Samsung SSD 850 PRO von 128 GB bis 1 TB im Test

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teaserDie Samsung SSD 840 PRO Series war zwei Jahre lang auf dem Markt und dabei stets mit an der Spitze in unseren Benchmark-Diagrammen - und das obwohl in der Zwischenzeit viele andere SSDs auf den Markt gekommen sind. So gut sich die 840 PRO auch heute noch schlägt, wird sie jetzt von der Samsung SSD 850 PRO abgelöst. Dabei handelt es sich um deutlich mehr als nur Produktpflege, denn Samsung setzt hier erstmals 3D V-NAND in einer Consumer-SSD ein. Gegenüber MLC NAND soll der neue Speichertyp sowohl haltbarer als auch schneller sein und gleichzeitig eine noch höhere Datendichte ermöglichen.

Was Flashspeicher angeht, dürfte Samsung die größte Innovationskraft sein. Zwar haben wir Crucial in der Vergangenheit auch immer wieder gelobt, zuletzt bei der Crucial MX100 für die Verwendung von 16 nm MLC NAND mit einer Speicherdichte von 256 Gbit pro Die, doch ist Samsung eher für radikalere Änderungen zuständig: Letztes Jahr hat die Samsung SSD 840 Series als erste SSD mit TLC NAND (3 Bit pro Zelle) von uns den Technik-Award bekommen. Mit der Samsung SSD 850 PRO Series wird jetzt sogar die technologische Basis des Flashspeichers grundlegend geändert.

Die Samsung 850 PRO gibt es von 128 GB bis zu einem Terabyte

Egal ob SLC, MLC oder TLC, alle Speichertypen haben eine wesentliche Gemeinsamkeit: Die Zellen sind planar, also in einer Ebene, angeordnet. Eine höhere Speicherkapazität bedeutet, dass die Grundfläche erhöht werden muss. Zwar ist es üblich, mehrere Dice übereinander zu stapeln, sodass ein Speicherchip durchaus auch in die Höhe und nicht nur in der Grundfläche wachsen kann. Doch gerät man auch damit recht schnell an eine Grenze, denn „gestapelte“ Dice im selben Chipgehäuse verschlechtern die Signalqualität. Im Gegensatz dazu besitzen die Zellen bei 3D V-NAND selbst schon einen dreidimensionalen Aufbau aus konzentrischen Zylindern und können so viel einfacher gestapelt werden. 

Die technischen Daten tabellarisch zusammengefasst:

Hersteller und
Bezeichnung
Samsung SSD 850 PRO
Straßenpreis 1 TB: 729 Euro (UVP)
512 GB: 469 Euro (UVP)
256 GB: 239 Euro (UVP)
128 GB: 140 Euro (UVP)
Homepage www.samsung.com
Technische Daten  
Formfaktor 2,5 Zoll
Kapazität (lt. Hersteller) 128, 256, 512 GB, 1 TB
Kapazität (formatiert) 119, 238, 477, 954 GiB
Verfügbare Kapazitäten 128, 256, 512 GB, 1 TB
Cache

128GB: 256MB (LPDDR2)
256-512 GB: 512MB (LPDDR2)
1TB: 1GB (LPDDR2)

Controller Samsung MEX
Chipart 3D V-NAND
Lesen (lt. Hersteller) 550 MB/s
Schreiben (lt. Hersteller) 520 MB/s (128 GB: 470 MB/s)
   
Herstellergarantie Zehn Jahre
Lieferumfang -

Nach einem Blick auf die Technik hinter dem neuen 3D V-NAND lassen wir die neue 850-Pro-Serie von Samsung natürlich auch noch in den Benchmarks antreten.


