PCIe-ssd's om je pc sneller te maken
Als je van plan bent om een nieuwe pc in elkaar te zetten, zul je daar naar alle waarschijnlijkheid een ssd in stoppen, en dan natuurlijk het liefst een snelle PCIe-ssd. We hebben tien nieuwe modellen onder de loep genomen.
Terwijl de maximale snelheid van de SATA-interface al jaren rond de 560 MB/s zit, blijft de snelheid van PCI Express-ssd’s met het NVMeprotocol steeds maar toenemen. De veelgebruikte PCIe 3.0-standaard heeft per lane een datasnelheid van bijna 1 GB/s, wat met vier lanes op net iets onder de 4 GB/s uitkomt. En PCIe 4.0 verdubbelt die snelheid nog eens tot ruim 7 GB/s.
Ssd’s met PCIe 4.0 zijn momenteel nog vrij zeldzaam, net als (AMD Ryzen) systemen die de standaard ondersteunen. De ssd’s in deze test werken allemaal nog steeds met PCIe 3.0. We hebben de Crucial P2 en P5, Delock M.2 SSD PCIe, Emtec X300 SSD Power Pro, Kingston KC2500, Kioxia Exceria Plus, Leven JPR600 en de Patriot Viper P300 en VPR100 ssd’s bekeken. Van de P300 hebben we zelfs twee verschillende versies in huis gehaald: de Europese en de Amerikaanse versie, waarbij met name de ssd-controller voor verschillende resultaten zorgt.
Delock brengt al jaren ssd’s uit, maar tot nu toe produceerde het bedrijf met name producten die voor de industriële markt bedoeld zijn – de M.2 SSD PCIe is het eerste model van deze fabrikant voor de consumentenmarkt. De ssd-fabrikanten Emtec en Leven zijn ook wat onbekendere spelers in de markt. Kioxia is een nieuwe naam, maar geen onbekende fabrikant: na de afsplitsing van het moederbedrijf noemde de producent zich eerst nog Toshiba Memory, maar brengt inmiddels producten uit onder de nieuwe naam Kioxia, vooral om verwarring met Toshiba te voorkomen.
FLASHOPSLAG
De markt voor flashopslag is vrij overzichtelijk: Samsung is de onbetwiste marktleider, de andere deelnemers zijn Kioxia/Western Digital, SK Hynix, Intel en Micron. De Chinese nieuwkomer YMTC is tot nu toe op de wereldmarkt nauwelijks aanwezig – hoewel sommige analisten zeggen dat daar eind 2020 verandering in zal komen. YMTC zal tegen die tijd de massaproductie starten van 128-laags flashgeheugen. Dat zou gepaard kunnen gaan met een verdere daling van de prijzen.
Alle fabrikanten gebruiken al geruime tijd multilayer NAND-flash. Dat zorgt niet alleen voor lagere
productiekosten, maar het is ook de enige manier om de opslagcapaciteit die tegenwoordig wordt verwacht op de kleine M.2-printplaten te krijgen. Uiterlijk in de tweede helft van het jaar zullen alle fabrikanten NAND-flashopslag produceren met meer dan 100 lagen. Desondanks schatten marktonderzoekers in dat de ontwikkeling van deze generatie flashgeheugen langer zal duren dan de vorige generaties. Toch heeft SK Hynix al plannen voor flash-geheugen met meer dan 500 lagen – hoewel de fabrikant nog geen datum heeft opgegeven.
Voor het verhogen van de capaciteit stapelen fabrikanten niet alleen steeds meer individuele flashcellen op elkaar, maar proppen ze ook steeds meer bits in elke cel. In plaats van slechts één bit (SLC, Single Level Cell), slaat een cel tegenwoordig drie of vier bits op. In principe gaat het hier om een analoge techniek: bij het uitlezen van een 1-bit cel controleert de controller alleen of de spanning boven of onder de helft van de celspanning zit. In de volgende stap, de Multi Level Cell (MLC) met 2 bits, moet de controller kwart-spanningen kunnen onderscheiden – daarmee wordt de capaciteit van de cel verdubbeld (22-toestanden). In de stap daarna (Triple Level Cell, TLC) onderscheidt de controller 8 spanningsniveaus; met QLC-geheugen (Quadruple Level Cell) zijn het er 16.
