Flash mit Turbo

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Prüfstand | SSDs mit PCIe-Anbindung
Lutz Labs
Flash mit Turbo
SSD mit PCIe und NVMe überflügeln SATA-SSDs
Ein Ausweg aus diesem Dilemma könnten
SSDs mit SATA-Express-Schnittstelle sein.
Passende Motherboards mit vier PCIe-3.0Lanes dürften im kommenden Jahr auf den
Markt kommen, die derzeit aktuellen Boards
mit den Intel-Chipsätzen H97 und Z97 bieten
lediglich zwei Lanes mit PCIe 2.0.
Intel DC P3700
Moderne SATA-SSDs sind schnell, aber es geht noch schneller: Eine Anbindung
per PCIe erhöht die Transferraten um ein Vielfaches. Im Test zeigen OCZs
RevoDrive 350 und eine Intel-SSD, was das Interface hergibt.
D
er SATA-Anschluss hat noch lange nicht
ausgedient, aber für schnelle SSDs ist er
bereits ein Flaschenhals. Mehr als 600 MByte
pro Sekunde fließen nicht über die bewährte
Schnittstelle. Steckt man eine SSD hingegen
in einen PCIe-Slot, kann sich die Geschwindigkeit vervielfachen. Schon PCIe 2.0 ermöglicht Transferraten bis zu 500 MByte/s pro
Lane und Richtung – nutzt man zwei oder
gar vier Lanes, steigt die Transferrate auf ein
oder gar zwei GByte/s. PCIe 3.0 verdoppelt
diese Geschwindigkeit noch einmal.
Mit PCIe 2.0 arbeitet das RevoDrive 350
von OCZ. Es nutzt acht Lanes und könnte so
theoretisch 4 GByte/s übertragen. Auf den
gleichen Wert kommt Intels Server-SSD DC
P3700 – DC steht hier für Data Center –, die
mit vier PCIe-3.0-Lanes arbeitet. OCZ nutzt
zur Kommunikation mit der SSD das alte
SATA-Protokoll AHCI, Intel geht einen Schritt
weiter und setzt auf NVMHCI oder einfacher
NVMe. Weil Samsung seine bereits im vergangenen Jahr vorgestellte NVMe-SSD
XS1715 immer noch nicht liefern kann, ist die
Intel-SSD nun die erste verfügbare SSD mit
dem modernen Interface.
NVMHCI, das Non-Volatile Memory Host
Controller Interface, verspricht vor allem bei
der Latenzzeit deutliche Vorteile. Es kann
eine sehr große Anzahl von Befehlen parallel
an die SSD übertragen: NMVe erlaubt bis zu
65ˇ536 sogenannte I/O-Queues, die jeweils
bis zu 65ˇ536 Befehle aufnehmen können –
das alte Native Command Queing (NQC) von
SATA erlaubt dem Host lediglich, maximal 32
Befehle in eine Warteschlange zu legen, die
das Laufwerk dann in beliebiger Reihenfolge
abarbeiten kann. Flash-Speicher benötigt anders als eine magnetische Festplatte praktisch keine Zeit, um Daten aus einer ganz anderen Ecke des Speichers auszulesen, deshalb beschleunigt NVMe die Abarbeitung
vieler quasi gleichzeitiger Befehle (Random
I/O). Dazu soll NVMe quasi nebenbei auch
noch Energie und Ressourcen der CPU sparen sowie Treiber vereinheitlichen.
Als Schnittstelle für NVMe dient PCI Express, entweder im PCIe-Slot oder per SATA
Express [1]. Ein generischer NVMe-Treiber
sorgt für die Einbindung der SSD als Mass
Storage Device, proprietäre Treiber soll es
auf Dauer nicht geben. Dennoch sichert Intel
für die DC P3700 lediglich die Funktion unter
Windows Server 2012 R2 sowie unter Linux
zu. Auch bei der Hardware gibt sich Intel
wählerisch: Lediglich drei Desktop-Systeme
mit genau spezifizierter CPU und BIOS-Version listet Intel als kompatibel, bei den Server-Boards sind es immerhin zwölf.
Solch strenge Hardware-Einschränkungen
gibt es beim RevoDrive 350 nicht – es arbeitet noch mit AHCI-Funktionen. OCZ, seit einiger Zeit eine Toshiba-Tochter, liefert Treiber
für Windows und Linux mit, unter Mac OS
lässt sich das RevoDrive ebenso wenig einsetzen wie die Intel-SSD.
