Test: OCZ Vertex 3 - erste SSD mit SandForce SF-2000-Controller

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ocz_vertex3_teaserNach der erfolgreichen Vertex 2-Serie bringt OCZ nun die Vertex 3 auf den Markt, auf welcher die neuste Serie an SandForce-Controllern (SF-2000) zum Einsatz kommt. Auf unserem Sample werkelt dabei ein SF-2281-Controller, einer der kleinen Ableger aus der SF-2000-Familie. Wir schauen uns in diesem Artikel nun die neuen Features des Controllers an und schicken die Vertex 3 natürlich auch durch unseren üblichen Benchmark-Parcours.

Bei der Firma SandForce darf man wohl von einer Erfolgsgeschichte sprechen: Die erste Controller-Serie (SF-1000) bot damals einige einmalige Features, SSDs sollen damit länger halten, schneller und sicherer werden. Insbesondere der SF-1200 wusste (und weiß) zu gefallen, sodass inzwischen auch praktisch jeder Hersteller, der SSDs verkauft, ein Modell mit SandForce-Controller im Angebot hat. Die SF-2000-Serie kommt nun im Wesentlichen wieder mit den gleichen Features, setzt aber hier und da noch einen drauf. Am auffälligsten ist sicherlich das neue SATA-Interface – zeitgemäß setzt man hier auf eine 6 Gb/s-Schnittstelle, um Nettodatenraten von über 300 MB/s zu ermöglichen - hier limitierte bislang das SATA-II-Interface. Zu den technischen Details jedoch mehr auf der nächsten Seite.

Vertex3_1
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Bei dem Sample der Vertex 3, welches uns zugeschickt wurde, handelt es sich noch um ein sehr frühes Modell, entsprechend fehlen sämtliche Produktaufkleber und mögliche Beigaben wie eine Kurzanleitung oder ein Einbaurahmen - so wie auf dem Bild oben soll sie im Verkauf aussehen. Außerdem behält sich OCZ vor, in der Verkaufsversion noch Änderungen an den Bauteilen und/oder der Firmware vorzunehmen. Weiterhin kam das Sample leider so überraschend zu uns, dass wir unser neues SATA-6G-Testsystem mit nativen SATA-6G-Ports (P67-Plattform) noch nicht in Betrieb genommen hatten. Wir müssen also auf den Marvell-Chip an unserem bisherigen Testsystem zurückgreifen, der die Vertex 3 sicherlich etwas ausbremst. In einem weiteren Test in ein paar Wochen werden wir dann auch die Performance am nativen SATA-6G-Port begutachten.

Die technischen Daten tabellarisch zusammengefasst:

Hersteller und
Bezeichnung
OCZ Vertex 3
Straßenpreis ab 449 Euro (240 GB, 26.02.11)
Homepage www.ocztechnology.com
Technische Daten
Formfaktor 2,5 Zoll
Kapazität (lt. Hersteller)
240 GB
Kapazität (formatiert)
223 GiB
Verfügbare Kapazitäten
120, 240 GiB
Cache
nur intern
Controller SandForce SF-2281
Chipart MLC-NAND (2x nm)
Lesen (lt. Hersteller)
550 MB/s
Schreiben (lt. Hersteller)
500 MB/s

Herstellergarantie 3 Jahre
Lieferumfang -

sf2200
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Das bekannteste Feature der SandForce-Controller dürfte sicherlich die transparente Kompression sein. Während sich das Laufwerk gegenüber dem Betriebssystem immer mit der gleichen Kapazität meldet, werden zu schreibende Daten vorher komprimiert, sodass häufig nur ein Bruchteil der ursprünglichen Daten in den Flash-Speicher geschrieben werden muss. Diese Kompression hat gleich mehrere Vorteile: Da effektiv weniger Daten geschrieben werden, steigt die Transferrate. Des Weiteren werden weniger wertvolle Schreib-/Löschzyklen aufgebraucht (wir erinnern uns: Massenspeicher mit Flash-Speicher können im Gegensatz zu herkömmlichen Festplatten nicht beliebig oft beschrieben werden).

