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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

Der gerade beschriebe Phison PS5019-E19T ist mit einer breiten Palette von Flash-Speichervarianten kompatibel und unterstützt moderne NAND-Chips mit 1200-MHz-Schnittstelle. Und weil er so schön kompatibel ist,  kann man als Anbieter einer günstigen NVMe SSD auch Microns neuestes 176-Layer-TLC-3D-NAND (Codename B47R) damit verwenden. So enthält die von mir getestete MSI Spatium M450 zwei IABHG94AYA-Chips mit jeweils acht 512-Gigabit-TLC-3D-NAND-Blöcken im Inneren.

Der noch recht neue 176-Layer-Flash von Micron ist übrigens die erste echte Eigenentwicklung von Micron nach der Trennung von Intel. Dieser Speicher unterscheidet sich im inneren Aufbau auch sehr deutlich von den Produkten aller anderen Hersteller. Die Zellstruktur des Micron-NANDs setzt dabei auf Replacement Gate, was am Ende eine Kreuzung aus Floating-Gate- und Charge-Trap-Technologien darstellt. Micron ersetzt bei diesem NAND das Polysilizium im Gate-Material durch Metall und wechselte zu einem anderen Verfahren für das Ätzen des vertikalen zylindrischen Kanals, woraus ein vergrößerter Durchmesser resultiert.

Darüber hinaus ist in der Struktur des Micron-Speichers eine nichtleitende Schicht aus Siliziumnitrid eingebracht worden, in der Daten gespeichert werden können. Diese Schicht reduziert zudem recht wirkungsvoll auch die gegenseitige Beeinflussung der Zellen in so einem einem vertikalen Stapel. Wie das mit dem Stapel so funktioniert, erläutert ein Video von Micron, dass so trivial daherkommt, dass es schon wieder sehenswert ist. Das will ich Euch natürlich nicht vorenthalten:

Natürlich können wir auch noch etwas weiter ins Detail gehen. Die nächste Abbildung zeigt einen Chip mit Blick auf die Metalloberseite, einen Chip mit Blick auf die CMOS-Schaltkreise (CuA) und die Markierungen des B47R Chips. Im Vergleich zum älteren B37R TLC-Die konnte die Chipgröße aufgrund der höheren Zelldichte, der größeren Anzahl von 3D-NAND-Zellen und der effektiven Skalierung des Designs um satte 25 % verringert werden. Der B47R ist nunmehr nach dem B37R die zweite Generation der CTF-Struktur von Micron.

Source: TechInsights

Die Höhe des NAND-Zellen-Arrays (zum Vergleich: die Höhe vom Selektor auf der Source-Seite bis zum BL) beträgt jetzt mehr als 11 µm. Die Gesamtzahl der Gatter, einschließlich Selektoren (STs) und Dummy-Word-Lines (DWLs) pro vertikalem NAND-Strang beträgt 195, so genannte 195T, was die höchste jemals bei 3D-NAND erreichte Anzahl darstellt. Sie setzen auf die Double-Stack-Architektur, den Replacement-Gate-Prozess, Charger-Trap-Nitrid (CTN) und CMOS-under-Array (CuA)-Techniken. Die Bitdichte erreicht 10,273 Gb/mm2 für den 512Gb TLC-Die.

So konnte man am Schluss auch Reihe positiver Effekte zu erzielen, denn es war möglich die Geschwindigkeit der Programmierzellen zu steigern, ihre Stabilität zu erhöhen, den Stromverbrauch zu senken und gleichzeitig auch die Zuverlässigkeit der Datenspeicherung zu verbessern. Letztendlich macht Microns aus 176 Schichten (Layer) bestehender TLC-3D-NAND damit den nächsten Schritt in der 3D-Flash-Technologie im Allgemeinen. Und in Bezug auf die Leistung behauptet Micron, dass der neue Speicher die Lese- und Schreiblatenz im Vergleich zum 96-Layer-Speicher der vorherigen Generation um etwa 35 % reduziert hat. Nun ja…

 

Kommentar

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ApolloX

Urgestein

1,664 Kommentare 931 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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1,408 Kommentare 1,064 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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M
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

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1,357 Kommentare 1,355 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

1

10,198 Kommentare 18,813 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

10,198 Kommentare 18,813 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

396 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

617 Kommentare 841 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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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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10,198 Kommentare 18,813 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

1

10,198 Kommentare 18,813 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

617 Kommentare 841 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

396 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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10,198 Kommentare 18,813 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

79 Kommentare 37 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

40 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

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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