X01-8030（MDX）主控芯片
三星840系列包含120GB、250GB和500GB三种型号，但MDX可以支持到1TB容量，只不过三星认为目前超高密度的NAND（单颗容量128GB）的价格太过昂贵，因此并未推出。此外，用户可以使用Magician软件自行设定OP预留空间，以尽可能地保证寿命。
另外MDX终于加入了对256位AES硬件加密的支持，通过使用SYSTEM BIOS密码进行管理，就和其他同级别产品一样，以应对越来越重要的数据安全性问题。同时，840系列还拥有着“更先进的信号处理算法（Advanced Signal Processing Alogrithm）”。
板载256MB LPDDR2-1066缓存
上一代三星830支持最高256MB DDR2-800 DRAM缓存，而在840系列则升级为LPDDR2，频率进一步增加到1066MHz，但仍拥有更低的功耗，最大支持容量也达到了512MB。更大的缓存可以将映射表做得更大更细，以此可以获得更好的随机读写性能，同时可以保证大容量下的性能发挥。
Toggle 2.0标准：向400Mbps迈进
三星830系列采用的是27纳米制程Toggle DDR Mode 1.0标准的闪存，其接口带宽可以达到133MT/s，而840系列所采用的是21纳米制程Toggle DDR Mode 2.0标准的闪存，可以达到400MT/s的接口带宽。
单颗容量为32GB的三星Toggle 2.0 TLC闪存，编号K9CFGY8U5A-CCK0
Toggle DDR Mode是三星和东芝两家全球NAND市场的头号领军厂商于2010年6月联合制定的全新NAND闪存接口标准，用来与英特尔、美光、海力士为首的NAND厂商所主打制定的闪存接口标准“ONFI”分庭抗礼。
目前基于SandForce SF-2281主控的固态硬盘如果是采用英特尔或者美光的颗粒，都基于ONFI 2.2标准，该标准支持NAND闪存每条通道的传输带宽提升至166MT/s～200MT/s，而2011年最新出台的ONFI 3.0规范让闪存的接口带宽达到400MT/s。
Toggle 2.0闪存可以实现高达400Mbps的带宽
对于Toggle DDR Mode来说，所谓的“DDR”其实和DDR内存的道理是一样的，利用DQS信号的上升沿和下降沿都进行一次数据的传输，速度自然翻倍。
全新的Toggle DDR Mode 2.0可是实现随机读取性能30%的增幅，随机写入性能120%的增幅。而按照如果相应闪存以8bit的位宽来计算，可以实现400Mbps的传输带宽。但综合来讲，全新标准的闪存应该和全新一代的主控芯片配合才能发挥出全部效能。这也正是三星840性能再次攀升的因素之一。
2015~2017年将迎来Toggle 3.0标准
到2015~2017年，我们将迎来Toggle DDR Mode 3.0标准，届时带宽将达到800MT/s。同时三星也将致力于发展PCIe接口的固态硬盘，并认为是未来10年高性能产品的最佳选择，配合超高的带宽，得以发挥新一代闪存的性能。
廉价的TLC闪存：请别小看了我
从去年年底开始，关于TLC闪存将被用于SSD的话题就不止一次被提到。最初OCZ宣称他们将使用INDILINX nDurance技术来提高SSD的纠错能力以使得采用TLC成为可能。文章开始我们已经提到，三星作为第一个吃螃蟹的厂商，必将引来不少争论。
TLC特点：廉价大容量、高延迟低寿命
TLC即Triple-cell-per-bit，由于采用三层存储单元，因此可以以较低的成本实现更大的容量。就目前最常提到的其他两种闪存，SLC只有两个电平状态，MLC则为4个，而TLC则多达8个，同容量下TLC的Die的尺寸比MLC小33%，因此价格也便宜了33%。当然良品率等因素也会对价格产生影响。
由于TLC拥有多达8个电压状态，因此在电位控制上更加复杂，特别是写入速度会大受影响，延迟增加。
为什么TLC的寿命很短？