Doch leider sorgt dieses Feature auch häufig für Konfusion oder Enttäuschung: Während Hersteller mit der überhaupt maximal möglichen Transferrate werben, erreicht man bei einigen Benchmarks häufig weniger als die Hälfte der Herstellerangabe, was keinen Defekt oder Mangel darstellt sondern einzig und allein der Art der Daten geschuldet ist, mit denen getestet wird (nicht-komprimierbar vs. perfekt komprimierbar). SandForce darf man hier keinen Vorwurf machen, denn das Feature ist genial. Solange es keine Norm gibt, anhand derer Transferraten zu ermitteln sind, werden die Marketingabteilungen aller Hersteller weiterhin mit den größtmöglichen Zahlen werben.

Warum ist dieses Feature so wichtig? Wie gesagt verkraftet Flash-Speicher nur eine bestimmte Anzahl an Schreib-/Löschzyklen. Nun sind die Hersteller von Flash-Speicher natürlich bestrebt, immer kleinere Strukturgrößen zu erreichen, denn so passt mehr Speicherkapazität auf die gleiche Fläche und SSDs werden immer günstiger. War man am Anfang noch bei 10000 Zyklen (50 nm), ist man inzwischen nur noch bei 3000 bis 5000 Zyklen (2x bis 3x nm). Um diesen Nachteil auszugleichen, müssen die Controller stetig optimiert werden, um so wenig wie möglich zu schreiben.

Den Faktor, der das Verhältnis zwischen „Daten, die vom Host an die SSD gesendet wurden“ und „Daten, die tatsächlich in den Flash-Speicher geschrieben wurden“ angibt, nennt man Write Amplification. Bei normalen Controllern ist dieser Wert immer größer gleich eins. Warum das so ist, liegt im Wesentlichen an der Organisation des Speichers – es können keine einzelnen Zellen, sondern nur Blöcke gelöscht werden. NAND kann außerdem nicht überschrieben werden, sondern muss erst gelöscht und dann neu programmiert werde (kurz „read-modify-write“). Dazu kommt noch das Wear-Leveling, dass dafür sorgen soll, dass sich alle Zellen gleichmäßig abnutzen. Bei schlechten Controllern kann die Write Amplification in den hohen zweistelligen Bereich klettern. Gute Controller sollten deutlich im einstelligen Bereich liegen, während SandForce (aufgrund der Kompression) mit einem Faktor von 0,5 wirbt (im Alltagsbetrieb).

Ein weiteres wichtiges Feature ist das sogenannte RAISE. Dieses funktioniert ähnlich wie ein gewöhnliches RAID. Dabei wird ein Speicherbaustein vom Controller nur dazu benutzt, um Paritätsinformationen zu speichern, was die Wahrscheinlichkeit eines Datenfehlers um ein bis zwei Größenordnungen senken kann. Da Flash mit kleinerer Struktur eine höhere Packdichte ermöglicht, geht hier also theoretisch mehr Speicher verloren als bei Flash mit größerer Struktur (nachdem OCZ bei der Vertex 2 zu Flash mit kleinerer Struktur übergangen ist und genau das eingetreten ist, bietet man dort nun nach Kundenbeschwerden eine Umtauschaktion hat). Eine Möglichkeit ist nun, einfach die gleiche Packdichte wie bei größeren Flash zu benutzen, wobei hier natürlich ein Preisvorteil verloren geht. Alternativ ließe sich RAISE bei der SF-2000-Serie durch die Hersteller auch komplett abschalten, was zulasten der Bitfehlerrate geht (da SandForce mit einer überdurchschnittlich niedrigen Fehlerrate von bis zu 10-17 wirbt, wird man ohne RAISE wohl bei einer „marktüblichen“ Fehlerrate  von 10-16 bis 10-15 landen).

