KIOXIA EXCERIA PRO 2TB im Test – BiCS5 muss sich mit Microns 176-Layer NAND messen, auch beim Preis

1 - Einführung, Unboxing, Technik und Daten 2 - Teardown: Controller und NAND im Detail 3 - Dynamischer pSLC Cache im Detail 4 - Testsystem und synthetische Tests 5 - Anwendungsbenchmarks und Zusammenfassung

Ich hatte es ja bereits geschrieben, dass die SSD etwas heißer wird, da der ältere NAND eine höhere Leistungsaufnahme besitzt und die Wärmeableitung richtig gut sein sollte. Hat man die Label entfernt, liegt der Blick auf die Platine frei, die diesmal nicht von TECHVEST kommt, sondern höchstwahrscheinlich selbst hergestellt wurde, weil ein entsprechender UL-Eintrag auf der Platine fehlt und nur das Label auf KIOXIA verweist. Und was sehen wir nun? Man erkennt den Speicher, den Controller und die DRAM Module. Doch immer schön der Reihe nach, beginnen wir am besten mit dem Controller.

Der verwendete Controller ist zwar als OEM-Produkt von Phison auf KIOXIA gelabelt worden, aber es verbirgt sich eigentlich der bekannte PS5018-E18 dahinter. Dieser wurde seinerzeit von Phison von Grund auf neu entwickelt und wird in TSMCs 12 nm Node gefertigt. Er ist, in Bezug auf Funktionen und Leistung, ein sehr interessanter und schneller PCIe 4.0 x4 SSD-Controller. Um das zu realisieren hat Phison fünf Arm Cortex R5 CPU-Kerne eingebaut, von denen drei als primäre Kerne für die Hauptaufgaben fungieren, während die anderen beiden für den Dual CoXProcessor 2.0-Code niedriger getaktet sind, um als sparsameres Tandem zumindest einen Teil der Belastung von den drei Hauptkernen zu nehmen.

Der Controller kommuniziert mit dem NAND über acht NAND-Flash-Kanäle mit bis zu 1.600 MTps und unterstützt Kapazitäten von bis zu 8 TB mit 32 Chip Enable. Allerdings  sieht man hier den Flaschenhals, da BiCS5 nur 1.066 MT/s  liefern kann und der Controller damit nicht annähernd ausgereizt werden kann. Das ist dann auch der Punkt, den ich Eingangs mit Widerspruch meinte.  Die SSD enthält vier NAND-Module auf der Oberseite, dank der geringen Größe des Controllers, der nur 12 x 12 mm misst. Das Design der EXCERIA PRO nutzt ebenfalls eine DRAM-basierte Architektur, wobei diese bis zu zwei DDR4-Chips von SK Hynix enthält. Hier handelt es sich um ein 2 GB CMOS Double Data Rate IV (DDR4 3200) Synchronous DRAM Modul, bei einer doppelseitig bestückten Platine wären es derer zwei.

Der PS5018-E18 von Phison erfüllt die NVMe 1.4-Spezifikation und verfügt über eine Reihe von üblichen Funktionen. So unterstützt er sowohl Trim- als auch S.M.A.R.T.. Wie andere Controller auch, nutzt er Active State Power Management (ASPM), Autonomous Power State Transition (APST) und den L1.2 Ultra-Low-Power-Status. Eine thermische Drosselung ist implementiert, ist aber nicht weiter von Belang, da der Controller in den meisten Anwendungsfällen nicht zu heiß wird. Das erkennt man auch daran, dass man im Gegensatz zu den älteren Modellen wie dem E16 auf einen integrierten Nickel-Kühlkörper verzichten kann.

Außerdem nutzt er die LDPC ECC-Engine der vierten Generation, SmartECC (RAID ECC) und eine End-to-End Data Path Protection für eine robuste Fehlerkorrektur und verbesserte Datenzuverlässigkeit. Er unterstützt theoretisch sogar hardwarebeschleunigte AES 128/256-Bit-Verschlüsselung (die TCG-, Opal 2.0- und Pyrite-konform ist) und verfügt über eine integrierte Krypto-Löschfunktion, was die SSD aber nicht bewirbt. Der E18 von Phison unterstützt, wie die Modelle E12S und E16 auch, ein volldynamisches Schreibcaching. Die Größe des dynamischen pSLC-Caches, auch den ich gleich noch eingehen werde, beträgt daher 1/3 der verfügbaren Kapazität des TLC-Laufwerks. Phison hat außerdem SmartFlush implementiert, was eine schnelle Wiederherstellung des Cache für eine vorhersehbare und konstante Leistung ermöglicht. Soweit die Theorie. Naja, nicht ganz.

KIOXIAS BiCS5 NAND

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 eher günstigen NVMe SSD auch den älteren BiCS5 verwenden. Der alte BiCS4 hat noch 96 Schichten, die Anzahl der Layer ist beim BiCS5 also nur geringfügig gestiegen. Flash Forward setzt erneut auf String-Stacking, so dass man hier einfach zwei 56-lagige Arrays miteinander kombiniert hat. Flash Forward verspricht zudem eine bis zu 50 Prozent höhere Interface-Geschwindigkeit gegenüber BiCS4, nun ja.

Jedoch ist BiCS5 in erster Linie eine Möglichkeit, die Kosten signifikant zu senken. Durch eine überarbeitete Technik sowie auch eine verbesserte Fertigung will man die Dichte der Zellen-Arrays um 20 Prozent gesteigert haben. Weil zudem auch die Layer-Anzahl gestiegen ist, soll die Bit-Kapazität pro Wafer um 40 Prozent höher ausgefallen sein, weshalb man aus einem Wafer mehr Chips mit gleicher Speichermengeschneiden kann. Der Wechsel von 96 auf 112 Layer soll somit günstiger ausfallen als der von 64-lagigem Flash-Speicher auf solche mit 96 Layern.

BiCS5 ist noch nicht komplett veraltet, aber der seit über einem Jahr beworbene BiCS6 ist mit seinen 162 Layern (Charge-Trap-Technik) und den 1600 MT/s eigentlich das bessere Produkt und zum aktuellen Micron NAND durchaus konkurrenzfähig. Warum man jedoch hier noch auf die ältere Variante setzt und BiCS6 nicht wirklich auffindbar ist, kann sich nur KIOXIA selbst beantworten.