Durchbrechen der PCIe-Geschwindigkeitsbarriere
Das Debüt der Prozessoren der Ryzen 3000-Serie von AMD bringt die branchenweit erste PCIe 4.0-Plattform auf den Markt und verspricht mehr verfügbare Bandbreite für alle PCIe-Geräte wie GPUs und Speicher. Aber brauchen wir wirklich eine neue, schnellere Schnittstelle und bis zu 5 GB/s atemberaubenden Durchsatz von den neuesten SSDs, insbesondere angesichts der Prämien, die mit der Umstellung auf PCIe 4.0-ausgestattete X570-Plattformen verbunden sind? Wir haben Phisons neue PCIe 4.0-Referenz-SSD, die das gleiche Design wie die führende Welle neuer SSDs auf dem Markt hat, in unseren Labors, um es herauszufinden.
Speicher ist ein offensichtlicher Anwendungsfall, der vom doppelten Durchsatz der schnelleren Schnittstelle profitieren kann. Flash hat Speicher neu definiert, aber die einst revolutionäre Technologie hat die Bandbreitenbeschränkungen der 6-Gb/s-SATA-Schnittstelle schon vor langer Zeit übertroffen. Das führte zur Migration auf die PCIe-Schnittstelle und das schnelle NVMe-Protokoll, aber jetzt sättigen die neuesten Flash-Geräte auch die PCIe 3.0 x4-Schnittstelle, und eine Flash-Schwemme hat zu Tiefstpreisen geführt, was bedeutet, dass Sie dumm schnelle SSDs erzielen können auf die billige Tour.
Aber was ist, wenn Sie mehr wollen? AMD hat seine PCIe 4.0 Navi-Grafikkarten zusammen mit dem X570-Chipsatz auf den Markt gebracht, aber wir erwarten nicht, dass die breitere PCIe 4.0-Leitung die GPU-Gaming-Leistung stark beeinträchtigt. Der Trick besteht darin, diese Leitung mit schnelleren Datenübertragungen zu füttern, und hier wird die neue Reihe von PCIe 4.0-SSDs einspringen.
Von SATA-Controllern der Einstiegsklasse bis hin zu High-End-NVMe-Controllern hat Phison in den letzten vier Jahren große Fortschritte bei SSD-Controllern gemacht, und jetzt haben wir SSDs von Drittanbietern, die mit Samsung, WD und Intel konkurrieren können, aber sind weniger schädlich für unseren Geldbeutel.
Wir haben in den letzten Monaten die Fortschritte beim neuesten NVMe-Controller von Phison, dem ersten PCIe 4.0-Modell auf dem Markt, verfolgt. Phison hat das PS5016-E16, besser bekannt als E16, entwickelt, um einige der schnellsten SSDs auf dem Markt mit Strom zu versorgen. Einige Unternehmen wie Corsair, Gigabyte, Patriot und einige andere haben SSDs mit Phison E16 angekündigt und werden Produkte herausbringen, sobald sie später in diesem Jahr verfügbar sind, und wir erwarten, dass die zweite Welle von Produkten in der Zukunft kommen wird.
Das bedeutet, dass unser Muster, das ein Referenz-Phison-PCIe-4.0-SSD-Design ist, fast genau das gleiche ist wie die ersten PCIe-4.0-SSDs, die bald auf den Markt kommen werden. Wir hatten die seltene Gelegenheit, diese SSD mit einem speziellen 20.000-Dollar-PCIe-Adapter zu testen, um zu sehen, wie sich die gesteigerte Leistung auf reale Workloads auswirkt.
Der Beginn einer neuen Ära
PCIe ist die schnellste weit verbreitete Speicherverbindung auf modernen Motherboards. Durch den Einbau einer neuen NVMe-SSD können Sie über die PCIe 3.0 x4-Schnittstelle Geschwindigkeiten von bis zu 3,5 GB/s erreichen. Der neue X570-Chipsatz von AMD in Kombination mit Ryzen 3000-CPUs wird jedoch die PCIe 4.0-Schnittstelle öffnen und einen neuen Wettlauf an die Spitze beginnen, wenn es um Speicherleistung der Enthusiastenklasse geht.
Die neue Schnittstelle ermöglicht flexiblere Spurbreitenkonfigurationen und Geschwindigkeitsauswahl und verdoppelt die potenzielle Bandbreite, die enorm ist. Das bedeutet, dass wir bis zu ~2 GB/s pro PCIe-Lane sehen werden, im Gegensatz zu den ~1 GB/s, die wir bei der PCIe 3.0-Schnittstelle sehen. PCIe 4.0 überträgt dieselbe 128b/130b-Codierung wie PCIe 3.0, sodass wir nicht den größten Teil der Bandbreite durch Protokoll-Overhead verlieren. Sobald sich die NAND- und Controller-Designs verbessern, sehen wir möglicherweise, dass SSDs einen Durchsatz von ~8 GB/s (je Richtung) oder mehr erreichen.
Phison war mit seinen Controllern schon immer ziemlich schnell auf dem Markt, und dieses Mal ist da keine Ausnahme. Auf der CES 2019 zeigte Phison frühe PCIe 4.0-SSD-Engineering-Beispiele, die in Kombination mit Toshiba BiCS3 64-Layer-TLC-Flash mit einer Geschwindigkeit von ~4 GB/s liefen, aber der Flash verlangsamte den Controller tatsächlich: Damals sagte Phison, dass er ~ treffen könnte 4,8 GB/s mit schnellerem Flash.
