PC-Beschleuniger

13 SSDs mit PCIe 3.0 und 4.0 im Test

Festplatten kommen in aktuellen Rechnern kaum noch zum Einsatz, jetzt ist die nächste Ablösung in Sicht: PCIe-SSDs ersetzen die bisher gängigen SATA-SSDs. 13 aktuelle Modelle haben wir im Test.

Von Lutz Labs

Wer heute einen PC zusammenstellt, greift zu einer SSD – zumindest für Betriebssystem und Anwendungen. In Notebooks passen Festplatten eh nicht mehr hinein, und selbst die etwas größeren Mini-PCs bieten nur noch selten einen Schacht für 2,5-Zoll-Laufwerke.

SATA-SSDs sterben deshalb langsam aus, während M.2-SSDs mit PCIe-Anschluss immer beliebter werden. Sie bieten viel Speicherplatz auf kleinem Raum – und hohe Leistung: SSDs mit PCI Express 3.0 lesen und schreiben mit bis zu 3,5 GByte/s und schaffen mehrere hunderttausend IOPS (Input/Output Operations Per Second), die neueren PCIe-4.0-Modelle erreichen mehr als 7 GByte/s mit teils über einer Million IOPS. Im Vergleich dazu müssen sich SATA-SSDs mit maximal 560 MByte/s und vielleicht 100.000 IOPS weit hinten anstellen.

In diesem Test haben wir 13 aktuelle SSDs versammelt. Dabei sind die PCIe-3.0-Modelle Gigabyte GM2, Kioxia Exceria G2, MSI Spatium M390, Patriot Viper VPN110 und Western Digital Blue SN570 sowie die PCIe-4.0-Modelle Corsair MP600 Pro XT, Kingston KC3000, Kioxia Exceria Pro, Lexar NM800, Mushkin Vortex, Patriot Viper VP4300, Sabrent Rocket 4 Plus und Silicon Power XS70.

Alle haben eine Speicherkapazität von 1 TByte; das ist nach Angaben einiger Hersteller die aktuell am häufigsten nachgefragte Größe. Die Preise liegen zwischen 78 und 188 Euro, die schnelleren 4.0er sind deutlich teurer als die 3.0er. Wir hätten gerne noch mehr getestet, doch die Adata-Modelle Legend 750 und 840 blieben im Zoll hängen und Acers Predator kam aufgrund des dortigen Lockdowns zu spät aus China heraus. Den Test dieser SSDs liefern wir in einer der nächsten Ausgaben nach.

Hochleistungs-SSDs produzieren eine ganze Menge Wärme, doch die Modelle mit dickem Kühlkörper sind in der Unterzahl: Lediglich Corsair MP600 Pro XT, Patriot Viper VPN110 und Silicon Power XS70 kamen mit fertig montiertem Blech in der Redaktion an. Sabrent liefert den Kühlkörper der Rocket 4 Plus in einer Extraschachtel, und bei der Patriot Viper VP4300 kann man sich nach dem Kauf entscheiden: mit Graphen-Kühlstreifen, mit Alublech oder beidem. Im Test haben wir uns für die Doppellösung entschieden und alle Kühlkörper aufgeklebt.

Corsair MP600 Pro XT und Sabrent Rocket 4 Plus passen nicht in den SSD-Schacht einer Playstation 5 hinein, denn ihre Kühlkörper sind zu hoch – maximal 11,25 Millimeter erlaubt Sony. Die beiden anderen PCIe-4.0-SSDs mit Kühlkörper, Patriot Viper VP4300 und Silicon Power XS70 eignen sich hingegen für Einbau und Betrieb in der PS5, die anderen SSDs mit PCIe 4.0 natürlich ebenfalls – Modelle mit PCIe 3.0 funktionieren nicht in der PS5.

Controller und Speicher

Der neben dem Flash-Speicher wichtigste Baustein einer SSD ist der Controller, der die von der CPU kommenden Daten in den Flash schreibt und sie daraus ausliest. Die meisten Modelle sind ausentwickelt, ihre Maximalgeschwindigkeit liegt nahe am theoretischen Maximum der Anbindung; je nach PCIe-Generation also bei bis zu 3,6 beziehungsweise knapp 7,5 GByte/s.

