ADATA GAMMIX S10 im Test

SSDs in der kompakten M.2-Bauform können in Spiele-PCs eine wachsende Verbreitung vorweisen. Da aktuelle Mainboards meist mit den notwendigen Slots ausgestattet sind, wollen immer mehr Nutzer von den höheren Übertragungsraten profitieren. Für manchen muss es aber dennoch günstig sein, daher sehen wir uns heute eine günstige Einstiegs-SSD von ADATA in der M.2-Bauform an: die XPG GAMMIX S10.

Intro

SSDs in der kompakten M.2-Bauform werden immer beliebter. Das liegt nicht unbedingt daran, dass sie weniger Platz wegnehmen und sich dadurch besser in kompakten Notebooks und Rechnern verbauen lassen. Viel ausschlaggebender ist der Umstand, dass auf M.2-Modulen verschiedene logische Schnittstellen eingesetzt werden können. Beispielsweise die altbekannte SATA-Spezifikationen mit Geschwindigkeiten bis 600 MB/s oder das für PC-Enthusiasten viel interessantere PCI Express auf Basis von NVM Express. Hiermit sind Geschwindigkeiten von über 3.200 MB/s möglich, was einen deutlichen Leistungssprung darstellt.

Impressionen

Wir sehen uns heute ein Modell des taiwanesischen Speicherherstellers ADATA an: die XPG GAMMIX S10. Diese SSD wurde letzten Herbst im Einstiegsbereich des ADATA-Portfolios platziert, und ihre Aufgabe ist es, zu einem günstigen Preis hohe Leseraten zu bieten und damit herkömmliche SATA-Modelle Performance-mäßig abzuhängen. In diesem Preissegment ist aber auch der Einsatz von kosteneffizientem TLC-NAND unumgänglich, mit welchem hohe Schreibraten meist nicht zu erwarten sind. Üblicherweise verwenden die meisten Hersteller SLC-Caches, um diesen Umstand möglichst weit zu kompensieren. In diesem Test werden wir sehen, wie ADATA dieses Problem angegangen ist.

SSD-Lesezeichen:

• Struktur
• Leer oder frei?
• Wear Leveling
• Die Wurzel allen Übels: Read-Modify-Writes-Müllabfuhr
• Spare Area und Überprovisionierung
• TRIM löscht nicht!
• Geschwindigkeit
• SLC, MLC, eMLC, TLC
• SSD-Caching – How-to

Jüngste SSD-Reviews:

• Roundup: PCI-Express-SSDs mit NVMe
• Western Digital Blue 500GB SSD
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• Crucial BX100 mit 250 GB
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• OCZ ARC 100 mit 256 GB
• Crucial MX100 mit 256 GB
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• Crucial M550 mit 256 GB und 1 TB
• SanDisk Extreme II und Ultra Plus
• Samsung 840 Pro und EVO
• SSD-Reboot

Der Testkandidat

ADATAs GAMMIX S10 setzt auf die weit verbreitete Kombination aus günstigem 3D-NAND mit TLC-Ansteuerung und einem SLC-Cache zur Beschleunigung von Schreibzugriffen. Die TLC-Ansteuerung der Speicherzellen ermöglicht es, drei Bit pro Zelle zu speichern. Dafür dauert der Schreibvorgang länger, und die Schreibraten sinken. Ein SLC-Cache wirkt dem entgegen und ermöglicht es, einige Gigabyte deutlich schneller zu schreiben. Natürlich wird der Cache im Hintergrund wieder geleert, indem die Daten in den TLC-Bereich verschoben werden, sodass die Schreibbeschleunigung später wieder zur Verfügung steht. Abgesehen von den günstigeren Produktionskosten deckt diese Mischung den Bedarf der meisten Heimanwender und Spieler bereits mehr als ausreichend ab: Die gesamte Datenmenge auf dem Datenträger kann schnell gelesen werden, während Schreibvorgänge meist nur in moderaten Mengen anfallen. Eine Übersicht über die unterschiedlichen Speichertypen findet sich hier.

ADATA bezeichnet seinen Cache als „Intelligent Cache“, was meist ein Indiz dafür ist, dass die Größe des Caches dynamisch ist. Exakte Angaben zu dessen Größe finden sich leider nicht in den Datenblättern, sodass wir im Test versuchen werden, dessen Größe abzuleiten. Der Controller Silicon Motion SM2260 ist ein bekannter Vertreter. 2015 von Silicon Motion angekündigt und seit 2017 in Einsteiger-SSDs wie zum Beispiel der Intel 600p eingesetzt, ist er preisgünstig und ausgereift.

