Test: Crucial RealSSD C300 - erste SSD mit SATA 6 Gbit/s

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teaserEs war nur eine Frage Zeit, bis Solid State Drives mit SATA-6 Gbit/s-Interface auf dem Markt erscheinen -  Crucial hat nun als erster Hersteller diesen Schritt gewagt und bringt mit dem „RealSSD C300“ genannten Laufwerk nicht nur die erste SSD mit SATA 6 Gbit/s, sondern auch einen neuen Controller von Marvell ins Spiel. Das neue Interface erlaubt hierbei eine Übertragungsrate von bis zu 600 MB/s und sollte so genügend Spielraum für neue und noch schnellere Laufwerke geben. Wie viel SATA 6 Gbit/s bringt und was Crucials Neuling kann, untersuchen wir in diesem Artikel.

Bereits aktuelle SSDs mit SATA-3 Gbit/s-Interface (SATA II) haben mit gemessenen Übertragungsraten von bis zu 270 MB/s zu erkennen gegeben, dass der bisherige Standard bald ausgereizt sein wird. Theoretisch wären mit SATA 3 Gbit/s bis zu 300 MB/s möglich, was in der Realität aufgrund von Verwaltungsaufwand bzw. Protokolloverhead allerdings nicht zu erreichen ist. Gerade rechtzeitig wurde also der neue SATA-6 Gbit/s-Standard (SATA III) geboren, um nun bereits Verwendung finden zu können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Festplatten, wo das neue Interface maximal für das Marketing gut ist, können SSDs einen realen Nutzen aus der nun möglichen maximalen Bandbreite von 600 MB/s ziehen.

Wie bereits erwähnt, kommt das erste entsprechende Produkt von Crucial bzw. Micron. Micron ist dabei der eigentliche Hersteller des Laufwerks, während Crucial der Markenname ist, unter dem Micron seine Produkte an Endkunden verkauft.

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Die RealSSD C300 ist mit einer Kapazität von 128 und 256 GB verfügbar, wobei die größere Version höhere Schreibraten aufweist. Die wichtigsten technischen Daten sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst, weitere Details folgen auf der nächsten Seite.


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Ein Neuling unter den Controllern ist dieses Exemplar von Marvell mit der Typenbezeichnung „88SS9174-BJP2“. Während alle bisherigen Controller auf lediglich einen Mikroprozessor zurückgreifen, setzt man hier auf die Leistung von gleich zwei ARM9-Prozessoren, welche sich die Arbeit teilen. Der Controller kann über insgesamt acht Kanäle auf den Speicher zugreifen und versteht NCQ genauso wie den wichtigen TRIM-Befehl. Ein Werkzeug zum manuellen TRIMen des Laufwerks, wie es für Intel- und Indilinx-Laufwerke existiert, gibt es für die RealSSD C300 leider nicht. Wer kein Windows 7 oder Linux mit passendem Kernel als Betriebssystem einsetzt, wird sich hier also ganz auf das selbstständige Aufräumen des Laufwerks („Garbage Collection“) verlassen müssen.

Auf der linken Seite befinden sich die ersten acht Flash-Chips, die, wenig überraschend, von Micron stammen. Der verwendete Flash wird in 34 nm gefertigt und unterstützt die ONFI 2.1 Spezifikation, was bereits auf eine hohe Leistung schließen lässt, denn die Spezifikation beinhaltet eine Übertragungsrate von 166 bzw. 200 Mbyte/s.

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Auf der Rückseite des PCB folgen auf der rechten Seite weitere acht Flash-Chips, außerdem sitzt links oben der Cache (Micron D9LGQ), der eine Kapazität von 128 MB besitzt.

Wurde der TRIM-Befehl nur mangelhaft umgesetzt?

Wie unser Kollege Anand Lal Shimpi von Anandtech bereits festgestellt hat, scheint das Laufwerk den TRIM-Befehl nicht richtig zu verarbeiten: Das Laufwerk wurde vollständig gefüllt und einige Zeit mit Iometer belastet, danach wurden die Testdaten wieder gelöscht sowie das Laufwerk schnellformatiert. Beide Aktionen sollten den TRIM-Befehl auslösen, sodass das Laufwerk wieder die gleiche Leistung wie im Auslieferungszustand haben sollte.