Der Silicon Motion SM2262EN in der Patriot Viper VPN110 ist ein älterer PCIe-3.0-Controller, der 4.0er Controller Phison PS5018-E18 kommt bereits in vielen schnellen SSDs zum Einsatz – hier in der Corsair MP600 Pro XT, der Kingston KC3000, der Sabrent Rocket 4 Plus und der Silicon Power XS70. Der Controller-Newcomer Innogrit ist mit seinem 4.0er Modell IG5236 a.k.a. Rainier mit der Lexar NM800, der Mushkin Vortex und der Patriot Viper VP4300 vertreten. Noch etwas neuer ist der 4-Kanal-Controller Phison PS5015-E15T, der PCIe 3.0 nutzt, kein DRAM unterstützt und damit vor allem in eher günstigen SSDs zum Einsatz kommt – in diesem Test bei Gigabyte GM2 und MS Spatium M390.

Kioxia und Western Digital lasern den eigenen Firmennamen auf den Controller. Hinter dem vermeintlichen Kioxia-Controller auf der Exceria Pro dürfte sich ebenfalls ein Phison E18 verstecken, hinter dem auf der Exceria G2 ein Phison E12, und vom WD-Controller ist lediglich bekannt, dass er mit nur vier Speicherkanälen arbeitet. Mit Ausnahme des E15-Controllers und dem auf der WD-SSD arbeiten alle mit acht Speicherkanälen und parallelisieren damit Schreibarbeiten gut. Die SSDs mit E15-Controller und die WD Blue nutzen per NVMe-Treiber einen Teil des PC-Hauptspeichers als Cache, die anderen greifen auf einen aufgelöteten DRAM-Baustein zurück.

NAND-Flash in TLC-Bauweise (Triple Level Cell, 3 Bit pro Zelle) ist heute Standard, auch für schnelle SSDs. Betrachtet man die Testergebnisse, dann wird in unseren Testmustern kein langsamer QLC-Flash (Quadruple Level Cell) verbaut sein, auch in den Beschriftungen der NAND-Chips haben wir keine Hinweise darauf gefunden.

Die Speicherchips stammen – sofern wir das ermitteln konnten – von den üblichen Verdächtigen, also vor allem Micron und Toshiba. Nicht alle Typenbezeichnungen führten zu einem Ergebnis. Speicher wird übrigens gerade etwas knapp: In zwei von Kioxia und Western Digital gemeinsam betriebenen Werken wurden im Februar rund 6,5 Exabyte NAND-Flash durch den Einsatz verunreinigter Chemikalien zerstört. Das hat Folgen.

Preiskapriolen

Zwar kann man prinzipiell bei NAND-Flash von sinkenden Preisen ausgehen, der Produktionsausfall fügt dem Preisverfall jedoch zumindest einen Huckel hinzu. Zur Einschätzung: Die verunreinigte Menge entspricht etwa 13 Prozent des gesamten Produktionsvolumens von Kioxia-Western Digital aus dem ersten Quartal 2022; gemeinsam haben die beiden einen Marktanteil von etwa einem Drittel.

Nach Angaben des Marktforschungsinstituts Trendforce war der zerstörte Flash-Speicher primär für den Einsatz in Client-SSDs vorgesehen, für die Trendforce ursprünglich Preissenkungen von etwa 13 Prozent im ersten Quartal prognostiziert hatte – daraus sollen nun nur noch 10 Prozent werden. Stärkere Auswirkungen zeigen sich ab dem zweiten Quartal: Statt weiteren Speicherpreissenkungen von bis zu 10 Prozent erwartet Trendforce jetzt Steigerungen von 5 bis 10 Prozent. Der Grund für die verzögerte Preiserhöhung dürfte darin liegen, dass die Lager der Weiterverarbeiter noch recht gut gefüllt waren.

Zwillinge

Nicht jeder Hersteller steckt die gleiche Menge Gehirnschmalz in die Entwicklung seiner SSDs. Das zeigt sich an baugleichen Modellen: einem Zwillingspaar mit PCIe 3.0 und einem mit der schnelleren 4.0-Schnittstelle.

