Flash-Rennen

Zwanzig M.2-SSDs mit PCIe 3.0 und 4.0 im Test

Künftige SSDs mit PCIe 5.0 versprechen zwar extreme Geschwindigkeit beim Kopieren und Blitzstarts von Anwendungen, aber auch die schnellsten SSDs sind noch mit PCIe 4.0 angebunden. Sie sind für die allermeisten Anwendungen noch lange eine gute Wahl – und einige der SSDs aus diesem Test sind derzeit besonders günstig.

Von Lutz Labs

SSDs mit PCIe 4.0 sind nach wie vor das Maß aller Dinge. Aber auch in diesem Test lassen wir die langsameren Modelle mit PCIe 3.0 nicht außen vor, denn sie reichen für viele Einsatzzwecke völlig aus.

In diesem Test treffen elf neue M.2-SSDs mit 1 TByte Kapazität aufeinander, acht davon mit PCIe 4.0, drei mit PCIe 3.0. Auf dem Prüfstand sind Adata Legend 960, Apacer AS2280P4X, Goodram IRDM Pro M.2, Kingston NV2, Lexar NM800 Pro, Mega Electronics Fastro MS250, Solidigm P44 Pro, Teamgroup MP44L, Transcend MTE250S sowie die Zadak-Modelle ZDKG3 und TWSG4S. Zum Vergleich versammeln wir auf Seite 122 Kurzvorstellungen neun älterer, aber immer noch interessanter SSDs; deren Messwerte finden Sie zum Vergleich ebenfalls in den Balkendiagrammen.

Der polnische Hersteller Goodram ist erstmals mit einer PCIe-SSD in einem c’t-Test vertreten, von Mega Electronics aus Südkorea hatten wir bereits die MS150 im Test – die MS250 aus diesem Test aber hielt nicht durch. Der Name Zadak ist noch recht unbekannt, das dahinter stehende Unternehmen jedoch nicht: Es handelt sich um die Gaming-Marke von Apacer; das Unternehmen aus Taiwan ist damit mit drei SSDs vertreten. Gespannt waren wir auch auf die Solidigm-SSD P44 Pro, denn diese gründet nicht auf dem Knowhow der ehemaligen Intel-Sparte, sondern auf dem des neuen Besitzers SK Hynix – und SSDs dieses Unternehmens sind in Deutschland bislang recht selten. Die Kingston NV2 führt die Tradition der NV1 fort: Der Hersteller garantiert lediglich die Geschwindigkeit, Komponenten können sich je nach Marktverfügbarkeit ändern.

Zwei andere SSDs sind nicht in diesem Vergleich, obwohl sie in den letzten Wochen auf den Markt gekommen sind. Das ist zum einen die Kingston Fury Renegade, denn sie ist baugleich zur Kingston KC3000 (siehe [1]), zum anderen das Seagate Game Drive for PS5, welches der Seagate Firecuda 530 aufs Haar gleicht [2]. Einzige Unterschiede sind in beiden Fällen die Kühlkörper, die jedoch lediglich bei langen Schreibvorgängen notwendig sein können.

Bei den älteren SSDs haben wir umgeschichtet: Samsung SSD 980 Pro und Intel SSD 670p mussten Platz machen für die jeweiligen Nachfolger 990 Pro und Solidigm P41 Plus, die Western Digital Blue der deutlich schnelleren Black weichen. Die Corsair MP600 Pro XT haben wir durch die Kioxia Exceria Pro ersetzt, letztere steht hier stellvertretend für SSDs mit dem E18-Controller von Phison. Die günstige Einstiegsklasse mit PCIe 3.0 repräsentiert zunächst die Mushkin Tempest, die die Kioxia Exceria G2 ersetzt. Die Kingston NV1 entfällt ebenfalls: Der Nachfolger NV2 ist nicht nur deutlich schneller, sondern sogar günstiger. Dafür haben wir die Adata Legend 710 aufgenommen.

Flash-Überproduktion

Vor ein paar Wochen schon hatten Kioxia, Micron und SK Hynix angekündigt, die NAND-Flash-Produktion zu drosseln: Die Lager sind voll, die Preise sinken. Auch Samsung meldete einen Umsatzrückgang von etwa 14,8 auf 10,7 Milliarden Euro von einem Quartal zum nächsten – diese Zahlen gelten für DRAM und Flash-Speicher zusammen. Samsung spricht von Bestandsanpassungen der Kunden und einer schwachen Nachfrage nach Verbraucherprodukten, hat jedoch bis Redaktionsschluss noch keine Produktionskürzungen vermeldet.