随着半导体工艺的不断演进，晶体管栅极外的硅氧化层也会越来越薄，导致对电子的“把持”能力越来越差，而每一次编程都会造成硅氧化层的损耗，电子会越发容易溢出，并导致电压异常。
本身TLC就需要标记如此多的电压状态，些许的电压变化就会导致错误发生，数据无法正确读出，难以控制，相比之下SLC只有两个电压状态，容错性也更加强劲。所以这就是为什么TLC寿命更短的原因了。
目前MLC闪存的P/E次数多在3K左右，从一些资料来看，840所采用的三星21纳米Toggle 2.0 TLC闪存的耐久度应该在1000 P/E左右。遗憾的是三星并未公布840固态硬盘的关于耐久度的准确数字，只是表示在很多采用MLC的竞品当中也“很有竞争力”。
补救措施都有哪些？
三星敢于表示他们的TLC“很有竞争力”也是有原因的。首先更强的ECC纠错能力就可以极大地弥补TLC寿命的短板。我们在评测采用东芝19纳米MLC闪存的浦科特M5P固态硬盘时提到，当主控固件的ECC能力在24bit/1KB的时候，闪存耐久度为1000 P/E；而当ECC能力达到40bit/1KB时候，则为3000 P/E。
通过微调读取电压来适应电压的变化
除了ECC以外还有通过微调读取电压的方法来适应因为晶体管氧化层的磨损而导致的电压变化的问题，即DSP（数字信号处理）。浦科特在M5P当中也采用了类似的技术，据悉可以大幅度提高闪存的实际耐久度。遗憾的是三星也没有公布这部分的资料，840系列的新特性“更先进的信号处理算法”或许与此有关。
设置OP预留空间：让SSD持久坚挺
采用TLC闪存的三星840固态硬盘包含120GB、250GB和500GB三种容量，显然相比840 PRO和830系列的128GB、256GB、512GB都缺失了一部分，这部分就是“Over-Provisioning”预留空间。
一般OP分为三层，如上如所示，第一层由于计算方法的差异是不可抗拒的，而第二层则是SSD厂商预留的，比如目前消费级SF-2281固态硬盘预留容量通常为7%，一些企业级的型号达到28%。至于第三层则是用户自己设定的容量。
除了三星840预设的OP空间之外，用户还可以通过Samsung Magician软件手动设置预留空间。设置预留空间好处多多，它更有利于均衡磨损机制的运作，可以减小写入放大，可以增加垃圾回收的效率。
设置OP空间好处多多，在稳定态下会有更好的性能表现
这张图可以体现出启用OP对增加垃圾回收效率的益处：在经过长达数百分钟的压力测试后，具备预留空间的三星840 250GB速度（绿色）甚至要比没有预留空间的840PRO 256GB（橙色）还要高，而对840PRO设置了预留空间后（蓝色），速度更是得到了显著提升。
性能测试：接班830完全没问题
测试平台方面，我们使用酷睿i7 2600处理器，Z77主板，配合RST 11.2驱动程序，同时以三星830 256GB作为系统盘。测试过程中将处理器频率锁定在3.5GHz，关闭睿频和所有节能降频的选项，并在BIOS中开启AHCI，关闭其他第三方板载芯片。
测试平台
我们依次使用常规的测试软件，包含CrystalDiskMark、AS SSD Benchmark、ATTO Disk Benchmark以及PCMark7，在空盘状态下，进行840的性能测试，并与830系列256GB进行对比，看看作为新生代的产品，能否以更低的价格获得不亚于830的性能。
CrystalDiskMark测试：840 250GB（左）和830 256GB（右），点击放大
AS SSD软件测试：840 250GB（左）和830 256GB（右），点击放大
ATTO软件测试：840 250GB（左）和830 256GB（右），点击放大
PCMark7基准测试：840 250GB（上）和830 256GB（下），点击放大