OCZ preist sein RevoDrive vor allem für
Gamer und Performance-hungrige Endanwender an. Eine SSD wie die DC P3700 wird
hingegen kaum in einem Desktop-System
zum Einsatz kommen. Dennoch haben wir
die SSD stellvertretend für die kommende
Generation von schnellen PCIe-SSDs mit
NMVe-Interface unserem üblichen Testverfahren unterzogen.
Steckplatz-Knappheit
Wer eine schnelle Grafikkarte in seinem PC
nutzt und zusätzlich eine PCIe-SSD einbauen
möchte, sollte vor dem Kauf einen Blick in
das Handbuch des Motherboards werfen.
Micro-ATX-Boards haben häufig nur einen
schnellen PCIe-Steckplatz, und der wird von
der Grafikkarte belegt. Die Existenz eines
zweiten PCIe-Steckplatzes in voller Länge garantiert jedoch nicht, dass die SSD dort mit
voller Performance betrieben werden kann.
Häufig teilt sich dieser PCIe-Slot einige Lanes
mit anderen Onboard-Komponenten und
wird zudem auf einigen Boards nur mit PCIe
2.0 angesteuert, sodass weder Grafikkarte
noch SSD dort mit voller Geschwindigkeit arbeiten werden.
Intels neue Datacenter-SSDs sind in verschiedenen Versionen erhältlich: als Steckkarte für
den PCIe-Slot, als SATA-Express-SSD im 2,5Zoll-Format und sogar noch mit dem im Vergleich eher geruhsamen SATA-6G-Interface.
Zudem gibt es drei verschiedene Familien,
die sich vor allem in der Haltbarkeit bei
Schreibzugriffen auf zufällig verteilte Adressen unterscheiden. Für die P3700 verspricht
Intel 36 Petabytes Written, also das tägliche
Schreiben einer Datenmenge, die der zehnfachen Kapazität der SSD entspricht, und zwar
über den gesamten Garantiezeitraum von
fünf Jahren. Bei der DC P3600 sind es noch
drei „Drive Writes per Day“ und bei der DC
P3500 bloß 0,3. In Desktop-PCs sind solche
Datenmengen nicht erreichbar, hier rechnen
die Hersteller mit maximal 20 GByte pro Tag
– dafür ausgelegte SSDs sind allerdings auch
deutlich günstiger. Zum Test stand uns die
PCIe-Version DC P3700 mit 800 GByte zur Verfügung, die für rund 2000 Euro erhältlich ist.
Auf der DC P3700 finden sich 36 Flash-Module, 1,25 GByte Cache-RAM mitsamt Pufferkondensator sowie Intels 18-Kanal-NVMeController CH29AE41AB0. Die Messergebnisse halten, was die Spezifikationen versprechen: Vereinzelt zeigte IOMeter mehr als
200ˇ000 IOPS beim Schreiben von 4-KByteBlöcken an, insgesamt pendelte sich der Wert
bei geringem Füllstand knapp darunter ein.
Beim sequenziellen Lesen erreichte die SSD
knapp 3 GByte/s, beim Schreiben noch knapp
2 GByte/s. Als Datenplatte funktioniert die
P3700 auch unter Windows 7, obwohl Intel
das System mit keinem Wort erwähnt.
Spaß mit UEFI
Die DC P3700 startet aber nicht nur, wie von
Intel versprochen, Windows Server 2012,
sondern auch Windows 8.1. Der NVMe-Treiber ist im Betriebssystem bereits enthalten,
die Installation des Systems klappte ohne
SSDs mit PCIe-Anschluss
Modell
DC P3700
Revodrive 350
Hersteller
Intel, www.intel.com
OCZ, www.ocz.com
Kapazität laut Hersteller im Test1
800 GByte
480 GByte
von Windows erkannte Kapazität
745,09 GByte
447,04 GByte
weitere erhältliche Kapazitäten
400 GByte (1050 e), 1,6 TByte (n. v.), 2 TByte (5400 e) 240 GByte (430 e), 960 GByte (1050 e)
Interface
PCIe 3.0 x4 / NVMe
PCIe 2.0 x8 / AHCI
selbstverschlüsselnde SSD
–
AES 128
DRAM-Cache
1,25 GByte
–
Garantie
5 Jahre
3 Jahre
Preis pro Gigabyte
2,63 e
1,42 e
Straßenpreise
2070 e
670 e
1
Die Hersteller rechnen mit 1 GByte = 1 000 000 000 Byte. Für Windows dagegen
– nicht vorhanden n. v. nicht verfügbar
ist 1 GByte = 1 073 741 824 Byte, die angezeigte Kapazität daher kleiner.
