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Wie es ohne DRAM, dafür mit Phison-Controllern und Micron 3D-NAND gelingt, NVMe SSDs samt PCIe 4.0 endlich günstiger herzustellen | Grundlagen

Dass die (abwärtskompatiblen) NVMe SSDs mit PCIe 4.0 die Laufwerke mit PCIe 3.0 so langsam aber sicher vom Markt verdrängen werden, ist wohl nur noch eine Frage der Zeit und des Preises, den man dann für einfachere Modelle zahlen muss. Genau da setzt der heutige Artikel an und greift dem Test der brandneuen MSI Spatium 450 vor, den ich in Kürze veröffentlichen werde. Schon beim Teardown und den dann freiliegenden Komponenten habe ich dann im Verlauf der Recherche beschlossen, aus den gewonnenen Erkenntnisse besser vorab noch einen eigenen Artikel zu machen, denn das Thema ist durchaus interessant und man muss als Käufer auch für die Vor- und Nachteile solcher Lösungen sensibilisiert werden.

Der großen Verbreitung stehen immer noch gewisse Mehrkosten im Wege. Um jedoch die Kosten nicht nur marginal, sondern signifikant senken zu können, müssen der Controller und der NAND Flash günstiger, der DRAM entfernt und die Platinen insgesamt deutlich einfacher gestaltet werden. Es sind somit drei Punkte, die zur Kostenersparnis führen müssen, nachdem sich der günstigere QLC-Speicher als eine Art technische Sackgasse erwiesen hat. Zu anfällig und labil, verbunden mit einer eher fragwürdigen Langzeithaltbarkeit, sind die QLC-Module sicher als Datengrab noch einigermaßen geeignet, zu mehr aber auch nicht. So etwas als Systemlaufwerk zu nutzen hieße auch, eine Hinrichtung auf Raten durchzuführen. Damit kann man als Kunde allerdings auch nichts anfangen.

Phison Referenzplatine der MSI Spatium M450 (© 2022 igorsLAB)

Natürlich kann man die theoretisch möglichen Datenraten des PCIe 4.0 auch für sogenannte Flaggschiff-Lösungen mit deutlich höherer Leistung nutzen (mit bis zu 7000 MB/s und mehr), aber das ist heute nicht das Thema. Denn der Weg für die breite Masse der Anwender wird wohl eher lauten, die (teuren) Spitzenmodelle der PCIe 3.0 Ära durch „Butter-und-Brot“-Modelle mit PCIe 4.0 zu ersetzen, die günstiger und doch (mit gewissen Einschränkungen) auch schneller sind und eben nicht auf den ungeliebten QLC-Speicher setzen.

Verzicht auf den DRAM-Puffer

Puffer-freie Produkte wie z.B. die Samsung 980 oder die WD Blue SN550 sind ja schon seit Monaten auf dem Markt und zeigen, dass es mit gewissen Einschränkungen durchaus möglich ist, auf den DRAM zu verzichten. Der PCIe-4.0-Bus mit erhöhter Bandbreite, der den SSD-Controller theoretisch effizienter mit dem Arbeitsspeicher des PCs zusammenarbeiten lassen sollte, hilft aber nicht immer. Denn man darf auch nicht außer Acht lassen, dass das Fehlen eines eigenen DRAM den Controller dazu zwingt, ausschließlich die HMB-Technologie (Host Memory Buffer) zu verwenden, um mit der Adressübersetzungstabelle arbeiten zu können.

Das heißt leider auch, dass das Laufwerk während des Betriebs einen bestimmten Teil des Arbeitsspeichers des PCs (bis zu 64 MB) für seine eigenen Zwecke abzwackt, um Aufrufe an das Flash-Speicher-Array zu puffern. Als Folge nimmt die Geschwindigkeit der SSD unter hoher Last in bestimmten Szenarien lawinenartig ab, was vor allem den Lesevorgang sehr stark beeinträchtigt. Wenn man im Stück mehr als 32 GB an Informationen verarbeiten muss, kann es also durchaus auch schon mal eng werden. Der Einbruch beim zufälligen Lesen kann über die Hälfte betragen, oder aber durch Tricks und Kniffe im Controller abgemildert bzw. umgangen werden. Fakt ist aber, dass eine ungepufferte SSD für viele intensive Workloads eher schlecht geeignet ist. Da muss man sich selbst, den Anwendungsbereich und die verwendeten Applikationen genau hinterfragen.

Doch wir bewegen uns ja immer noch im Consumer-Bereich. Ich habe hier in der Grafik zum besseren Verständnis einmal eine eher praxis-bezogene Last erzeugt, indem ich 64 GB Videostream lesen lasse. Gut, die theoretisch möglichen (und mit CrystalDiskMark auch gemessenen) 3700 MB/s sind definitiv nicht möglich, aber mit rund 3000 MB/s liegt man trotz fehlendem Puffer doch noch ganz gut im Rennen. Hier ist der Effekt also bei weitem nicht so schlimm, solange man wirklich PCIe 4.0 nutzt und damit auch den beteiligten Arbeitsspeicher schnell genug anbindet. Auch wenn die SSDs kompatibel sind, der PCIe 3.0 lässt das Ganze dann aber fast auf die Hälfte schrumpfen.

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ApolloX

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1,054 Kommentare 555 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

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864 Kommentare 551 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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63 Kommentare 17 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

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753 Kommentare 624 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

Format©

7,907 Kommentare 13,624 Likes

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

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Massaker

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63 Kommentare 17 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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72 Kommentare 11 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

Format©

7,907 Kommentare 13,624 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

377 Kommentare 130 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

471 Kommentare 652 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

22 Kommentare 6 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

Format©

7,907 Kommentare 13,624 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

Format©

7,907 Kommentare 13,624 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

471 Kommentare 652 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

377 Kommentare 130 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

Format©

7,907 Kommentare 13,624 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

54 Kommentare 23 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

23 Kommentare 4 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

42 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

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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