Schnell, schneller, am schnellsten… die Entwicklung bei den Solid State Drives, also den SSD, ist nicht zu übersehen. Bevor wir hier auf unsere Erfahrungen mit der Samsung EVO 970 eingehen, werfen wir deshalb zuerst einen Blick zurück auf die Entwicklung der letzten Jahre.

Ein Blick zurück

Speicherkapazität

„Du bist aber gross geworden…“ ist ein Spruch, den wohl Kinder kaum gerne hören. Bei den SSD ist das natürlich etwas anderes, aber genauso zutreffend. Im Jahre 1991 brachte das Unternehmen SanDisk Corporation eine SSD mit einer Speicherkapazität von 20 MB (Megabyte) auf den Markt, welche damals rund 1000 Dollar kostete.


Quelle: Shutterstock

Heute sind SSD mit bis zu 8 Terabyte Speicherkapazität erhältlich, wobei die Grenze da noch nicht erreicht ist. Im Frühling dieses Jahres wurde von Nimbus Data sogar eine SSD mit 100 TB vorgestellt. Was die reine Speichergrösse anbelangt, sind SSD aber schon vor mehreren Jahren an den klassischen magnetischen Harddisks (HDD) vorbeigezogen. Bei ihnen liegt die Obergrenze aktuell bei 14 TB, das entsprechende Modell stammt aus dem Hause Western Digital.

SSD erobern ihren Platz

Eines der ersten Geräte überhaupt, in das eine SSD verbaut wurde, war der XO-Laptop der „One Laptop Per Child“ Initiative im Jahre 2006. Dabei handelte es sich um einen 1 GB grossen Flashspeicher.

im folgenden Jahr brachte Dell einen Laptop mit einer 32 GB grossen SSD auf den Markt. Im Januar 2008 stellte Apple den MacBook Air vor, der optional mit Flashspeicher aufgerüstet werden konnte. Dieser war 64 GB gross und schlug mit einem Preisaufschlag von 999 Dollar zu buche. Zwei Jahre später wurde Flashspeicher in der MacBook Air-Linie von Apple zum Standard. Andere Laptop-Hersteller wie Dell und Toshiba zogen nach.


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Die so genannten ”Ultrabook“-Spezifikationen von Intel aus dem Jahre 2011 für besonders flache Notebooks sahen eine SSD als Speicher vor und sorgten für eine grössere Verbreitung von Flash-Speicher in Geräten für den Consumer-Markt.


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Da SSD-Speicher in den Anfangsjahren sehr teuer war, etablierten sich verschiedene Kombinationen aus SSD- und HDD-Laufwerk. Bei SSHD (Solid State Hybrid Drive) waren magnetische Festplatte und Flash-Speicher in einer Komponenten vereint. Ein interner Controller regelte, wo welche Daten gespeichert wurden. Eine andere Lösung war es, eine SSD und eine HDD in einem Gerät zu verbauen, nach dem Muster die schnelle SSD für OS und Programme, die langsamere HDD für Daten. Der Speicherort konnte dann entweder durch den Anwender selber bestimmt werden oder durch das Betriebssystem. Bei Apple hiessen solche Lösungen “Fushion Drive” und werden bis heute angeboten. Die beiden Laufwerke werden im Finder für den Anwender jedoch als ein zusammengefasster Speicherort dargestellt.

Zu Anfangs war der Flashspeicher-Anteil bei solchen Lösungen natürlich sehr klein, bei SSHD-Laufwerken betrug er rund 8 bis 16 GB. Bei physikalisch getrennten Laufwerken verfügten die SSD anfänglich zwischen 32 oder 64 GB.

”Wir selbst haben unsere ersten SSD-Erfahrungen mit einer Kombi aus SSD und HDD gemacht. Der Schritt war damals gewaltig, das gesamte System lief viel flotter als vorher.” (Monk-Trader von hitzestau.com)

Schnittstellen und Protokolle

Und auch abgesehen von der reinen Speicherkapazität ist bei den SSD so einiges im Umbruch. Dies betrifft unter anderem den Formfaktor und die Schreib- und Lesegeschwindigkeiten, welche wiederum von der Schnittstelle, der Speichertechnologie und dem Controller abhängig sind.

