Toshiba XG5 und XG5-P im Test: BiCS-3-SSDs mit wenigen Schwächen

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toshiba xg5

Passend zum Start der ersten BiCS-4-SSDs werfen wir einen Blick zurück auf die Toshiba-Modelle XG5 und XG5-P. Die vor rund einem Jahr auf den Markt gekommenen Laufwerke stellten bislang die Aushängeschilder der Japaner dar, wobei von einer breiten Verfügbarkeit nie gesprochen werden konnte. Denn gedacht waren die beiden SSD-Familien lediglich für OEMs, dedizierte Consumer-Ableger gab es nicht. Dennoch lohnt der Test, nicht zuletzt aufgrund künftiger Vergleiche mit den BiCS-4-Nachfolgern. Mittelfristig dürften zudem noch diverse Notebooks und Komplett-PCs mit einer XG oder XG5-P bestückt werden.

Schließlich dürfte es noch ein wenig dauern, bis Toshibas Partner die im Sommer angekündigte XG6 nach den üblichen internen Tests verbauen. Möglicherweise wird man die BiCS-4-SSD aber auch als Consumer-Variante erwerben können, dann jedoch lediglich unter dem OCZ-Label. Warum Toshiba auf diesen Schritt bei der XG5 und XG5-P verzichtet hat, bleibt aber unbeantwortet und unverständlich. Denn nicht zuletzt bei der BG3 (Test) entschied man sich für einen anderen Weg. Um den Jahreswechsel 2017/18 herum landete die kleine SSD bei den ersten OEMs, ein knappes halbes Jahr später dann in leicht abgewandelter Form als OCZ RC100 (Test) im regulären Handel.

Im Vergleich mit der BG3 rangieren die XG5 und XG5-P jedoch am entgegengesetzten Ende der Skala. Denn während erstgenannte das PCIe-Einstiegsmodell vor allem für günstige Notebooks darstellt, sind die beiden anderen das Schnellste, was Toshiba bis vor wenigen Wochen anbieten konnte. Die XG5 ist dabei laut Toshiba in erster Linie für leistungsfähige Notebook und sogenannte „Enthusiast Desktops" gedacht, die XG5-P aufgrund einiger weniger Änderungen eher für Workstations.

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Angeboten werden die XG5 und XG5-P in drei, bzw. zwei Kapazitätsstufen. Erstere ist mit 256, 512 und 1.024 GB erhältlich, letztere mit 1.024 und 2.048 GB. Aber nicht nur zwischen den Kapazitäten muss gewählt werden, auch die Frage der Verschlüsselung gilt es zu beantworten. Denn TCG OPAL 2.0 steht nur zur Verfügung, wenn die SED-Version (Self Encrypting Drive) gewählt wird. Die höhere Sicherheit hat allerdings leichte Performance-Einbußen zur Folge. Das Format ist hingegen in allen Fällen mit M.2 2280 das gleiche, anders als bei der BG3 bietet Toshiba keine BGA-Variante zum Auflöten an.

Technische Daten Toshiba XG5 und XG5-P
Toshiba XG5Toshiba XG5-P
Straßenpreis (ca.) --
Produktseite business.toshiba-memory.com/de-de/
business.toshiba-memory.com/de-de/
Formfaktor M.2 2280
Interface PCIe 3.0 x4
Protokoll NVMe 1.2.1
Firmware AAGA4102AFGA4102
Kapazität Testmuster (lt. Hersteller) 1.024 GB2.048 GB
Kapazität (formatiert, laut Windows) 953 GB1.907 GB
Verfügbare Kapazitäten 256 GB
512 GB
1.024 GB
1.024 GB
2.048 GB
Cache256 MB LPDDR (256 und 512 GB)
512 MB LPDDR3 (1.024 GB)
1 GB (1.024 GB)
2 GB (2.048 GB)
Controller Toshiba TC58NCP090GSD
ChipartToshiba BiCS 3 Bit TLC
Max. Lesen Non-SED (lt. Hersteller) 2.700 MB/s (256 GB)
3.000 MB/s (512 und 1.024 GB)
3.000 MB/s
Max. Lesen SED (lt. Hersteller) 2.580 MB/s (256 GB)
2.900 MB/s (512 und 1.024 GB)
2.900 MB/s
Max. Schreiben Non-SED (lt. Hersteller)1.050 MB/s (256 und 512 GB)
2.100 MB/s (1.024 GB)
2.100 MB/s (1.024 GB)
2.200 MB/s (2.048 GB)
Max. Schreiben SED (lt. Hersteller)1.000 MB/s (256 und 512 GB)
2.000 MB/s (1.024 GB)
2.000 MB/s (1.024 GB)
2.100 MB/s (2.048 GB)
Herstellergarantie 5 Jahre oder Erreichen der TBW
Lieferumfang SSD

Da es sich um OEM-Produkte handelt, nennt Toshiba keine Preise für die XG5 und XG5-P. Ebenso verrät man die TBW-Werte nicht. Getestet wurden die XG5 in der Variante KXG50ZNV1T02 (1.024 GB, Non-SED) sowie die XG5-P in der Variante KXG50PNV2T04 (2.024 GB, Non-SED).