Die Vertex 3 wird jedenfalls mit Flash in 2x nm ausgeliefert – langfristig wird die Produktion von 3x nm Flash sowieso eingestellt werden. Solange Hersteller angemessen auf die Probleme, die Flash mit kleinerer Struktur mitbringt, reagieren, ist ein Umstieg auf kleinere Strukturen auch unbedenklich und sogar zu begrüßen, denn schließlich werden SSDs dadurch letztendlich günstiger.

Einige Features sind den großen Ablegern der SF-2000-Familie vorbehalten (erweiterte SMART-Informationen, Unterstützung von unterschiedlich großen Sektoren), wobei viele dieser Features für Privatanwender auch nicht übermäßig interessant sein dürften, auf diese Soll an dieser Stelle daher auch nicht weiter eingegangen werden.

Als wesentliche Neuerung bleibt ansonsten neben der bereits erwähnten SATA-6 Gb/s-Unterstützung noch eine verbesserte Verschlüsselung. Neben der bereits von der SF-1000-Familie bekannten AES-128-Verschlüsselung kann nun auch eine AES-256-Verschlüsselung verwendet werden. Tatsächlich können beide Verschlüsselungen sogar miteinander kombiniert werden – Im Marketing würde man dann wohl von einer 384-Bit-Verschlüsselung reden, wobei diese Aussage natürlich mit großer Vorsicht zu genießen ist.


pcb_front
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pcb_back
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Das PCB bietet einen gewohnten Anblick. Lediglich die Aufschrift auf dem Controller zeigt hier eindeutig, dass es sich um etwas Neues handelt. Gewohnt ist insbesondere auch das Fehlen eines externen Cache-Bausteins, wie ihn ansonsten alle Controller verwenden. Die SandForce-Controller hingegen kommen mit einer minimalen Menge an internem Cache aus.

Die hier getestete Vertex 3 mit SF-2281-Controller stellt allerdings noch nicht die absolute Speerspitze des OCZ Line-Ups dar. Diese wird durch die Vertex 3 EX und Vertex 3 Pro gebildet. Beide setzen auf den größeren SF-2582-Controller, wobei die „EX“ zusätzlich mit teurem SLC-Speicher bestückt wird. Da die Vertex 3 und die Vertex 3 Pro auf MLC-Speicher setzen dürfte der Geschwindigkeitsunterschied auch nur klein bis nicht vorhanden sein (analog zu den SF-1200- und SF-1500-Controllern). Wie es bei der Vertex 3 EX mit SLC-Speicher aussieht, lässt sich an dieser Stelle nicht sagen. Mit Sicherheit ist zumindest der Preis um ein vielfaches höher als bei den Vertex 3 Modellen mit MLC-Speicher, wobei der Aufpreis einen eventuellen Geschwindigkeitsvorteil auf keinen Fall rechtfertigen wird. Für Heimanwender ist die Vertex 3 (ohne Namenszusatz) also zweifelsfrei das interessanteste Modell.

Da wir unser Sample leider nur für einen äußerst kurzen Zeitraum zur Verfügung hatten und unsere neue Testplattform auf Sandy-Bridge-Basis leider gerade nicht rechtzeitig fertig geworden ist, kommt bei diesem Test nochmal unser bekanntes Testsystem zum Einsatz, wobei der SATA-6 Gb/s-Port von einem Marvell-Storage-Controller bereitgestellt wird. Dieser ist leider nicht so leistungsfähig wie die Lösungen von Intel oder AMD. Daher sind auch die beiden folgenden Diagramme mit Vorsicht zu genießen.

Als erstes schauen wir uns den Unterschied zwischen Zufallsdaten und einem sogenannten Null-Pattern an. Die bereits erwähnte Kompression sorgt dafür, dass die SSD im ersten Fall die minimale und im zweiten Fall die maximale Leistung erreicht.

compressionperformance

Es ist kaum ein Unterschied zu erkennen – woran liegt das? Offenbar ist die Vertex 3 so schnell, dass der Marvell-Storage-Controller sogar beim Test mit Zufallsdaten an seine Grenze kommt. Mit einem Null-Pattern sollte die Vertex 3 auf jeden Fall in die Nähe der Herstellerangaben kommen (550 MB/s lesen und 500 MB/s schreiben).