Um die Technologie hinter 3D V-NAND zu verstehen, erinnern wir uns zunächst daran, wie eine klassische Zelle funktioniert. Das folgende Bild skizziert dabei den Aufbau: Neben den Steuerelektroden besitzt eine Flashzelle ein sog. Floating-Gate, welches elektrisch isoliert ist. In diesem Floating-Gate werden letztendlich die Daten in Form von Elektronen gespeichert, die durch die Isolationsschicht durchgetunnelt werden und sich im Floating-Gate sammeln, aus welchem sie dank der Isolation von alleine nicht mehr abfließen können. Um die Elektronen wieder zu entfernen, wird eine vergleichsweise hohe Spannung (ca. 20 V) benötigt.

Floating gate transistor

Die Menge der gespeicherten Elektronen entspricht dabei der gespeicherten Information. Eine Single-Level-Zelle (SLC) kennt genau zwei Zustände, nämlich gelöscht (0) und programmiert (1). Eine 2-bit Zelle (MLC) kann somit insgesamt vier Zustände speichern (00, 01, 10 und 11) und bei einer 3-bit Zelle (TLC) sind es sogar acht. Diese Zustände zu unterscheiden ist mit wachsender Anzahl der Zustände immer schwieriger und hat auch einen direkten Einfluss auf die Haltbarkeit. Während Elektronen durch die Isolationsschicht tunneln, nutzt sich diese ab. Die Messung der gespeicherten Ladung wird immer ungenauer und da die Abstände zwischen unterschiedlichen Zuständen mit steigender Anzahl der Zustände immer kleiner werden, kommt es hier irgendwann zu Fehlern und die Zelle kann nicht mehr verwendet werden.

Einen Einfluss auf die Haltbarkeit hat jedoch nicht nur die Anzahl der Zustände, sondern auch die Strukturgröße, in welcher der Speicher gefertigt wurde. Eine kleinere Strukturgröße führt offensichtlich zu dünneren Isolationsschichten, die sich schneller abnutzen. Während wir am Anfang noch MLC-Speicher in 50 nm gesehen haben, der bis zu 10.000 Zyklen aushält, ist Speicher in 20 nm nur noch für ca. 3.000 Zyklen gut. Die Hersteller konnten diese Reduktion der Zyklen durch immer bessere Wear-Leveling- und Fehlerkorrekturalgorithmen bisher allerdings hervorragend abfangen, sodass es bei der tatsächlichen Haltbarkeit keine großen Unterschiede gibt.

Die vier verschiedenen Varianten der Samsung SSD 850 PRO und ihr Innenleben

Doch wird selbstverständlich auch hier irgendwann eine physikalische Grenze erreicht, nämlich dann, wenn die Strukturen so klein werden, dass sich benachbarte Zellen gegenseitig beeinflussen. Die 16 nm des MLC-Speichers auf der Crucial MX100 dürften hier schon die vorletzte Stufe sein, bevor diese Grenze erreicht ist. Die radikale Änderung bei 3D V-NAND liegt nun bei der Anordnung der verschiedenen Schichten. Statt einer flachen zweidimensionalen Bauweise kommen bei 3D V-NAND konzentrische Zylinder zum Einsatz. Dabei umgibt das außenliegende Control Gate eine Schicht aus Siliciumnitrid, die die Ladung hält und damit das bisherige Floating Gate ersetzt. Dies wird Charge-Trap-Technik genannt und kommt auch bei planarem NAND zum Einsatz. Diese Schicht liegt schließlich um die innere Silizium-Schicht, welche die Source- und Drain-Anschlüsse darstellt. Diese kleinen zylinderförmigen Speicherzellen werden zum Schluss aufeinander gestapelt, sodass sich eine dreidimensionale Bauweise gibt.