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c’t 2014, Heft 19
©
Copyright by Heise Zeitschriften Verlag
Dieses personalisierte Belegexemplar wurde für Marina Zec erstellt.
Es ist nicht zur Weitergabe oder Veröffentlichung bestimmt.
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Prüfstand | SSDs mit PCIe-Anbindung
Intel quetscht die 800-GByte-SSD DC
P3700 auf eine Platine in halber Bauhöhe.
So passen die Steckkarten auch in
platzsparende Server in Rechenzentren.
Unter dem großen Kühler des RevoDrive
350 verbergen sich zwei komplette SSDs
und der RAID-Controller, zwei weitere
SSDs sitzen auf der Rückseite.
Schwierigkeiten. Der nachfolgende erste
Start schlug allerdings auf all unseren Testsystemen fehl. Das Problem liegt im UEFIBIOS, das die verschiedenen Board-Hersteller
unterschiedlich implementieren. Es gilt zunächst, alles abzuschalten, was nicht nach
UEFI aussieht. Das alleine reicht jedoch nicht
immer aus. Auf Boards von Asus und Asrock
bootet die SSD nur, wenn man im Bereich Secure Boot den OS-Type auf „Other OS“ setzt.
MSI verlangt unter „Windows 8/8.1 Configuration“ die eingeschaltete Option „Windows
8/8.1 Feature“ – also genau das Gegenteil.
Auf einem Gigabyte-Board verhinderte die
SSD sogar komplett den Start, wir schafften
es nicht einmal mehr ins BIOS.
startfähig – unter Windows und Fedora. Bei
der Windows-Installation lädt man den OCZTreiber bei der Auswahl der Installations-Partition nach, so erkennt die Setup-Routine das
Laufwerk. Treiber liefert OCZ für Windows 7
und 8.1.
Das funktioniert unter Linux nicht: Ubuntu
14.04 und andere moderne Distributionen
erkannten bei der Installation vier Laufwerke
à 120 GByte und installierten das System auf
einem davon, konnten dann aber nicht
davon booten. Einen bootfähigen Treiber liefert OCZ lediglich für Fedora 20 an – dieser
ist aber proprietär und erfordert einen hoffnungslos veralteten Kernel, der viele bekannte Sicherheitslücken hat.
In den Benchmarks schlägt sich das RevoDrive gut: Knapp 2 GByte/s beim sequenziellen Zugriff, sowohl lesend als auch schreibend. Die IOPS-Werte sind für ein DesktopSystem mit knapp 100ˇ000 mehr als ausreichend, beim Lesen sanken die IOPS nach
einigen Minuten jedoch auf knapp 70ˇ000.
Übliche Windows-Programme starten gefühlt noch etwas schneller als mit einer
SATA-SSD, und auch das Laden und Speichern großer Bild- oder Video-Dateien beschleunigt sich.
OCZ RevoDrive 350
Gleich vier SSD-Controller vom Typ LSI Sandforce 2282 finden sich auf dem RevoDrive
350. Diese SATA-6G-Controller greifen in der
von uns getesteten Version mit 480 GByte für
rund 670 Euro auf jeweils 8 Speicherchips
von der OCZ-Konzernmutter Toshiba zu. In
der großen Version mit 960 GByte sind es 16
Speichermodule – im Prinzip sind es also vier
SSDs mit jeweils 120 oder 240 GByte. Diese
steuert der OCZ-RAID-Controller ICT 0262 an.
Passende Treiber vorausgesetzt, geben sich
die vier SSDs gegenüber dem Betriebssystem als ein einzelnes Laufwerk zu erkennen.
So funktionieren dann auch die üblichen
SSD-Spezialitäten wie Trim oder das Auslesen der SMART-Werte. Einen DRAM-Cache
gibt es nicht.
Der RAID-Controller hat ein eigenes BIOS,
das den Start des Betriebssystems um einige
Sekunden verzögert. Das RevoDrive kann als
reine Datenplatte dienen, es ist aber auch
Praxis
Wie sich die beiden SSDs in der Praxis im Vergleich zu einer schnellen SATA-SSD und
einer flotten Festplatte schlagen, haben wir
auch mit dem Anwendungsbenchmark Sysmark 2014 getestet. Der überraschende Gewinner war eine per SATA angebundene
Samsung 840 Pro, die mit 1554 Punkten 12
Punkte vor der Intel-SSD lag, weitere 10
Punkte dahinter kam das RevoDrive 350.