Übersicht der technischen Daten

Im Endkundenmarkt stellen sich Samsungs 960 EVO und Intels 600p als direkte Konkurrenten zu unserem Testkandidaten dar. Die folgende Tabelle stellt die technischen Angaben der Hersteller noch einmal gegenüber:

Impressionen

Auffälligstes Merkmal ist der aufgeklebte Heatspreader. Er ist relativ flach und mit roten, dynamisch wirkenden Formen auf schwarzem Untergrund designt. Grundsätzlich kann ein Heatspreader dabei helfen, Abwärme des SSD-Controllers leichter abzuführen, ist dabei aber auch darauf angewiesen, von der Gehäuselüftung unterstützt zu werden – besonders in sehr kompakten Gehäusen.

Der 32-lagige 3D-NAND kann bei TLC-Ansteuerung 384 Gbit pro Die speichern und stammt von IM Flash Technologies, einem Joint Venture zwischen Intel und Micron, welches auch am High-Performance-Speicher 3D-XPoint feilt. Intels/Microns 3D-NAND hatten wir hier kurz vorgestellt. Als Controller kommt wie beschrieben der bekannte Silicon Motion SM2260 zum Einsatz.

Der Kühler ist mittels zweier wärmeleitender Klebepads auf der Platine befestigt. Schaut man jedoch von der Seite unter den Kühler, sieht man, dass der größte Teil des Controllers nicht von den Klebepads bedeckt ist und damit die Wärmeabgabe von der metallenen Controller-Oberfläche zumindest etwas eingeschränkt ist. Aufgrund der geringen Wärmeentwicklung ist dies aber nicht als Problem zu sehen.

Die Klebepads und der Kühler selbst sind insgesamt 2 mm hoch.

Ausstattung

ADATA stellt keinen NVMe-Treiber für diese SSD bereit, sie wird daher mit dem nativen Treiber des Betriebssystems angesprochen. Für alle sonstigen Aufgaben gibt es die ADATA-Toolbox. Diese unterstützt fast alle ADATA-Modelle und ermöglicht die Anzeige der Betriebsparameter und Lebensdauer, das Optimieren von Betriebssystemeinstellungen bezüglich der SSD (z. B. TRIM), Firmware-Updates sowie eine Schnell- oder Volldiagnose des Laufwerkes. Dabei wird ein Lesetest über den gesamten Speicherbereich durchgeführt. Fünf Jahre Garantie runden das Paket ab.

Testumgebung

Hardware

Teststation:

• CPU: Intel Core i3 3220 – 4 x 3,3 GHz (Turbo: off) [Amazon-Angebote]
• Mainboard: ASUS P8H77M (H77-Chipsatz) [Amazon-Angebote]
• Speicher: 8 GByte (4 x 2 GB) Team Xtreem – SPD-Betrieb: DDR3-1333 9-9-9-24-1T bei 1,5 Volt [Amazon-Angebote]
• Netzteil: NZXT 650 Watt HALE82 Series [Amazon-Angebote]
• Boot-Laufwerk: OCZ Vertex-2-SSD als Boot-Laufwerk [Amazon-Angebote]

Der Testkandidat:

• ADATA XPG GAMMIX S10 (Amazon-Angebote), Firmware: CB1.1.1

Vergleichsmodelle:

• AMD/OCZ Radeon R7 240 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Corsair Force LX 256 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Corsair GTX 480 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Corsair Neutron XT 480 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Crucial M550 256 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Crucial M550 1 TB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Crucial MX100 (250 GB) (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Crucial MX300 (1.050 GB) (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Intel 600p 512 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• OCZ ARC 100 240 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Samsung 840 120 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Samsung 840 EVO 250 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Samsung 840 Pro 256 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Samsung 960 Evo 512 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• SanDisk Extreme 240 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• SanDisk Extreme II 240 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• SanDisk Ultra Plus 256 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• Toshiba OCZ RD400A 512 GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)
• WD Blue 500GB (HT4U-Test / Amazon-Angebote)

Software

Unser Benchmark-Parcours

Unser Benchmark-Parcours soll folgende Fragen beantworten:

• Wie schnell ist die SSD beim sequenziellen Lesen und Schreiben großer Dateien und beim zufälligen Lesen und Schreiben kleiner Dateien?
• Wie wirken sich nach starker Schreiblast fragmentierte Blöcke (nicht mit Dateifragmentierung verwechseln!) und die daraus resultierenden Read-Modify-Writes auf die Performance aus?
• Wie schnell ist die SSD bei einem Dauerlastszenario (Steady-State)?
• Kann TRIM die volle Performance wiederherstellen?
• Wie effektiv ist die Garbage-Collection?
• Wie schnell ist die SSD, wenn bestimmte Mischungen großer und kleiner Blöcke auftreten?