Aktuell sind SSD-Laufwerke im M.2-Formfaktor, doch bevor wir näher darauf eingehen, beschäftigen wir uns zuerst mit den Vorgängern im klassischen 2.5-Zoll Format.

Kombination SATA / AHCI

Hier kommt unsere allererste eigene SSD ins Spiel, die wir oben schon angesprochen haben. Es handelte sich um eine Samsung SSD Series 470 (128 GB) aus dem Jahre 2011. Sie steckte in einem 2.5-Zoll Gehäuse und verfügte über eine SATA II-Schnittstelle. Sie erreichte eine Lese-Geschwindigkeit von 250 MB/s, die Schreib-Geschwindigkeit lag bei 220 MB/s. Die maximale Kapazität der SATA II-Schnittstelle liegt bei 300 MB/s.


Unsere erste SSD aus dem Jahre 2011.

Mit ihr haben wir einen bestehenden Computer nachgerüstet und Betriebssystem sowie Programme auf der SSD installiert. Der Gewinn an Systemgeschwindigkeit war damals auch ohne Benchtools sehr deutlich spürbar,

”Es fühlte sich an, als sei eine Handbremse gelöst worden, sei es beim Bootvorgang, dem Starten von Programmen oder dem Schreiben von grossen Dateien.” (Monk-Trader von hitzestau.com)

Bei einer anderen Gelegenheit haben wir HDD (WD AV-25, 500 GB / SATA III) und SSD (Samsung SSD 840 Pro,  512 GB / SATA III) direkt in einem Benchmark gegenübergestellt. Die Zahlen stammen aus dem Jahre 2014, aber sie zeigen deutlich den generellen Leistungssprung von einer HDD zu einer SSD:

Die SSD 840 PRO verfügte bereits über eine SATA III-Schnittstelle, genau so wie die Samsung SSD 860 PRO, die wir Anfangs dieses Jahr in einem Review vorgestellt hatten. Sie steckt ebenfalls in einem 2.5 Zoll-Formfaktor. Der maximale Datendurchsatz von SATA III-Schnittstelle liegt bei 600 MB/s und diese reizt sie auch komplett aus, wie unsere Messungen damals ergeben haben.

Sie ist auch heute noch in einem System von uns in Betrieb, von dort stammt auch dieser Screenshot:

Die SATA-Schnittstelle wird von modernen SSD ausgereizt, was die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten betrifft. Das hängt auch mit dem Protokoll, dem Advanced Host Controller Interface zusammen. AHCI ist ein offener Schnittstellen-Standard für Serial-ATA-Controller, um Laufwerke anzusteuern. AHCI stammt jedoch noch aus der Zeit der klassischen HDD und ist nie für schnelleren Flashspeicher anpasst worden. Zudem erzeugt es bei der Datenübertragung einen sehr hohen Overhead an Informationen, der dann ebenfalls mit übertragen wird.

Mit dem Nachfolger von SATA, der PCIe-Schnittstelle, wurde dann auch ein verbessertes Übertragungsprotokoll eingeführt. Um bei den SSD den Sprung von SATA zu PCIe zu machen, müssen wir uns aber auch den Formfaktor des Laufwerks selbst anschauen.

Kombination M.2 / PCIe

Und damit sind wir beim Formfaktor M.2. Er ist der Nachfolger des 2,5-Zoll Gehäuses und wurde früher als Next Generation Form Factor (NGFF) bezeichnet. M.2-Platinen sind rechteckig mit einer Steckerleiste auf einer Seite und einer halbkreisförmigen Aussparung zur Befestigung in der Mitte der gegenüberliegenden Seite.

Der M.2-Standard sieht Karten mit verschiedenen Breiten und Länger vor. Für die im Handel aktuellen SSD hat sich eine Breite von 22mm etabliert, die Länge variiert zwischen 42 und 110mm. Auf den Mainboards sind dazu die Positionen in den entsprechenden Längen markiert (42, 60, 80, 110mm).


