High-speed ssd's

Zeven ssd's met PCIe-interface getest

Ssd's zijn inmiddels populair als opstartmedium voor snelle pc's en laptops. Maar de SATA-interface beperkt de ssd-prestaties. Met een PCIe-interface kunnen ssd's vele malen sneller worden.

Ssd's met SATA-interface zijn snel en voordelig, maar het kan sneller. Vooral als je naar de sequentiële overdrachtssnelheden kijkt, geven ssd's met PCIe-interface de vertrouwde SATA-ssd's het nakijken.

Voor deze test bekeken we zeven ssd's met PCIe-interface van rond de 500 GB. Zes daarvan zijn uitgevoerd als M.2-module: de Adata XPG Gammix S10, Corsair Force Series MP500, Kingston KC1000, Patriot Hellfire en WD Black. Verder is er een uitgevoerd als PCIe-uitbreidingskaart, de Corsair Neutron NX500 met 400 GB capaciteit. Ter vergelijking hebben we ook opnieuw de Samsung 960 Pro (M.2-module) getest, die als snelste PCIe-SSD bekend stond.

Graag hadden we ook de Teamgroup PCIe SSD P30 meegenomen, maar Teamgroup had geen testexemplaar beschikbaar. Een exemplaar dat we aanschaften bleek bij ontvangst defect en een vervangend exemplaar hebben we niet op tijd ontvangen. Ook Intels SSD 6000p was nergens tijdig op voorraad voor onze test.

Je vindt online overigens veel andere ssd's in de vorm van PCIe-insteekkaarten, bijvoorbeeld van Plextor. In tegenstelling tot bij het model van Neutron dat we hier testen, gaat het daarbij vaak om kant-enklare PCIe-adapters met opgeschroefde (en al door ons geteste) M.2-uitvoering van een ssd. Soms zit er als extra nog een koellichaam op geschroefd. Technisch verschillen ze echter niet van de M.2uitvoeringen, daarom hebben we zulke modellen niet apart getest.

Pijlsnel met PCIe

Al onze testkandidaten gebruiken vier PCIe 3.0-datalijnen, voor een maximale theoretische doorvoersnelheid van 4 GB/s. Maar voor het starten van besturingssysteem en programma's zijn de waarden voor random access belangrijker, oftewel de IOPS (Input/Output Operations Per Second). Ook hierbij zijn PCIessd's sneller dan hun SATA-tegenhangers, maar het verschil is minder groot. Bij het lezen halen de PCIe-ssd's waarden die ruim boven de 100.000 IOPS liggen, maar bij het schrijven gaan ze gelijk op met veel goede SATA-ssd's.

De IOPS-waarden moet je ook relativeren: bij de testwaarden gaat het om veel gelijktijdige benaderingen van de schijf, vaak wel 32. In benchmarkresultaten zie je dat vaak terug als QD32 (Queue Depth). Zoveel gelijktijdige benaderingen komen bij een gewone pc normaliter niet voor. Voor de snelheid is het daarom veel belangrijker om te kijken naar het aantal IOPS bij minder gelijktijdige benaderingen, bijvoorbeeld 2 of 4 (meer daarover in het artikel op pagina 68).

SATA-ssd's gebruiken het voor harde schijven geoptimaliseerde AHCI-protocol, dat tot 32 commando's semi-parallel kan ontvangen en verwerken. In de begindagen van PCIe-ssd's waren er exemplaren die ook met AHCI werkten, maar ondertussen is het speciaal voor deze drives ontwikkelde NVMe-protocol de standaard. NVMe definieert 65.536 queues die elk 65.536 commando's kunnen bevatten. Zulke gigantische aantallen hebben vooral voordelen in servers, bijvoorbeeld voor databasequery's. Voor het gebruik van NVMe-ssd's onder Linux en Windows zijn geen extra drivers nodig, Windows (vanaf 8.1) en huidige Linux-distributies beschikken daar standaard over.

Flashgeheugen

Corsair, Kingston, Patriot en WD gebruiken NAND-flashgeheugen geproduceerd door Toshiba (voorheen Toshiba-SanDisk) en WD. Adata gebruikt waarschijnlijk Micron-flashgeheugen, maar de chips dragen de naam van Adata. De Samsung 960 Pro maakt vanzelfsprekend gebruik van Samsung-geheugen.

