MSI SPATIUM M480 2 TB NVMe SSD im Test – Mit 7000 MB/s in die Oberklasse?

Ich hatte es ja bereits geschrieben, dass man die Sticker für eine gute Performance besser abnehmen sollte, denn die reichlich 8 Watt bei maximaler Auslastung wollen ja auch beidseitig gut abgeführt werden. Hat man das erledigt, liegt der Blick auf die Platine Frei, die wieder von TECHVEST kommt. 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 PS5018-E18 von Phison wurde 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. Unser Muster enthält acht Gehäuse, vier auf jeder Seite, dank der geringen Größe des Controllers, der nur 12 x 12 mm misst. Das Design nutzt ebenfalls eine DRAM-basierte Architektur, wobei die Spatium M480 zwei DDR4-Chips von SK hynix enthält, einen auf jeder Seite des PCBs. Hier handelt es sich jeweils um 8 GB Module in Form des H5AN8G6NCJR, also CMOS Double Data Rate IV (DDR4) Synchronous DRAM.

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 (siehe Datenblatt Seite 1). 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 sogar hardwarebeschleunigte AES 128/256-Bit-Verschlüsselung (die TCG-, Opal 2.0- und Pyrite-konform ist) und verfügt über eine integrierte Krypto-Löschfunktion.

Der E18 von Phison unterstützt wie die Modelle E12S und E16 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.

 

Was bedeutet eigentlich dynamischer pSLC Cache?

Kommen wir nun zu einem etwas technischeren Detail, das den meisten so gar nicht im vollen Umfang bekannt sein dürfte. Über pSLC-Cache ist ja schon viel geschrieben worden, das muss man gar nicht noch einmal im Detail durchkauen, maximal noch als kleine Auffrischung. Here we go…

Um die Schreibgeschwindigkeit zu erhöhen, wird gern der sogenannte  „Pseudo-SLC Cache“ (pSLC) in Consumer-Produkten genutzt, wobei man ihn mittlerweile auch in diversen industriellen Lösungen findet. Hierfür wird ein Teil der NAND-Kapazität als SLC-Speicher konfiguriert, in dem nur ein Bit pro Zelle gespeichert wird. Dementsprechend, kann dieser Speicher sehr schnell beschrieben und gelesen werden. Da es sich nicht um dedizierten, also keinen echten SLC-Speicher handelt, wird er pseudo SLC genannt. Ein solcher Cache kann für alle Speichertypen verwendet werden, die mehrere Bits pro Flash-Zelle speichern, also wie hier beim TLC drei Bits. Der pSLC Cache nutzt bei dem einen Bit zudem eine deutlich höhere Spannung, was eine gewisse Sicherheit bietet und damit besser ist als Fast Page.

Die Verwendung von pSLC-Cache bietet einen Geschwindigkeitsvorteil, vor allem dann, wenn das Speichermedium nicht mit Lese- oder Schreibzugriffen zwischen dem dem Schreiben größerer Datenmengen. Diese Leerlaufzeiten werden vom Speichermedium genutzt, um Daten aus dem Cache in den TLC-Bereich zu verschieben.

Doch die Nachteile des pSLC kennt jeder. Wenn der schnelle pSLC-Cache nämlich voll ist, sinkt die Geschwindigkeit deutlich ab, da weitere Schreibzugriffe auf das auf das Speichermedium erst den pSLC freimachen müssen, indem man ältere Daten aus dem Cache in den TLC Speicher verschiebt. 

Doch was bitte versteckt sich jetzt hinter „dynamischem pSLC Cache“?  Dynamischer pSLC-Cache hat zwar mittlerweile auch seinen Weg in industriellen Speicherlösungen gefunden, aber nur mit sehr harten Einschränkungen. Im Gegensatz zum statischen pSLC-Cache werden bis zu 100 % des NAND-Flash dynamisch als pSLC-Cache genutzt, je nachdem, wie voll das Speichermedium ist. Der Cache kann also bis zu 1/3 der Gesamtspeichergröße umfassen

Die Schreibgeschwindigkeit des Speichermediums hängt allerdings nicht nur von der Datenmenge ab, die ohne Unterbrechung geschrieben wird, sondern auch vom Füllstand des Speichers. Und genau das macht die Schreibgeschwindigkeit im Lebenszyklus nur schwer vorhersagbar.

Von einer dynamischen Änderung der Konfiguration von Flash-Blöcken als pSLC- oder TLC-Speicher wird von den NAND-Flash-Herstellern aus Gründen der Zuverlässigkeit zwar abgeraten, aber im Consumer-Bereich, wo die Temperaturfenster nicht so sehr von Belang sind, sieht man das durchaus etwas entspannter.

Alle Hersteller von dynamischen NAND-Speichermedien Medien, auch Micron, wechseln nach einer festgelegten Maximalanzahl von Programm- und Löschzyklen dauerhaft in den TLC-Modus zurück. Davor erreicht das Speichermedium die besten Werte vor allem bei kurzen Schreibvorgängen, die nicht die gesamte Kapazität benötigen. Nach einer gewissen Nutzungszeit wird das Medium jedoch dauerhaft verlangsamt, das darf man nie ausblenden. Der E18 von Phison beherrscht die dynamische Änderung der Konfiguration von Flash-Blöcken recht gut, aber die Physik überlisten kann er auch nicht.

Wann man dann das Ende der tollen Cache-Performance der Spatium M480 erreichen wird, bliebe also abzuwarten. Das müssen am Ende dann echte Langzeittests zeigen, denn zum Micron NAND ist leider noch nichts Diesbezügliches bekannt. So nehmen wir die heute gemessene Performance gern zur Kenntnis, müssen aber auch einschränkend anmerken, dass die sicher auch länger so nutzbar sein wird, aber nie auf Dauer. Deshalb empfiehlt sich die Spatium M480 vor allem als Installationsmedium für große Spiele und Anwendungen, die nicht fortwährend riesige Datenblöcke schreiben.