Der 3D V-NAND, welcher in der Samsung SSD 850 PRO zum Einsatz kommt, besitzt insgesamt 32 Schichten. Zum Vergleich: Beim Die-Stacking sind 16 aufeinander gestapelte Dice schon außergewöhnlich viel. Samsung verspricht hierbei gegenüber klassischem 20nm MLC NAND eine zwei Mal höhere Dichte und Schreibgeschwindigkeit. Aufgrund der höheren Performance des 3D V-NAND besitzt schon das 128 GB-Modell der Samsung 850 PRO eine hohe sequenzielle Schreibrate und die maximale Performance wird bereits mit dem 256 GB-Modell erreicht, wie die folgende Tabelle zeigt:

Samsung SSD 850 PRO
Performance128 GB256 GB512 GB1 TB
Seq. lesen [MB/s] 550 550 550 550
Seq. schreiben [MB/s] 470 520 520 520
4K lesen (QD 1) [IOPS] 10.000 10.000 10.000 10.000
4K schreiben (QD 1) [IOPS] 36.000 36.000 36.000 36.000
4K lesen (QD 32) [IOPS] 100.000 100.000 100.000 100.000
4K schreiben (QD 32) [IOPS] 90.000 90.000 90.000 90.000

Während der Flash-Speicher eine sehe große Neuerung ist, setzt man bei der restlichen Hardware auf Bewährtes. Beim Controller handelt es sich um den hauseigenen Samsung MEX, den wir schon von der Samsung SSD 840 EVO kennen. In der 850 PRO wird natürlich eine auf 3D V-NAND angepasste Version zum Einsatz kommen. Unterstützt wird der Controller von Low-Power DDR2-RAM, wobei das kleinste Modell mit 128 GB einen 256 MB großen Cache besitzt, bei den Versionen mit 256 und 512 GB sind es 512 MB. Beim Topmodell mit einem Terabyte wird sogar ein Gigabyte Cache verlötet.

Auch bei den restlichen Spezifikationen hat Samsung bei der 850 PRO nicht gespart: Mit einer 256 Bit AES-Verschlüsselung und der Unterstützung für TCG Opal 2.0 bzw. Microsoft eDrive lässt sich das Laufwerk ohne Leistungsverlust transparent verschlüsseln, passendes Betriebssystem vorausgesetzt: Die Hardwareverschlüsselung nutzt Microsoft BitLocker erst ab Windows 8, bei früheren Versionen oder SSDs ohne eDrive-Untertsützung ist die Verschlüsselung rein auf Softwarebasis und kostet daher 10-20% Performance.

Aus einer Hand: Controller, Cache und 3D V-NAND von Samsung

Was die Haltbarkeit der Samsung SSD 850 PRO angeht, gibt es keinen Grund zur Sorge: Das Datenblatt gibt einen Wert von 40 GB geschriebenen Daten pro Tag an. Da dieser Wert unabhängig von der Kapazität angegeben wird, dürften die größeren Versionen der 850 PRO noch einmal deutlich mehr aushalten. Zum Vergleich: Die Intel SSD 730 Series, ebenfalls im Highend- bzw. Enthusiasten-Segment positioniert, ist in der 240 GB Version für 50 GB pro Tag spezifiziert und in der 480 GB Version für 70 GB pro Tag. Abgerundet wird alles mit einer zehnjährigen Garantie, fünf Jahre mehr als im Highend-Bereich üblich.

Bevor wir zu den eigentlichen Benchmarks kommen, untersuchen wir die Performance der Samsung SSD 850 PRO nach starker Belastung. Dazu lassen wir zuerst über das fabrikneue Laufwerk den HDTach-Benchmark laufen, um die Performance im Auslieferungszustand zu bestimmen. Danach starten wir Iometer und schreiben solange auf das Laufwerk, bis es abermals vollständig gefüllt wurde, dieses Mal allerdings mit 4K-Blöcken und zufälligen Schreibzugriffen bei einer Queue Depth von 64. Wir haben diesen Test sowohl mit der 512 als auch mit der 256 GB großen Version der Samsung SSD 850 PRO durchgeführt. Bei der 256 GB-Version haben wir außerdem getestet, wie sich ein zusätzliches Over-Provisioning von 20% auswirkt. Die Ergebnisse sämtlicher Tests finden sich zusammengefasst in der folgenden Tabelle. Die Werte stellen jeweils den Durchschnittswert dar, ein Klick auf das entsprechende Ergebnis führt zum HDTach-Screenshot.