Sowohl die XG5 als auch die XG5-P basieren auf Toshibas BiCS-Flash der dritten Generation. Folglich kommt 3D-NAND-Flash mit 64 Schichten zum Einsatz, wie auch schon bei der BG3 in TLC-Ausführung - pro Zelle werden demzufolge drei Bits gespeichert. Mit dem Start der vierten BiCS-Generation - mit denn 96 Schichten - war ursprünglich auch der Einsatz von QLC (Quad Level Cell) vorgesehen. Mit dann vier Bits pro Zelle wäre der Preis pro Gigabyte Kapazität weiter gesunken. Doch aus verschiedenen Gründen hat Toshiba sich letztlich anders entschieden und wird auch die XG6 lediglich als TLC-Version - aber mit BiCS-4-Flash - anbieten. Welche Vorteile das gegenüber den bisherigen Laufwerken bieten wird, bleibt abzuwarten. Wahrscheinlich ist jedoch eine weitere leichte Verringerung des Energiebedarfs. Für die XG5 mit 1.024 GB nennt Toshiba einen typischen Bedarf im Betrieb von 4,5 W, im Test wurden zwischen 5 und 6 W ermittelt. Die XG5-P mit 2.024 GB wird mit 4,9 W beworben, im Test waren es zwischen 6 und 7 W. Im L1.2-Modus spricht Toshiba in beiden Fällen von 3 mW, im gewöhnlichen Leerlauf kommen beide SSDs mit etwa 1 W aus.

So ähnlich der Energiebedarf ist, so ähnlich sind sich die beiden SSDs auch in Bezug auf den Aufbau. Toshiba nutzt den M.2-Formfaktor in seiner gängigsten Form: 22 mm breit, 80 mm lang. Da nur eine Seite der Platine genutzt wird (Single Sided), sind alle wesentlichen Komponenten auf der Oberseite versammelt. Dazu gehören neben dem eigentlichen Flash auch der Controller sowie der DRAM, der als Pufferspeicher fungiert. Im Falle der XG5 handelt es sich dabei entweder um 256 oder 512 MB (256 und 512 GB/1.024 GB), bei der XG5-P folgt Toshiba hingegen dem Credo „1 MB pro 1 GB". Folglich fasst der DRAM 1.024 oder 2.024 MB.

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In allen anderen relevanten Punkten gleichen sich die beiden getesteten SSDs dann wieder. Beim Flash greift Toshiba auf 512-GBit-Chips zurück, was bei der XG5 zunächst überflüssig erscheint. Denn bei der XG5-P mit 1.024 GB reicht es trotz 256-GBit-Chips für das Single-Sided-Design. Angebunden ist der Flash an Toshibas eigenen Controller TC58NCP090GSD, zu dem es so gut wie keine offizielle Angaben gibt. Fest steht lediglich, dass es sich um um ein Flip-Chip-Design handelt und dass Toshiba den Controller auch für die neue XG6 verwendet. Vermutet wird, dass die Anbindung über acht Kanäle erfolgt. Die Kommunikation mit dem jeweiligen PC erfolgt über PCIe 3.0 x4 sowie über NVMe 1.2.1.

Auch beim Thema SLC-Cache herrscht Einigkeit. Denn beide SSDs nutzen diese Art Trick, um eine möglichst hohe Transferleistung beim Schreiben zu ermöglichen. Schließlich müssen nicht drei Bits, sondern lediglich eines geschrieben werden. Im Idealfall ist der Cache dabei so groß, dass er im Alltag nicht vollständig gefüllt wird, bevor die Daten endgültig in den TLC-Bereich des Laufwerks verlagert werden. Allerdings verzichtet Toshiba auf jegliche Angaben zum SLC-Cache, selbst dessen Existenz wird nicht erwähnt. Allerdings ist dessen Vorhandensein in beiden Fällen problemlos nachweisbar. Die Auswirkungen sind jedoch unterschiedlich. Denn während die XG5 in fast regelmäßigen Abständen zumindest kurzfristig den Cache leeren und somit wieder ein hohes Tempo erreich kann, verbleibt die XG5-P auf einem niedrigeren Niveau.

Konkret heißt das: Die XG5 verfügt über einen etwa 8 bis 10 GB großen Cache, der zunächst mit knapp 1.800 MB/s gefüllt wird, anschließend bricht die Schreibrate auf etwa 900 MB/s ein, um dann wieder anzusteigen.

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Bei der XG5-P fasst der Cache etwa 8 GB. Ist er ausgeschöpft, sinkt die Schreibrate von etwa 1.700 auf dann fast genau 1.000 MB/s. Nach etwa 140 geschriebenen GB geht es dann auf 800 bis 850 MB/s hinab. Eine zwischenzeitliche Erholung wie bei der XG5 ist nicht feststellbar.