Im fabrikneuen Zustand wurde eine Schreibrate von durchschnittlich 130,5 MB/s gemessen:

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Nach dem Löschen der Testdaten betrug die Schreibrate nur noch durchschnittlich 66,5 MB/s:

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Nach einem Löschen der SSD mittels „Secure Erase“ war die volle Leistung wieder hergestellt.

Es ist anzumerken, dass die hier verwendete Belastung in einem Desktop-System sehr unrealistisch ist, sodass man nicht befürchten muss, das Laufwerk würde bei normaler Nutzung seine Geschwindigkeit in dem hier gezeigten Maß verlieren. Ärgerlich ist dieser Fehler trotzdem und Crucial hat für diesen Patzer bereits eine Lösung angekündigt, die allerdings noch nicht verfügbar ist.

Update: Es ist eine neue Firmware (Version 0002) verfügbar, welche dieses Problem beseitigt. Auf der nächsten Seite schauen wir uns kurz diese neue Version an.


Die Firmware mit der Versionsnummer 0002 soll, neben diversen anderen Problemen, die im vollständigen Changelog aufgelistet sind, die fehlerhafte TRIM-Implementation in der Firmware 0001 korrigieren. Dies soll nun anhand einiger Tests überprüft werden.

Als erstes wurde das Laufwerk wieder mit 4K Random Writes belastet. Das Laufwerk brach danach in der Schreibleistung stark ein:

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Ein direkt danach durchgeführter zweiter Durchlauf zeigte keine Besserung. Die Garbage Collection scheint also das sequenzielle Schreiben nicht auch gleichzeitig zum „Aufräumen“ zu nutzen, wie es z.B. der Intel-Controller macht.

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Auch scheint die Garbage Collection nicht automatisch die Arbeit aufzunehmen, sobald sich das Laufwerk im Leerlauf befindet. Nach mehreren Stunden zeigte sich weiterhin das gleiche Bild:

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Erlösung brachte schließlich das Schnellformatieren des Laufwerks, was Windows 7 bekanntlich dazu veranlasst, den TRIM-Befehl zu senden. Damit scheint der TRIM-Befehl nun ordentlich in der Firmware implementiert zu sein:

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Hardware / Treiber

Software

Laufwerke mit SATA-6 Gbit/s-Schnittstelle werden an einer ASUS-U3S6-Erweiterungskarte in Verbindung mit dem passenden Storagetreiber von Marvell getestet, sofern nicht anders vermerkt. Für weitere Tests, insbesondere den TRIM-Befehl betreffend, kommt Windows 7 64-bit zum Einsatz.

Benchmark Vorgehensweise

Im Falle der Spiele und des Vista Boots gibt es leider keine Möglichkeit zur automatischen Zeitmessung, weswegen für diese Tests die Zeit mit einer Stoppuhr genommen wird. Um zufällige Messabweichungen zu minimieren, wird jede Messung dreimal durchgeführt. Zwischen jeder Messung wird der Rechner neu gestartet, um Caching-Effekte zu vermeiden, welche das Ergebnis der Spieletests verzerren würden. Die in den Diagrammen dargestellten Zahlen sind schließlich das arithmetische Mittel aus den jeweiligen Einzelmessungen.


Unser Testsystem bietet in seiner jetzigen Form lediglich SATA-3 Gbit/s-Anschlüsse, weswegen alle Tests mit SATA 6 Gbit/s in Verbindung mit der Erweiterungskarte U3S6 von ASUS stattfinden. Angebunden über ein PCIe-4x-Interface können so neben SATA-6 Gbit/s-Laufwerken auch USB 3.0-Geräte schnell genug mit dem System kommunizieren.

