De Samsung 980 PRO PCIe 4.0 SSD-recensie: A Spirit of Hope

Het is misschien wat later dan oorspronkelijk gepland, maar Samsung’s eerste consumenten-SSD die PCIe 4.0 ondersteunt, is hier. De Samsung 980 PRO kreeg voor het eerst een preview op CES in januari, maar we hoorden niets meer totdat er tegen het einde van de zomer lekken opdoken. Nu is de 980 PRO klaar om een ​​nieuwe golf van PCIe 4.0 SSD-releases te lanceren. Deze nieuwe wijzigingen zijn de belangrijkste wijzigingen in de PRO SSD-lijn van Samsung sinds het debuut van de eerste NVMe-schijf.

De Samsung 980 PRO PCIe 4.0 SSD

Terwijl we naar een wereld marcheren waarin PCIe 4.0 aan de overgrote meerderheid van de consumenten in alle computersegmenten zal worden aangeboden, is de stap verder om ondersteuning voor deze nieuwe standaarden mogelijk te maken. Voordelen zoals verhoogde pieksnelheid of verminderd stroomverbruik zijn voor de hand liggende essentiële specificaties die PCIe 4.0 naar de tafel brengt, en daarom is het hebben van geoptimaliseerde producten altijd het geval geweest, aangezien nieuwe generaties de vertelden overtroeven. Samsungs eerste PCIe 4.0 x4-aanbod voor consumenten is de 980 PRO, een serie M.2-schijven met capaciteiten tot 2,0 TB.

Deze nieuwe schijven zijn voorzien van het nieuwste in het controllerontwerp van Samsung, maar markeren ook de verandering van 2-bits cellen naar 3-bits cellen voor de Pro-serie schijven. Dit zorgt voor veranderingen voor meer capaciteit en lagere kosten, en dankzij de controllertechnologie van Samsung valt het lagere theoretische uithoudingsvermogen dat we met TLC zouden verwachten, nog steeds onder de garantie. De Pro-serie opslagschijven van Samsung is altijd ontworpen om indruk te maken en bevindt zich altijd in de bovenste regionen voor prestaties voor de markt. Dit is wat we hier in deze recensie willen testen.

Samsung 980 PRO SSD-specificaties
Capaciteit		250 GB	500 GB	1 TB	2 TB
Koppel		PCIe 4 x4, NVMe 1.3c
Vormfactor		M.2 2280 Enkelzijdig
Controller		Samsung Elpis
NEN		Samsung 128L 3D TLC
LPDDR4 DRAM		512 MB		1 GB	2 GB
SLC Schrijf cachegrootte	Min	4GB	4GB	6 GB	Nader te bepalen
	Max. Hoogte	49 GB	94 GB	114 GB
Sequentieel lezen		6400 MB / s	6900 MB / s	7000 MB / s
Sequentieel schrijven	SLC	2700 MB / s	5000 MB / s	5000 MB / s
	TLC	500 MB / s	1000 MB / s	2000 MB / s
Willekeurig lezen IOPS (4 kB)	QD1	22k	22k	22k
	Max. Hoogte	500k	800k	1000k
Willekeurig schrijven IOPS (4 kB)	QD1	60k	60k	60k
	Max. Hoogte	600k	1000k	1000k
Actieve kracht	Lezen	5,0 W	5,9 W	6,2 W
	Schrijven	3,9 W	5,4 W	5,7 W
Inactief vermogen	APST	35 mW
	L1.2	5 mW
Schrijf uithoudingsvermogen		150 TB 0,3 DWPD	300 TB 0,3 DWPD	600 TB 0,3 DWPD	1200 TB 0,3 DWPD
Garantie		5 jaar
Start MSRP		$ 89,99 (36 ¢ / GB)	$ 149,99 (30 ¢ / GB)	$ 229,99 (23 ¢ / GB)	Nader te bepalen

Vandaag testen we de modellen van 250 GB en 1 TB, die het huidige minimum en maximum vertegenwoordigen van het aanbod. Het model van 2 TB komt op een later tijdstip in de detailhandel, samen met de bijbehorende specificaties.

Twee golven van PCIe 4.0-opslag: Wave One

AMD startte vorig jaar met de overgang naar PCIe 4.0 met de release van hun Zen 2-familie van CPU’s. Hiermee begon de eerste fase van PCIe 4.0 SSD’s, te beginnen met Phison.

Phison was op dat moment de enige SSD-controllerleverancier die klaar was met een PCIe 4.0-oplossing; zijn E16-controller is meer dan een jaar op de markt geweest als de enige optie voor PCIe 4.0 SSD’s voor consumenten. Zijn gerapporteerd er veel over ook. Maar de Phison E16 was een beetje een gehaast ontwerp, met een minimum aan wijzigingen aan hun zeer succesvolle E12-controller om PCIe 4.0-ondersteuning mogelijk te maken. Dat leverde de E16 een aantal opmerkelijke tekortkomingen op: hij biedt alleen iets meer piekbandbreedte die wordt geboden door de upgrade naar PCIe 4.0, en de extra prestaties gaan gepaard met veel extra stroomverbruik. De rest van de SSD-industrie besloot om de PCIe 4.0-overgang wat langzamer te laten verlopen, en bereidde meer volwassen controllerontwerpen voor om te produceren op kleinere procesknooppunten die de efficiëntie kunnen bieden die nodig is om de volledige snelheid van een PCIe 4.0 x4-link te gebruiken terwijl ze binnen blijven de thermische en vermogensbeperkingen van een M.2-schijf.