Samsung SSD 850 PRO Belastungstest
Modell NeuGebraucht
 LesenSchreibenLesenSchreiben
512 GB 488 MB/s 462,9 MB/s 487,4 MB/s 92,3 MB/s
256 GB 488,4 MB/s 460,6 MB/s 487,5 MB/s 94,2 MB/s
256 GB + 20% OP 487,8 MB/s 236,8 MB/s

Die Schreibrate fällt deutlich ab, allerdings haben wir hier auch schon schlechtere (und manchmal bessere) Ergebnisse gesehen. Bemerkenswert ist, dass die Lesegeschwindigkeit nach unserem Belastungstest nicht abgenommen hat. Viele Laufwerke lesen nach diesem Test auch deutlich langsamer, das ist bei der Samsung SSD 850 PRO nicht der Fall - ein sehr gutes Ergebnis. Die mittlere Schreibrate beim Test mit zusätzlichen Over-Provisioning ist mit Vorsicht zu genießen, da HDTach stets über die gesamte Kapazität testet. Der letzte Teil, in welchem die Geschwindigkeit konstant ist, wäre dem Nutzer eigentlich gar nicht zugänglich. Doch das Ergebnis mit zusätzlichem Over-Provisioning ist trotzdem deutlich besser, denn die Kurve fängt bereits bei knapp 100 und nicht 50 MB/s an. Für den Alltagsbetrieb benötigt man freilich kein zusätzliches Over-Provisioning, diese Option dürfte hauptsächlich für Server mit enormer Schreiblast interessant werden.


testsys

Hardware

Software

Anmerkungen

Sofern nicht anders angegeben, werden alle Laufwerke an einem SATA-6 Gb/s-Port des P67-Chipsatzes getestet. Um zufällige Schwankungen bei den Messungen zu minimieren, wurden im BIOS SpeedStep sämtliche C-States sowie der Turbo-Modus deaktiviert. Außerdem wurde LPM (Link Power Management) durch einen Registry-Eintrag deaktiviert.

Mit Ausnahme von PCMark werden alle Benchmarks mit der zu testenden SSD als sekundärem Laufwerk durchgeführt. Für PCMark wird ein vorgefertigtes Image auf die zu testende SSD eingespielt, da die komplette Benchmarksuite nur durchgeführt werden kann, wenn das zu testende auch gleichzeitig das Systemlaufwerk ist.


Iometer ist ein recht universeller Benchmark, mit dessen Hilfe sich die Rohleistung eines Laufwerks mit nahezu allen erdenklichen Zugriffsmustern untersuchen lässt. In der aktuellen Version ist außerdem die Möglichkeit hinzugekommen, das Datenmuster auszuwählen. Von besonderem Interesse sind hier die Optionen „Repeating bytes“ und „Full random“. Die erste Option erzeugt immer die gleichen Datenmuster, sodass ein Controller diese Daten stark komprimieren kann. Das machen bei weitem nicht alle Controller, manche (z.B. SandForce) besitzen allerdings eine transparente Kompression und erreichen so, stark abhängig vom Datenmuster, eine höhere oder niedrigere Datenübertragungsrate. Die zweite Option erzeugt einen 16 MB großen Puffer mit Daten hoher Entropie, sodass eine Kompression sehr schwer (allerdings nicht komplett unmöglich) wird. Controller, die komprimieren, werden daher mit beiden Datenmustern getestet und die Ergebnisse mit der Einstellung „Full random“ entsprechend gekennzeichnet. Die Standardeinstellung ist „Repeating bytes“, so werden meistens auch die Herstellerangaben ermittelt.