Das mag auch daran liegen, dass Apple laut einem Bericht des taiwanischen Brancheninformationsmagazins Digitimes wieder mehr bei Samsung einkaufen wird. Ursprünglich hatte der iPhone-Konzern geplant, zumindest in China verkaufte iPhones mit NAND-Flash vom chinesischen Produzenten Yangtze Memory Technologies Co. (YMTC) zu bestücken. Doch YMTC wird möglicherweise demnächst von Sanktionen des US-Handelsministeriums betroffen sein. Aktuell steht das Unternehmen auf der sogenannten Unverified Trade List; einer Vorstufe der Sanktionsliste.

Auf die langfristige Planung hat die aktuelle Lage der Flash-Branche keine Auswirkungen – oder zumindest noch nicht. Ende Oktober haben Kioxia und Western Digital ein neues Fabrikgebäude zur Produktion von 162-Lagen-NAND-Flash im japanischen Yokkaichi eröffnet. Die Kosten für die Fab 7 genannte Halle sollen bislang bei insgesamt sieben Milliarden Euro liegen, einen Teil davon schießt der japanische Staat zu. Anfang 2023 soll der erste Speicher die Fabrik verlassen.

Samsung hat derweil den Produktionsstart für seine nächste Speichergeneration verkündet. Ein Die mit Samsungs V-NAND-Speicher der achten Generation (v8) soll bei TLC-Bauweise (3 Bit pro Zelle) eine Speicherkapazität von 1 Terabit (128 GByte) besitzen. Die Geschwindigkeit der NAND-Schnittstelle steigt auf 2,4 GT/s, passend zu den kommenden Controllern für PCIe-Gen-5.0-SSDs. Samsung macht keine genauen Angaben zur Anzahl der Lagen, man kann jedoch von 236 ausgehen – damit schließt das Unternehmen zu den Speicherchips von Micron und YMTC auf.

Micron zeigt gerade, dass zwischen Start einer neuen Speichergeneration und dem Erscheinen des Flash-Speichers auf dem Markt Monate vergehen können: Schon Ende Juli hatte das Unternehmen den Produktionsstart seines 232-Lagen-Speichers verkündet, erst kurz vor Redaktionsschluss erreichte uns die Meldung, dass die erste SSD damit, die Micron 2550, nun ausgeliefert werde.

TLC-Flash mit 3 Bit Speicherfähigkeit pro Zelle hat sich heute als Standard bei schnellen SSDs durchgesetzt. Für Archiv-SSDs und SSDs für einfache Office-PCs reicht QLC-Speicher mit 4 Bit pro Zelle aus; der ist zwar deutlich langsamer, das können die Hersteller aber durch eine geschickte Cache-Strategie kaschieren. Doch noch mehr Bits pro Zelle würden die Kosten weiter senken. Im Gespräch sind nicht nur 5-Bit-Zellen, sondern sogar solche mit 4,5 – dann würden eben zwei Zellen zusammen 9 Bit speichern, zum Zusammenrechnen gibt es ja schnelle SSD-Controller. Doch eine weitere Erhöhung der Bits pro Zelle dürfte auch die Ausdauer der Zellen (Endurance) erneut herabsetzen. Bei den Modellen aus diesem Test liegt diese je nach Flash-Qualität zischen 320 TByte und 1 PByte pro TByte Speicherplatz.

Zwar hat etwa SK Hynix bereits einen Prototyp mit PLC-Speicher gezeigt – PLC steht für Penta Level Cell –, doch bis zur Marktreife werden wohl noch ein paar Jahre vergehen. Bis dahin steigen die SSD-Kapazitäten jedoch auch mit QLC-Flash weiter: Solidigm hat eine SSD mit 61 TByte Speicherplatz angekündigt. Wahrscheinlich wird diese im 2,5-Zoll-Gehäuse mit U.2-Anschluss oder als Einschubkarte im EDSFF-Format erscheinen. Die Maximalkapazität eines M.2-Speicherriegels für Desktop-PCs und Notebooks dürfte auch im kommenden Jahr nicht über 8 TByte steigen.

Controller

Bei den Controllern der SSDs aus diesem Test handelt es sich vornehmlich um alte Bekannte. Die PCIe-3.0-SSD Apacer AS2280P4X nutzt den älteren E12-Controller von Phison, das 4.0er-Einstiegsmodell E21T ohne DRAM sitzt auf den Modellen von Kingston und Teamgroup. Die aktuell schnellsten Phison-Controller E18 treiben Goodram IRDM Pro M.2 und Zadak TWSG4S auf hohe Geschwindigkeiten.