Die beiden 3.0er SSDs der Mainboard-Hersteller Gigabyte und MSI gleichen sich bis hin zur Firmware-Version des Phison-Controllers. Dennoch unterscheiden sich die Messergebnisse etwas, die Gigabyte GM2 erreicht in einigen Disziplinen ein paar Prozentpunkte mehr als die MSI Spatium M390. Auffällig ist dies vor allem beim Schreiben auf die gut gefüllte SSD. Den Grund haben wir mit H2benchw herausgefunden: Die Spatium M390 hat laut unseren Messungen keinen oder nur einen sehr kleinen SLC-Cache, während die GM2 immerhin auf rund 70 GByte SLC-Cache zugreifen kann.

Bei den ansonsten baugleichen PCIe-4.0-SSDs von Corsair und Silicon Motion verdecken die unterschiedlich großen Kühlkörper den Blick auf die Platinen. Häufig ist die Silicon Power XS70 einen Tick schneller, einen Grund dafür haben wir jedoch nicht herausfinden können. Deutlich wird dies allenfalls im Office-Benchmark von PCmark 10, wo die XS70 2 Prozent vorn liegt, auf der anderen Seite führt die Corsair MP600 Pro XT mit 11 Prozent bei der Arbeit unter Last – bei der täglichen Arbeit wird man jedoch weder das eine noch das andere bemerken.

Kühl bleiben

Selbst aktuelle, schnelle SSDs brauchen nach der Ansicht des Phison-Technikchefs Sebastien Jean lediglich ein Stück Metallfolie zur Kühlung – wenn der Luftzug im Gehäuse ausreichend stark ist. Der CTO der SSD-Controller-Schmiede schreibt in einem Blog-Beitrag, dass sich das erst bei SSDs mit PCIe 5.0 ändern wird: Eine um 1 GByte/s höhere Geschwindigkeit steigere den Stromverbrauch einer SSD um etwa 1 Watt; bei einer Steigerung von 7,5 auf 15 GByte/s würde damit auch die Leistungsaufnahme um 7,5 Watt ansteigen. Die damit einhergehenden hohen Temperaturen könnten nach Ansicht von Jean zu Problemen führen, mindestens aber werden die SSDs ihre Geschwindigkeit drosseln müssen. Er erwartet, dass viele SSDs mit einem Kühlkörper ausgestattet sein werden und zusätzlich im Luftzug von einem – eventuell schon vorhandenen – Lüfter liegen (vielleicht muss es nicht gleich ein solcher Turm sein wie der jüngst von Thermalright vorgestellte im Bild rechts).

Eine Maßnahme gegen weiter steigende SSD-Temperaturen könnte nach Jeans Ansicht der Wechsel auf geringere Strukturbreiten sein, etwa von aktuell 16 nm auf 7 nm. Damit sinkt der Stromverbrauch trotz höherer Frequenz. Eine weitere Möglichkeit sei die Verwendung von weniger NAND-Kanälen, denn durch die immer höhere Geschwindigkeit der NAND-Chips lasse sich die gewünschte Datenmenge ebenso gut mit weniger Kanälen bewältigen. Zukünftige SSDs, selbst solche mit PCIe 5.0, bräuchten keine acht NAND-Kanäle mehr, meint Jean, vier würden völlig ausreichen – und das würde den Stromverbrauch einer SSD um 20 bis 30 Prozent senken.

Die maximale Betriebstemperatur von NAND-Flash hängt laut Jean von der Qualität des Speichers ab, sie liege zwischen 70 und 85 °C. Zu kalt sollte der Flash-Speicher jedoch auch nicht sein: Die Fehlerrate steige an, wenn in heißen Flash geschriebene Daten nach dem Abkühlen wieder ausgelesen werden. Für den Nutzer spielt das dank der Fehlerkorrektur des Controllers jedoch keine Rolle, allenfalls sinkt die Übertragungsgeschwindigkeit etwas.

Testparcours

Die SSDs mussten unseren Parcours mit synthetischen Benchmarks und einigen Praxisbenchmarks durchlaufen. Dabei setzten wir erstmals Windows 11 ein – und das führte zu ganz leichten Veränderungen: Kontrollmessungen mit SSDs aus älteren Tests zeigen, dass Windows 11 bei I/O-Operationen einen Tick schneller ist.

