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How it is finally possible to manufacture PCIe 4.0 NVMe SSDs cheaper without DRAM, with simpler Phison controllers and Micron 3D NAND TLC | Basics

Disclaimer: The following article is machine translated from the original German, and has not been edited or checked for errors. Thank you for understanding!

That the (backwards compatible) NVMe SSDs with PCIe 4.0 will slowly but surely push the drives with PCIe 3.0 out of the market is only a question of time and the price that you will then have to pay for simpler models. That’s where today’s article comes in and preempts the review of the brand new MSI Spatium 450, which I’ll be publishing shortly. Already during the teardown and the then exposed components, I decided in the course of the research that it would be better to make a separate article from the gained knowledge in advance, because the topic is quite interesting and you also have to be sensitized for the advantages and disadvantages of such solutions as a buyer.

Certain additional costs still stand in the way of widespread use. However, in order to be able to reduce the costs not only marginally but significantly, the controller and the NAND flash have to be made cheaper, the DRAM has to be removed and the boards have to be made much simpler overall. Thus, there are three points that have to lead to cost savings after the cheaper QLC storage has proven to be a kind of technical dead end. Too susceptible and unstable, combined with a rather questionable long-term durability, the QLC modules are certainly still somewhat suitable as a data grave, but not for anything more. To use something like this as a system drive would also be to perform an execution in installments. However, as a customer, you can’t do anything with that either.

Phison reference board of the MSI Spatium M450 (© 2022 igorsLAB)

Of course, the theoretically possible data rates of PCIe 4.0 can also be used for so-called flagship solutions with significantly higher performance (with up to 7000 MB/s and more), but that is not the issue today. Because the way for the broad mass of users will probably be to replace the (expensive) top models of the PCIe 3.0 era with “butter-and-bread” models with PCIe 4.0, which are cheaper and yet (with certain restrictions) also faster and do not rely on the unloved QLC memory.

Abandonment of the DRAM buffer

Buffer-free products like the Samsung 980 or the WD Blue SN550 have been on the market for months and show that it is possible to do without DRAM with certain restrictions. However, the PCIe 4.0 bus with increased bandwidth, which should theoretically let the SSD controller work more efficiently with the PC’s RAM, does not always help. This is because it is also important to remember that the lack of a dedicated DRAM forces the controller to use only HMB (Host Memory Buffer) technology to work with the address translation table.

Unfortunately, this also means that the drive will fork a certain part of the PC’s memory (up to 64 MB) for its own purposes during operation in order to buffer calls to the flash memory array. As a result, the SSD’s speed decreases like an avalanche under high load in certain scenarios, which especially affects the read process very strongly. If you have to process more than 32 GB of information in one go, it can get quite tight. The drop in random reading can be more than half, or it can be mitigated or circumvented by tricks in the controller. However, it is a fact that an unbuffered SSD is rather poorly suited for many intensive workloads. You have to scrutinize yourself, the area of application and the applications used.

But we are still in the consumer sector. For a better understanding, I have created a more practical load here in the graphic by reading 64 GB of video stream. Well, the theoretically possible (and also measured with CrystalDiskMark) 3700 MB/s are definitely not possible, but with around 3000 MB/s you are still quite well in the race despite the missing buffer. So, the effect is not that bad as long as you really use PCIe 4.0 and thus also connect the involved RAM fast enough. Even though the SSDs are compatible, the PCIe 3.0 then shrinks the whole thing almost to half.

Kommentar

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ApolloX

Urgestein

1,659 Kommentare 925 Likes

Interessant, danke! War da noch auch was bei Samsung 980 (ohne PRO), dass die "da was weggelassen" haben, bzw. eine einfachere Architektur haben? Da erinnere ich mich an irgendwas, was mein technisches Verständnis da aber deutlich überschritten hat.

Aber gut, wenn der Fortschritt auch mal wieder einfachere Aufbauten ermöglicht.

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Ghoster52

Urgestein

1,400 Kommentare 1,059 Likes

Wenn der günstigerer Aufbau bzw. Herstellungs-Preis beim Kunden ankommen würde, spräche nichts dagegen.
Oft kauft man leider die Katze im Sack, weil mit technischen Daten zu gern gespart wird...