Phison hat den E16 mit Blick auf neuere 3D TLC und QLC Flash entwickelt. Der Chip unterstützt acht NAND-Kanäle mit 32 Chip Enables (CE) bei Geschwindigkeiten von bis zu 800 MT/s, was eine Gesamtkapazität von bis zu 2 TB ermöglicht. Der E12 kann theoretisch bis zu 8 TB Flash unterstützen, aber ohne genügend Nachfrage nach solch kräftigen SSDs hat Phison seinen neuesten Controller mit Unterstützung für Mainstream-Kapazitäten optimiert.
Spezifikationen
Modell
Phison PS5016-E16
Schnittstelle
PCIe 4.0 x4
Protokoll
NVMe 1.3
NAND-Kanäle
8
NAND-Chip aktiviert
32
NAND-Flash-Unterstützung
3D-TLC und QLC
Unterstützte Kapazitäten
512 GB – 2 TB
Formfaktor
M.2
DRAM
DDR4
Herstellungsprozess
28nm
Sequentielles Lesen
5.000 MB/s
Sequentielles Schreiben
4.400 MB/s
Zufälliges Lesen
750.000 IOPS
Zufälliges Schreiben
700.000 IOPS
Fehler Korrektur
Phisons LDPC & RAID ECC der 4. Generation
Verschlüsselung
AES-256 / TCG OPAL 2.0 & Pyrit
Ausdauer
Bis zu 3.600 TBW
Das Muster, das wir heute in unserem Labor haben, enthält die Firmware-Revision EGFM10E3 und Toshibas BiCS4 96-Layer-TLC-Flash, der noch mehr Leistung freigesetzt hat, als Phison ursprünglich erhofft hatte. Mit dem neuen Speicher und einigen weiteren Firmware-Optimierungen kann der E16 jetzt Geschwindigkeiten von 5 GB/s beim Lesen und 4,4 GB/s beim Schreiben erreichen. Das ist rekordverdächtig für ein winziges M.2-Gerät.
Der E16 basiert auf einem 28-nm-Prozessknoten, genau wie der E12 davor. Eigentlich sind sich E12 und E16 sehr ähnlich. Phison baute den E16 auf dem Design des E12 auf, sodass Funktionen wie End-to-End-Datenschutz und thermische Überwachung enthalten sind. Der E16-Controller unterstützt AES-256-, TCG OPAL 2.0- und Pyrite-Verschlüsselungsfunktionen sowie SMART-Datenberichterstattung, Trim und den Format-NVMe-Befehl zum sicheren Löschen von Daten. Im Wesentlichen verwendet der Controller das Back-End des E12, gepaart mit einem schnelleren PCIe 4.0 PHY, Phisons LDPC ECC-Engine der 4. Generation und einigen verbesserten NAND-IPs. Obwohl die PHY neu ist, gibt es nicht viele Änderungen an den Rechenfunktionen: Die meisten Neuerungen liegen im Code.
Eine genauere Betrachtung
Da Phison den E16 auf dem E12-Fundament aufgebaut hat, ist auch das PCB-Design im Grunde gleich. Unser doppelseitiges 1-TB-M.2-2280-Formfaktormuster sieht genauso aus wie aktuelle SSDs auf dem Markt, mit einer Ausnahme: Genau wie Silicon Motion sehen wir, dass Phison jetzt eine Nickeloberfläche auf dem Controller anbringt, um die Wärmeableitung zu unterstützen. Dies ist eine großartige Ergänzung, aber hoffentlich werden die Anbieter die blaue Leiterplatte des technischen Musters abschaffen.
Wie bereits erwähnt, wurde unser Beispiel mit Toshibas 96-Layer-BiCS4-TLC-Flash geliefert. Produkte mit 1 TB und darunter verfügen über 256-Gbit-Die, während 2-TB-Produkte über 512-Gbit-Die verfügen. BiCS4 ermöglicht eine Leistungssteigerung gegenüber BiCS3, und basierend auf der von Gigabyte vermarkteten 3.600 TBW Ausdauer für ihre 2 TB Aorus NVMe haben sich die Ausdauerwerte gegenüber der maximalen Unterstützung des E12 für bis zu 3.120 TBW Ausdauer leicht verbessert. Das könnte teilweise auch an der LDPC-Engine der vierten Generation liegen.
SSD-Testsystem
Zentralprozessor
Intel Core I7 9700K bei 5 GHz
RAM
2 x 8 GB Kingston HyperX Predator RGB bei 4 GHz
Hauptplatine
ASRock Z390 Taichi Ultimate
CPU-Kühler
Noctua NH-U14S
Netzteil
EVGA500W
Warte… PCIe 4.0 ist noch nicht draußen, wie haben wir es getestet?
Wenn man bedenkt, dass zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels keine Consumer-PCIe-4.0-Systeme auf dem Markt sind, schien es ziemlich unmöglich, einen dieser bösen Jungs zu testen. Bis wir ein paar Fäden gezogen haben und zufällig auf eine 20.000-Dollar-Gen4HOST-Zusatzkarte von PLDA gestoßen sind. Was macht dieses AiC? Im Grunde wandelt es unseren PCIe 3.0 x16-Steckplatz auf dem Hostsystem in eine PCIe 4.0 x8-Verbindung um, die mit PCIe 4.0-Endpunkten kommuniziert. Diese Art von Platine wird für die Entwicklung und Validierung verwendet, so wie wir heute hier die Leistung validieren werden.