M.2-Steckplatz auf einem Mainboard. Quelle: wikipedia.org / smial

Die Vorteile gegenüber den 2.5-Zoll Laufwerken liegen auf der Hand: Sie sind kompakter und es braucht keine separaten Kabel für Stromversorgung und Datenübertragung. Allerdings lässt sich bei ihnen eine im Vergleich stärkere Wärmeentwicklung beobachten, wenn sie stark beansprucht werden. Durch ihre Kompaktheit sind sie natürlich auch schwerer zu kühlen.

Aktuelle Mainboards verfügen über einen oder mehrere M.2-Steckplätze. Allerdings kommt es darauf an, über welche Schnittstelle diese an CPU und Chipsatz angebunden sind, denn es gibt auch M.2-SSD, die noch auf SATA und somit auch AHCI setzen.

  • M.2, angebunden via SATA III (geringerer Datendurchsatz)
  • M.2, angebunden via PCIe 3.0 x4 (höherer Datendurchsatz)

Die Unterschiede zwischen den beiden Varianten sind beträchtlich. Die Lese- und Schreibwerten von PCIe 3.0 sind im maximalen rund fünf bis sechs höher als bei SATA III.

Die Anbindung der M.2-Schnittstelle ist immer abhängig vom Layout des Mainboards. Es gibt spezielle Adapterkarten, um eine M.2-SSD direkt auf einen PCIe-Slot auf dem Mainboard zu stecken. Um aus der PCIe-Schnittstelle die maximale Leistung herauszuholen, muss diese mit 4 Lanes an den CPU angebunden sein. Dazu ein paar Vergleichszahlen zum Thema Datendurchsatz:

  • PCIe 2.0 (1 Lane): 500 MB/s
  • PCIe 2.0 (2 Lane): 1.0 GB/s
  • PCIe 2.0 (4 Lane): 2.0 GB/s
  • PCIe 3.0 (1 Lane): 984.6 MB/s
  • PCIe 3.0 (2 Lane): 1.97 GB/s
  • PCIe 3.0 (4 Lane): 3.94 GB/s

Als neues Übertragungsprotokoll kommt bei PCIe NVM Express (kurz NVMe) zum Einsatz. Im Gegensatz zum älteren AHCI, welches auf HDD ausgerichtet war, ist NVMe für Flash-Speicher optimiert und ermöglicht eine deutlich gesteigerte Datenübertragung gegenüber AHCI. Damit werden unter PCIe 3.0 mit 4 Lanes auch die maximalen Datenübertragungen möglich, die wir oben in der Liste aufgeführt haben.

Rasante Entwicklung

In den rund zwölft Jahren, in denen SSD nun in Geräte für den Consumer-Markt verbaut werden, hat sich zusammenfassend gesagt, so einiges weiterentwickelt. Dies bezieht sich auf die Speichergrösse, den Formfaktor und die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten. Manche Technologien wie beispielsweise die Schnittstellen SATA Express oder U.2 haben sich jedoch nie durchgesetzt. Parallel dazu ist Flash-Speicher aber auch günstiger und damit massentauglich geworden.

Und auch im Bereich der Schnittstellen geht die Entwicklung immer weiter: Die Spezifikationen von PCIe 4.0 sind bereits verabschiedet, sie beschreiben eine Verdoppelung des Datendurchsatzes gegenüber PCIe 3.0.

Samsung EVO 970

Wie bereits in der Einleitung gesagt, haben wir für diesen Beitrag eine Samsung SSD 970 EVO getestet, die ebenfalls dieses Jahr auf den Markt gekommen ist. Auf unsere eigenen Erfahrungen und Benchwerte gehen wir jetzt im Folgenden ein.


Quelle: Samsung

Auf einen Blick

Sie ist in den vier Speichergrössen 250 GB, 500 GB, 1 TB und 2 TB erhältlich. Sie unterstützt das NVMe-Protokoll und ist per PCI-Express 3.0 mit vier Lanes angebunden. Neu sind eine überarbeitete Version des V-NAND Speichers und der Phoenix Controller, der für höhere IOPS-Werte gegenüber den Vorgängermodellen verantwortlich sein soll. Zudem kommt bei der SSD 970 EVO die so genannte Intelligent-TurboWrite-Technologie mit einem dynamische Buffer zum Einsatz.

