Western Digital Black SSD mit 512 GB und NVMe im Test

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Die auf Farben bezogene Namensgebung von Western Digital unterscheidet im Wesentlichen zwischen drei Varianten: Grün für besonders sparsame, günstige und meistens auch etwas langsamere Laufwerke, blau für den Mainstream-Markt und schwarz für die schnellsten Laufwerke, die Western Digital anbietet. Entsprechend handelt es sich bei der Western Digital Black SSD, die wir in diesem Artikel testen, auch um eine M.2-SSD mit schnellem PCI-Express-Interface. Mit vier Lanes und NVMe-Interface sind die Vorraussetzungen für ein schnelles Laufwerk bestens – ob die Kombination aus verwendetem Controller und Speicher das auch ausreizen kann, wird unser Benchmarkparcours zeigen.

Ähnlich wie Toshiba ist Western Digital viele Jahre im Endkundenmarkt nicht in Erscheinung getreten. Bei Toshiba brachte die Übernahme von OCZ den Wendepunkt, bei Western Digital war es die Übernahme von SanDisk. Statt das Rad neu zu erfinden, konnten so beide Hersteller bereits auf jahrelange Erfahrung zurückgreifen und relativ schnell solide Produkte entwickeln, die den Anforderungen im Endkunden- bzw. Retailmarkt gerecht werden.

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Mit der Blue SSD haben wir bereits die Mainstream-SSD von Western Digital getestet, in diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Black SSD. Bei den verbauten Komponenten gibt es keine Überraschung, als Controller dient ein Modell von Marvell, der Speicher in Western Digital SSDs kommt seit der Übernahme selbstverständlich von SanDisk. Beide Komponenten haben wir schon bei anderen Produkten gesehen, jedoch noch nicht in dieser Kombination.

Die technischen Daten tabellarisch zusammengefasst:

Hersteller und
Bezeichnung
Western Digital Black SSD
Straßenpreis ab 194,40 Euro
Homepage www.wdc.com
Technische Daten  
Formfaktor M.2
Interface PCIe 3.0 x4
Protokoll NVMe
Firmware B352
Kapazität (lt. Hersteller) 512 GB
Kapazität (formatiert) 477 GiB
Verfügbare Kapazitäten 256, 512 GB
Cache -
Controller Marvell 88SS1093
Chipart TLC NAND (15 nm)
Lesen (lt. Hersteller) 2050 MB/s
Schreiben (lt. Hersteller) 800 MB/s
   
Herstellergarantie Fünf Jahre

Beim Controller setzt Western Digital nicht auf eine Eigenentwicklung, sondern greift auf Hardware von Marvell zurück. Die Modellbezeichnung des Controllers lautet 88SS1093 – unbekannt kommt uns dieser Controller nicht vor, denn wir haben ihn bereits bei der Plextor M8Pe (zum Test) im Einsatz gesehen. Marvell gehört allerdings auch zu den Anbietern, die ihren Kunden viel Freiraum bei der Anpassung der Firmware lassen. Dementsprechend kann der gleiche Controller aufgrund unterschiedlicher Firmware durchaus auch unterschiedliche Performance liefern.

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Selbstverständlich ist ein wichtiger Faktor bei der Performance auch der Speicher. Handelt es sich um MLC- oder TLC-Speicher, wird er planar oder als 3D-Speicher gefertigt und: Wie gut ist die Firmware auf den Speicher abgestimmt? Hier ist es selbstverständlich sehr vorteilhaft, wenn man stets auf den gleichen Speicher zurückgreifen kann und sich nicht bei verschiedenen Herstellern bedienen muss.

Bei der Western Digital Black kommt in 15 nm gefertigter planarer Speicher zum Einsatz, der drei Bits pro Zelle speichert (TLC). Diese Technologie reizt das Machbare vollständig aus, noch kleinere Strukturen sind nicht zuverlässig zu fertigen und auch das Speichern von mehr als drei Bits pro Zelle ist für ein Massenmarkt-Produkt bisher nicht praktikabel. Daher werden inzwischen immer mehr Produkte auf 3D-Speicher umgestellt, bei dem man durch das Stapeln von Zellen eine wesentlich effizientere Nutzung der Grundfläche erreicht und somit Performance, Kosten und Langlebigkeit gezielt optimieren kann. Auch den Speicher haben wir übrigens schon gesehen, nämlich auf der Western Digital Blue (zum Test). Dort kommt er allerdings in Verbdinung mit einem SATA-Controller zum Einsatz.

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Wie inzwischen bei nahezu jedem Laufwerk gehört auch bei der Western Digital Black ein SLC-Cache zur Ausstattung. Samsung nennt diese Technologie TurboWrite, bei Crucial heißt sie Dynamic Write Acceleration – Western Digital verzichtet auf einen Marketing-Namen, das Prinzip ist jedoch identisch: Ein Teil des Speichers wird mit nur einem statt zwei Bits programmiert, was die Performance kurzfristig steigert. Wie groß der Einfluss des SLC-Caches ist, hängt vor allem auch davon ab, wie sich das Laufwerk verhält, wenn der Cache voll ist.

de NVMe WDC WDS512G1X0C 2.csv 500

Der SLC-Cache der Western Digital Black ist bereits nach knapp 5 GB an geschriebenen Daten voll, danach sinkt die Performance des Laufwerks beim Schreiben auf die Hälfte, dieser Wert wird dann allerdings konstant gehalten.