Was bei SSDs auf SandForce-Basis neben schöngerechneten Herstellerangaben ebenfalls häufig für Unmut gesorgt hat, ist ein Leistungsverlust nach starker Beanspruchung. Eine SandForce-SSD erreicht, wie jede andere SSD, im Auslieferungszustand oder nach einem „Secure Erase“ ihre höchste Leistung. Nach starker und/oder längerer Nutzung konnte es bei der ersten Familie der SandForce-Controller (SF-1000) nun passieren, dass die sequenziellen Transferraten bei Benchmarks, die Zufallsdaten zum Testen nehmen, deutlich einbrechen.  Obwohl das die Alltagsleistung kaum beeinflusst (abgesehen vom Kopieren von GB-großen Dateien), war es vielen Nutzern doch ein Dorn im Auge.

usedperformance

Diesen Leistungsverlust scheint man bei der neuen SF-2000-Serie wesentlich besser im Griff zu haben: Nach mehrmaligem vollständigen Beschreiben der SSD konnte kein Leistungseinbruch verzeichnet werden – zumindest im dem Bereich, in dem es der Marvell-Storage-Controller, der uns aktuell die SATA-6 Gb/s-Ports zur Verfügung stellt, zulässt.


Hardware / Treiber

Software

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.

Viele Herstellerangaben werden mit Iometer ermittelt, wir verwenden deshalb die gleichen (oder zumindest sehr ähnliche, je nach Hersteller) Einstellungen: 64 gleichzeitige Anfragen, 100% Random, Align on 4K. Aufpassen muss man aber, da Iometer mit Daten testet, die sehr gut komprimiert werden können (Null-Pattern). So erreichen SSDs mit SandForce (SF) Controller eine wesentlich höhere Leistung als bei inkompressiblen Daten. Die Ergebnisse der einzelnen Laufwerke lassen sich also nicht unbedingt eins zu eins vergleichen.

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Beworben wird die Vertex 3 mit 60.000 IOPS beim Schreiben. Hier werden nur knapp 40.000 IOPS erreicht, was man auch wieder auf den schwachen Marvell-Storage-Controller zurückführen kann. Zumindest beim Lesen lässt sich aber schon eine deutliche Steigerung gegenüber den „alten“ SSDs mit SF-1200-Controller erkennen.


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 sowie die Transferrate bei 4K-Blöcken, jeweils mit einer und 64 gleichzeitigen Anfrage(n). AS SSD gibt einen guten Überblick über die Rohleistung einer SSD. Des Weiteren testet AS SSD mit Zufallsdaten, die naturgemäß nicht komprimierbar sind. Im Gegensatz zu Iometer, was für manche SSD der Best Case ist, ist AS SSD dementsprechend der Worst Case.

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Auch bei diesem Benchmark werden wir leider wieder durch den Storage-Controller limitiert. Eine Steigerung lässt sich beim 4K (64 Threads) und sequenziellen Test allerdings trotzdem erkennen.

Mit dem eingebauten Kopierbenchmark des AS SSD Tools wird nun 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 oder das Kopieren eines (großen) Ordners.

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Trotz der Limitierung durch die Anbindung an das Mainboard sichert sich die OCZ Vertex 3 hier den zweiten Platz – übertroffen wird sie nur noch durch eine RAID-0-Lösung aus zwei SF-1200-SSDs.


Da herkömmliche Anwendungstests wie das Starten von Windows und/oder Programmen bei SSDs kaum nützlich sind (die Unterschiede würden sich häufig im Rahmen der Messtoleranz bewegen), testen wir hier die Anwendungsleistung mit Hilfe von PCMark Vantage, wobei eine ganze Reihe von verschiedenen Alltagsszenarien durchgespielt werden. Insbesondere werden bei allen bis auf einen Test auch die restlichen Komponenten (CPU, Arbeitsspeicher) mit einbezogen, sodass der Test wesentlich näher an der Realität ist als reine Tests der Datentransferleistung. Der HDD-Test bezieht sich schließlich wieder rein auf die Datenträgerleistung. Weitere Informationen zur Funktions- und Arbeitsweise von PCMark Vantage findet man bei Futuremark.