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Zwar lädt Windows automatisch den Microsoft-AHCI-Treiber für den Marvell-88SE9123-Controller auf der Erweiterungskarte, es empfiehlt sich jedoch die passenden Treiber von Marvell für den SATA-6 Gbit/s-Controller zu nutzen, denn dieser scheint eine höhere Leistung im Vergleich zum Microsoft-Treiber zu ermöglichen, wie folgender Vergleich zeigt:

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Wird die RealSSD C300 über SATA 6 Gbit/s angeschlossen und der Microsoft-Treiber verwendet, ist die Leistung schlechter als bei einer Anbindung über das eigentlich langsamere SATA-3 Gbit/s-Interface. Noch deutlicher fällt der Unterschied beim AS-SSD-Benchmark aus:

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Mit dem Marvell Treiber steigt die Leistung signifikant:

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Unter Windows 7 ist der Unterschied beim AS-SSD-Benchmark zwar deutlich geringer (der Unterschied liegt bei ca. 50 Punkten), der Anwendungstest führt aber auch hier zu einer eindeutigen Aussage:

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Obwohl der Marvell-Treiber schneller als der Microsoft-Treiber zu sein scheint und daher zu bevorzugen wäre, unterstützt leider auch die aktuellste Version des Treibers (1.0.0.1034) den TRIM-Befehl nicht - das haben unsere Tests ergeben. Sofern die Garbage Collection der RealSSD C300 nicht sehr gut arbeitet muss man also mit einem schleichenden Leistungsverlust rechnen. Es bleibt zu hoffen, dass Marvell hier nachbessert und einen zum TRIM-Befehl kompatiblen Treiber liefert. Solange könnte es sinnvoll sein, beim Microsoft-Treiber zu bleiben, der den TRIM-Befehl unterstützt.

Davon abgesehen ist gut zu sehen, dass die schnellere Anbindung durchaus zu einem fühlbaren Geschwindigkeitsunterschied führt. Zwar kann man die RealSSD C300 auch problemlos an einem SATA-3 Gbit/s-Anschluss betreiben, die volle Leistung wird man aber erst an einem SATA-6 Gbit/s-Interface erhalten.

Zum Abschluss dieses Vergleichs überprüfen wir noch die Transferrate mithilfe des AS-SSD-Benchmarks:

sata-benchmark

Beim sequenziellen Lesen ist deutlich die Limitierung der Bandbreite durch den langsameren SATA-3 Gbit/s-Anschluss der ICH10-Southbridge zu erkennen. Der 4K-64-Schreibwert ist kurioserweise am SATA-3 Gbit/s-Port höher, was allerdings höchstwahrscheinlich auf Optimierungen im Intel-Treiber zurückzuführen ist. Die hohe Leserate dürfte außerdem für praktisch alle Anwendungen und Anwender wichtiger sein.


Iometer ist ein komplexes Benchmark-Tool, mit dem sich durch Erstellen von verschiedenen Zugriffsprofilen fast jedes erdenkliche Szenario testen lässt. Wir beschränken uns auf zwei Tests: Zufälliges Lesen und Schreiben von 4K-Blöcken, wobei im Alltagsbetrieb verhältnismäßig wesentlich mehr Lese- als Schreiboperationen auftreten.

Neben der Leistung in IOPS (Ein-/Ausgabeoperationen pro Sekunde) und MByte/s wird außerdem die Antwortzeit ermittelt. Ist diese zu hoch, kann das System einfrieren bzw. für einige Zeit nicht mehr auf Befehle reagieren. In Iometer wurde die Anzahl an Outstanding I/Os (gleichzeitige Anfragen) auf 64 gestellt, um eine hohe Last zu erzeugen. In Einzelbenutzer-/Desktopumgebungen liegt dieser Wert typischerweise im einstelligen Bereich.

Neu hinzugekommen sind bei diesem Benchmark zusätzliche Messungen mit angepassten Alignment. Ein korrektes Alignment bedeutet, dass die Partition genau auf der Grenze zwischen zwei Blöcken auf der SSD beginnt. Ist dies nicht der Fall, kann es sein, dass die Leistung der SSD stark nachlässt, da unnötig viele Schreiboperationen stattfinden (müssen). Windows XP erstellt beim Partitionieren kein korrektes Alignment, erst ab Windows Vista wird darauf geachtet. Manche Controller sind jedoch auch in der Lage, ein falsches Alignment auszugleichen.

