Seite 2: Die Western Digital Blue SSD im Detail

Bei der Western Digital Blue SSD-Reihe handelt es sich um Laufwerke mit SATA-Interface, die in den drei Kapazitäten 250 GB, 500 GB und 1 TB verfügbar sind und damit die am häufigsten nachgefragten Größen abdecken. Neben der Kapazität kann man auch zwischen zwei Bauformen wählen, nämlich dem klassischen 2,5-Zoll-Format mit 7 mm Bauhöhe und dem kompakten M.2-Format.

Obwohl die meisten M.2-SSDs via PCI-Express angebunden werden, sieht der Standard auch eine SATA-Schnittstelle vor, die bei der Western Digital Blue SSD auch genutzt wird. Dementsprechend ist von der M.2-Version des Laufwerks keine höhere Performance zu erwarten. Der M.2-Standard sieht hingegen nicht vor, dass ein Steckplatz sowohl PCI-Express als auch SATA anbietet: In einem Steckplatz, der nur für PCI-Express-Laufwerke gedacht ist, funktioniert die Western Digital Blue SSD dementsprechend nicht. Die Einkerbungen an der Steckerleiste verhindern in diesem Fall nicht, dass man das Laufwerk in einen inkompatiblen Sockel steckt.

Technisch ist die Western Digital Blue SSD wenig aufregend. Gesteuert wird das Laufwerk von einem Marvell 88SS1074-Controller, der den Speicher über vier Kanäle und ein Toggle-Interface anspricht. Um auch modernen 15 und 16 nm-Speicher zu unterstützen, arbeitet der Controller mit einer LDPC-Fehlerkorrektur. Ferner wird der DEVSLP-Stromsparmodus sowie eine 265-Bit AES-Verschlüsselung unterstützt. Auf die Verschlüsselung findet sich im Datenblatt der Western Digital Blue SSD allerdings kein Hinweis, sodass diese wohl in der Firmware deaktiviert wurde.

Der Flash-Speicher stammt wie zu erwarten von SanDisk, speichert 3 Bit pro Zelle (TLC) und ist in 15 nm gefertigt. Die Western Digital Blue SSD ist mit einer dreijährigen Garantie ausgestattet, wobei sich der Garantiezeitraum verkürzt, wenn man vorzeitig die spezifizierte Schreiblast (TBW) erreicht.

Maximale Schreiblast (TBW)
Kapazität / GB120-128240-275480-5251.0002.000
Samsung 750 EVO 35 TB 70 TB 100 TB - -
Samsung 850 EVO - 75 TB 150 TB 150 TB 300 TB
Crucial MX300 - 80 TB 160 TB 360 TB 400 TB
Samsung 960 EVO - 100 TB 200 TB 400 TB -
Western Digital Blue - 100 TB 200 TB 400 TB -
Intel SSD 600p 72 TB 144 TB 288 TB 576 TB -
ADATA SX8000 80 TB 160 TB 320 TB 640 TB -
Samsung 960 PRO - - 400 TB 800 TB 1,2 PB
Zotac Sonix SSD - - 698 TB - -
Corsair MP500 175 TB 349 TB 698 TB - -

Die praktische Relevanz des TBW-Werts ist allerdings eher gering, denn zum Einen erreicht man diesen Wert selbst als Power-User kaum, zum Anderen ist davon auszugehen, dass der Speicher ein Vielfaches der spezifizierten Schreibvorgänge aushält. Den Herstellern geht es beim TBW-Wert vor allem darum, den Einsatz in Servern und Enterprise-Umgebungen einzuschränken.

Wie inzwischen bei praktisch jedem Laufwerk gehört auch bei der Western Digital Blue SSD ein Pseudo-SLC-Cache zur Ausstattung. Ein Teil des Speichers wird mit nur einem statt drei Bits programmiert, was die Performance zumindest kurzfristig steigert. Wie groß der Einfluss des SLC-Caches ist, hängt nicht zuletzt davon ab, wie sich das Laufwerk verhält, wenn dieser Cache voll ist. Denn dann ist der Controller gezwungen, die ankommenden Daten direkt in den langsameren TLC-Speicher zu schreiben.

