Dynamischer SLC-Puffer und NVMe werden Standard

Bei 2 Bit pro Zelle gibt es vier Ladungszustände, bei 3 Bit dementsprechend acht. Diese zu schreiben, dauert schlicht deutlich länger und es ist aufwendiger, sie dauerhaft aufrechtzuerhalten. Als wäre Ärger programmiert, gab es bei Samsungs 840 dann auch Probleme: Daten, die vor längerer Zeit einmalig geschrieben worden waren, ließen sich nur mit niedriger Geschwindigkeit auslesen. Samsung musste per Firmware nachbessern, diese sorgte für eine Auffrischung der Speicherzellen im Hintergrund.

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Auch bei der 2013 veröffentlichten 840 Evo musste Samsung nachbessern, ungeachtet dessen entwickelte sich das erste Evo-Modell schnell zum Verkaufsschlager. Es war günstig und dennoch flott, da Samsung erstmals das sogenannte Turbowrite einführte: Ein Teil der 3-Bit-Speicherzellen wird dabei nur mit einem Bit beschrieben, dieser SLC-Puffer erhöht die Leistung drastisch.

Sobald der 3 GByte fassende Bereich jedoch voll ist und der TLC-Betrieb greift, fällt die Performance ab: beim 1-TByte-Modell von 520 MByte/s auf immerhin 400 MByte/s, bei der Version mit 250 GByte jedoch auf 270 MByte/s. Die Zweiteilung aus Pro-SSD mit MLC und Evo-Ableger mit TLC erwies sich als richtig, bis heute nutzt Samsung sie bei den Sata-Versionen seiner SSDs.

Die Flash-Zellen werden geschichtet

Eine weitere Neuerung kam 2014 mit der 850 Pro und der 850 Evo: Statt auf planaren Speicher zu setzen, verwendete Samsung als erster Hersteller den von ihm so benannten V-NAND.

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Das ist 3D-Flash-Speicher, dessen Zellen in - damals 32 - Schichten gestapelt sind, um die Kapazität pro Quadratmillimeter wortwörtlich zu erhöhen. Damit einher geht, dass sich größere SSDs - die 850 Evo war das erste Modell mit 4 TByte - und kleinere SSDs bauen lassen, was wichtig für den neuen M.2-Standard war.

  • Ein Stapel mit Samsung-SSDs (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
Ein Stapel mit Samsung-SSDs (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Der wurde einst als Next Generation Form Factor bezeichnet, mittlerweile ist er längst Standard in Desktop-PCs und in Laptops. Zu den ersten SSDs als M.2-Kärtchen gehörte 2014 die Samsung XP941, welche das bisherige Sata-Limit von rund 560 MByte/s weit überbot: Per PCIe Gen3 x4 angeschlossen erreichte die SSD in unserem Test satte 1,1 GByte/s lesend! Die XP941 war allerdings ein Exot, da sie noch das AHCI-Protokoll verwendete, alle nachfolgenden Modelle mit PCIe-Anschluss hingegen nutzen NVMe (Non Volatile Memory Express) mit Fokus auf Flash-Speicher statt Festplatten mit Magnetscheiben.

Der M.2-Formfaktor setzt sich durch

Bis zu Samsungs erster Consumer-SSD in M.2-Bauweise dauerte es bis zum Herbst 2015, da erschien die 950 Pro. Sie zeigte, dass eng gepackte Bauteile auf einer Kärtchenplatine zwar eine sehr hohe Leistung ermöglichen, es ohne Luftstrom aber zu einer Drosselung der Geschwindigkeit kam. Die immerhin 7 Watt sorgen dafür, dass sich die Performance nach etwa 100 GByte an geschriebenen Daten sukzessive von 1.400 MByte/s auf 750 MByte/s halbiert.

Mit der 960 Pro und der 960 Evo ging Samsung anno 2016 das Problem an, indem der Aufkleber auf der Rückseite eine integrierte Kupferschicht erhielt, und der V-NAND v3 sparsamer war als die Vorgängergeneration. Als neue Idee wurde der SLC-Puffer des MLC-Speichers dynamisch statt nur statisch ausgelegt, er skaliert also mit dem Füllstand der SSD und ermöglicht es, mehr Daten mit voller Geschwindigkeit zu schreiben.

Eine solche Implementierung war wichtig, denn mit QLC (Quad Level Cell) hatte Samsung bereits die nächste Ausbaustufe des NAND-Flash-Speichers in Vorbereitung.

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 Samsung-SSDs im Test: Mehr als die zehnfache Geschwindigkeit in einem Jahrzehnt4-Bit-Speicher hüben, PCIe Gen4 drüben 
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