Im Produktlabel auf der Platine ist eine Kupferschicht integriert, welche die Wärme ableitet. Die Dynamic-Thermal-Guard-Technologie schützt die SSD vor Überhitzung durch eine automatische Überwachung und Aufrechterhaltung der optimalen Betriebstemperatur.


Quelle: Samsung

Ebenfalls einen obendrauf gepackt hat Samsung bei der Garantiedauer: Sie beträgt neu fünf Jahre oder bis zu 1200 TBW (Total Bytes Written).

Dies sind Leistungsdaten der EVO 970 1 TB, wie sie Samsung in den offiziellen technischen Spezifikationen angibt:

  • Read (Sequential): 3400 MB/s
  • Write (Sequential): 2500 MB/s
  • Read (Random 4KB, QD32): 500’000 IOPS
  • Write (Random 4KB, QD32): 450’000 IOPS

Unsere Erfahrungen

Getestet haben wir die EVO 970 1TB in zwei verschiedenen Computern. Auf beiden war jeweils die aktuellste Version von Windows 10 (1803) installiert.

  • Konfig 1: Intel NUC Skull Canyon NUC6i7KYK / BIOS 0055 / RAM 16 GB mit 2666 MHz. Mit Patch für Meltdown / Spectre
  • Konfig 2: PC auf auf Basis ASUS Rampage V (X99 Architektur) / BIOS 3801 / RAM 16 GB mit 2400 MHz. Ohne Patch für Meltdown / Spectre

Als Benchtools haben wir Samsung Magician und CrystalDiskMark verwendet und alle Tests mehrfach durchlaufen lassen. Wir haben auch noch weitere Tools verwendet, uns aber für den Beitrag auf die beiden genannten beschränkt.

Im Desktop-Rechner mit dem Rampage V-Mainboard haben wir sowohl den M.2-Slot auf dem Board wie auch einen Adapter für die PCIe-Schnittstelle verwendet. Die hier im Artikel gezeigten Screenshots basieren alle auf der Installation mit dem Adapter.

Bench-Werte im NUC

Bench-Werte Desktop / X99

Analyse

Im NUC schafft sie knapp die sequentiellen Lese- und Schreibwerte, wie Samsung sie angibt. Beide Bench-Tools zeigen aber auch, dass sie die IOPS-Werte nicht einmal annähernd erreicht. Nimmt man die Werte aus CrystalDiskMark als Grundlage, berechnen sich die IOPS nach folgender Formel:

  • Read: 1402.4/4 x 1024 = 359’015
  • Write: 1482.3/4 x 1024 = 379’469

Unter Samsung Magician zeigt sie nicht die volle Leistung, unter CrystalDiskMark kommt sie zwar näher an die offiziellen Werte von Samsung heran, erreicht diese aber auch deutlich nicht.

Im NUC zeigt die EVO 970 klare Leistungseinbussen. Aus Gründen, die wir nicht genau benennen können, kann der NUC von der SSD nicht die volle Leistung abrufen.

Im Desktop-Rechner erreicht sie unter Samsung Magician die vollen sequentiellen Lese- und Schreibwerte, bei den IOPS liegt sich jedoch darunter. Wenn man die Werte von CrystalDiskMark zu Grunde legt, gibt es wiederum eine Diskrepanz: Der Lese-Wert wird knapp erreicht, der Schreib-Wert liegt jedoch deutlich über den offiziellen Zahlen von Samsung.

  • Read: 1926.2/4 x 1024 = 493’108
  • Write: 2054.6/4 x 1024 = 525’978

Die Unterschiede zwischen den beiden Tools erklären wir uns mit den unterschiedlichen Testmethoden der beiden Programme, sie sind natürlich synthetischer Natur. Unserer Meinung nach sollte man sich mit unterschiedlichen Werten nicht verrückt machen, auch wenn sie zum Teil sehr verwirrend sein können. Es gibt (zu) viele Faktoren, die einen Einfluss auf die Messwerte haben können und es somit schwer machen, die vom Hersteller angegebenen Werte zu reproduzieren.

