相變存儲器的餘輝——英特爾傲騰P1600X 118G開箱及簡評

2022年7月，英特爾正式宣佈其旗下傲騰業務關停，意味着相變存儲器從量產階段重回實驗室階段，也爲這一劃時代的存儲技術畫上了一個並不圓滿的句號。傲騰在商業上的失敗並不能掩蓋其性能的光輝，其出色的隨機讀寫性能，極高的擦寫壽命，以及極低的訪問延遲，都是傳統nand顆粒的固態硬盤當前難以望其項背的。

一個月前我在新蛋網站上購買了傲騰P1600X，經過一個月的跋山涉水，終於是到了我的手裏（然後到手之後發現降價了，而且原價摺合人民幣500多點，寄過來運費+稅花了將近200快，血虧），今天就做一個簡單的開箱測評，順便科普一下傲騰（如果嫌太長不看，文尾有總結）

首先包裝平平無奇，簡單的一個吸塑盒子，上面有一次性的開封貼，盤體爲藍色pcb，規格爲常規的2280 M.2，不過在多數都爲U.2和PCIE插槽的傲騰也算是並不常規了

之後就是簡單跑幾個測試

測試平臺：13700K+微星Z790ACE，出現在測試中的盤均插在直連CPU的通道上

P1600X

雖然順序讀寫成績並不怎麼樣，但是隨機讀寫也就是4K Q1T1，絕對是天花板級別的，而日常使用的話，隨機讀寫其實是一個相當重要的指標，它代表硬盤對小文件的讀寫能力

下面是它的同門師兄，900P的測試

900P

可以看到相對於900P，P1600X的4K也有不小的提升，但是爲了做成標準M.2規格，壓低了功耗（官網數據P1600X功耗最高爲5.2w，而900P爲14W），因此其順序讀寫會比較低

同門對比也許看不出什麼，下面放一塊pcie 4.0的硬盤成績作爲對比（爲保護受害盤隱私，不透露硬盤信息）

某品牌pcie 4.0固態

可以看到，4K讀取成績相差接近5倍數，但是可能就會有人問了，這4K寫入成績不是差不多嗎，實際上，這個成績僅僅是消費級硬盤所設置的緩存帶來的爆發性能，但是隻要一出緩存其性能就會腰斬再腰斬，而傲騰是沒有任何緩存的，其全盤性能始終如一。

接下來再看延遲對比

P1600X延遲測試

某硬盤延遲測試

首先，P1600X讀寫延遲均僅有10微秒左右，而作爲對比的普通硬盤，延遲來到了55微秒，當然，寫入延遲依然是靠緩存撐起來的。

那麼問題來了，爲什麼傲騰會比普通的固態強這麼多呢，這就要回到標題中的“相變存儲器”，從存儲單元上，傲騰就與普通固態截然不同：

常規nand閃存的存儲原理是通過電壓控制電子在浮柵晶體管進出，從而生成不同的狀態來表示數據（更具體的可以去看B站UP主硬件茶談的科普，非常詳細）；

而傲騰使用的3D XPoint，根據各種資料來看，是一種相變合金，可以在在非晶態和晶體態之間轉化

當向相變材料上施加電壓時，如果材料處於非晶體（Amorphous）的狀態，在電壓沒有到達一個閾值前，會處於截止狀態不會有電流通過，只有當電壓超過一個閾值纔會運行電流通過，一旦電流導通，隨着電壓的增加電流也會逐步增加。由於材料現在處於導電狀態實際相當於一個電阻，因此會發熱導致溫度上升。當一直保持在 set(1) 的電壓時，材料最終會達到約 350攝氏度的溫度，雖然這個溫度不足以導致融化，但是如果將溫度維持約 100ns 則可以使分子重新排列成晶體（crystalline）結構。由於晶體（crystalline）結構也是穩定狀態所以一旦形成即使去除電壓後溫度下降後也會得到保留。處於晶體（crystalline）狀態的相變材料性質類似於普通電阻不存在非晶體（Amorphous）狀態的電壓閾值，當施加 0.5V 左右電壓時就有約 0.5mA 的電流通過。

當要重置 reset(0) 到非晶體（Amorphous）狀態時，只需要施加一個更大的電壓，把溫度提高到約 600攝氏度將材料加熱到熔融狀態。這會融化晶體（crystalline）結構。然後立刻移除電壓讓溫度迅速下降，由於穿過晶體（crystalline）狀態的溫度區間速度過快所以無法形成任何晶體（crystalline）結構，重新凍結到非晶體（Amorphous）狀態，重置完成。這時候如何施加 0.5V 左右的電壓則不會有任何電流經過。其實我們不需要很高的電壓去讀取狀態，大約在 0.1V 左右就能很明顯的區分出狀態。——知乎用戶圍城

簡單來說，其存儲單元在不同狀態下的電阻會發生變化，以存儲單元高電阻表示1，低電阻表示0，如此以來，其每一個存儲單元均可以進行單獨尋址，可以進行單bit的操作，且數據可以進行直接覆寫，無需像nand一樣擦除後在寫入，且能夠大大提升耐用性。當然，這也會導致一些問題，比如造價過高，容量不及常規固態等等。