Het opslaan van meerdere bits in een cel heeft met name als gevolg dat de kosten lager worden, waardoor flashgeheugen goedkoper is dan ooit. Maar er kleven ook nadelen aan: terwijl een SLC-cel tot 100.000 keer kan worden gewist en herschreven, kan een MLC-cel slechts ongeveer 10.000 keer worden gewist. TLC en vooral QLC-geheugen is nog minder duurzaam. QLC-geheugen kan waarschijnlijk slechts enkele honderden keren worden beschreven. Dankzij verbeterde correctiemechanismen en het gigantische aantal geheugencellen kunnen desondanks ook daarmee opslagmedia worden gefabriceerd met een levensduur die voor veel doeleinden voldoende is. Onze testkandidaten werken allemaal met TLC-flash.
SCHRIJFZWAKTE
De afgenomen duurzaamheid (endurance) is niet het enige nadeel van flashcellen met meerdere bits. Door de toenemende opslagcapaciteit duurt ook het schrijven van informatie steeds langer. Om dat te compenseren, zetten de fabrikanten een zogenaamde SLCcache in: een deel van de geheugencellen wordt in een snellere 1-bits modus geschakeld. Hoe groter die SLC-cache is, des te langer de ssd’s de schrijfprestaties op een hoog niveau kunnen houden. Op het moment dat de ssd even niets meer te doen heeft, verplaatst de controller dan de gegevens naar de langzamere TLC- of QLC-cellen. Meestal schakelen de fabrikanten een klein vast deel van de totale opslag en een deel dat afhankelijk is van de vrije opslagruimte over naar de SLC-modus. Slechts enkele fabrikanten geven hierover informatie.
Een ander nadeel is het afgenomen vermogen van de cellen om informatie gedurende een lange periode zonder stroomvoorziening te bewaren. Ook hier passen de fabrikanten steeds slimmere correctiecodes toe. In de praktijk speelt dat probleem waarschijnlijk slechts een ondergeschikte rol – ons zijn in ieder geval geen gevallen bekend waarbij een ssd na enkele maanden zonder spanning daadwerkelijk gegevens is kwijtgeraakt. Helaas zijn de fabrikanten tot nu toe zeer zuinig met concrete informatie over deze retention-time.
SSD-CONTROLLER
De invloed van de ssd-controller op de prestaties van een ssd blijkt goed uit de twee P300-modellen van Patriot. Het Europese model is uitgerust met een SMI-controller, het Amerikaanse model met een Phison – volgens het bedrijf mag de ssd met SMIcontroller niet in de VS worden verkocht. Volgens het datablad is er weinig verschil tussen de twee versies; alleen bij sequentieel schrijven zou de EU-versie ongeveer 100 MB/s sneller zijn.
Wij hebben een verschil van maar liefst zo’n 150 MB/s bij het schrijven gemeten. Maar er zijn nog meer verschillen: bij het lezen is het EU-model meer dan 300 MB/s sneller, terwijl het Amerikaanse model punten scoort bij het benaderen van willekeurige adressen – hoewel niet bij alle metingen. Er zijn niet alleen verschillen in synthetische benchmarks, maar ook bij de toepassingsbenchmarks uit de PCMark 10-serie: het
EU-model bereikt ongeveer 50 procent hogere waarden in de Full System Drive Benchmark en ook in de Drive Performance Consistency Test. Aangezien de EU-versie ook aanzienlijk goedkoper is, raden we dan ook af de Amerikaanse versie aan te schaffen.
Het NVMe-protocol staat veel meer gelijktijdige aanvragen voor een ssd toe dan het AHCI-protocol, dat vrijwel uitsluitend bij SATA-ssd’s wordt gebruikt. NVMe staat enkele tienduizenden gelijktijdige commando’s toe, bij AHCI zijn dat er maximaal 32. Ssd-controllers reageren verschillend op diverse Queue Depths (QD). In het algemeen kan de maximale prestatie voor willekeurige benaderingen (gemeten in IOPS) alleen worden benut met veel parallelle verzoeken. Bij de test hebben we dan ook gewerkt met een Queue Depth van 256. Bij typische desktopapplicaties komt dat echter vrijwel nooit voor. Volgens Intel zit de typische Queue Depth voor desktop-pc’s tussen de 1 en 2.
