PCIe-SSDs als PC-Beschleuniger

Während die SATA-Schnittstelle seit Jahren bei maximal 560 MByte/s herumdümpelt, steigt die Geschwindigkeit bei PCI-Express-SSDs mit NVMe-Protokoll immer weiter an: Der weit verbreitete Standard PCIe 3.0 überträgt pro Lane knapp 1 GByte/s, bei vier Lanes also etwas weniger als 4 GByte/s. PCIe 4.0 verdoppelt das Tempo auf deutlich über 7 GByte/s.

Doch SSDs mit PCIe 4.0 sind noch recht selten, ebenso wie dafür geeignete (AMD-Ryzen-)Systeme. Die SSDs in diesem Test arbeiten allesamt noch mit PCIe 3.0. Dabei sind die Crucial-Modelle P2 und P5, Delock M.2 SSD PCIe, Emtec X300 SSD Power Pro, Kingston KC2500, Kioxia Exceria Plus, Leven JPR600 und die Patriot-SSDs Viper P300 und VPR100. Von der P300 haben wir sogar zwei verschiedene: die Europa- und die US-Version, welche sich vor allem durch den SSD-Controller unterscheiden.

Delock hat eigentlich schon seit Jahren SSDs im Programm, allerdings bislang ausschließlich Industrieversionen – die M.2 SSD PCIe ist das erste „Consumer“-Modell dieses Herstellers für Privatleute. Bislang in Deutschland nahezu unbekannt sind die SSD-Hersteller Emtec und Leven. Kioxia hingegen ist nur ein neuer Name, kein unbekannter Hersteller: Das Unternehmen hieß nach der Abspaltung von der Muttergesellschaft Toshiba zunächst Toshiba Memory, der neue Name Kioxia soll vor allem Verwechslungen mit Toshiba verhindern.

Flash-Speicher

Der Markt für Flash-Speicher ist recht übersichtlich: Samsung ist unange­fochtener Marktführer, die weiteren Teilnehmer sind Kioxia/Western Digital, SK Hynix, Intel und Micron. Der chinesische Newcomer YMTC tritt auf dem Weltmarkt bislang kaum in Erscheinung – das soll sich nach Einschätzung einiger Analysten jedoch Ende 2020 ändern, wenn YMTC die Massenfertigung von 128-Lagen-Flash aufnimmt. Damit einhergehend sollen auch die Preise wieder einmal etwas fallen.

Alle Hersteller setzen seit geraumer Zeit auf mehrlagiges NAND-Flash. Das spart nicht nur Produktionskosten: Nur so lassen sich die heute verlangten Speicherkapazitäten überhaupt noch auf die kleinen M.2-Platinen quetschen. Spätestens im zweiten Halbjahr werden alle Hersteller NAND-Flash mit mehr als 100 Lagen produzieren. Insgesamt dauert die Entwicklung dieser Flash-Generation nach der Einschätzung von Marktforschern jedoch länger als die früherer Generationen. Nichtsdestotrotz plant etwa SK Hynix bereits Flash-Speicher mit mehr als 500 Lagen – allerdings ohne dafür ein Datum zu nennen.

Zur Kapazitätserhöhung nutzen die Hersteller nicht nur das Stapeln einzelner Flash-Zellen, sie quetschen auch immer mehr Bits in jede Zelle: Statt nur einem Bit (SLC, Single Level Cell) speichert eine Zelle heute drei oder vier. Im Prinzip ist das pure Analogtechnik: Der Controller prüft beim Auslesen einer 1-bittigen Zelle lediglich, ob die Spannung ober- oder unterhalb der halben Zellspannung liegt. Beim nächsten Schritt, der Multi Level Cell (MLC) mit 2 Bit, muss der Controller jedes einzelne Viertel unterscheiden können – dafür steigt die Kapazität der Zelle auf das Doppelte (2² Zustände). Beim folgenden Schritt (Triple Level Cell, TLC) unterscheidet der Controller 8 Spannungs­level, bei QLC-Speicher (Quadruple Level Cell) sind es dann 16.

Das Speichern von mehreren Bits in einer Zelle dient vor allem der Kostensenkung – Flash-Speicher ist so billig wie nie. Aber es gibt auch Nachteile: Während sich eine SLC-Zelle bis zu 100.000-mal löschen und dann neu beschreiben lässt, klappt das bei einer MLC-Zelle nur noch rund 10.000-mal. TLC- und erst recht QLC-Speicher sind noch einmal deutlich weniger haltbar; QLC-Speicher hält wahrscheinlich nur einige hundert Schreibvorgänge aus. Verbesserte Korrekturmechanismen und die gigantische Zahl an Speicherzellen verhelfen aber auch solchen Speichermedien zu einer für viele Zwecke ausreichenden Lebensdauer. Unsere Testmuster arbeiten allesamt mit TLC-Flash.