Während die minimale Anfragetiefe (auch Queue Depth, kurz QD) von eins typisch für ein Desktopsystem ist (sie kann auch geringfügig höher sein, befindet sich jedoch meistens deutlich im einstelligen Bereich), zeigt der Test mit QD 32 das Maximum dessen, wozu die SSD imstande ist. Derart hohe Anfragetiefen erreicht man unter normalen Umständen allerdings nur in Mehrbenutzer- bzw. Serverumgebungen.

Der 4K-Test wird über einen Bereich von 8M logischen Sektoren (512 Byte) durchgeführt, der sequenzielle Test findet über die komplette Kapazität des Laufwerks statt.

Iometer

4K lesen (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

Iometer

4K schreiben (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

Iometer

4K lesen (QD 3)

MB/s
Mehr ist besser

Iometer

4K schreiben (QD 3)

MB/s
Mehr ist besser

Iometer

4K lesen (QD 32)

MB/s
Mehr ist besser

Iometer

4K schreiben (QD 32)

MB/s
Mehr ist besser

Iometer

Sequenziell lesen (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

Iometer

Sequenziell schreiben (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

Hier zeigt die Samsung SSD 850 PRO, was Sache ist. Insbesondere die Lesegeschwindigkeit bei niedrigen Anfragetiefen ist beeindruckend.


Der AS SSD Benchmark wurde, wie der Name vermuten lässt, speziell für SSDs entwickelt. Es werden komplett inkompressible Daten verwendet, sodass dieser Benchmark für komprimierende Controller praktisch ein Worst-Case-Szenario darstellt. Sequenzieller- und 4K-Test finden bei einer Queue Depth von eins statt. Für Desktopsysteme ist auch hier wieder der 4K-Test mit QD 1 am wichtigsten, wohingegen der Test mit QD 64 wieder das Maximum (mit aktiviertem NCQ) zeigt.

AS SSD Benchmark

4K lesen (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

AS SSD Benchmark

4K schreiben (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

AS SSD Benchmark

4K lesen (QD 64)

MB/s
Mehr ist besser

AS SSD Benchmark

4K schreiben (QD 64)

MB/s
Mehr ist besser

AS SSD Benchmark

Sequenziell lesen (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

AS SSD Benchmark

Sequenziell schreiben (QD 1)

MB/s
Mehr ist besser

Auch hier zeigt die Samsung SSD 850 PRO ihre Stärken. Lediglich das kleinste Modell mit 128 GB ist beim sequenziellen Schreiben etwas langsamer, erreicht aber immer noch einen sehr guten Wert.


Der Kopierbenchmark gibt Aufschluss darüber, wie schnell innerhalb des Laufwerks Daten kopiert werden können. Die verwendeten Muster entsprechen typischen Szenarien: ISO (zwei große Dateien), Programm (viele kleine Dateien), Spiel (große und kleine Dateien gemischt).

AS SSD Benchmark

Kopierbenchmark - Iso

MB/s
Mehr ist besser

AS SSD Benchmark

Kopierbenchmark - Programm

MB/s
Mehr ist besser

AS SSD Benchmark

Kopierbenchmark - Spiel

MB/s
Mehr ist besser

Auch beim Kopieren von Daten belegt die Samsung SSD 850 PRO die ersten Plätze. Die Samsung SSD 840 EVO und Toshiba Q sind hier nicht direkt vergleichbar, denn beide Laufwerke können die maximale Performance nicht die ganze Zeit liefern. Während die Samsung SSD 840 EVO der Performance mit einem SLC-Cache kurzfristig auf die Sprünge hilft, liefert die Toshiba Q die maximale Performance nur bis die Hälfte der SSD gefüllt ist.


PCMark 7 ist der direkte Nachfolger der älteren Vantage-Version und ist, wie der Name bereits vermuten lässt, auf die Verwendnung mit Windows 7 optimiert. Im Vergleich zum Vorgänger wurden die Benchmarks in andere Kategorien eingeteilt, wobei, abgesehen vom Storage-Benchmark, alle Tests wieder die reale Leistung des Systems ermitteln, indem neben der SSD (oder HDD) alle anderen Komponenten des Systems (CPU, Arbeitsspeicher, Grafikkarte) ebenfalls in die Tests mit einbezogen weren. Wer an allen Einzelheiten interessiert ist, dem sei das umfangreiche PCMark 7 Whitepaper (PDF) als Lektüre empfohlen.