Veel ssd’s bevatten ook een onderdeel met snelle DRAM als buffer (cache), waarbij 1 GB per TB opslagcapaciteit gebruikelijk is. Inmiddels zijn er echter ook ssd-controllers die zonder DRAM werken. Deze gebruiken een deel van het werkgeheugen van de pc om informatie tussentijds op te slaan om het vervolgens aan de fysieke adressen van de flashcellen door te geven. Zulke controllers tref je met name aan in de goedkopere ssd’s, zoals de Phison E13T die je bijvoorbeeld in de Crucial P2 vindt.
RGB-VERLICHTING
De trend naar verlichte pc-componenten heeft inmiddels ook zijn weg naar ssd’s gevonden. In deze test zit een ssd – de Viper VPR100 – die voorzien is van ledjes die in verschillende kleuren oplichten. Via software kun je bovendien individuele patronen instellen. We hebben de Aura-app van Asus gebruikt, die bij het door ons gebruikte moederbord past.
In eerste instantie lukte het ons niet om de ssd-verlichting van de Viper volledig uit te schakelen. De ssd accepteerde het betreffende commando, maar lichtte vervolgens in zijn standaardpatroon op. Pas nadat we de door Patriot geleverde RGB-software voor Windows een keer hadden gebruikt, lukte het ook de RGBverlichting met de Aura-software uit te schakelen.
ENERGIEVERBRUIK
De geteste ssd’s verbruiken idle tussen de 3 en 3,7 watt. Dat is aanzienlijk meer dan SATA-ssd’s, die minder dan één watt verbruiken. Bovendien ondersteunt bijna elke SATA-ssd energiebesparing via Link Power Management (LPM), waardoor het energieverbruik tot minder dan 0,1 watt daalt.
In principe kunnen NVMe-ssd’s ook profiteren van energiebesparende functies die het energieverbruik in idle terugbrengen tot ver onder 1 watt. Dat is te zien in laptops met NVMe-ssd’s. Alleen moeten daarvoor zowel de ssd als het BIOS van het hostsysteem meedoen. Bovendien stelt de NVMe-specificatie het ondersteunen van slaapstanden niet verplicht. Het energieverbruik van de geteste modellen is bovendien ook nog eens zo hoog omdat ons testsysteem geen diepe slaapstanden ondersteunt.
CONCLUSIE
Als je alleen naar overdrachtssnelheden kijkt, dan zit de ssd van Kioxia aan kop. Helemaal eerlijk is dit echter niet, want de hier geteste versie van 2 TB kan parallelle benaderingen beter verwerken dan de overige kandidaten die een kwart van deze capaciteit hebben. Dat geldt echter alleen voor de 2TB-versie, de 500GB-variant zit volgens het gegevensblad op een beduidend lager niveau.
Als je veel met grote bestanden in de weer bent, zal een snellere ssd de klus ook sneller klaren. Daarom bemachtigen de Crucial P5, de Kingston KC2500 en de Leven JPR600 een plekje op de shortlist, gevolgd door de Crucial P2 en de Emtec X300 SSD Power Pro. De Delock M.2 SSD PCIe en de twee Patriot P300modellen hinken achteraan met schrijfsnelheden die onder de 2 GB/s uitkomen, en dat is eigenlijk niet meer van deze tijd.
De praktijkbenchmarks tonen een vergelijkbaar beeld, zij het met een verrassing: de Kingston KC2500 en de Crucial P2 zijn de meest geschikte systeemssd’s, gevolgd door de Leven JPR600, de Patriot P300 (EU) en de Delock M.2 SSD PCIe. De nieuwkomers in deze test – de M.2 SSD PCIe, X300 ssd Power Pro en JPR600 – kunnen de gevestigde concurrentie in de afzonderlijke disciplines zeker bijbenen.