Ook de indeling van het flashgeheugen verschilt. Terwijl het bij Corsair, Kingston en Patriot gaat om 2D-MLC-geheugen (vlakke structuur, 2 bits per cel), maakt WD gebruik van 2D-TLC-geheugen (3 bits per cel). Gestapeld flashgeheugen (3D-TLC) van Micron vinden we bij de Adata-ssd, terwijl Samsung bij de 960 Pro gebruikmaakt van 3D-MLC-geheugen.

De vaak gehoorde bewering dat TLCgeheugen langzamer is dan MLC-flash wordt bevestigd door onze metingen. De met TLC-geheugen uitgeruste ssd's van Adata en WD eindigen bij de sequentiele doorvoersnelheid in de benchmarks onderaan. Ook Samsungs budgetmodel voor PCIe, de 960 Evo (zie c't 1-2/2017, p.23) haalt alleen dankzij trucs schrijfsnelheden van meer dan 1 GB/s.

Om een hogere schrijfsnelheid te bereiken, werken ssd's onder andere met pa-

rallellisatie. Hoe meer geheugenchips er op de ssd zitten, hoe sneller hij is – als de ssd-controller tenminste genoeg geheugenkanalen heeft. Maar de capaciteitsvergroting dankzij TLC-flash en 3d-structuren leiden tot steeds grotere chips. Het voordeel van parallellisatie is daardoor pas bij grotere ssd-capaciteiten merkbaar.

De controller

Bij de ssd-controllers zien we dezelfde clustering van Corsair, Kingston en Patriot. Die maken gebruik van de Phison PS5007-E7. Maar alle ssd's maken gebruik van acht geheugenkanalen, of het nu gaat om Adata met de Silicon Motion SM2260, Samsung met de eigen Polaris of WD met de Marvell 88SS1093. In theorie kunnen de PCIe-controllers schrijfbewerkingen daarom beter verdelen dan SATA-ssd's met maar vier kanalen. Corsair is echter de enige die alle acht de kanalen op zijn Neutron NX500 gebruikt. De andere gebruiken hooguit vier chips. WD gebruikt er zelfs maar twee, waardoor de Black de andere ssd's in principe niet kan bijbenen qua schrijven. Maar er zijn andere manieren om het schrijven te versnellen. Bij kleine hoeveelheden data is DRAM geschikt als cache en alle geteste modellen hebben hiervan 512 MB aan boord. Verder kan de schrijfsnelheid worden verhoogd door voor een deel van het geheugen de snellere SLC-indeling te gebruiken. Sommige fabrikanten gebruiken daarom een vast gedeelte van het totale geheugen als pseudo-SLC-cache, andere stemmen de grootte van deze cache dynamisch af op de ongebruikte opslagcapaciteit.

Onze eigenlijk voor harde schijven ontwikkelde tool H2benchw (zie link op het einde) werkt goed om een pseudoSLC-cache te herkennen. Hij schrijft het hele geheugen sequentieel vol en houdt de doorvoersnelheid bij. Het opslagmedium moet niet gepartitioneerd zijn. Voordat je het programma gebruikt, moet je daarom met Microsofts commandlinetool DiskPart de partities verwijderen, uiteraard na een back-up van alle data te hebben gemaakt. Als je H2bench oproept met de parameter -w <bestandsnaam> genereert hij een logbestand plus een bestand in PostScript-formaat. Dat laatste kun je bijvoorbeeld lezen met beeldbewerkingsprogramma IrfanView (zie softlink). Korte uitschieters (peaks) kun je negeren en ook kleine schommelingen in de doorvoersnelheid zijn normaal. Als de ssd gebruikmaakt van een pseudo-SLCcache, zal de gemiddelde schrijfsnelheid na enkele gigabytes flink dalen.

Het inzetten van een pseudo-SLC-cache kun je een truc noemen, maar in de praktijk helpt het wel. Doorgaans gebeurt het namelijk maar zelden dat de cache helemaal volloopt. Hoe vaak kopieer je nou echt meerdere gigabytes?