尽管TLC闪存无论编程还是擦除次数都比MLC要慢，但是凭借全新的MDX主控以及Toggle 2.0闪存，840在读取性能上还是超越了830系列，特别是4KB随机读取，比后者快了20%以上。相较之下256GB的830持续写入可以达到400MB/s，这是840所不具备的，这也来自于TLC的物理特性。不过830系列在高QD下4KB随机写入性能不足的问题还是得到了彻底根治。
三星认为桌面级应用更加偏重于读取而不是写入，这也凸显出840系列的产品定位。在PCMark的测试中，两款产品均得到了5347的分数，这说明在实际应用中两代产品相差无几，仅凭840系列就完全可以接任上一代830系列。
组建RAID0：难以抗拒的极速快感
虽然三星840仅仅是定位主流，尚未拿到定位更高的840 PRO，但是刚刚出色的读取性能也令人折服。我们有幸拿到了两块三星840 250GB，那不如来一睹他们组建RAID0之后的景象。这里，我们更换了一套测试平台：
测试平台
将CPU超频至4.5GHz也有助于提高测试成绩，不过本身这种做法就是为了跑分，没有太多实际指导意义。就现在来看固态硬盘在RAID0模式下也可以开启TRIM，但问题是除非是用来数据拷贝，否则对桌面级应用来说，实际性能不会有多少提高。
HDTune测试读取速度达到1072MB/s
HDTune测试写入速度达到429MB/s
在CDM软件中毫无疑问地突破1100MB/s，QD32下4K随机读写也有提升
AS SSD Benchmark软件总分达到1648！
ATTO软件的读和写纷纷突破1100MB/s和500MB/s
IOPS挑战赛：就快突破100K了
IOMeter软件测试秉承我们以往的习惯，8GB分区环境、使用Pseudo Random数据模型、设置100%读/100%写、4KB对其、自举时间为30秒、测试时间为2分钟。分别进行128K连续读写测试和4K随机读写测试，同时后者进行QD1、QD3、QD32三个档次的测试。
这一测试我们要关注：128K连续读取性能能否延续上一代830超过500MB/s的特点；4K随机读有多大提升，同时高QD下的4K随机写是否有改善。其实从前面的软件已经可以得出结论，这里我们再次进行验证，它有可能和官方标称的指标达成一致。
越是高的队列深度，840的优势就越明显，体现了三星在这一代产品上对固件的深层优化，完全达到了官方给出的性能指标。当然性能的提升也与全新的Toggle 2.0闪存也密不可分。显然，软硬间的密切结合是新产品取胜的秘密法宝。
很高兴全新的840在128KB连续读取测试上依然超过了500MB/s，不过限于TLC闪存的缘故，写入性能明显不比830系列。
满盘测试：丝毫不减的性能
随着对TRIM支持的完善，如今主流的固态硬盘已经很少出现随着使用容量的减小而性能出现下降的情况了。排除SandForce主控以牺牲速度获取耐久性的做法，诸如三星、美光、浦科特等产品在满盘测试中均有良好的表现。上一代三星830系列留给了我们很深刻的印象，看看这一次840的表现如何。
我们的测试在第一次填充满盘之后重新删除数据并再次填充至满盘，这是必要的，因为在固态硬盘被填满一次之后，垃圾回收等机制才开始运作，所以第二次满盘状态下的测试更具参考价值。
空盘下的性能表现
盘满填充测试性能表现
依次经历了80%、90%以及两次达到99%数据填充的过程，我们发现在两次达到99%的情况下性能跌幅十分细微。部分填有数据的情况下的性能表现甚至超过了空盘状态。总之，固态硬盘使用一段时间掉速的情况以及不复存在了。
格式化之后的性能
格式化之后的性能4KB随机读取有些下降，事实上笔者在测试空盘时也遇到了此类情况，需要反复格式化或者跑测试才可以得到最佳成绩，尽管差别不大。笔者认为这可能和固件在TRIM执行或是垃圾回收方面的运作有关系，也就是说，它还需要一定的优化。
垃圾回收和TRIM：这个不能太心急
在整个固态硬盘的使用周期内，99%的时间都在做垃圾回收操作。当固态硬盘的所有颗粒都被编程过一次之后，整个SSD可能充满零碎数据，TRIM和垃圾回收机制开始运作，既是进入了GC态阶段。而在进行持续长时间的随机写操作下，由于没有闲置时间，性能将会出现明显跌幅，在性能跌倒一个稳定的值不再变化时，就进入了稳定态阶段。