Silicon Motion ist ebenfalls mit drei verschiedenen Controllern dabei, den älteren Modellen 2262 und 2263 sowie dem PCIe-4.0-Typ 2264. Der Controller-Newcomer Innogrit ist diesmal nur mit der Lexar NM800 Pro vertreten, aber immerhin durch das aktuell schnellste Modell IG5236. Und dann haben wir noch den Hynix ACNS075 auf der Solidigm-SSD. Viel ist von diesem SK-Hynix-Controller nicht bekannt, aber er unterstützt NMVe 1.4 und DRAM, hat acht Speicherkanäle und vier ARM-Kerne. Die neue Solidigm-SSD gehört zu den schnellsten aus diesem Test.

Zum Vergleich die Kenndaten des PCIe-4.0-Controllers Phison E21T: Er muss mit einem ARM-Kern auskommen, kann ankommende Daten auf lediglich vier Speicherkanäle parallel verteilen und seine Flash-Translation-Tabelle im Hauptspeicher des PCs ablegen. Eine SSD mit Phison E18, Hynix ACNS075, Silicon Motion SM2264 oder Innogrit IG5236 wird bei gleichem Flash-Speicher daher immer höhere Geschwindigkeiten erreichen als eine mit Phison E21.

SSDs im Weltall

Bei der kommenden Mondmission der NASA fliegt auch ein kleines Rechenzentrum mit, um Flugdaten zu speichern. Dabei ist auch eine 8-TByte-SSD des Controller-Herstellers Phison, die nach Angaben des Unternehmens nun alle notwendigen Tests bestanden hat. Für den NASA Technology Readiness Level 6 (TRL-6) muss die SSD demnach unter anderem mechanische Belastungen beim Start, tiefe Temperaturen und Vakuum standhalten; auch eine elektromagnetische Verträglichkeitsprüfung ist Bestandteil der NASA-Zertifizierung.

SSDs mit PCIe 5.0

M.2-SSDs mit PCIe 5.0 waren bis Redaktionsschluss Mitte Dezember immer noch nicht erhältlich. Über die Gründe lässt sich nur spekulieren, einer könnte die weiterhin schlechte Verfügbarkeit ausreichend schnellen Flash-Speichers sein. Das von Micron seit geraumer Zeit gefertigte 232-Lagen-Flash soll weiterhin nicht den hohen Geschwindigkeitsanforderungen genügen – gegenüber c’t wollte ein Micron-Manager dazu jedoch keine konkreten Angaben machen.

Ein begrenzender Faktor für die Leistung noch schnellerer SSDs könnte auch die Stromversorgung sein: Die M.2-Slots älterer Mainboards haben fünf Pins mit der 3,3-Volt-Versorgungsspannung, jeder darf mit 0,5 Ampere belastet werden – als Gesamtleistung ergeben sich daraus maximal 8,25 Watt. Vielen Server-SSDs reicht das nicht aus, deren Leistungsaufnahme beträgt 20 Watt und mehr.

Seit Ende 2020 gibt es jedoch eine neue M.2-Spezifikation, die 0,7 Ampere pro Pin als Obergrenze festsetzt. Damit erhöht sich die Leistungsgrenze auf 11,55 Watt, was den SSD-Herstellern mehr Spielraum lässt. Einige Mainboardhersteller bauen bereits solche Slots nach Socket-3-Spezifikation ein, Informationen dazu liefert eventuell das Mainboard-Handbuch.

Datenbremsen

Vor einigen Jahren berichteten Anwender von einem Problem mit der damals beliebten SATA-SSD Samsung 840: Die SSD gab Daten nur sehr langsam her, teils sank die Geschwindigkeit auf nur noch 30 MByte/s – möglich wären bis zu 550 MByte/s gewesen. Nach einigen Analysen stand fest: Es betraf nur Daten, die lange nicht gelesen wurden. Das Phänomen ist unter der Bezeichnung Read Rate Degradation bekannt geworden.

Samsung konnte es durch ein Firmware-Update egalisieren – beim Read Disturb Compensation genannten Prozess schreibt die Firmware einfach alle Daten regelmäßig neu. Beliebt ist diese Art der Datenerhaltung bei den Herstellern nicht, denn sie nutzt die Flash-Zellen ab und die Lebenserwartung der SSD sinkt.

Nun taucht die Read Rate Degradation wieder auf. Berichten zufolge rückt etwa die Corsair-SSD MP510 alte Dateien nur noch mit Datenraten weit unter 100 MByte/s heraus, möglich wären bei der PCIe-SSD mehr als 3 GByte/s. Corsair hat das Problem ebenfalls mit einem Firmware-Update gelöst, nach Angaben des Unternehmens sollten betroffene SSDs durch die Installation der Firmware ECFM 13.3 mittels der Corsair SSD Toolbox wieder schneller werden.