Ein weiterer Grund für einen Performanceeinbruch kann bei M.2-SSDs die Wärmeentwicklung sein. Aufgrund des sehr kleinen Formats gibt es kaum eine Möglichkeit, überschüssige Energie abzuführen. 2,5-Zoll-SSDs erledigen dies meist über das Gehäuse, welches so gleichzeitig als Kühlkörper dient. Bei M.2-Laufwerken besteht diese Option nicht, denn der Standard sieht kein Platz für ein Gehäuse vor.

de NVMe WDC WDS512G1X0C 0.csv 500

Die Western Digital Black erreicht nach zweieinhalb Minuten eine Temperatur von 80°C, woraufhin die Performance gedrosselt wird. Betreibt man die Western Digital Black nicht direkt im M.2-Slot sondern auf einer Adapterplatine mit großem Kühlkörper, ist die Wärmeentwicklung kein Problem mehr. Selbst unter langanhaltender Dauerlast wird die kritische Temperatur nicht erreicht.

de NVMe WDC WDS512G1X0C 1.csv 500

Die Temperaturdrosselung ist kein spezielles Problem der Western Digital Black, sondern betrifft alle M.2-SSDs gleichermaßen. Im alltäglichen Betrieb dürfte eine Temperaturdrosselung auch selten bis gar nicht wahrnehmbar sein, denn eine lang anhaltende Dauerlast ist im Desktop-Betrieb eher selten. Dennoch sollte man diese Thematik auf dem Schirm haben.

Die Western Digital Black kommt mit einer fünfjährigen Garantie. Die Garantie endet vorzeitig, sollte die vom Hersteller spezifizierte Schreiblast (TBW) überschritten werden. Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich der TBW-Werte verschiedener PCI-Express-SSDs.

Maximale Schreiblast (TBW)
Kapazität / GB120 -128240-256400 - 512800 - 1.0002.000
Western Digital Black - 80 TB 160 TB - -
Samsung 960 EVO - 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 - -
Corsair NX500 - - 698 TB 1.396 TB -

Western Digital sieht für die Black SSD nur einen vergleichsweisen geringen TBW-Wert vor, kleiner als bei allen anderen PCI-Express-SSDs, die wir bisher getestet haben. Die praktische Relevanz des TBW-Werts ist hingegen trotzdem 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. Nur anhand des TBW-Werts ist also nicht damit zu rechnen, dass die Western Digital Black eine wesentlich kürzere Lebensdauer als andere SSDs bietet.


asrock-z97-extreme6

Hardware

Software

Anmerkungen

Sofern nicht anders angegeben, werden alle Laufwerke an einem SATA-6 Gb/s-Port des Z97-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) deaktiviert.


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 acht Millionen 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

Das gesamte Testfeld betrachtend ist die Western Digital Black zwar im obersten Drittel - innerhalb der Klasse der PCI-Express-SSDs zählt sie jedoch eher zur Einstiegsklasse.


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

Beim AS SSD Benchmark liefert sich die Western Digital Black ein Duell mit der Intel SSD 600p. Beide sind zwar schneller als SATA-SSDs, können mit anderen PCI-Express-SSDs allerdings nicht mithalten.


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

Beim Kopieren von Daten scheint die Western Digital Black insgesamt etwas langsamer als die Intel SSD 600p zu sein. Grund hierfür dürfte der vergleichsweise kleine SLC-Cache sein.


Synthetische Benchmarks geben jeweils nur extreme Anwendungsfälle wieder. Bei der alltäglichen Nutzung eines Systems fallen sehr viele unterschiedliche Zugriffsmuster an, von sehr kleinen Blöcken bis hin zu großen sequenziellen Transfers. Ein Trace-Benchmark gibt genau diese Zugriffsmuster wieder, die zuvor während der Nutzung eines Systems aufgezeichnet wurden. PCMark 8 verwendet die Zugriffsmuster mehrerer Anwendungen, wobei sich auch die jeweils geschriebene bzw. gelesene Datenmenge unterscheidet, wie die folgende Tabelle zeigt. Die Testdaten sind vollständig inkompressibel.

Bestandteile des Storage-Benchmarks
AnwendungsprofilInsgesamt gelesenInsgesamt geschrieben
Adobe Photoshop light 313 MB 2.336 MB
Adobe Photoshop heavy 468 MB 5.640 MB
Adobe Illustrator 373 MB 89 MB
Adobe InDesign 401 MB 624 MB
Adobe After Effects 311 MB 16 MB
Microsoft Word 107 MB 95 MB
Microsoft Excel 73 MB 15 MB
Microsoft PowerPoint 83 MB 21 MB
World of Warcraft 390 MB 5 MB
Battlefield 3 887 MB 28 MB

Als Änderung im Vergleich zu PCMark 7 hat Futuremark die Komprimierung der Leerlaufzeit (idle time compression) entfernt, sodass sich die abgespielten Traces eher wie eine echte Anwendung verhalten. Im Gegensatz zu früher geben wir als Ergebnis dieses Tests nicht mehr die von PCMark berechnete Punktzahl an, sondern die rechnerische Transferrate. Diese berechnet sich aus der Menge an gelesenen und geschriebenen Daten (vgl. Tabelle) dividiert durch die Zeit, die das Laufwerk mit der Abarbeitung von mindestens einer Anfrage beschäftigt war. Eine höhere Transferrate bedeutet also, dass kürzer auf das Laufwerk gewartet werden musste und sich die Reaktionszeit einer Anwendung so auch insgesamt verkürzt.

Futuremark PCMark 8

Storage - Gesamtwertung

MB/s
Mehr ist besser

Auch hier gilt: SATA-SSDs lässt die Western Digital Black spielend hinter sich, andere PCI-Express-Laufwerke sind allerdings noch deutlich schneller. 

Die folgenden Diagramme zeigen die Transferrate der einzelnen Laufwerke in den jeweiligen Einzeldisziplinen. Die beiden Spieletests bestehen aus dem Login, bei Battlefield 3 aus dem Laden eines Spielstands und schließlich dem Start des spielens.

Futuremark PCMark 8

Storage - Battlefield 3