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Der Controller von Marvell scheint zu den Controllern zu gehören, die unbedingt ein korrektes Alignment benötigen: Während die Leistung mit falschem Alignment zwar schon annehmbar ist, zeigt die RealSSD C300 erst mit korrektem Alignment, was sie kann und katapultiert sich dann auch direkt auf den ersten Platz.

Bisher war hier Intels X25-M G2 Postville das Maß aller Dinge, was sich nun geändert hat. Beeindruckend, zumal die größere 256-GB-Version der RealSSD C300 den Rekord noch mal nach oben korrigieren dürfte, denn sie wird mit 45.000 IOPS lesend und 60.000 IOPS schreibend beworben, während bei der 128-GB-Version lediglich 30.000 bzw. 50.000 IOPS im Datenblatt stehen.


Mit h2benchw messen wir Zugriffszeiten und verschiedene Anwendungsprofile, die eine Einschätzung der Laufwerksleistung in verschiedenen Szenarien bieten soll. H2benchw führt die Tests unter Umgehung des Dateisystems aus. Werden also auch Schreibtests durchgeführt, darf keine Partition auf dem Laufwerk vorhanden sein. Weiterhin benutzt h2benchw nur die ersten 40 GB eines Laufwerks. Das ist bei Solid State Drives nicht von Bedeutung, denn ihre Leistung bleibt über den kompletten Speicherplatz konstant. Bei Festplatten wird so jedoch nur der schnellste Bereich getestet, denn Festplatten werden von außen (größte Bahngeschwindigkeit) nach innen beschrieben, die Leistung nimmt über den gesamten Speicherplatz also kontinuierlich ab.

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Bei der Zugriffszeit für Schreiboperationen stellt die RealSSD C300 wieder einen Rekord auf, leider diesmal nicht zum Positiven. Mit 0,75 ms landet sie hier auf dem letzten Platz aller bisher getesteten SSDs. Das ist allerdings immer noch rund zehnmal schneller als eine Festplatte, außerdem liegt die Zugriffszeit beim Lesen mit 0,12 ms absolut im grünen Bereich, sodass keine Beeinträchtigungen zu erwarten sind - schließlich finden in einem Desktopsystem sowieso ungefähr 80 Prozent der Zugriffe lesend statt.

Die Profilmessung scheint hier leider keine brauchbaren Ergebnisse zu liefern. Vermutlich finden die Zugriffe hier mit einem ungünstigen Alignment statt (siehe vorherige Seite).


CrystalDiskMark ist ein einfacher Benchmark, der Lese- und Schreibvorgänge mit drei unterschiedlichen Blockgrößen testet. Es wird eine Testgröße von 1000 MB und fünf Durchläufe eingestellt. CDM zeigt jeweils den höchsten Wert aller Durchläufe an.

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Sehr gut: Bei der Lesegeschwindigkeit zeigt die RealSSD C300 allen anderen Laufwerken die Rücklichter, was natürlich erst durch das schnelle SATA-6 Gbit/s-Interface möglich wird. Beim Schreiben von 4K- und 512K-Blöcken mischt sie ebenfalls weit vorne mit, lediglich beim sequenziellen Schreiben ist sie etwas langsamer. Auch hier dürfte die größere 256-GB-Version der RealSSD C300 wieder (deutlich) besser dastehen, denn für sie sind 215 MB/s statt 140 MB/s im Datenblatt angegeben.


Der AS-SSD-Benchmark wurde von einem unserer Community-Mitglieder speziell für die Anwendung mit SSDs entwickelt (Link zum Forum). Getestet wird die sequenzielle Transferrate sowieso die Transferrate bei 4K-Blöcken, jeweils mit einer und 64 gleichzeitigen Anfrage(n). Im Gegensatz zu CrystalDiskMark zeigt der AS SSD Benchmark Durchschnittswerte an. Mit dem eingebauten Kopierbenchmark wird außerdem die Kopierleistung des Laufwerks mit verschiedenen Profilen getestet: ISO, Programm und Spiel. Dieser Test gibt einen guten Anhaltspunkt für reale Anwendungen, wie z.B. das Entpacken eines Archives.