笔者使用IOMeter软件在没有分区的固态硬盘上进行5次每次10分钟的QD32下的4KB随机写入测试，共50分钟模拟固态硬盘进入GC态，然后闲置并使用HDTune测试写入性能观察变化，这可以体现出其垃圾回收算法。最终格式化之后再次测试，以观察TRIM的执行速度。
空盘状态下写入速度达到245.6MB/s
开始运行，时速达到263MB/s
50分钟的QD32 4KB随机写测试运行完毕，速度跌至56.5MB/s
垃圾回收效果测试，点击放大
在进行完测试之后性能下降比较厉害，只有空盘下的19%，我们可以认为这是采用了闲置垃圾回收策略，节省主控资源，应该能够在轻负载的应用下保证良好的性能发挥。而在后续的恢复过程中速度比较缓慢，从曲线的走势来看，全盘的各个区块都同步恢复，而非像Marvell主控那样从起始位置开始逐步恢复。
受限于TLC闪存的寿命，三星840在垃圾回收策略方面并未太过激进，以牺牲性能来换取寿命。这种策略其实比较适合于负载不太高的桌面级应用，这也符合840的定位。
TRIM执行效果测试，点击放大
840的TRIM问题在这里很不友好地体现了出来，在全盘快速格式化之后性能并未立刻恢复，反复测试之后才接近空盘状态下的表现。这个测试结果其实和上一代830系列几乎一致，应该说三星在这方面并未做太多改变，对TRIM的执行仍有改进空间。
功耗表现：为笔记本延长半小时
三星840固态硬盘最引以为傲的就是超低的功耗表现，这点在上一代830系列上就有很好的表现。可能很多人都认为固态硬盘本身就要比机械硬盘省电很多，但事实也许并非如此。
官方提供的三星840固态硬盘功耗测试
根据三星官方给出的基于MobileMark 2007的测试结果，三星840 PRO 256GB、840 250GB在闲置状态下的功耗分别仅为0.042和0.057W，仅为其他产品的10~15%，即便是三星830 256GB也不过0.076W。而在MobileMark 2007的Average Power Consumption测试中也有着同样的表现。
正常运行情况下的功耗情况
当然，在正常读写操作中，三星840固态硬盘的功耗也将达到2~3W，并且耗电量会随着队列深度的增加而增加，这相比其他品牌的产品来说可能就不会有太大优势了。台式机用户自然不必担心，但是对笔记本电脑用户来说，这回是一笔不小的财富。
半个小时对笔记本来说也是非常珍贵的
硬盘本身不是耗电大户，但即便如此，超低的功耗表现依然让搭载三星840固态硬盘的笔记本电脑比使用他牌产品的笔记本的电池使用时间最多多出30分钟。相信大家都清楚这个数字对笔记本电脑用户的感受是怎样的。
迁移工具：简单升级三步走
对于DIY玩家来说，将现有系统从老硬盘迁移到新硬盘当中，他们“心中有数”，但是对于大部分用户来讲，这不是个简单的过程。在此前的三星830固态硬盘中附带有Norton Ghost，但是显然，三星认为这个软件还不够“简单”！
三星附带的SATA-USB转接线就是来进行数据迁移用的
来到三星840系列，被称为Simper Tools的两款软件，其一是代替Norton Ghost的名为Samsung Data Migration的系统迁移软件，让用户仅通过“开始、设置、克隆”三个步骤便完成当前系统的迁移工作。
Samsung Data Migration数据迁移软件
自动识别原硬盘和目标硬盘
开始克隆，由于是USB2.0接口速度不会超过30MB/s
根据系统的大小，迁移时间自然也会不同
完成后你可以发现多出来一个100MB的分区和盘符，你的系统已经安顿好了！
升级指导：不同容量该怎么搭配
针对不同笔记本的应用环境，三星也给出了各种参考升级方案。首先是目标空间充足的情况下，对于台式机用户，如果你使用的是1TB硬盘并且分了100GB的C盘和900GB的D盘两个分区，同时分别使用了50GB和150GB，那么可以选择250GB/256GB的固态硬盘替代当前的硬盘，你可以保持原有的分区形式，或者适当调节两个分区的大小。