Erfreulicherweise hat die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse im Vergleich zur Vorgängerversion enorm zugenommen, so unterscheiden sich die Punktzahlen bei mehreren Durchläufen fast immer um weniger als 0,5%. Dadurch ist es nun deutlich einfacher, Performance-Unterschiede zwischen mehreren SSDs auszumachen, die nicht nur einer Messschwankung geschuldet sind.

PCMark 7

Gesamtwertung

Punkte
Mehr ist besser

PCMark 7

Storage

Punkte
Mehr ist besser

PCMark 7

Lightweight

Punkte
Mehr ist besser

PCMark 7

Productivity

Punkte
Mehr ist besser

PCMark 7

Entertainment

Punkte
Mehr ist besser

PCMark 7

Creativity

Punkte
Mehr ist besser

PCMark 7

Computation

Punkte
Mehr ist besser

Die Samsung SSD 850 PRO lässt auch im Alltag keine Zweifel an ihrer Performance.


Wer die derzeit schnellste SATA-SSD sucht, wird bei der Samsung SSD 850 PRO fündig. Die Performance lässt keinerlei Wünsche offen, selbst das kleinste Modell mit 128 GB kann sehr gut mithalten. Dabei greift Samsung bei der 850 PRO nicht auf performancesteigernde Tricks wie einen SLC-Cache oder Pseudo-SLC-Modus zurück, sondern kann die Performance durchgängig liefern.

Die Samsung SSD 850 PRO ist die neue Highend-Referenz

Maßgeblich verantwortlich für diese Performance dürfte nicht zuletzt der neue 3D V-NAND sein, der mit der Samsung SSD 850 PRO erstmalig in einer Consumer-SSD zum Einsatz kommt. Mit diesem neuen Speichertyp einher geht nicht nur eine hohe Performance, sondern auch eine höhere Haltbarkeit: Samsung spezifiziert die Samsung SSD 850 PRO für eine Schreiblast von 40 GB pro Tag.

Auch bei Kompatibilität und Zuverlässigkeit sollte es bei der Samsung SSD 850 PRO keine Bedenken geben. Samsung setzt auf den bereits erprobten MEX-Controller und fertigt alle Komponenten im eigenen Haus. Zusätzlich kann man auf Erfahrungen aus dem OEM-Geschäft zurückgreifen. Samsung scheint von der Qualität der 850 PRO sehr überzeugt zu sein, gibt man doch eine zehnjährige Garantie. Im Highend-Bereich üblich sind meistens nur fünf Jahre.

Aktuelle Preise (Auswahl)
 Samsung SSD 850 PROCrucial M550Intel SSD 730 Series
128 GB 140 Euro (UVP) 73,11 Euro -
256 GB 239 Euro (UVP) 121,46 Euro 166,94 Euro
512 GB 469 Euro (UVP) 221,26 Euro 329 Euro
1 TB 729 Euro (UVP) 385,44 Euro -

Dass es die Samsung SSD 850 PRO nicht für den Preis einer Crucial M550 gibt, sollte daher auch klar sein. Der Preis wird bei großflächiger Verfügbarkeit, geplant ist mitte Juli, gegenüber der UVP zwar sicherlich noch etwas sinken, ein Schnäppchen wird die Samsung 850 PRO jedoch nicht werden – doch das muss sie auch nicht, denn man bekommt für den Mehrpreis auch das Entsprechende geboten. Die Samsung SSD 850 PRO bekommt unsere uneingeschränkte Empfehlung.

samsung-850pro-award-small

Positive Aspekte der Samsung SSD 850 PRO:

Negative Aspekte der Samsung SSD 850 PRO: