相变存储器的余辉——英特尔傲腾P1600X 118G开箱及简评

2022年7月，英特尔正式宣布其旗下傲腾业务关停，意味着相变存储器从量产阶段重回实验室阶段，也为这一划时代的存储技术画上了一个并不圆满的句号。傲腾在商业上的失败并不能掩盖其性能的光辉，其出色的随机读写性能，极高的擦写寿命，以及极低的访问延迟，都是传统nand颗粒的固态硬盘当前难以望其项背的。

一个月前我在新蛋网站上购买了傲腾P1600X，经过一个月的跋山涉水，终于是到了我的手里（然后到手之后发现降价了，而且原价折合人民币500多点，寄过来运费+税花了将近200快，血亏），今天就做一个简单的开箱测评，顺便科普一下傲腾（如果嫌太长不看，文尾有总结）

首先包装平平无奇，简单的一个吸塑盒子，上面有一次性的开封贴，盘体为蓝色pcb，规格为常规的2280 M.2，不过在多数都为U.2和PCIE插槽的傲腾也算是并不常规了

之后就是简单跑几个测试

测试平台：13700K+微星Z790ACE，出现在测试中的盘均插在直连CPU的通道上

P1600X

虽然顺序读写成绩并不怎么样，但是随机读写也就是4K Q1T1，绝对是天花板级别的，而日常使用的话，随机读写其实是一个相当重要的指标，它代表硬盘对小文件的读写能力

下面是它的同门师兄，900P的测试

900P

可以看到相对于900P，P1600X的4K也有不小的提升，但是为了做成标准M.2规格，压低了功耗（官网数据P1600X功耗最高为5.2w，而900P为14W），因此其顺序读写会比较低

同门对比也许看不出什么，下面放一块pcie 4.0的硬盘成绩作为对比（为保护受害盘隐私，不透露硬盘信息）

某品牌pcie 4.0固态

可以看到，4K读取成绩相差接近5倍数，但是可能就会有人问了，这4K写入成绩不是差不多吗，实际上，这个成绩仅仅是消费级硬盘所设置的缓存带来的爆发性能，但是只要一出缓存其性能就会腰斩再腰斩，而傲腾是没有任何缓存的，其全盘性能始终如一。

接下来再看延迟对比

P1600X延迟测试

某硬盘延迟测试

首先，P1600X读写延迟均仅有10微秒左右，而作为对比的普通硬盘，延迟来到了55微秒，当然，写入延迟依然是靠缓存撑起来的。

那么问题来了，为什么傲腾会比普通的固态强这么多呢，这就要回到标题中的“相变存储器”，从存储单元上，傲腾就与普通固态截然不同：

常规nand闪存的存储原理是通过电压控制电子在浮栅晶体管进出，从而生成不同的状态来表示数据（更具体的可以去看B站UP主硬件茶谈的科普，非常详细）；

而傲腾使用的3D XPoint，根据各种资料来看，是一种相变合金，可以在在非晶态和晶体态之间转化

当向相变材料上施加电压时，如果材料处于非晶体（Amorphous）的状态，在电压没有到达一个阈值前，会处于截止状态不会有电流通过，只有当电压超过一个阈值才会运行电流通过，一旦电流导通，随着电压的增加电流也会逐步增加。由于材料现在处于导电状态实际相当于一个电阻，因此会发热导致温度上升。当一直保持在 set(1) 的电压时，材料最终会达到约 350摄氏度的温度，虽然这个温度不足以导致融化，但是如果将温度维持约 100ns 则可以使分子重新排列成晶体（crystalline）结构。由于晶体（crystalline）结构也是稳定状态所以一旦形成即使去除电压后温度下降后也会得到保留。处于晶体（crystalline）状态的相变材料性质类似于普通电阻不存在非晶体（Amorphous）状态的电压阈值，当施加 0.5V 左右电压时就有约 0.5mA 的电流通过。

当要重置 reset(0) 到非晶体（Amorphous）状态时，只需要施加一个更大的电压，把温度提高到约 600摄氏度将材料加热到熔融状态。这会融化晶体（crystalline）结构。然后立刻移除电压让温度迅速下降，由于穿过晶体（crystalline）状态的温度区间速度过快所以无法形成任何晶体（crystalline）结构，重新冻结到非晶体（Amorphous）状态，重置完成。这时候如何施加 0.5V 左右的电压则不会有任何电流经过。其实我们不需要很高的电压去读取状态，大约在 0.1V 左右就能很明显的区分出状态。——知乎用户围城

简单来说，其存储单元在不同状态下的电阻会发生变化，以存储单元高电阻表示1，低电阻表示0，如此以来，其每一个存储单元均可以进行单独寻址，可以进行单bit的操作，且数据可以进行直接覆写，无需像nand一样擦除后在写入，且能够大大提升耐用性。当然，这也会导致一些问题，比如造价过高，容量不及常规固态等等。