ARTIKEL/TESTS / PCIe Gen4: Gigabyte AORUS NVMe SSD 2 TB
Technologie im NAND-Flash-Bereich

Moderne 1x-nm-Flashspeicher sind mittlerweile zum Standard geworden – 2x-nm-Dies kommen kaum noch zum Einsatz. Dadurch wird unter anderem eine Reduktion der Herstellungskosten erzielt (verglichen mit 25 oder 32 nm). Dies wird möglich, da durch den geringeren Platzbedarf der feineren Strukturen mehr Chips aus einem 300-mm-Silizium-Wafer gewonnen werden können und die Produktion insgesamt (kosten)effizienter abläuft. Dadurch entstehende preisliche Vorteile können die Hersteller mehr oder weniger direkt an den Endkunden weitergeben und für eine attraktive Preisgestaltung sorgen.

Nachteilig wirkt sich die Reduktion der Strukturbreite nämlich auf die Lebenserwartung der Speicherzellen aus, denn die maximal mögliche Anzahl von Schreib- und Löschzyklen (Program/Erase-Cycles, kurz PE-Cycles) sinkt. Das gilt gleichermaßen auch durch die Erhöhung der gespeicherten Informationen je Speicherzelle. Hierzu muss die in einer Zelle hinterlegte Ladungsmenge feiner dosiert und beim Auslesen auch genauer ausgewertet werden, um mehr als zwei Zustände unterscheiden und damit auch mehr als ein Bit je Speicherzelle speichern zu können. Gerade beim preislich umkämpften Einsteiger- bzw. Consumer-Bereich zählt jeder Cent in der Hersteller und macht TLC-Speicher fast unumgänglich.

TLC-Zellen (Triple-Level Cell) sind in der Lage bis zu drei Bit zu speichern, die durch acht unterschiedliche Schaltzustände abgebildet werden. Dadurch kann eine deutlich höhere Speicherdichte erreicht werden, was wiederum die Kosten für entsprechende Endprodukte sinken lässt. Durch die höhere Anzahl unterschiedlicher Spannungsniveaus (TLC: 2^3 = 8 / MLC: 2^2 = 4) sind diese Zelltypen aber auch anfälliger für die Abnutzung und letztlich den Ausfall. Deshalb sind im Zusammenhang von TLC-Speichertechnologien immer die Herstellerangaben bzgl. Haltbarkeit (TBW, Terabytes Written) und Garantiezeit essentiell. Bei den maximal möglichen P/E-Cycles von TLC-Zellen spricht man zur Zeit von etwa 3.000 (Angabe Micron), wobei MLC-Speicher bei rund 10.000 Zyklen liegt. TLC hat insbesondere im Bereich Performance deutliche Nachteile, denn die Latenzzeiten für das Programmieren und Löschen von Zellen sind deutlich höher als z. B. bei SLC-Flash. Noch relativ neu ist QLC-Flash, der sogar 16 Zustände je Speicherzelle unterscheiden kann, jedoch auf nur noch 1.000 PE-Zyklen kommt.

Verschiedene Multi-Level-Cell Technologien auf einen Blick (Bild: Micron).

Verschiedene Multi-Level-Cell Technologien auf einen Blick (Bild: Micron).

Während in den vergangenen Jahren durchweg planare Speichertechnologien verwendet wurden, suchen die Speicherspezialisten immer weiter nach neuen Methoden um die Speicherkapazität bei gleicher Grundfläche weiter zu steigern. Ein Ergebnis dieser Entwicklungen ist der so genannte 3D-NAND, der klassischen 2D-Speicher praktisch am Markt schon abgelöst hat. Durch das Stapeln der Speicherzellen auf mehreren Ebenen bleibt die Grundfläche der Chips gleich, jedoch kann die Speichertiefe erhöht werden. Diese anspruchsvolle Technologie wird beispielsweise in Samsungs V-NAND umgesetzt. Toshiba setzt auf den eigenen BiCS3 Flash, der 64 Lagen an TLC-Speicherzellen stapelt und dadurch hohe Speicherkapazitäten pro Chip erzielen kann ‒ die vierte Generation setzt sogar 96 Lagen ein. In Konkurrenz dazu haben Intel und Micron zusätzlich die Speichertechnologie 3D XPoint entwickelt.

Modelle und Preise

Hersteller Gigabyte bietet die flinke AORUS Gen4 NVMe SSD in drei unterschiedlichen Varianten an, die durchweg auf einem M.2-Interface basieren. Das Spitzenmodell kann bis zu 2.000 GB speichern und wechselt ab 480 Euro den Besitzer, was einen Preis pro Gigabyte von 24 Euro-Cent gleich kommt. Die Ausführung mit halbierter Speicherkapazität ist ab 240 Euro erhältlich und bietet damit den identischen Preis pro Gigabyte. Für 500 GB Volumen sind rund 140 Euro fällig (28 Euro-Cent je Gigabyte). Unterschiede gibt es auch innerhalb der technischen Eckdaten, die wir in der Tabelle unten verdeutlichen. Gleiches gilt auch für die maximale Schreiblast (Terabytes-Written, kurz TBW), die proportional zur Speicherkapazität ist.

Modell Rand. 4K Read Rand. 4K Write Seq. Read Seq. Write Haltbarkeit
2.000 GB 750.000 IOPS 700.000 IOPS 5.000 MB/s 4.400 MB/s 3.600 TBW
1.000 GB 1.800 TBW
500 GB 400.000 IOPS 550.000 IOPS 2.500 MB/s 900 TBW
Die SSD ist komplett von einem massiven Kühlkörper umgeben.

Die SSD ist komplett von einem massiven Kühlkörper umgeben.

Autor: Patrick von Brunn, Stefan Boller

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