时间已经来到2021年,PCIe4.0也已经逐渐普及,尽管目前民用的PCIe4.0设备并不多,也就是显卡和SSD,显卡还好办,散热器比CPU还夸张,功耗高一点无所谓,但SSD就对功耗比较敏感了。
最早的PCIe4.0主控是群联的PS5016-E16,因为闪存速度问题最高读取速度只有5000多,而且E16还是28nm工艺,这也就意味着它的功耗高到难以接受,所以E16方案的SSD各个都带一个夸张的散热片,某个屑厂商用了一块铜质的厚散热,影驰直接就上了根热管。所以E16注定不会是一款值得购买的方案。

然后到了今年,各大主控厂商开始统一口径,PCIe4.0主控开始用更先进的工艺,慧荣(SM2264)、群联(PS5018-E18)、英韧(IG5236)的方案使用12nm工艺,三星的Elpis主控甚至用上了8nm。
但很显然,这些主控在功耗上还是很难让人满意——至少回不到PCIe3.0主控的感觉了,三星的980PRO还算勉强能应付,其他的方案还是离不开散热片,比如最近推出的浦科特M10系列,是这样的——

这款SSD使用的是12nm的英韧IG5236方案。

还有就是西数SN850,主控方案未知,它的散热长这样——

为什么PCIe4.0的设备功耗普遍偏高?
对于目前的半导体技术而言,PCIe3.0正处在“最佳的状态”,而PCIe4.0则相当于频率翻倍,试想,一个2GHz的CPU可能不用主动散热,但将它的主频翻倍(4GHz),一般的散热就未必压得住了。

这也就是计算机领域在PCIe3.0原地踏步了足足8年的原因,因为目前的成熟芯片工艺(大概是台积电16nm的水平)才能勉强抵消得了PCIe4.0带来的高功耗。即使是如此,AMD的X570芯片组(格罗方德12nm工艺)还是普遍要上主动散热(风扇),英特尔的14nm的Rocket Lake芯片也出现了uncore功耗偏高的问题。

为什么不上PCIe3.0 x8?
确实,按照我的想法,PCIe3.0 X8的功耗肯定比PCIe4.0 X4要低。

其实是有PCIe3.0 X8的主控的,比如慧荣的SM2270,就是一个PCIe3.0x8的16通道主控,但是这个主控的成本不是一般地高,慧荣也表示这是一款企业级主控。其他类似的产品,例如英特尔的P3608,也是定位于企业级的产品。

而且目前大部分主流平台的CPU和南桥之间的DMI还只是Gen.3X4的带宽(直到英特尔的Rocket Lake平台的DMI才升级到Gen.3 X8),这个时候在南桥上面接一个PCIe3.0x8的SSD,也会被限制到x4,小水管不挖必为后患。所以目前的PCIe X8的民用SSD(我印象中只有西数的黑盘AN1500)主要还是适用于HEDT平台,直连CPU的PCIe可比小水管爽多了。如果真要在主流平台上用X8的SSD,可能就要和显卡抢PCIe了(显卡只能用X8了)。
目前设备厂商相比PCIe3.0x8更愿意推出PCIe4.0x4的产品,也就是成本的问题,相比堆晶体管,超频带来的性能提升往往更加廉价,当然代价就是更高的功耗,所以就要上更先进的制造工艺,即使是如此,相比堆到X8成本也还是更低。
另一个原因还是接口,目前的m.2最大带宽也只是X4,民用平台要想上X8只能用PCI插卡的形态了,对于家用平台来说还是比较浪费机箱空间的,成本也更高。

现在很多企业级SSD还在用SATA,其实也就是一个成本的问题。目前还有厂商在推出企业级的SATA主控,例如群联的PS3112-S12、慧荣的SM2271,二者都是8通道的,这对于目前的SATA3接口已经是很奢侈了,显然这样的主控不是为了提高顺序读写能力,而是为了提高4k随机读写、提高最大容量。

顺便一说,在PCIe3.0平台上用PCIe4.0 SSD的做法没有什么不妥,因为主控的制造工艺更先进,用在PCIe3.0下功耗会比28nm的主控低很多。至于买什么,暂时就只能推荐PM9A1吧,980PRO太贵,SN850也不便宜。