Beispiel: eine Samsung 970 Evo Plus oder PNY 3030 ist momentan günstiger als manch billige QLC-Vertreter

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Massaker

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85 Kommentare 26 Likes

Ja, DRAM weggelassen, HMB-"Architektur"... War zwar etwas nachteilig, aber weniger dramatisch als vermutet (als noch zu SATA-Zeiten).
Einfacher. Billiger. FAST genauso gut. Hauptsache von dieser Ersparnis kommt auch beim Kunden was an. Die neueste SN770 hat neulich in den Tests ja gezeigt, dass sehr hohe Performance auch so möglich ist. Bei leichter Belastung wurde sogar teilweise das Flaggschiff SN850 geschlagen.

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ipat66

Urgestein

1,349 Kommentare 1,348 Likes

Die Tendenz der fallenden Preise könnte durch dieses Missgeschick gestoppt werden.

https://winfuture.de/news,128012.html

Anscheinend wurden 6,5 Exabyte Speicher in die Tonne geklopft.

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Igor Wallossek

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10,166 Kommentare 18,742 Likes

Naja, erst mal sehen, wie das durchschlägt, ist ja nicht Micron. :D

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Massaker

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85 Kommentare 26 Likes

Das verlangsamt einfach paar Monate lang die allgemeine Tendenz nach unten. Dann werden die SSDs bis Sommer halt 5% teurer statt 5% billiger - Du und ich werden die Auswirkungen wahrscheinlich kaum merken. Da hat der Chia-Schwachsinn vor einem Jahr wahrscheinlich mehr angerichtet.

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³N1GM4

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81 Kommentare 14 Likes

Finde im ganzen Artikel keine Angabe zur Kostenersparnis?
Was macht das denn bei entspechenden Stückzahlen so aus. 2,50$ oder eher 5$?

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Igor Wallossek

1

10,166 Kommentare 18,742 Likes

Das ändert sich täglich mit den Kompomentenpreisen. Beim Controller sind es über 50%, das PCB um die 25% einschließlich der Bestückung ohne Controller. Allerdings sind es Daten, die keinen was angehen.

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McFly_76

Veteran

395 Kommentare 136 Likes

Hmm, trotz "Kostenersparnis" bezahlt man ~ 44 % mehr Aufpreis pro 1 TB ( M.2 ) beim Kauf einer PCIe 4.0 SSD ( 80 € vs. 115 € ).
Also DRAM-Cache muss schon vorhanden sein egal bei welcher SSD, sonst landet man beim Schreiben auf HDD Niveau ( 80 - 250 MB/s ).

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hellm

Moderator

611 Kommentare 838 Likes

Ein paar Traces und einen popligen DRAM-Chip weniger? Ernsthaft?

Also ich brauche sicher keine 7GB/s Durchsatz für einen Dateneimer. Das kann auch deutlich weniger sein, solange es noch einen Vorteil gegenüber SATA gibt. Aber den Cache rausnehmen, für ein paar Euro weniger, ich halte das für eine genauso gute Idee wie E-Cores.

Für eine Systemplatte, da gebe ich sowieso gerne noch das Geld für den DRAM Chip aus. Ich weiß aber nicht, wo der Verzicht auf Cache jemals sinnvoll sein könnte. Oder je gewesen ist, außer um Kunden mit extra großen Lettern zu veräppeln. Solche Produkte gabs ja immer schon, funktioniert schon irgendwie, fällt bestenfalls niemandem auf, aber genauer hingesehen offenbart sich dann die ganze Tragödie. Und die hilft einer PCIe4-NVMe dann zu Leistungen auf SATA-Niveau, da hätte man sich den Aufwand auch sparen können.

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p
peru3232

Mitglied

31 Kommentare 7 Likes

mehr wie ein paar Dollar kann das wohl gesammt nicht ausmachen - und die würde ich immer gerne drauflegen wollen für die bestmögliche Ausnutzung der Geschwimdigkeit der vergleichsweise teuren NAND Chips. Für btw. 16GB Flash ok, aber nicht bei vernünftigen Größen...

aber ich kenn das auch von unsren Bereichen, wenn BWLer übernehmen: jeder Cent ist wichtig, ob dann nacher Probleme entstehen, ist irrelevant ß Kostenrechnungstabellen und Balkendiagramme im Powerpoint zählen

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Igor Wallossek

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10,166 Kommentare 18,742 Likes

Bei PCIe 4.0 ist HMB mit schnellem Arbeitsspeicher im System kaum langsamer als fest verlöteter DRAM, manchmal sogar noch schneller. Wenn man nicht mehr als 32 GB im Stück lesen muss, ist das fast schon egal. Der DRAM kompensiert eigentlich die ehemals sehr langsame Anbindung. Heutzutage ist der Cache bei Datenraten um die 3000 MB/s auf PCIe 4.0 Systemen fast komplett überbewertet bis überflüssig.

