Stromfresser: Warum PCI-Express-5.0-SSDs so heiß werden
Es besteht kein Zweifel mehr daran, dass PCIe-Gen5-SSDs bereits heute sehr schnell sind und mit der nächsten NAND-Flash-Generation auch die theoretisch möglichen 14 GByte/s ausschöpfen werden. Ein häufiger Kritik- und vor allem Problempunkt bei vielen Tests war allerdings die notwendige Kühlung.
Denn die neue Generation wird besonders heiß. Wer von TLC-SSDs über längere Zeit Höchstleistungen abgefordert hat, musste zwar auch eine PCIe-Gen4-SSD kühlen, generell waren die meisten Modelle aber auch ohne extra Kühlkörper voll funktionsfähig. Das ist in der kommenden Generation bisher nicht so. Wir haben uns angeschaut, warum.
Die Leistungsaufnahme von SSDs zu messen, ist nicht immer ganz einfach. Mit Software kommen wir an vielen Stellen nicht weiter, außerdem können die Werte darin verfälscht sein. Unser Testaufbau besteht daher aus einer bei unserem Asus Maximus Z790 Hero mitgelieferten M.2-zu-PCIe-x4-Adapterkarte und einem Nvidia PCAT (Performance Capture and Analysis Tool).
Wir haben unser Messequipment kreativ genutzt
Letzteres ist eigentlich zur Messung von Grafikkarten vorgesehen, wir haben es für diesen Test also ein wenig zweckentfremdet. Die Messplatine wird in den PCIe-X16-Slot des Mainboards gesteckt und unsere M.2-Adapterkarte in den freien Slot der PCAT-Platine. Darauf montieren wir dann verschiedene M.2-SSDs, um die Leistungsaufnahme in verschiedenen Lastzuständen vergleichen zu können.
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Als Erstes haben wir die Crucial T700 SSDs erneut getestet. Die bis zu 12 Watt Leistungsaufnahme sind für eine so kleine Platine beachtlich und lassen den Kühlkörper schnell so heiß werden, dass man ihn kaum noch anfassen kann. Volle Belastung über mehrere Minuten ist aber wohl eher eine Ausnahme, vor allem bei einer Lesegeschwindigkeit von über 12 GByte/s.
Die meiste Zeit verbringt eine SSD im Ruhezustand, mit nur gelegentlichen Zugriffen durch das Betriebssystem oder laufende Anwendungen. Dabei messen wir bei der Crucial T700 durchgehend rund 3,5 Watt. Das erscheint auf den ersten Blick nicht viel, ist aber ausreichend, um die SSD samt Kühlkörper ohne Luftstrom auf knappen 60 Grad Celsius zu halten.
Eine Lösung gibt es bereits
Die ständige Leistungsaufnahme sorgt dafür, dass die SSD beim Wechsel zu höherer Last schneller die Maximaltemperatur erreicht und dann die Performance verringert. Günstiger wäre es, wenn die Leistungsaufnahme im Ruhezustand möglichst gering ist, dann könnte die SSD länger mit voller Geschwindigkeit laufen. Die meisten SSD-Kühler sind nicht auf dauerhafte Volllast ausgelegt, sondern sollen Lastspitzen ausgleichen.
Wir haben ein paar weitere SSDs mit PCIe-Gen4 und sogar Modelle mit PCIe-Gen3-Interface getestet und dabei, wie durch die fehlenden Kühler bereits zu erwarten war, auch geringere Leistungswerte gemessen. Die Frage, die sich uns stellte, war also: Liegt es an den verbauten Komponenten oder ist die PCIe-Gen5-Anbindung mit ihrer hohen Taktfrequenz und aufwendiger Signalmodulation der Leistungsfresser?
Um das herauszufinden, haben wir im UEFI die PCI-Express-Geschwindigkeit in mehreren Stufen begrenzt. Mit einem klaren Ergebnis: Die Leistungsaufnahme im Ruhezustand sinkt deutlich, allein durch den Wechsel zu PCIe-Gen4. Mit PCIe 3.0 sind weitere Einsparungen möglich. Erst darunter werden die Abstände langsam sehr klein.
SSDs könnten automatisch ihren Strombedarf senken
Leider fällt mit dem Wechsel zu PCIe-Gen4 nicht nur die Leistungsaufnahme, sondern auch die Performance. Käufer von so teuren SSDs wollen vermutlich nicht auf die Performance verzichten – und eigentlich müssten sie das auch nicht. Denn PCI-Express unterstützt sowohl den Wechsel der Busgeschwindigkeit (Link-Speed), als auch das Abschalten einzelner Leitungen (Lane-Dropping) im laufenden Betrieb.
Beides wird von Grafikkarten zum Stromsparen genutzt, was sich beispielsweise mit GPU-Z auch beobachten lässt. Nur wenn die GPU belastet wird, wird auf ein x16-Interface bei voller Geschwindigkeit umgeschaltet. Unsere Crucial T700 sowie alle älteren Modelle machen von diesen Sparmaßnahmen aber offenbar keinen Gebrauch.
Warum das so ist, können wir nur vermuten. In der Vergangenheit hat sich eine entsprechende Implementation für M.2-SSDs vermutlich schlicht nicht gelohnt. Nur High-End-SSD kamen mit etwas über 6 Watt überhaupt auf eine Leistungsaufnahme, die Probleme verursachen kann.
Erst Server-SSDs haben eine ähnlich hohe Leistungsaufnahme
Zum Vergleich haben wir noch zwei PCIe-Gen4-SSDs mit ähnlich hoher Leistungsaufnahme getestet. Die Intel Optane P5800X und die P5510 sind für Server konzipiert und kommen beide im U.2-Formfaktor daher. Sie lassen sich per Adapterkarte mit der gleichen Methode messen. Zwar handelt es sich bei beiden SSDs nicht um PCIe-Gen5-Geräte, durch den Fokus auf Server und hohe Performance ist der Strombedarf aber ähnlich hoch.
Auch hier fällt auf, dass die beiden SSDs augenscheinlich nicht über einen Modus verfügen, der im Ruhezustand die Leistungsaufnahme minimiert. Wir wünschen uns daher für die Zukunft, das SSD-Hersteller an diesem Punkt noch einmal arbeiten. Dann sind auch über 10 Watt für ein paar Sekunden kein Problem, länger braucht es bei PCIe-Gen5-Geschwindigkeit ohnehin nicht, um selbst größere 4K-Videos zu kopieren.
Wer zu den ersten Nutzern der neuen SSDs gehört, sollte darauf achten, dass die SSD mit einem Kühlkörper ausgestattet ist und die Folien von den Wärmeleitpads entfernt wurden. Bei SSDs ohne eigenen Kühler muss zwingend der Kühler des Mainbords genutzt oder ein Kühler nachgekauft werden. Für ausreichenden Luftstrom im Gehäuse sollte ohnehin gesorgt sein.
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