Solidigm P44 Pro im Test – Solides und sortenreines SK Hynix Produkt auch nach drei Monaten Workstation-Einsatz

Leistungsaufnahme und Temperaturen

Im Leerlauf liegt die Leistungsaufnahme bei rund 750 bis 780 mW, die ich direkt am Adapter messen kann. Im Normalmodus (Workstation-Workloads, Gaming) genehmigt die die gesamte SSD etwas unter 4 Watt, was bereits gekühlt werden möchte. Die maximal 6.05 Watt im Peak (typisch 5.8 bis 5.9 Watt) beim Dauerkopieren sind etwas, was ohne richtige Kühlung so nicht mehr geht. Das thermische Throttling liegt bei etwas über 80 °C, was die SSD dann bis zum Abkühlen auf deutlich unter 1 GB/s einbremst. Der M.2-Slotkühler reicht im Prinzip aus, aber es ginge sicher mit einem guten Kühlblock und etwas Luftbewegung noch deutlich kühler.

Controller und NAND-Speicher

Die meisten NVMe-Controller für Verbraucher setzen auf Cortex-R-Kerne von ARM basieren. Dabei handelt es sich um spezielle Prozessorkerne, die auf Echtzeitanwendungen wie latenzempfindliche E/A spezialisiert sind. Der in 12 nm gefertigte SK hynix Aries SSD-Controller ist größer als der direkte Vorgänger und die größere Oberfläche kommt der Wärmeableitung sehr entgegen. Zum Controller ist leider nicht sehr viel bekannt, aber der 8-Kanal-Controller 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 aber die große Fläche von 17 x 17 mm gestattet es auch, dass man im Gegensatz zu vielen anderen Modellen auf einen integrierten Nickel-Kühlkörper verzichten kann. Viel mehr an Daten bekommt man aber leider nicht, schade.

Auf dem 1-TB-Modell kommt 1 GB LPDDR4 von SK hynix zum Einsatz, auf dem 2-TB-Modell wären es dann 2 GB. Der DRAM auf den SSDs wird am häufigsten für Metadaten verwendet, insbesondere für die Zuordnung und Adressierung zur Übersetzung zwischen physischen und logischen Datenspeichern. DRAM hat von Haus aus bereits eine viel geringere Latenz als NAND und ist daher für viele kleine und zufällige E/A-Vorgänge besonders nützlich. Dies gilt vor allem für Schreibvorgänge, da diese eine Aktualisierung der Look-up-Tabelle (LUT) erfordern. Der DRAM speichert die gerade aktuellen bzw. am häufigsten genutzten Datenzugriffe. 

SK hynix verwendet den eigenen 176-Layer-TLC-Flash in diesem Laufwerk. Die Flash-Dichte lässt sich aber nicht direkt mit denen der Mitbewerber vergleichen, aber es könnte durchaus auf dem Level von BiCS6 bzw. Microns aktuellen TLC Speicher liegen. 8 Kanäle mit jeweils 1600 MT/s. Leider ist auch hier die Dokumentation spärlicher als mein Haupthaar. Nochmals schade.

 

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 beschäftigt ist. 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 SK hynix, 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 erreichen wird, ist hier so ein Ding mit Unwägbarkeiten. Nach reichlich 210 GB im Stück war erst einmal Schluss mit der Herrlichkeit und bei etwas mehr als 85% der Kapazität liegt man nur noch auch mittelmäßigem SATA-Niveau. Das wird man in der Praxis so zwar kaum hinbekommen, aber im Stück vollzuschreiben und das vielleicht auch öfters, sollte man besser lassen.