Seite 2: Die Samsung SSD 850 EVO im Detail

Die wesentliche Neuerung, die Samsung mit der 850 PRO/EVO Serie eingeführt hat, ist 3D V-NAND. Doch was heißt 2D und 3D bei Flashspeicher? Herkömmliche (2D-)Speicherzellen besitzen eine „flache" Struktur und werden in einer Ebene angeordnet. Möchte man mehr Speicherplatz, muss man entweder die Strukturgröße verkleinern oder die Chipfläche vergrößern. Beides ist mit enormen Kosten verbunden, bei der Strukturgröße stößt man außerdem immer mehr an physikalische Grenzen, denn die Zellen liegen inzwischen so nah zusammen, dass Interferenzeffekte zwischen den Zellen nicht mehr vernachlässigt werden können. Zwar lassen sich mehrere 2D-Dies in einem Chipgehäuse stapeln, doch stößt man auch hier sehr schnell an die Grenzen des Machbaren.

2d-vs-3d

Der Ansatz bei 3D-Speicher ist daher ein völlig anderer. Um einen anschaulichen Vergleich zu machen: Statt Reihenhäuser baut man nun Hochhäuser. So kann man sich eine einzelne Speicherzelle als einen Zylinder vorstellen, bei dem der äußere Ring das Control Gate ist, während darin ein weiterer konzentrischer Zylinder liegt, bei dem es sich um einen Isolator handelt – hier werden die Elektronen und damit die Information gespeichert. In der Mitte befindet sich schließlich ein Polysilicium-Kanal. Das obere Bild (Quelle: Samsung) zeigt den strukturellen Unterschied zwischen 2D- und 3D-Speicher.

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Aktuell stapelt Samsung 32 Schichten (Layer), bis 2017 prognostiziert man jedoch bis zu 100 Schichten stapeln zu können. Bei der Fertigungstechnologie ist Samsung bei 3D V-NAND mehrere Schritte zurückgegangen und setzt auf vergleichsweise alte Prozesse, der Speicher der 850 PRO wird in 40 nm gefertigt. Samsung erreicht damit trotzdem eine höhere Speicherdichte im Vergleich zu 2D-Speicher der 1x nm-Klasse, wie das Bild oben (Quelle: Samsung) verdeutlicht.

Gleich geblieben ist die TurboWrite-Technik, die wir ebenfalls schon von der 840 EVO kennen. Dabei wird ein kleiner Bereich des gesamten Speichers reserviert und mit nur einem statt drei Bits programmiert. Da die Programmierung von einem Bit sehr schnell abgeschlossen ist, ist die Performance entsprechend höher. Dieser Bereich wird TurboWrite-Cache genannt und genutzt, um sämtliche Schreibzugriffe zwischenzuspeichern.

Ungleich: Die Platine des 1 TB-Modells (links) ist deutlich größer

Von dort werden die Daten schließlich in den TLC-Speicher (3-Bit) Speicher geschrieben, damit der TurboWrite-Cache neue Daten aufnehmen kann. Der TurboWrite-Cache der Samsung SSD 850 EVO hilft insbesondere den kleineren Modellen der Serie und wirkt sich sehr stark auf die sequenzielle Schreibrate aus, wie die folgende Tabelle zeigt.

Einfluss des TurboWrite-Caches
 mit Cacheohne Cache
Kapazität 120 GB 1 TB 120 GB 1 TB
Seq. schreiben (MB/s) 425,78 456,03 144,49 456,61

Bei der Spalte „mit Cache" wurde mit Iometer fünf Sekunden lang sequenziell auf das Laufwerk geschrieben, bei der Spalte „ohne Cache" insgesamt 60 Sekunden, wobei die Geschwindigkeit wieder über die letzten fünf Sekunden ermittelt wurde. Wie man sieht, sind das 120 GB und das 1 TB Modell gleichschnell, solange beide den TurboWrite-Cache nutzen können. Ist der Cache des 120 GB Modells voll, sinkt die Schreibrate jedoch beachtlich. Beim 1 TB-Modell messen wir hingegen kaum einen Unterschied. Von Samsung gibt es außerdem offizielle Angaben zur Performance mit und ohne TurboWrite-Cache:

Einfluss des TurboWrite-Caches (lt. Hersteller)
 mit Cacheohne Cache
Kapazität (GB) 120 250 500 1 TB 120 250 500 1 TB
Seq. schreiben (MB/s) 520 520 520 520 150 300 500 520
4K Random QD32 (IOPS) 88k 88k 90k 90k 38k 70k 80k 80k

Der TurboWrite-Cache ist eine sehr sinnvolle Maßnahme zur Steigerung der Performance, da es nur eine einzige Einschränkung an seine Wirksamkeit gibt, nämlich seine Größe. Mit 3 GB beim kleinsten Modell, über 6 GB bis hin zu 12 GB beim größten Modell sollte er jedoch ausreichend bemessen sein, um praktisch alle Alltagssituationen beschleunigen zu können.

Der Aufbau einer dreidimensionalen Zelle (Quelle: Samsung)

Samsung bewirbt zusammen mit der SSD 850 EVO Series außerdem eine verbesserte Version des sog. RAPID-Modus. Dabei wird der Arbeitsspeicher des Rechners mit Hilfe einer Software als weitere Cache-Ebene genutzt. In der Vergangenheit waren diese Software-Beschleuniger jedoch häufig Etikettenschwindel, denn während einfache Benchmarks wie beispielsweise AS SSD oder CrystalDiskMark extrem hohe Werte anzeigen, ist im Alltag wenig bis nichts von dieser vermeintlichen Mehrleistung angekommen. Wir würden dem neuen RAPID-Modus an dieser Stelle gerne auf den Zahn fühlen, doch weigert sich unser Testsystem nach der Aktivierung von RAPID zu starten. Für den Test stand uns nur eine Beta-Version des Samsung SSD Magician zur Verfügung, sodass evtl. noch Inkompatibilitäten vorhanden sind. Wir haben Samsung davon in Kenntnis gesetzt.