Auch andere SSDs sind Forenberichten zufolge betroffen, darunter Crucial P5 Plus, Western Digital Black SN850 und SN510 Blue sowie Samsung 970 Evo Plus und 980 Pro. Zum Test eignet sich das Freeware-Tool SSD Read Speed Tester (alle Downloads über ct.de/ykds). Es liest alle Daten der SSD ein und listet sie anhand des Datums des letzten Zugriffs mit der erreichten Geschwindigkeit auf – der Durchschnittswert in der Fußzeile gibt einen Hinweis, ob die eigene SSD zu den Unglücksraben gehört: SATA-SSDs sollten rund 300 bis 400 MByte/s erreichen, PCIe-SSDs je nach Generation 2 bis 6 GByte/s.

Wir würden gerne wissen, welche SSDs noch betroffen sind und ob es Gemeinsamkeiten gibt, etwa den gleichen Controller und die gleiche Firmware. Falls das Tool bei Ihnen ebenfalls zu geringe Werte auswirft, schicken Sie uns gerne eine Mail (ll@ct.de) mit der Programmausgabe und schreiben Sie bitte dazu, um welche SSD es sich handelt (am besten mit einem Screenshot von Crystal DiskInfo, aus dem die Firmware-Version der SSD hervorgeht). Machen Sie sich jedoch keine Sorgen, nur weil Sie eine der erwähnten SSDs nutzen, denn schon eine neuere Firmware-Version kann das Problem bereits behoben haben.

Grund für die Ausleseprobleme sind wahrscheinlich Leckagen im NAND-Flash, die beim Auslesen zu falschen Werten führen. Dadurch springt die Fehlerkorrektur der Firmware an – und wenn diese nicht in der Lage ist, die Fehler zu beseitigen, dann liest die SSD die Daten noch einmal ein. Wenn die Prüfsumme dann erneut falsch ist, wiederholt sich der Vorgang so lange, bis am Ende fehlerfreie Daten herauskommen – oder die SSD eine Fehlermeldung ausgeben muss.

Das Kopieren der Dateien an eine andere Stelle der SSD (mit anschließendem Löschen der Originale, Verschieben reicht nicht) löst das Geschwindigkeitsproblem. Wer das nicht selbst tun mag, kann sich des ebenfalls etwas älteren Tools Diskfresh bedienen.

Messungen

Die SSDs mussten unseren üblichen Parcours mit synthetischen sowie einigen Praxisbenchmarks durchlaufen. Wichtigstes Messinstrument ist das flexibel steuerbare Iometer, welches wir für die Messung der maximalen Geschwindigkeiten 60 Sekunden lang laufen lassen. Die Durchschnittswerte der für große Dateien gültigen Messungen finden Sie in der ersten Spalte der Benchmark-Diagramme, die Spalten drei und vier zeigen die Werte für Zugriffe auf zufällige Adressen.

Die Eignung für lange Kopieraktionen entnehmen Sie der zweiten Spalte, die die Werte vom Beschreiben der gesamten Kapazität mit H2testw und der fünfminütigen Belastung mit Iometer kombiniert. In der letzten Spalte haben wir Werte vom Praxis-Benchmark PCMark 10 kombiniert; große Unterschiede gibt es hier vor allem bei der Bewertung der SSD für die Eignung als Startlaufwerk und für die Arbeit unter starker Last.

Fazit

Der Test zeigt, dass sich SSDs mit PCIe 3.0 nicht mehr lohnen. Die Testexemplare sind nicht billiger als Einstiegsmodelle mit PCIe 4.0, teils sehr langsam und nutzen veraltete Komponenten. Die Mega-SSD fällt durch ihre hohe Ausfallwahrscheinlichkeit aus der Kandidatenliste heraus.

Das günstigste Modell aus dem Test ist die PCIe-4.0-SSD Kingston NV2; dabei muss man sich allerdings auf das Komponentenlotto einlassen. Teamgroup MP44L und Transcend MTE250S bilden die Mittelklasse.

In der Oberklasse bahnt sich langsam eine Ablösung des Phison-Controllers E18 an: Goodram IRDM Pro M.2 und Zadak TWSG4S kommen beim Schreiben nicht an die Ergebnisse von Adata Legend 960, Lexar NM800 Pro und Solidigm P44 Pro heran. Die Preise dieser drei liegen jedoch weit auseinander: Während die P44 Pro fast 180 Euro kostet, bekommt man Legend 960 und NM800 Pro um die 100 Euro – die NM800 Pro sogar mit einem ordentlichen Kühlkörper. (ll@ct.de)

Download Testprogramme, Links zum Preisvergleich: ct.de/ykds