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PCMark Vantage attestiert der Vertex 3 eine enorm große Rohleistung – sie wird lediglich durch ein RevoDrive überboten, worauf allerdings zwei SF-1200-SSDs im RAID 0 zum Einsatz kommen. Auch in der Gesamtwertung kann die Vertex 3 glänzen und belegt hier sogar den ersten Platz.


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Ein endgültiges Fazit können wir an dieser Stelle unter den gegebenen Bedingungen leider noch nicht fällen. Zum einen handelt es sich noch „Beta-Hardware“ (OCZ), zum anderen ist unser Testsystem schlicht zu langsam für die neue Generation an SSDs. Aus diesem Grund werden die nächsten Test auf Basis einer Sandy-Bridge-Plattform mit nativer Unterstützung für SATA 6 Gb/s stattfinden, sodass wir nicht mehr auf den Marvell-Storage-Controller angewiesen sind, wie er von praktisch allen Herstellern auf sehr vielen Mainboards verbaut wurde. Denn zumindest eins hat dieser Test eindeutig gezeigt: Die SATA-6 Gb/s-Ports des Marvell-Controllers sind praktisch wertlos. Wer eine SSD aus der neusten Generation optimal betreiben möchte, kommt um eine Plattform mit nativer SATA 6 Gb/s Unterstützung also nicht herum. Einen entsprechenden Nachtest werden wir selbstverständlich liefern.

Was gibt es konkret über die OCZ Vertex 3 und die neuen SandForce-Controller zu sagen? Man darf auf jeden Fall sagen, dass es sich bei der neuen SF-2000-Familie im Vergleich zu den SF-1000-Controllern nicht nur um eine gewöhnlichen Entwicklungsschritt handelt, sondern um eine kleine Revolution. Besonders wichtig ist dabei natürlich der SATA-6 Gb/s-Anschluss, der nicht nur zu reinen Marketingzwecken dient, sondern tatsächlich notwendig ist, damit die SSD ihre Leistung voll entfalten kann. Auch wurde offenbar das Problem des Leistungsverlusts angegangen. Sind SandForce-SSDs der ersten Generation unter bestimmten Umständen und Benchmarks teilweise bis zu 50% eingebrochen, scheint der SF-2000-Controller in der Lage zu sein, die fabrikneue Leistung auch tatsächlich zu halten. Eine genauere Untersuchung ist hier allerdings noch notwendig, diese wird in einem weiteren Test mit neuer Plattform selbstverständlich folgen. Auch die transparente Kompression ist weiterhin mit dabei und verspricht eine längere Haltbarkeit der SSD, insbesondere im Hinblick auf die „2x-nm-Problematik“.

Aktuell scheint die OCZ Vertex 3 also die schnellste SSD zu sein – sollte man also sofort zuschlagen? Nicht unbedingt. Zum einen ist es natürlich immer eine gute Idee, bei neuer Hardware erst einige Wochen abzuwarten, ob sich möglicherweise Kinderkrankheiten zeigen. Zum anderen stehen viele weitere Neuankündigungen ins Haus, die ebenfalls eine hohe Leistung versprechen. Aktuell können wir die Vertex 3 nur mit SSDs der vorherigen Generation vergleichen. Es bleibt also abzuwarten, was z.B. die neue Generation von Intel oder Marvell zu bieten hat. Erst in diesem Kontext wird es möglich sein, ein endgültiges Urteil über die Vertex 3 abzugeben. Abgesehen davon kann man mit der OCZ Vertex 3  nicht viel falsch machen, wer also nicht mehr länger warten will, kann problemlos zuschlagen und erhält ein erstklassiges Stück Hardware.

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Positive Aspekte der OCZ Vertex 3:

Negative Aspekte der OCZ Vertex 3:

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