Der schnelle NVMe-Speicher ist da

Erste Generation – SSDs mit PCI Express 5.0-Schnittstelle

Die erste Generation der SSD-Festplatten mit PCI Express 5.0-Anbindung ist nur noch bedingt aktuell.

Im ersten Wurf versprachen Hersteller die 10 GByte/s-Marke zu knacken, was SSDs der folgenden Generation dann überboten – dank verbesserter Controller- und Flash-Chips (3D-TLC-NAND).

Zum Zeitpunkt der Markteinführung war außerdem ausschließlich der Phison E26-Controller verfügbar, so dass sich alle Modelle den gleichen Controller teilen.

Dieser hat eingangs einiges an Abwärme produziert – und damit es kein Hitzeproblem gibt, reagierten viele Hersteller und spendierten dem M.2-Modul teils wuchtige Kühlkörper als Hitzeschutz.

Kurzum – neuere Generationen überbieten die Leistungswerte der ersten Generation, haben das Hitzeproblem besser im Griff und mittlerweile gibt es auch Alternativen zum Phison E26.

• Gigabyte AORUS Gen5 10000 SSD
• Corsair MP700
• Crucial T700
  • mit Kühlkörper (passiv, kein Lüfter, aus Aluminium)
  • ohne Kühlkörper (M.2-Modul ohne Kühler)
• Seagate FireCuda 540 SSD
  • mit Kühlkörper (passiv, kein Lüfter, aus Aluminium)
  • ohne Kühlkörper (M.2-Modul ohne Kühler)
• Adata Legend 970 SSD

Teilweise sind obige Festplatten bereits abgekündigt bzw. EoL (end of life).

Sofern eine sich eine solche PCIe 5.0-SSD jedoch zum guten Preis findet, darf man ggf. dennoch überlegen, hier zuzuschlagen.

Künftige Controller

Die Entwicklung der SSD-Controller hat sich durchaus ein wenig in die Länge gezogen.

Ob alle der folgenden Controller tatsächlich die Marktreife erreichen und entsprechende Solide State Disks erscheinen, ist dann nochmal eine andere Frage.

• InnoGrit IG5666 (8 Kanäle, bislang nur die ADATA LEGEND 970 PRO (gelistet bei Amazon) erschienen)
• Phison E28 (8 Kanäle, Phison E26-Nachfolger)
• Realtek RTS5782 (8 Kanäle)
• Samsung Presto (vermutlich Samsung SSDs vorbehalten)
• Silicon Motion SM2508 (4 Kanäle)
• Silicon Motion SM2504XT (4 Kanäle)

Das Risiko einiger der obigen Controller – sie könnten zu spät auf den Markt kommen.

Weitere M.2-SSDs mit PCIe 5.0 (Release-Liste 2025 ff.)

Es tut sich etwas – immer mehr Modelle erscheinen. Diverse Hersteller haben bereits weitere Speicherlösungen angekündigt.

Technisch steht mittlerweile alles bereits.

Für neue Intel-CPUs gibt es Sockel 1700-Mainboards (Alder Lake und Raptor Lake), die allerdings hinsichtlich der PCIe 5.0-Lanes noch limitiert sind (nur 16 – die sind eigentlich für die Grafikkarte).

Auch bei Meteor Lake und Sockel 1851-Mainboards hat sich da nicht viel geändert.

Erst mit Arrow Lake will Intel nachziehen – da werden 20 PCIe 5.0 Lanes angeboten.

Für AMD stehen bereits AM5-Mainboards bereit, die über eine passende PCIe-Anbindung für den M.2 M-Key-Slot verfügen (nämlich PCIe 5.0 x4), ohne sich bei der Grafikkarte etwas abzwacken zu müssen.

Den Speicherherstellern stehen auch passende Controller zur Verfügung (Phison E26, Phison E31T, InnoGrit IG5666, demnächst auch Silicon Motion SM2508 / SM2504XT).

Flotte 3D-NAND-Speicherbausteine gibt es ebenfalls.

Wieso ließen die PCIe 5.0-SSDs auf sich warten?

PCIe 5.0-Mainboards sind schon länger verfügbar, passende SSD-Controller und 3D-NAND-Speicherchips auch.

Doch Hersteller ließen es mit der Markteinführung der ersten NVMe-SSDs Zeit.

Ich vermute, es hat auch mit der SSD-Preisentwicklung zu tun.

Die folgenden Charts zeigen die Preisentwicklung einiger gängiger SSD-Festplatten – jedoch noch für das PCIe Gen 4-Interface.