Alle grote spelers op de SSD-controllermarkt hebben zich voorbereid op deze tweede golf van Gen4-schijven, maar Samsung zet de eerste stap in deze ronde. De 980 PRO introduceert de nieuwe Samsung Elpis-controller, gebouwd op hun 8nm-proces en ontworpen om de topprestaties van PCIe Gen3 SSD’s te verdubbelen.

Wave Two begint met Samsung

Naast de nieuwe Elpis-controller introduceert de 980 PRO een nieuwe generatie 3D NAND-flashgeheugen van Samsung. Officieel maakt Samsung het aantal lagen niet bekend, maar ze hebben beweerd dat het 40% meer is dan hun vorige generatie, die 92L was, dus dit zou 128L 3D NAND moeten zijn. Samsung is niet de eerste die 128L NAND (SK hynix met minder dan een maand) op de markt brengt, maar het laat zien dat het aantal lagen toeneemt en dat de capaciteit dat ook zou moeten zijn.

Historisch gezien gebruikt de PRO-serie SSD’s enkele van de snelste en meest duurzame NAND die beschikbaar is – dit is wat de producten de PRO-naam geeft. Deze keer verandert Samsung dingen om zijn Pro line-klantenbestand uit te breiden – Samsung ziet af van het gebruik van het twee bit per cel (MLC) geheugen dat het kenmerk was van de PRO-productlijnen, en met de 980 PRO, Samsung schakelt eindelijk over op drie bit per cel (TLC) NAND-flashgeheugen. Deze verandering is niet ongekend: Samsung is bijna helemaal de enige geweest in hun voortdurende gebruik van 2-bit MLC NAND. Ter vergelijking: de rest van de SSD-industrie (consumenten en ondernemingen) is overgestapt van MLC naar TLC, zelfs op de meest geavanceerde ontwerpen.

De historische redenering voor het kiezen van MLC NAND boven TLC NAND komt altijd neer op twee hoofdfactoren: MLC is meestal sneller en heeft een hogere schrijfduur. TLC NAND is misschien langzamer dan MLC NAND in het algemeen, maar dat betekent niet dat TLC SSD’s langzamer moeten zijn dan MLC SSD’s. De prestatievoordelen van MLC NAND voor gebruik door de consument zijn aanzienlijk verminderd door de universele acceptatie van SLC-schrijfcaching op TLC SSD’s en de trend naar grotere SLC-caches. Tenzij een gebruiker veel verder gaat dan de SLC-cache, verdient een TLC-schijf met een SLC-cache aanzienlijk meer de voorkeur vanuit het oogpunt van capaciteit dan een MLC-schijf.

Het uithoudingsvermogen van schrijven is altijd een belangrijk punt geweest om in de gaten te houden, maar de SSD-industrie heeft met succes voorkomen dat het een serieus probleem voor consumenten wordt. Verbeterde foutcorrectie en de fundamentele voordelen van 3D NAND ten opzichte van oudere vlakke NAND hebben geholpen, maar de grootste factor was de groei van de schijfcapaciteit. Het totale schrijfvermogen van een SSD schaalt ongeveer lineair met zijn capaciteit: een schijf van 2 TB kan ongeveer twee keer zoveel TB aan schrijfbewerkingen verwerken gedurende zijn levensduur als een schijf van 1 TB. De opslagbehoeften van consumenten groeien echter niet op dezelfde manier als de opslagbehoeften van bedrijven. Wanneer een consument overstapt van een schijf van 512 GB naar 1 TB of 2 TB, is de meeste extra capaciteit die wordt gebruikt voor relatief statische gegevens: foto’s, video’s en games die niet zo vaak worden gewijzigd, en zeker niet meerdere keren per dag.

Het gebruik van TLC in plaats van MLC door de 980 PRO kan het einde betekenen van een tijdperk voor SSD’s, maar het betekent niet noodzakelijk dat de drive de naam “PRO” niet waard is; de 980 PRO bevindt zich nog steeds duidelijk aan de bovenkant van de consumentenmarkt.

In veel opzichten had deze schijf gemakkelijk de 980 EVO kunnen worden genoemd als vervanging voor de 970 EVO Plus. Samen met het overschakelen naar TLC NAND heeft Samsung de schrijfduurzaamheidsclassificaties gehalveerd tot 0,3 DWPD en de bruikbare capaciteiten verlaagd tot de typische TLC / EVO-niveaus van 250/500/1000 GB in plaats van 256/512/1024 GB. TLC betekent dat de 980 PRO nu vertrouwt op SLC-caching voor zijn piekschrijfsnelheden, en de schrijfprestaties zullen aanzienlijk afnemen als de SLC-cache ooit vol raakt. Samsung heeft dit echter gecompenseerd door de 980 PRO te configureren om aanzienlijk grotere SLC-cachegroottes te gebruiken dan hun vorige EVO-schijven, en dit is wat het de Pro-naam zal geven, meer dan wat dan ook. MSRP’s zijn nu ook veel lager en vergelijkbaar met andere op TLC gebaseerde PCIe 4 SSD’s.