Synthetische Benchmarks

Die Verwendung von synthetischen Benchmarks lässt sich nicht umgehen, da nur mit diesen die technischen Limits der SSDs sichtbar werden. Sie zeigen das erreichbare Maximum auf.

Bei diesen Benchmarks ermitteln wir die Performance in den folgenden Zuständen:

Auf diese Weise wird ersichtlich, ob und wie stark die Leistung der SSD abfällt und ob TRIM die ursprüngliche Performance wiederherstellen kann.

Es ist dabei unerheblich, ob man ein paar hundert MP3- oder Videodateien kopiert oder diese Arbeit durch Iometer simuliert, für die SSD ist der Aufwand der gleiche. Unterschiede, die aus dem Dateisystem des Betriebssystems resultieren, betreffen dann alle SSDs gleichermaßen, sodass die Verhältnisse der Leistungsunterschiede gleich bleiben.

Trace-Benchmarks

Das reale Leben lässt sich dagegen eher durch Trace-Benchmarks wie PCMark oder Iometer-Profile, welche Anwendungsfälle simulieren, nachstellen. Mit diesen Tests werden praxisnahe Zugriffe reproduzierbar durchgeführt.

Für praxisnahe Ergebnisse führen wir diese Tests durch, nachdem die SSD bereits mehrmals mit Lastprofilen beschrieben wurde und bis auf einen Rest von 10 GB mit aktiven Daten belegt ist. Damit erhält man Leistungswerte einer SSD, die bereits genutzt wurde und momentan zum größten Teil gefüllt ist.

Anwendungen

Per Anwendung selbst testen wir weniger. Das hat hauptsächlich zwei Gründe: Erstens wird durch das Limit der CPU der Leistungsabstand zwischen den SSDs verfälscht. Etwa dann, wenn bei einem Anwendungsstart die SSD darauf warten muss, dass die CPU erst bestimmte Daten verarbeiten muss, bevor die SSD weiterarbeiten kann. Aufgrund des CPU-Limits rücken die SSDs hier im Ergebnis näher aneinander, als es später mit schnelleren CPUs der Fall wäre. Zweitens lassen sich viele Anwendungen nur per Stoppuhr messen, was uns zu ungenau ist, vor allem da die Ergebnisse teilweise nur Zehntelsekunden auseinanderliegen. Wir führen aber unseren altgedienten OpenOffice-Kopiertest durch, da er gut reproduzierbar ist. Wir haben dort lediglich die Menge der Daten um den Faktor 12 vergrößert. Es handelt sich nun um eine Datenmenge von 3,06 GB in über 48.000 Dateien unterschiedlichster Größe, die auf dem Testlaufwerk dupliziert wird.

Dauerlast-Messungen

Wie im Abschnitt „Lastverhalten“ beschrieben, brechen SSDs unter kontinuierlicher zufälliger Schreiblast dann ein, wenn die Garbage-Collection nicht schnell genug freie Blöcke bereitstellen kann. Ein solches Lastverhalten tritt freilich nur selten im normalen Heimbetrieb auf. Für den einen oder anderen Leser mag es aber interessant sein, ob eine SSD auch für einen etwas härteren Einsatz geeignet ist. Etwa als Datenträger für einen Virtualisierer, wo durchaus sehr viele kleine Zugriffe parallel auftreten können, oder als Platte für eine Datenbank-Testumgebung.

Für diesen Test lassen wir per Iometer so viele 4k-Schreibzugriffe wie nur möglich auf die SSD los und erstellen einen Graphen, der die Leistung über die Zeit darstellt. Diesen Test wiederholen wir nach 30 Minuten beziehungsweise 12 Stunden Pause, um zu sehen, ob in dieser Zeit die Garbage-Collection wieder ausreichend freie Blöcke für eine hohe Performance bereitstellen konnte. Da Iometer mit einer großen Testdatei arbeitet, die dabei zu keinem Zeitpunkt gelöscht, sondern nur überschrieben wird, sind Einflüsse durch TRIM bei diesen beiden Wiederholungsläufen ausgeschlossen. Die Leistungssteigerung durch TRIM selbst wird anschließend in einem vierten Durchlauf gemessen. Dieser findet nach einer Schnellformatierung statt, wodurch das Laufwerk „getrimt“ wird. Die Testdatei wird dann neu angelegt.

Wir möchten ausdrücklich darauf hinweisen, dass dies deutlich über die normalen Anforderungen an SSDs für den Heimeinsatz hinausgeht. Wenn eine SSD hier nicht so gut abschneidet, wird dies daher nicht negativ angerechnet. Wir wollen aber herausfinden, welche SSDs aus der Masse positiv hervorstechen. Zudem kann man an diesem Test besser erkennen, wie und ob die Garbage-Collection arbeitet.

MByte/s oder IOPS?