Bei den synthetischen Benchmarks mit Iometer fällt das nicht weiter auf, bei den rein sequenziell arbeitenden Tests H2testw oder H2benchw gibt es erst recht keine Unterschiede. Lediglich mit dem Office-Benchmark aus der PCmark-10-Testsuite haben wir leichte Veränderungen ermittelt: Unter Windows 11 erreichen die SSDs ein um 25 bis 50 Punkte höheres Ergebnis. Fühlbar ist diese Verbesserung bei einer Gesamtpunktzahl von rund 6000 Punkten jedoch nicht.

Dazu gleich noch ein paar Zahlen: Die PCIe-3.0-SSDs erreichten im Mittel in diesem Test 5990 Punkte, die nominell deutlich schnelleren 4.0er 6030 – und eine MX500 mit SATA-Interface rund 5925. Damit ist zwar die Rangfolge geklärt, eine spürbare Beschleunigung durch eine schnellere SSD aber kaum zu erwarten.

Die nominell hohen Schreibgeschwindigkeiten der SSDs haben wir wie üblich nicht immer erreicht. Das liegt daran, dass die Hersteller mit den Maximalgeschwindigkeiten werben, wir aber in jedem Fall mindestens eine Minute lang messen und einen Durchschnittswert bilden. Bei Schreibgeschwindigkeiten von einigen GByte/s sind die SLC-Caches der SSDs bereits nach kurzer Zeit gefüllt und der Controller muss die ankommenden Daten direkt in das langsamere NAND-Flash schreiben. Damit sinkt die Geschwindigkeit stark.

Noch langsamer werden die SSDs bei noch längerem Schreiben, etwa nach fünf Minuten Dauerlast mit Iometer – dann drosselt der Controller häufig, um die SSD vor Überhitzung zu bewahren. Aber auch dann liegen die Messwerte bei den meisten SSDs noch oberhalb von 2 GByte/s. Erst beim kompletten Beschreiben mit H2testw sinken die Schreibgeschwindigkeiten der meistens Kandidaten auf weniger als 1 GByte/s – aber dieser Fall dürfte in der Praxis nur selten auftreten, etwa beim Restaurieren eines Windows-Images mit vielen Daten.

Fazit

Für die Auswahl der optimalen SSD sollte man auch Kriterien jenseits der Benchmarks heranziehen. Der Kauf einer schnellen und teuren PCIe-4.0-SSD ist nur sinnvoll, wenn man häufig große Datenmengen bewegt, etwa bei großen Spielen, in Datenbanken oder beim Videoschnitt. Für viele andere Aufgaben wie die tägliche Büroarbeit genügt eine PCIe-3.0-SSD völlig.

Will man möglichst wenig Geld ausgeben, dann kommt ohnehin nur eine SSD mit PCIe 3.0 in Frage: Zwischen 8 und 13 Cent pro GByte verlangen die Händler, am günstigsten ist die Kioxia Exceria G2 – aber auch am langsamsten. Die Gigabyte GM2 und die baugleiche MSI Spatium M390 folgen mit leicht unterschiedlichem Preis. Patriots Viper VPN110 und Western Digitals Blue SN570 stechen im Office-Benchmark heraus – vor allem die Blue aber ist bei dauerhaftem Schreiben eher langsam.

Die Preise der 4.0er SSDs liegen deutlich höher, die Spanne reicht von 16 bis 20 Cent pro GByte. Die Leistungen liegen recht nah beieinander, von wenigen Ausnahmen abgesehen. So eignen sich Lexars NM800 und die Mushkin Vortex weniger für Arbeiten unter hoher Last. NM800, Vortex und die Kioxia Exceria Pro drosselten beim Schreiben frühzeitig zum Schutz vor Überhitzung – aber das ließe sich durch den Einbau unter einem Kühlkörper wohl verhindern. Vortex und Viper VP4300 sind doppelseitig bestückt und passen damit unter Umständen nicht in flache Notebooks, ebenso wenig wie die mit montiertem Kühlkörper gelieferten Corsair MP600 Pro XT und Silicon Power XS70. Insgesamt haben die SSD-Hersteller ihre Aufgaben gut gelöst, echte Ausreißer nach unten sind in unserem Test nicht dabei. (ll@ct.de)