De basislay-out en het uiterlijk van de M.2 NVMe SSD’s van Samsung is in de loop der jaren weinig veranderd, zelfs als de componenten zijn geüpgraded. De Elpis-controller is hun tweede met een metalen heatspreader op het controllerpakket. Dit is de derde generatie schijven die koperfolie in het label aan de achterkant van de schijf gebruikt als een extra heatspreader.

Na de PCIe 4-ondersteuning en het 8nm fab-proces, is de volgende belangrijkste functie van de nieuwe Samsung Elpis de ondersteuning voor 128 IO-wachtrijen, vergeleken met 32 ​​in de vorige Phoenix-controller. De meest voorkomende use case voor meerdere IO-wachtrijen op een NVMe SSD is dat het besturingssysteem één wachtrij per CPU-kern toewijst, zodat er geen kern-naar-kern-synchronisatie vereist is voor software om nieuwe IO-opdrachten naar de SSD te verzenden. Nu het aantal CPU-kernen ver boven de 32 is gestegen, is het logisch dat Samsung meer wachtrijen ondersteunt, vooral omdat deze NVMe-controllers ook worden gebruikt in de instapmodel NVMe SSD’s voor ondernemingen en datacenters.

Geschiedenis van Samsung Client / Consumer PCIe SSD-controller
Codenaam		Elpis	Feniks	Polaris	UBX	Onbekend
Onderdeel nummer		S4LV003	S4LR020	S4LP077	S4LN058	S4LN053
Host-interface		PCIe 4.0 x4	PCIe 3.0 x4	PCIe 3.0 x4	PCIe 3.0 x4	PCIe 2.0 x4
Protocol ondersteuning		NVMe 1.3c	NVMe 1.3	NVMe 1.2	NVMe 1.1 (of AHCI)	AHCI
Aantal IO-wachtrijen		128	32	7	8	1
Max. Wachtrijgrootte		16384 (per wachtrij)				32
Fabricageproces		8nm	14nm	?	?	?
DRAM-ondersteuning		LPDDR4	LPDDR4	LPDDR3	LPDDR3	LPDDR2
Retailconsument Producten		980 PRO	970 PRO 970 EVO 970 EVO Plus	960 PRO 960 EVO	950 PRO	(Geen)
Klant OEM Producten		PM9A1	SM981 PM981	SM961 PM961	SM951 PM951	XP941

Het NVMe-protocol heeft geen belangrijke functies toegevoegd sinds versie 1.1 die door de 950 PRO wordt gebruikt, maar Samsung heeft de naleving van latere versies gehandhaafd en enkele van de nieuwe optionele functies geïmplementeerd. De 980 PRO maakt geen reclame voor naleving van de nieuwste NVMe 1.4-specificatie en claimt in plaats daarvan naleving van versie 1.3c, maar dit heeft in feite geen praktische impact.

Deze recensie

Voor de beoordeling van vandaag richten we ons specifiek op high-end consumenten-SSD’s. De drijfveren om op te letten zijn:

• Samsung 970 Pro (64L MLC)
• Samsung 970 Evo (64L TLC)
• Samsung 970 Evo Plus (92L TLC)
• Elke Phison E16-schijf met PCIe 4.0, zoals Seagate FireCuda 520 (96L TLC)
• Elke Phison E12-schijf met PCIe 3.0, zoals Seagate FireCuda 510 (64L TLC)
• Elke Silicon Motion SM2262 PCIe 3.0-schijf, zoals Kingston KC2500
• Andere vlaggenschepen: WD Black SN750, Intel Optane 905P, SK hynix Gold P31

We gaan ook een PCIe 3.0 x8 enterprise-schijf toevoegen, de Samsung PM1725a. De PM1725a is een interessante keuze aangezien het een 6,4 TB high-end enterprise SSD is die al een paar jaar oud is. Het heeft evenveel PCIe-bandbreedte als nieuwe PCIe 4.0 x4 SSD’s, maar de PM1725a is afgestemd op gebruik in bedrijven: het ontbreken van SLC-caching doet de piek schrijfprestaties pijn, maar de leesdoorvoer is nog steeds indrukwekkend met meer dan 6 GB / s voor sequentieel en meer dan 1 miljoen IOPS voor willekeurige leesbewerkingen. Het nadeel is dat het meer dan 20 watt nodig kan hebben om dat soort prestaties te leveren. We zullen zien of de sprong van PCIe 3.0×8 naar PCIe4.0x4 het de moeite waard maakt.

Zoals altijd kunnen vergelijkingen met andere schijven worden gemaakt met behulp van onze Bench-tool.