Fangen wir an mit High-End-Modellen – also solchen, die die 7.000 MB/s-Schallmauer einer PCIe 4.0-SSDs ausreizen.

Bild: Preisentwicklung ausgewählter SSD-Festplatten / Quelle: idealo.de

Was ist zu erkennen?

Die Preise sind unter Druck. Gerade bei Solid State Drives mit hoher Kapazität haben sich die Preise in den letzten beiden Jahren mehr als halbiert.

Auch bei Low-End-Modellen (gemeint sind Transferraten von ca. 3.500 MB/s, was für viele Anwendungsfälle immer noch mehr als ausreichend ist) zeigt sich ein ähnliches Bild.

Bild: Preisentwicklung ausgewählter SSD-Festplatten / Quelle: idealo.de

Die Crucial P3 Plus SSD 4 TB (gelistet bei Amazon) ist übrigens eher eine Mid-Range-SSD (schafft 4.800 MB/s lesend bzw. 4.300 MB/s) – also flotter als die beiden anderen Festplatten im Chart.

Die Preise kennen nur eine Richtung – nach unten. Und das schon seit Monaten.

Was hat das jetzt mit PCIe 5.0-SSDs zu tun?

Naja, die Hersteller hegen natürlich betriebswirtschaftliche Überlegungen. Mit der Einführung einer neuen Festplatten-Generation soll auch eine brauchbare Marge her.

Und da denke ich, dass das Marktumfeld zunächst nicht ideal.

Das dürfte erklären, weshalb es erst jetzt mit PCI Express 5.0 los geht. Denn die Speicherpreise haben zuletzt wieder angezogen.

Drosselung und Abschaltung bei Hitze (Firmware-Update für Phison E26-SSDs)

Die ersten erschienenen PCIe Gen5-SSDs haben eines gemein – sie setzen auf den Phison E26-Controller.

Dieser verhält sich bei Hitze zunächst nicht ideal. Statt die SSD zu drosseln (Schreib- und Lesegeschwindigkeit reduzieren), schaltet der Controller wohl spontan ganz ab.

Das Problem dann: Im Cache liegen da ggf. noch Daten – und die wären dann verloren.

Es sind viele Hersteller betroffen (siehe ComputerBase).

Corsair war der erste Hersteller, der zusammen mit dem Controller-Hersteller ein Firmware-Update herausbrachte, um das Problem anzugehen.

Das Verhalten bei Hitze passt nicht und es ist gut, dass Phison ein sauberes Thermal Throttling nachliefert. Ich bin aber auch der Meinung, dass das teils heißer gekocht als gegessen wurde.

Bleiben wir doch bei der Corsair MP700 SSD – da steht folgender Hinweis auf der Webseite (und so ähnlich auch auf der Produktverpackung):

*SSD cooling required. Check your motherboard for details.

Quelle: Corsair-Webseite

Ähnliche Hinweise gibt es auch bei anderen SSDs – oder es wird direkt ein recht wuchtiger Kühlkörper (teils auch mit Lüfter) mitgeliefert.

Die mir bekannten Szenarien, in denen eine PCIe 5.0-SSD mit Phison E26 zum hitzebedingten Absturz gebracht wurde, basieren alle auf dem Ansatz, die SSD ohne Kühlung durch synthetische Benchmarks zu treiben.

Wer sich an die Hersteller-Empfehlungen zur Kühlung hält bzw. einen mitgelieferten Kühlkörper verwendet und nicht ständig SSD-Benchmarks laufen lässt, dürfte von dem Problem in der Praxis nichts mitbekommen.

Dennoch ist meine Empfehlung – sofern ein Firmware-Update mit Thermal Throttling bereitsteht, würde ich es auch zeitnah aufspielen.

Mittlerweile hat sich der Sturm hier auch gelegt – Thermal Throttling ist bei Phison E26-SSDs der zweiten Generation kein großes Thema mehr.

Potenzial von PCIe 5.0 für M.2-SSDs

PCIe 5.0 vs. 4.0 vs. 3.1 / 3.0 – Geschwindigkeit jeweils verdoppelt

PCIe 3.0 bzw. PCIe 3.1 – 8 GT/s je Lane
PCIe 4.0 – 16 GT/s je Lane
PCIe 5.0 – 32 GT/s je Lane

Geschwindigkeit je PCIe-Lane in Gigatransfers je Sekunde (GT/s)

Das bedeutet dann in der gängigen x4-Anbindung:

PCIe 3.0 x4 bzw. PCIe 3.1 x4 – 32 GT/s
entspricht 4 GByte/s bzw. tatsächlich ca. 3,5 GByte/s
PCIe 4.0 x4 – 64 GT/s
entspricht 8 GByte/s bzw. tatsächlich ca. 7,5 GByte/s
PCIe 5.0 x4 – 128 GT/s
entspricht 16 GByte/s

Geschwindigkeit einer x4-Anbindung in GT/s, sowie GByte/s (theoretisch / tatsächlich erreichbar)

Zumindest in der Theorie haben sich die erzielbaren Transferraten mit den letzten PCIe-Versionen also jeweils verdoppelt.