Zu den Faktoren gehören unter anderem:

  • Hardware des Testsystems
  • Mainboard-Firmware (UEFI)
  • Einstellungen der UEFI
  • Microcodes wegen Meltdown / Spectre (im UEFI oder nachgeladen vom Betriebssystem)
  • Taktfrequenz des RAM-Speichers
  • Taktfrequenz des CPU
  • Taktfrequenz des PCIe-Bus
  • Anbindung SSD (direkt am CPU oder via Chipsatz, Anzahl Lanes)
  • Version des Betriebssystems
  • Einstellungen im Betriebssystem
  • Version der NVMe-Treiber
  • Firmware-Version der SSD

Unter Strich bleibt die Erkenntnis, dass sie bei uns zwar die von Samsung angegebenen Lese- und Schreibwerte erreicht hat, bei den IPOS jedoch ein sehr unterschiedliches Verhalten gezeigt hat.

Darum haben wir sie auch in zwei verschiedenen Systemen getestet, die Erklärung für die zum Teil abweichenden und unterschiedliche Werte sehen wir in den oben genannten Einfluss-Faktoren begründet. Zudem vermuten wir auch, dass von Seiten Samsung Treiber, Firmware und Betriebssystem noch nicht optimal aufeinander abgestimmt sind.

Performance im Alltag

Für den Anwender kommt es schlussendlich aber nicht so sehr auf einzelne Zahlenwerte an, sondern primär auf das “Gesamterlebnis”.

“Die EVO 970 ist wie ein wildes Tier… sie verlangt aber auch die entsprechende Hardware-Umgebung um ihre volle Leistung zu entfalten. Und auch wenn man nicht die maximalen IOPS-Werte erreicht, ist sie natürlich um ein Vielfaches schneller als eine SSD, die via SATA angebunden ist.” (Monk-Trader von hitzestau.com)

Man spürt ihre Leistung, sei es beim Starten von Programmen, beim Videoschnitt, beim Komprimieren oder Dekomprimieren von grossen Dateien – kurz gesagt, das ganze System läuft gefühlt geschmeidiger und flüssiger. Der PCIe-Schnittstelle gehört klar die Zukunft. Kleine “Denksekunden” wie man sie noch von SSD mit SATA-Anbindung kannte, erlebt man mit ihr definitiv nicht mehr. Der grösste Schritt bezüglich Datenträger ist und bleibt jedoch aus unserer Sicht der allererste Umstieg von einer klassischen HDD zur SSD.

Die neuen Samsung SSD der EVO-Reihe sind auch eine interessante Aufrüstungs-Option für bestehende Systeme. Wer auf seinem Mainboard keinen M.2 Slot hat, der via PCIe angebunden ist, kann sehr einfach einen passenden Adapter verwenden, um die SSD direkt in einem freien PCIe-Steckplatz anzuschliessen. Wir haben diesen Adapter (kryoM.2 evo PCIe 3.0 x4 Adapter) von Aqua Computer verwendet, er sorgt auch gleichzeitig für eine passive Kühlung der SSD.


Quelle: Aqua Computer

Preise und Verfügbarkeit

Die Samsung SSD 970 EVO ist in vier verschiedenen Speicher-Kapazitäten erhältlich. Dabei muss man beachten, dass je nach Anzahl GB die Leistungsdaten unterschiedlich sind: 250 GB (CHF 199.50 (UVP), 500 GB (CHF 299.50 (UVP), 1 TB (CHF 445.90 (UVP) und 2 TB (CHF 839.00 (UVP).


Quelle: Samsung

Gleichzeitig ist auch die PRO-Version der 970er erhältlich, hier gibt es allerdings nur zwei unterschiedliche Speichergrössen: 512 GB (CHF 326.90 (UVP) und 1 TB (CHF 624.90 (UVP).


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