Am einfachsten lässt sich der SLC-Cache untersuchen, wenn das Laufwerk sequenziell mit Daten gefüllt wird. Ist der Cache voll, bricht die Performance meistens deutlich ein.

de WDC WDS100T1B0A 00H9H0 CACHE.csv 500

Nach 33 Sekunden ist beim 1-TB-Modell ein Einbruch der Performance zu verzeichnen. Bis zu diesem Punkt wurden 13,8 GB mit hoher Geschwindigkeit geschrieben. Ab diesem Punkt beträgt die durchschnittliche Schreibrate dann immerhin noch rund 274 MB/s. Größere Modelle besitzen in der Regel auch einen größeren Cache, sodass der Cache beim 500-GB-Modell wie erwartet deutlich früher voll ist. Mit maximaler Geschwindigkeit kann hier nur für gut 7 Sekunden geschrieben werden, was einer Datenmenge von 3,2 GB entspricht. Ab diesem Punkt schreibt das Laufwerk mit durchschnittlich rund 300 MB/s weiter und ist damit schneller als das 1-TB-Modell. 

de WDC WDS500G1B0B 00AS40 CACHE.csv 500

Wie jede Komponente produzieren auch SSDs Abwärme. Bei SATA-Laufwerken im 2,5-Zoll-Format ist dies jedoch selten ein Problem, da sie ein relativ großes Metallgehäuse besitzen, über welches die Wärme auch ohne Luftzug ausreichend abgeführt werden kann. Problematischer wird es jedoch bei Laufwerken im M.2-Format, denn die kompakte Bauform zwingt die Abwärme auf eine deutlich kleinere Fläche. Auch besitzen sie kein zusätzliches Gehäuse, sodass die Abwärme nur direkt über die Chips und die Platine abgeführt werden kann.

Im Fall der Western Digital Blue SSD können wir diesen Unterschied nun einmal verdeutlichen, da wir sowohl ein Testmuster im 2,5-Zoll- als auch im M.2-Format besitzen. Wie der folgende Graph zeigt, erreicht die 2,5-Zoll-Variante mit einem Terabyte Speicherkapazität selbst nach 10 Minuten Volllast nur eine Temperatur von 40 °C.

de WDC WDS100T1B0A 00H9H0.csv 500

Die 500-GB-Variante, die uns im M.2-Format vorliegt, hat bereits im Leerlauf eine deutlich höhere Temperatur. Unter Last erreicht sie nach einiger Zeit schließlich auch eine Temperatur von 75 °C, bei der sich das Laufwerk drosselt, um nicht zu überhitzen. Hieran sieht man sehr deutlich, dass das M.2-Format thermisch sehr viel ungünstiger ist. Was man ebenfalls sieht, ist, dass die Western Digital Blue SSD mit SATA-Interface wesentlich länger bis zur thermischen Drosselung durchhält als Laufwerke mit PCI-Express-Interface. Auch dieses Ergebnis ist natürlich wenig überraschend, liefern PCI-Express-SSDs doch auch ein Vielfaches der Performance und produzieren dementsprechend mehr Abwärme.

de WDC WDS500G1B0B 00AS40.csv 500

Dass die größere Variante der Western Digital Blue SSD mit vollem SLC-Cache etwas langsamer schreibt als die kleinere Variante, ist ungewöhnlich. Dass es sich hierbei nicht einfach nur um eine Messungenauigkeit handelt, wird spätestens beim Belastungstest deutlich, denn hier schneidet das 500-GB-Modell deutlich besser ab als die 1-TB-Variante.

Da die größere Variante einen größeren SLC-Cache besitzt und aufgrund des 2,5-Zoll-Formats thermisch besser gerüstet ist, scheiden diese Faktoren als Erklärung sofort aus, denn das kleinere Modell ist hier sogar klar im Nachteil. Generell ist dieses Ergebnis wider alle Erwartungen, denn größere Modelle sollten schon deshalb besser abschneiden, da sie mehr Speicher besitzen und der Controller so eine effektivere Garbage Collection durchführen kann.

Nach Rücksprache mit Western Digital wurde das Testmuster ausgetauscht, zeigte aber immer noch exakt das gleiche Verhalten. Die Vermutung ging nun in die Richtung, dass der Controller „überfordert“ ist. Bei Festplatten ist ein logischer Sektor immer einem festen Sektor auf den Plattern zugeordnet, außer der Sektor geht im Laufe der Zeit kaputt und muss ausgetauscht werden. Bei SSDs ändert sich diese Zuordnung ständig, denn der Controller möchte alle Zellen gleichmäßig beschreiben, um eine gleichmäßige Abnutzung zu gewährleisten (dynamisches Wear Leveling). Die Zuordnung, welcher logische Sektor zu welcher Speicherzelle gehört, kann sich sogar im Leerlauf ändern, durch die Garbage Collection oder statisches Wear Leveling.

Der Controller einer SSD ist also zum größten Teil damit beschäftigt, die Daten in den Speicherzellen zu verwalten. Eine größere Datenmenge bedeutet auch einen größeren Verwaltungsaufwand und genau hier scheint der verwendete Controller zu schwach zu sein, um beim 1-TB-Modell die gleiche Performance wie beim 500-GB-Modell zu liefern. Je stärker die Belastung ist, desto deutlicher wird dieser Unterschied. Nachdem von Western Digital intern weitere Tests durchgeführt wurden, hat man uns diese Theorie bestätigt. Diese Tatsache sei für Western Digital bei einem Mainstream-Modell allerdings akzeptabel.