M.2 (PCIe 5.0 x4-Anbindung) bei Mainboards für AMD (AM5) und Intel (LGA 1700)

Intel ist der erste Wurf mit PCIe 5.0 gelungen.

Und zwar mittlerweile bereits zwei CPU-Generationen: Der 12. Generation (Alder Lake) und der 13. Generation (Raptor Lake).

Einen Haken hat die Sache jedoch.

Bei der aktuellen Intel-Plattform (LGA 1700) stehen 16 PCIe 5.0-Lanes zur CPU zur Verfügung. Der Chipsatz ist per PCI 4.0 angebunden.

Heißt im Umkehrschluss: Nutzt man einen per PCIe 5.0 x4 angebundenen M.2-Slot, so zwackt sich die SSD von der Grafikkarte die benötigten Lanes ab.

So heißt es z.B. im Handbuch des Gigabyte Z790 AORUS Master (gelistet bei Amazon):

The PCIEX16 slot shares bandwidth with the M2C_CPU connector. The PCIEX16 slot operates at up to x8 mode when a device is installed in the M2C_CPU connector.

Quelle: Handbuch für Gigabyte Z790 AORUS Master

Erst mit der künftigen 15. Generation (Arrow Lake) wird such das ändern. Diese wird 20 PCIe 5.0-Lanes zur CPU aufweisen – ausreichend für 1 x PCIe 5.0 x16 (Grafikkarte) und 1 x PCIe 5.0 x4 (M.2 NVMe SSD).

Anders sieht es bei AMD Ryzen 7000 und der AM5-Plattform aus.

Hier ist die CPU mit 28 PCIe 5.0-Lanes angebunden. Das reicht für 1 x PCIe 5.0 x16 (Grafikkarte) und 2 x PCIe 5.0 x4 (M.2 NVMe SSD).

Verbleibt ein Rest von vier Lanes – die als Chipsatz-Downlink für die Southbridge weiterverwendet werden (SATA, USB, Ethernet…).

Lohnt sich eine PCIe 5.0-SSD überhaupt?

Das ist eine berechtigte Frage.

Grundsätzlich bieten die neuen SSDs bis zu 50% höhere Transferraten im Vergleich zu M.2-SSDs mit PCIe 4.0 x4-Anbindung (nämlich 10-12 GByte/s und max. bis zu 15 GByte/s statt 6,5 – 7,5 GByte/s).

Bleibt die Frage, bei welchen Anwendungsgebieten die flotteren Transferraten abgerufen werden können (außer natürlich in synthetischen Benchmarks).

Ich sehe im Consumer-Bereich vielleicht zwei Anwendungsfälle:

• Gaming (AAA-Games mit aufwendiger Spieleengine, künftig ggf. Direct Storage)
• Videoschnitt

Es mag noch einige weitere sinnvolle Einsatzgebiete geben, aber das sind die beiden „Klassiker“, die mir in den Sinn kommen. Hier werden nämlich große Datenmengen auf die Festplatte geschrieben bzw. von der Festplatte gelesen.

Höhere Transferraten machen den entsprechenden Anwendungen Beine.

In den meisten anderen Fällen schadet eine PCIe 5.0-SSD sicher nicht (höchstens dem Geldbeutel), macht im Alltag jedoch auch keinen merkbaren Performance-Unterschied.

Da die neuen SSDs zu Einführung teuer sind, kann es also Sinn machen, bei einer PCIe 4.0-SSD zu bleiben – selbst wenn jetzt ein neuer Gaming-PC-Eigenbau ansteht.

Schafft eine günstige PCIe 4.0-SSD z.B. 3.500 MB/s (lesend) bzw. 2.800 MB/s (schreibend), so sind die flotten PCIe 4.0-Modelle mit großzügig bemessenem Cache teils mehr als doppelt so schnell.

Gerade die flotteren SSDs dürften noch eine gute Weile zukunftssicher zu betreiben sein – und sind deutlich günstiger als der Einbau einer der ersten PCIe Gen 5-Modelle.