Im Normalfall geben wir die Messergebnisse in Megabyte pro Sekunde an. Bei den Profiltests entschieden wir uns jedoch für IOPS (Input/Output Operations per Second = Ein- und Ausgabebefehle pro Sekunde). Ein Eingabe- oder Ausgabebefehl kann das Lesen oder Schreiben eines Blockes bedeuten. Der Vergleichbarkeit tut das keinen Abbruch. Wenn ein Datenträger bei einem Schreibtest mit 128-KB-Blöcken 1.000 IO pro Sekunde schafft, dann ergeben sich daraus rechnerisch eben 1.000 * 128 kB = 128 MB pro Sekunde. Wenn ein Betriebssystem MP3-Dateien oder Videos schreibt, dann macht es dies ebenfalls in Blöcken, und die Blockgrößen hängen am Ende von der Größe der Dateien und der Formatierung des Dateisystems ab. Bei vielen kleinen Dateien limitiert so unter Umständen die Anzahl der IOPS und bei großen Dateien die maximale Schreibrate der SSD. Daher ist der Einsatz der Angabe von IOPS überall dort sinnvoll, wo eine hohe Anzahl von Lese- und Schreiboperationen stattfindet und/oder unterschiedliche Blockgrößen anliegen.

Bei den Dauerlast-Messungen hat die Angabe in IOPS den zusätzlichen Vorteil, dass man hier direkt die von den Herstellern üblicherweise beworbenen maximalen IOPS-Angaben den realen Resultaten gegenüberstellen kann.

Messergebnisse

Sequenzielles Lesen

Da wir die sequenziellen Lesetests unter Iometer mit einer Warteschlangenlänge („Queue Depth“) von 1 bei einer Transfergröße von 2M durchführen, können nicht alle Laufwerke ihre maximale theoretische Lesegeschwindigkeit erreichen. Die Leistungsunterschiede bei gleicher Warteschlangenlänge sind aber erkennbar. AS SSD reizt den Lesevorgang optimaler aus.

Sequenzielles Schreiben

Da unser Iometer-Testdurchlauf eine große Datenmenge für mehrere Minuten schreibt, sind die Schreibraten für dieses TLC-Laufwerk relativ gering, da der SLC-Cache nicht für eine solch große Datenmenge ausreicht. Dass der Wert (nach Last) höher ist, ist auffällig. Intels 600p verhielt sich genauso, und beide Modelle weisen den gleichen Controller auf, sodass ein Zusammenhang mit der Verfahrensweise des SLC-Caches vermutet werden kann (siehe nächste Seite).

Der AS-SSD-Benchmark schreibt hingegen eine kleinere Datenmenge, daher macht dieser eher die höheren Schreibraten mit SLC-Cache sichtbar. Während Nutzer mit großen Schreibmengen (z. B. beim 4K-Video-Editing) sich eher am Iometer-Benchmark orientieren sollten, ist für die meisten Anwender der AS-SSD-Benchmark ausschlaggebender.

Sequenzielles Schreiben im Zeitverlauf

Hier prüfen wir, wie sich die sequenzielle Schreibgeschwindigkeit über die Zeit entwickelt, um dem SLC-Cache auf den Zahn zu fühlen. Größere Datenmengen schreibt der Controller zuerst in einen Bereich, der schnell im SLC-Modus angesteuert wird. Ist dieser Bereich voll, sinkt dementsprechend die Datenrate. Aus Schreibrate und Zeitpunkt des Absinkens der Schreibrate kann man die Größe des SLC-Caches ableiten. ADATA bewirbt den Cache als „Intelligent Cache“. Manche Hersteller verbinden damit eine dynamische Anpassung der Cache-Größe, je nachdem wie voll der Datenträger ist. Die erste exemplarische Messung machen wir, wenn die SSD nur zu einem Viertel gefüllt ist:

Die GAMMIX S10 kann für etwa 15 Sekunden eine Schreibrate von knapp über 800 MB/s aufrechterhalten, bevor die weiteren Schreibvorgänge direkt im TLC-Modus stattfinden. Nun wiederholen wir die Messung, wenn auf der SSD nur noch 10 GB frei sind:

Die Werte sind praktisch identisch, die Größe des Caches scheint sich in diesem Bereich nicht zu verändern. Dementsprechend kann man davon ausgehen, dass bei unserem 512-GB-Modell der SLC-Cache eine Größe von 12 GB aufweist. Bei kleineren Modellen wird dieser dementsprechend kleiner sein. Auffällig ist, dass der Controller bereits während des weiteren Schreibvorganges offenbar den Cache wieder leert, wodurch die Schreibrate alle paar Sekunden für einen kurzen Moment auf den Maximalwert ansteigt.

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