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Allerdings spielt dabei auch die Temperatur eine Rolle. Aufgrund der höheren Packdichte ist die XG5-P anfälliger für temperaturbedingte Drosselungen. In der Spitze erreichte die SSD im Testsystem 80 °C, verbunden mit Geschwindigkeitseinbrüchen. So ging es regelmäßig von etwa 2.200 auf 1.500 MB/s zurück, die dadurch erfolgende Abkühlung um wenige Grad nutzte die SSD prompt wieder für eine höhere Schreibrate. Die ausbleibende zwischenzeitliche Tempoerhöhung im SLC-Cache-Test dürfte somit auch auf die Temperatur zurückzuführen sein.

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Die XG5 zeigt sich hingegen unbeeindruckt. Hier wurden in der Spitze 71 °C erreicht, die Schreibrate blieb im Wesentlichen konstant zwischen 1.750 und 1.900 MB/s. Toshiba selbst gibt als Limit 85 °C für die Speicherchips sowie 95 °C für den Controller an.

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Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei der XG5 und XG5-P um reine OEM-Lösungen handelt, veröffentlicht Toshiba keine TBW-Werte. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass man sich an den Werten der Samsung SSD 960 EVO und SSD 970 EVO sowie der Plextor M9Pe orientieren kann. Die Garantie deckt einen Zeitraum von fünf Jahren ab, die MTBF gibt Toshiba mit jeweils 1,5 Millionen Stunden an.

Maximale Schreiblast (TBW)
Kapazität / GB 120 - 128 240 - 280 400 - 512 800 - 1.000 2.000
Western Digital Black - 80 TB 160 TB - -
Samsung 960 EVO - 100 TB 200 TB 400 TB -
Kingston UV500 60 TB 100 TB 200 TB 480 TB 800 TB
Toshiba OCZ RC100 60 TB 120 TB 240 TB - -
Intel SSD 600p 72 TB 144 TB 288 TB 576 TB -
Intel SSD 760p 72 TB 144 TB 288 TB 576 TB 1.152 TB
Samsung SSD 970 EVO - 150 TB 300 TB 600 TB 1,2 PB
ADATA SX8000 80 TB 160 TB 320 TB 640 TB -
Plextor M9Pe - 160 TB 320 TB 640 TB -
Samsung 960 PRO - - 400 TB 800 TB 1,2 PB
Samsung 970 PRO - - 600 TB 1.200 TB -
Zotac Sonix SSD - - 698 TB - -
Corsair MP500 175 TB 349 TB 698 TB - -
Corsair NX500 - - 698 TB 1.396 TB -
Intel Optane SSD 900P - 5,11 PB 8,76 PB - -
Intel P4800X (375 GB) - 20,5 PB - - -

Seit dem Test der Plextor M9PeG 1 TB kommt ein neues Testsystem zum Einsatz. Einschränkungen bezüglich der Vergleichbarkeit mit älteren Werten sind somit nicht auszuschließen, diese dürften sich allerdings in einem sehr engen Rahmen bewegen. Stärkere Auswirkung könnten hingegen die verschiedenen Updates in Bezug auf Meltdown und Spectre haben.

Die genutzte Hardware im Einzelnen:

Die verwendete Software im Einzelnen:

Sofern nicht anders angegeben, werden die Laufwerke am zweiten M.2-Port des Mainboards bei deaktivierten SATA-Ports 5 und 6 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

In Iometer können sich die beiden Toshiba-SSDs fast durchgängig im oberen Mittelfeld festsetzen; der einzige Ausreißer zeigt sich beim Lesen mit dreifacher Anfragetiefe. Allerdings täuschen die Platzierungen darüber hinweg, dass die XG5 und XG5-P zu den eher langsameren PCIe-x4-Laufwerken gehören. Deutlich wird das vor allem beim Blick auf die sequentiellen Transferraten.


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

Etwas besser als in Iometer schneiden die XG5 und XG5-P in AS SSD ab - bedingt durch die abweichenden Messmethoden. Bei einfacher Anfragetiefe landen beide Modelle zwar auch nur in der Mitte des Testfelds, mit zunehmender Tiefe klettern sie aber immer weiter nach oben. Bei QD64 kann beispielsweise annähernd von der Leistung einer Samsung SSD 960 PRO respektive SSD 970 EVO gesprochen werden. Gleiches gilt für das sequentielle Schreiben und Lesen.

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CrystalDiskMark darf einmal mehr als Bestätigung der Herstellerangaben bezüglich der maximalen Transferraten betrachtet werden. Auffällig ist, wie weit die XG5 und XG5-P beim Lesen über dem von Toshiba genannten Tempo (3.000 MB/s) liegt. Bei der XG5-P gilt das auch für das Schreiben - laut Hersteller sollen hier nur 2.200 MB/s erreicht werden.


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