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asseq

ascopy

Bei den Messungen der Transferleistungen wiederholt sich im Wesentlichen das Bild der vorherigen Benchmarks, beim Kopierbenchmark setzt sich die RealSSD C300 mit einem deutlichem Abstand auf den ersten Platz, was für das Arbeiten mit großen Dateien sehr hilfreich ist.


Nachdem wir nun die theoretische Leistung untersucht haben, kommen wir zu den Anwendungstests. Getestet werden drei Szenarien: Das Starten von Windows Vista (dazu wird immer das gleiche Image benutzt, welches auf das jeweilige Laufwerk zurückgespielt wird), das Laden der Karte „Dalian Plant" in Battlefield 2 und das Auspacken eines 3,61 GB großen ISO-Abbilds einer Windows Vista DVD.

Die Messungen der Boot- und Ladezeit sind dabei mit einem relativ großen Fehler behaftet, da trotz mehrfacher Wiederholung die menschliche Reaktionszeit eine wesentliche Rolle bei der Messung spielt. Die Messungen der Zeit zum Entpacken des Images sind deutlich genauer, da WinRAR die verstrichene Zeit einer Operation anzeigt und diese lediglich abgelesen werden muss.

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vistaboot

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Battlefield 2 und der Start von Windows lassen wie immer keine Aussage zu - jede SSD ist für diese Aufgaben schnell genug. Interessant ist das Entpacken des ISO-Images, denn hier erreicht die RealSSD C300 einen neuen Bestwert und unterbietet den bisherigen Rekordhalter mit Samsung-Controller, der bekannt für seine hohe Transferleistung bei großen Dateien ist, ziemlich deutlich.


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Crucial liefert mit der RealSSD C300 ohne Frage ein beeindruckendes Stück Hardware. Obwohl wir nur die langsamere der beiden Modelle, nämlich die 128-GB-Version, getestet haben, lässt sie sämtliche Konkurrenz beinahe in jeder Disziplin hinter sich. Das liegt sicherlich nicht zuletzt auch am neuen SATA-6 Gbit/s-Interface, welches nun bis zu 600 MB/s zulässt. Möchte man dieses Laufwerk benutzen, sollte man darauf achten, es an einem passenden Anschluss zu betreiben, denn SATA 3 Gbit/s limitiert die Leistung der SSD messbar und bei einigen Anwendungen sogar spürbar. Wer kein Mainboard mit entsprechendem Anschluss besitzt, sollte einen Blick auf die Erweiterungskarte ASUS U3S6 werfen, mit der sich SATA 6 Gbit/s und USB 3.0 nachrüsten lassen.

Mit knapp 2,80 € pro Gigabyte gehört die 128-GB-Version der RealSSD C300 allerdings auch zu den teuersten Laufwerken mit MLC-Speicher. Die 256-GB-Version ist mit 2,22 € pro Gigabyte wieder ein Stück günstiger, kostet aufgrund der Größe allerdings fast 570 € und dürfte damit die meisten Budgets sprengen. Allerdings ist der hohe Preis sicherlich noch zu verkraften, denn man bekommt dafür ein äußerst schnelles Laufwerk.

Ärgerlich ist die nicht hundertprozentig funktionierende Implementierung des TRIM-Befehls, sodass es auch unter TRIM-fähigen Systemen möglich ist, die Leistung der SSD zum Einbruch zu bringen. Crucial hat hier jedoch bereits eine Nachbesserung angekündigt.

Unter der Prämisse, dass Crucial diesen Fehler beseitigt und in Anbetracht der sehr guten Leistung verleihen wir an dieser Stelle unseren Excellent-Hardware-Award.

Update: Es ist eine neue Firmware (Version 0002) verfügbar, welche das TRIM-Problem beseitigt.

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