选择250/256GB不吃亏，几乎可以替代现有硬盘
如果目标空间不足，即你选择了128GB的固态硬盘，那么你可以仅将它当做系统盘使用，原有的机械硬盘当做数据盘。
选择了120/128GB的用户就拿它当系统盘用吧
同样是在目标空间不足的环境下，如果你是笔记本电脑用户，配备的是500GB硬盘，并使用了超过一半的空间，那么建议在升级固态硬盘之后，将一些不常用的文件放在移动硬盘当中。
笔记本用户如果仍要选120/128GB的话就要添加个移动硬盘了
魔术工具：为你的840保驾护航
被称为Simper Tools的另一款软件便是Samsung Magician，作为全新的SSD管理工具，它拥有以下新特性：
1.重新设计的用户界面（UI）带来全新的用户体验（UE）
2.SSD健康状态检查
3.TBW报告
4.全盘扫描和错误报告
5.更高级的用户自定义选项
6.允许用户自行设置OP空间
遗憾的是目前笔者尚未拿到新版Magician管理软件，随盘附带的软件版本为3.2，使用老UI，但加入了对840（PRO）系列的支持。这款软件也同样包含硬盘检测、最佳化、固件更新、安全擦除、OP预留空间设置、硬盘克隆等功能。
Samsung SSD Magician v3.2
让用户自行设置OP显然更适合专业用户，如何把握这个“度”成为了关键
总结：关于TLC的争论即将开始
在去年我们评测830的时候，就认为三星是SSD市场的潜在杀手，如今840的发布终于证明了这一点。早期为其他模组厂商生产贴牌产品，后来定位消费级的470系列崭露头角，如今很少有固态硬盘用户不知晓三星这个品牌。
作为世界顶尖的半导体公司，我们在840系列新品上也看到了来自三星这种高度垂直整合的优势，从全新升级的MDX主控、Toggle 2.0闪存、LPDDR2缓存的运用，到进一步优化增强的Firmware，如此多的层面契合得如此完美，尽管还有改进于地，但依然可以这么说：嗯，这就是你想要的。
首款采用TLC闪存的三星840固态硬盘
我们把话题引回这次新品最具争议的地方——TLC闪存。尽管三星对此很有信心，但是用户却不这样认为。我们前面已经提到过固态硬盘的寿命并非完全决定于闪存标称的P/E次数，ECC校验算法、DSP信号处理、OP空间甚至是用户的使用习惯等各方面都会对最终的寿命产生影响。虽然三星没有给出具体的数字，但是相信他们已经做好了准备。
尽管如此，包括笔者，很多用户依然会有“感觉有点挫”这种主观的质疑的感觉，这就是三星840无法规避的风险：
第一，在价格相近的前提下，考虑到MLC和TLC之间的差异，恐怕很多用户还会选择830，一旦830停产，考虑到840 PRO的定位较高，一部分主流用户便可能会转投其他品牌的产品。
第二，三星没有推出定位入门级的60GB容量的840。这也是考虑到120/128GB的关注度在不断攀升，为顺应潮流便直接将用户体验的门槛拉高到120/128GB这个层级。当然小容量的产品也必将受到TLC寿命的影响，显然抛弃60GB是必须的。也同样如此，三星将会短暂流失掉这部分入门级用户。
但不可否认的是三星840的推出将会加快TLC普及的浪潮，我们相信很快就有其他品牌跟进，届时价格也会更加亲民。
这里笔者想起了一个典故：2006年秋互联网先驱者Marc Andreessen与乔布斯共进晚餐时质疑乔布斯向他炫耀的iPhone手机，并说：“你觉得手机上没有物理键盘真的行吗？人们真的能够直接在屏幕上打字？”，乔布斯回答说：“他们终究会习惯的”。
TLC被用于固态硬盘是必然趋势，但在这之前终究要有第一个吃螃蟹的，而敢于这样做的恐怕也只有闪存制造商而非模组厂商。同时，不管你觉得它有多么不合理，终究要有一个存在的。三星选择了TLC，这只是一个开始。首批TLC固态硬盘可能卖得不会太好，但最后三星依然有可能成为最大的赢家。
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