1387 Punkte erreichte das gleiche System
mit einer schnellen Festplatte (Seagate Barracuda).
Deutliche Unterschiede gibt es hingegen
beim Kopieren großer Dateien: Für die Kopie
einer 50 GByte großen Filmdatei brauchte
die Intel-SSD 66 Sekunden, das RevoDrive
166 Sekunden und die Samsung 850 Pro
knapp 240 Sekunden; die Festplatte lag mit
fast 13 Minuten weit dahinter. Die Unterschiede schwinden, wenn man Verzeichnisse
mit vielen Dateien kopiert: Das WindowsVerzeichnis (14,5 GByte, ca. 92ˇ000 Dateien)
war auf der Festplatte nach knapp 10 Minuten zweifach vorhanden, die drei SSDs
brauchten nur zwei Minuten weniger (DC
P3700: 481 s, RevoDrive 350: 446 s, 850 Pro:
459 s). Das zeigt vor allem, dass Windows
immer noch nicht optimal an die Eigenschaften von Flash-Speicher angepasst ist.
Probleme gibt es mit Imaging-Software.
Das beliebte Acronis TrueImage konnte zwar
ein als Datenpartition eingebundenes RevoDrive sichern, scheiterte jedoch, wenn es
vom Acronis-Notfallmedium gestartet wurde:
Hier fehlen die Treiber für das RevoDrive, sie
lassen sich auch nicht nachrüsten. Zwar
erkennt TrueImage das RevoDrive, sieht aber
nur vier einzelne GPT-Partitionen ohne
Daten – nicht unterstützt, heißt es da nur.
Auch die Intel-SSD konnte Acronis nicht
sichern.
Fazit
Intels DC P3700 fühlt sich unter Windows
Server oder Linux zu Hause, und dort gibt es
auch passende Applikationen, die die Karte
ausnutzen können – der Preis spielt dabei
wohl eine untergeordnete Rolle. Auch das
RevoDrive ist im Vergleich zu einer SATA-SSD
recht teuer, könnte aber Anwender interessieren, die häufig mit großen Datenmengen
hantieren, etwa beim Videoschnitt – sofern
dies unter Windows stattfindet. Im Büroalltag ist man mit einer schnellen SATA-SSD zu
einem Bruchteil des Preises genauso gut bedient.
Beide Karten beweisen jedoch, dass wirklich schnelle SSDs durch die SATA-Schnittstelle ausgebremst werden. PCIe ist ein Weg
zu mehr Geschwindigkeit, NVMe dürfte zunächst vor allem für Server-SSDs wichtig werden.
(ll)
Literatur
[1]ˇBenjamin Benz, Neue Wege, PCI Express soll
SSDs aus der SATA-Klemme befreien, c’t 18/12,
S. 112
Solid-State Disks – Messergebnisse
minimale/maximale
minimale/maximale
maximale sequenzielle
I/Os pro Sekunde bei zufällig
Leistungsaufnahme
sequenzielle Transferrate
sequenzielle Transferrate beim Transferrate beim Schreiben/
verteilten Schreib-/Lesezugriffen
(Ruhe/Random Read/
beim Lesen von 64-KByte-Blöcken Schreiben von 64-KByte-Blöcken Lesen von 128-KByte-Blöcken
(Random Write/Write/Read) mit
Random Write) [W]
1
1
2
3
besser >
besser >
besser >
besser >
[MByte/s]
[MByte/s]
[MByte/s]
4-KByte-Blöcken
Intel DC P3700 (800 GByte)
738/1055
813/1017
1912/2804
149329/186567/144139 2,6 / 5,6 / 13,6
OCZ RevoDrive 350 (480 GByte)
8,9 / 12,4 / 13,1
277/320
353/388
1848/1951
90004/89468/67498
1 gemessen mit H2benchw
2 gemessen mit Iometer, 32 outstanding I/O
3 gemessen mit Iometer, 32 outstanding I/O, volle SSD sowie 8 GByte großer Teilbereich der Disk , gemittelter Wert nach fünf Minuten
c
c’t 2014, Heft 19
85
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