Maar bij het benchmarken valt de pseudo-SLC-cache wel op. De twee langzaamste apparaten, de Adata XPG Gammix S10 en WD Black, halen bij sequentieel schrijven op een vol station niet eens 400 MB/s. WD gebruikt geen pseudo-SLC-cache, Adata wel: bij Adata stijgt de snelheid bij een lege schijf tot meer dan 800 MB/s. Als je een ssd hebt met pseudo-SLC-cache, moet je daarom altijd proberen ruimte vrij te laten. Benchmarks met volle ssd's zijn door de pseudo-SLC-techniek niet meer realistisch voor de praktijk.

De maximale snelheden die we maten, liggen vaak lager dan wat de fabrikant opgeeft. Een reden daarvoor zijn controllers met datacompressie, zoals de Phison PS5007-E7. Sommige benchmarks leveren hogere waarden op met gecomprimeerde data, wat de fabrikant natuurlijk graag voor marketingdoeleinden gebruikt. Je moet ook niet te veel waarde hechten aan de sequentiële doorvoersnelheden. Voor de reactiesnelheid in de praktijk zijn hoge IOPS-waarden bij weinig gelijktijdige bewerkingen belangrijker.

Coole techniek

Na tien minuten volledige belasting is de Hellfire volgens de interne temperatuursensor 103 °C heet. Ook de qua opbouw vergelijkbare Force Series MP500 wordt extreem heet. De KC1000 en Black bereiken een temperatuur van 85 °C, de 960 Pro 72 °C. Alleen de XPG Gamix S10 en Neutron NX500 worden minder dan 70 °C, maar die hebben dan ook beide een koelblok.

Alle waarden zijn gemeten bij kamertemperatuur. Op een hete dag zal het probleem erger zijn. Maar volgens ons is het toch zelden nodig een ssd-koelblok te kopen. Veel M.2-slots zitten wel op een thermisch ongunstige plek op het moederbord (tussen de PCIe-slots), maar bij normaal gebruik zullen ze zelden kritische temperaturen bereiken.

Zo werd de Hellfire bij een test met toepassings-benchmark Bapco Sysmark 2014 in een gesloten maar goed geventileerde pc-behuizing niet warmer dan 71 °C. Geen probleem dus. Als je een PCIessd niet het vuur aan de schenen legt met speciale benchmarks, hoef je niet bang te zijn voor oververhitting. Ssd's worden vooral warmer bij het schrijven. Stel dat je een 500 GB grote ssd beschrijft met een snelheid van 1 GB/s, dan is hij al na acht minuten vol. Je kunt je sowieso afvragen waar je zulke hoeveelheden data met dat tempo vandaan moet halen. De situatie is anders in een

Voor de reactiesnelheid in de praktijk

zijn hoge IOPS-waarden bij weinig gelijktijdige bewerkingen belangrijker

server-omgeving waar bijvoorbeeld vanwege een database voortdurend schrijftoegang is, in zulke gevallen is extra koeling vaak wel zinvol.

Conclusie

Voor 200 euro heb je al een 512 GB grote PCIe-ssd, maar die haalt een relatief matige schrijfsnelheid. Maar vanaf circa 250 euro koop je een PCIe-ssd die zijn SATAtegenhangers het nakijken geeft.

De voor pc-begrippen 'antieke' Samsung 960 Pro blijft de snelste: geen enkele nieuwere ssd uit deze test komt qua sequentiële doorvoersnelheden in de buurt van zijn 3,6 GB/s bij lezen. De Corsair-modellen en de ssd's van Kingston en Patriot zijn circa 1 GB/s langzamer. Bij de modellen van Adata en WD scheelt het bijna 2 GB/s. Ook bij schrijven komt niemand in de buurt van de 2 GB/s van de 960 Pro. De Black is met een schrijfsnelheid van slechts 375 MB/s zelfs erg langzaam.

Kijk je naar de IOPS, dan zie je een ander beeld. Bij het lezen liggen bijna alle ssd's op het niveau van de 960 Pro, bij het schrijven blijven vooral de XPG Gammix S10 en Black achter. Maar sommige goede SATA-ssd's halen ook bijna 100.000 IOPS.

Op de volgende pagina's ontdek je hoe je een PCIe-ssd optimaal configureert in een pc en wanneer de meerprijs ten opzichte van een SATA-ssd nu echt de investering waard is. (mdt)