Man muss auch unterscheiden, ob man die extra schnellen Flaggschiffe betrachtet oder den Mainstream samt dessen Aufgaben. Und jetzt kommt der Hammer. Ich habe mittlerweile auch mal Blindtests im eigenen Umfeld gemacht. W11 starten, Cyberpunk laden, zocken, Photoshop und Corel, Bilder browsen... Die Aussagen, was was was sein könnte treffen sich im statistischen Mittel! Versagt hat die SSD allerdings bei Maya 2021, als ich die 48 GB des VRAMs mit einem Videoprojekt füllen wollte. Da ist nach 2/3 die Datenrate weggebrochen. Aber das sind professionelle Anwendungen, kein täglicher Consumer-Brei. Eine ältere PCIe 3.0 Spitzen-SSD mit pSLC ist im Alltag sogar langsamer. Da will ich aber Samsung gar nicht weh tun, das Teil ist halt schon ein ganz klein wenig älter. :D

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Igor Wallossek

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10,166 Kommentare 18,742 Likes

Ich schreibe hier einen 64GB Stream mit dem Teil komplett ohne DRAM (dafür mit HMB) mit 3000 MB/s. Und nun?

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hellm

Moderator

611 Kommentare 838 Likes

OK, das war der SLC-Cache. Irgendwie bin ich auch über die SATA-Schreibleistung gestolpert, die im TLC-Modus erreicht wird.

Also gar nicht so schlecht, trotzdem scheint die Kostenersparnis eher niedrig zu sein. Wegen dem DRAM-Chip ist die 980 ohne Pro jedenfalls keine 50% billiger.

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McFly_76

Veteran

395 Kommentare 136 Likes

Nun frage ich mich warum die Preise bei den Modellen gleich sind unabhängig davon ob mit oder ohne DRAM-Cache ( Sahnehäubchen ) ;D

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Igor Wallossek

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10,166 Kommentare 18,742 Likes

Frag den Handel, der macht die Preise. Die Masse wird es nicht hinterfragen und einfordern :(

Man muss es aber im Zusammenhang sehen. Für pufferlose SSDs brauchst Du einen anderen Controller, der ist aber um Welten günstiger. Auch das PCB wird einfacher. Die Ersparnis ergibt sich nur in der Summe aller Komponenten, da sind die paar Cent für den DRAM nur ein kleiner Teil. Es ist das Konzept an sich. Und auch wenn aktuell noch alle versuchen, hier abzukassieren, die alten 3.0er sind quasi alle EOL, die müssen raus. Auch ein Grund für den Preisverfall. :)

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Homerclon

Mitglied

76 Kommentare 35 Likes

Das Hauptproblem bei QLC ist der Preis. Insgesamt schlechter, aber keine niedrigere Preise, bzw. erst bei hohen Gesamtkapazitäten. Bei unter 2TB braucht man gar nicht schauen ob QLC spürbar günstiger ist, da gibt es immer TLC-Modelle die zum gleichen Preis oder sogar günstiger angeboten werden.

Wären die QLC-Modelle (bis 2TB) merklich günstiger, hätten diese sich auch weiter verbreitet.

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Termy

Mitglied

39 Kommentare 18 Likes

Viel schlimmer ist ja, dass die technischen Daten einfach geändert werden, ohne dass es dem potentiellen Käufer möglich wäre, das nachzuvollziehen (gleicher Name, gleiche Artikelnummer etc). Sprich in den Tests ist das Ding noch gut, kurz darauf werden die Komponenten gegen Billigschrott getauscht und der Käufer ist der Dumme, selbst wenn er sich vorher versucht hat zu informieren - DAS ist Betrug am Kunden, der heftigst abgestraft gehört.

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Pathfinder

Mitglied

43 Kommentare 4 Likes

Ich hatte mich schon für einen Kauf einer solchen Samsung 980 1TB entschieden.
Weil sie einfach viel Energie- und Hitzesparender ist.
Jetzt hab ich aber gelesen das wenn sie schon zu 50% voll ist erheblich and Leistung einbricht.
Ich wollte da mein Betriebssystem drauf machen und Spiele für Onlinemodus.
Sollte ich mir lieber nur das 250 GB Modell kaufen und nur rein für BS nutzen?
Genug M.2 Slots hätte ich ja. Andererseits wäre 250GB auch rausgeschmissenes Geld.
Aber für Windows 11 neu aufsetzen wiederum genau richtig.
Was meint ihr. 1TB 970Evo Plus oder 980 mit 250/1000GB Kapazität?

Edit: MSI Z690 A-Pro

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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