ISSCC 2018: Samsungs Z-SSD nutzt 48-Layer-3D-NAND mit 64 Gigabit

Michael Günsch 12 Kommentare
ISSCC 2018: Samsungs Z-SSD nutzt 48-Layer-3D-NAND mit 64 Gigabit
Bild: Samsung

Im Rahmen der ISSCC 2018 hat Samsung weitere Details zur Z-SSD und dem Z-NAND preisgegeben. Beim Speicher handelt es sich um 48-Layer-3D-NAND mit deutlich verringerter Latenz. Im Gegenzug bietet ein Die nur 64 Gbit Speicherplatz. Der Phoenix-Controller besitzt acht Kanäle. Auch einige Benchmarks lieferte Samsung.

Z-SSD: Samsungs Antwort auf Intel Optane

Die Z-SSD hatte Samsung erstmals im Sommer 2016 angekündigt. Der eigentliche Marktstart ist jetzt im Januar unter dem Produktnamen SZ985 erfolgt. Die Enterprise-SSD im PCIe-Kartenformat gilt als Antwort auf Intels Optane P4800X (Test) mit neuem 3D-XPoint-Speicher. Mit optimierter NAND-Flash-Technik will Samsung ebenso sehr niedrige Latenzen und damit eine sehr hohe Leistung erreichen.

Z-SSD im Demosystem auf der ISSCC 2018
Z-SSD im Demosystem auf der ISSCC 2018 (Bild: PC Watch)

ISSCC 2018: Z-NAND ist 48-Layer-3D-NAND mit 64 Gbit

Auf der ISSCC 2018 gab es nun einige weitere Informationen, über die PC Watch berichtet. Zwar hat Samsung noch immer nicht bestätigt, dass es sich um SLC-NAND mit einem Bit pro Speicherzelle handelt, doch ist diese Annahme nun umso mehr naheliegend. SLC-Speicher ist schneller als 2-Bit-MLC und TLC, bietet aber weniger Speichervolumen.

Und genau dies ist auch beim Z-NAND der Fall: Mit 64 Gigabit pro Die bietet der Z-NAND nur ein Viertel der Speicherkapazität des TLC-3D-NAND von Samsung, beide nutzen eine 48-Layer-Architektur. Samsungs aktueller V-NAND der fünften Generation kommt mit 64-Layer-Technik sogar auf 512 Gbit.

Der Autor spekuliert, dass es sich um 85-Gbit-Dies – ein Drittel des 48-Layer-TLC-NAND – handelt, von denen nur 64 Gbit also ein Viertel nutzbar ist.

V-NAND und Z-NAND im Vergleich
V-NAND und Z-NAND im Vergleich (Bild: PC Watch)

Eine Tabelle vergleicht auch Parameter wie Latenzen und Page-Größe. Die Leselatenz (tR) des Z-NAND beträgt mit 3 µs demnach nur 1/15 des 48-Layer-TLC-NAND und nur 5 Prozent der 64-Layer-Generation. Die Schreiblatenz (tPROG) soll mit 100 µs nur einem Sechstel respektive einem Siebtel des normalen NAND-Flash entsprechen. Schreibend ist NAND-Flash immer deutlich langsamer als lesend, ein klarer Nachteil gegenüber 3D XPoint, der lesend wie schreibend nahezu gleich schnell ist.

Im Zusammenspiel mit einem neuen Controller der Phoenix-Generation, der acht NAND-Kanäle ansteuert, soll insbesondere die Latenz beim Lesezugriff gegenüber herkömmlichen SSDs massiv verringert werden. Ein Diagramm veranschaulicht, wie groß der Vorsprung bei der gesamten Leselatenz gegenüber einer herkömmlichen SSD (Samsung PM963) ausfallen soll. Den Löwenanteil der Reduzierung macht die niedrige Latenz des Z-NAND aus, aber auch der Controller soll helfen.

Weitere Benchmarks zur Z-SSD vom Hersteller

Schließlich hat Samsung auch eigene Benchmarks präsentiert, in denen die Leistung der Z-SSD mit einer herkömmlichen SSD und einem Prototypen auf Basis von Phasenwechselspeicher (PRAM) verglichen wird. Bei dem von Intel und Micron entwickelten 3D XPoint handelt es sich im Grunde ebenfalls um Phase Change Memory.

Z-SSD gegen PRAM-Prototyp und normale SSD im PCMark 8
Z-SSD gegen PRAM-Prototyp und normale SSD im PCMark 8 (Bild: PC Watch)
Enterprise-Benchmarks
Enterprise-Benchmarks (Bild: PC Watch)

Die Resultate im PCMark 8 Storage Test und diversen Enterprise-Anwendungen wie Datenbanken und Caching besagen, dass die Z-SSD der normalen SSD immer deutlich und der PRAM-SSD meist leicht überlegen ist. Samsung hatte bereits im Vorfeld die Vorteile bei Latenz und Durchsatz in ausgesuchten Datenbank- und Caching-Szenarien anhand von Benchmarks beworben, dabei aber nur eine herkömmliche SSD (PM1725a) zum Vergleich herangezogen.

Erst unabhängige Tests werden aufzeigen, wo genau die Stärken und Schwächen der Z-SSD liegen und ob Samsung damit Intel die Stirn bieten kann.

SZ985 mit 240 und 800 GByte für Geschäftskunden

Die Samsung SZ985 bietet 240 und 800 GByte nutzbaren Speicherplatz im halbhohen (HHHL) PCIe-Steckkartenformat. Über die Schnittstelle PCIe 3.0 x4 sollen Daten sequenziell mit bis zu 3.200 MB/s gelesen und geschrieben werden. 750.000 IOPS lesend und 170.000 IOPS schreibend werden bei wahlfreien 4K-Zugriffen genannt.

Das Besondere sind aber die niedrigen Antwortzeiten beim Dateizugriff. Hier verspricht Samsung eine Latenz von nur 12 bis 20 µs beim Lesen, was deutlich niedriger als beim vorherigen Flaggschiff PM1725a mit 90 µs liegt. An die „weniger als 10 µs“ der Intel P4800X reicht der Wert aber nicht ganz heran. In puncto nomineller Haltbarkeit in Form von 30 garantierten Drive Writes Per Day (DWPD) zog Samsung aber mit Intel gleich.

Samsung SZ985 (Z-SSD) Intel Optane SSD DC P4800X
Speicherplatz 240, 800 GB 375, 750, 1.500 GB
Format AIC AIC/U.2
Schnittstelle PCIe 3.0 x4
Protokoll ? NVMe 1.0
Seq. Lesen (max.) 3.200 MB/s 2.400 MB/s
Seq. Schreiben (max.) 3.200 MB/s 2.000 MB/s
typ. Latenz Lesen/Schreiben 12 – 20 µs / 16 µs < 10 µs / < 10 µs
4KB Random Read/Write 750.000/170.000 IOPS 550.000/500.000 IOPS
4KB Random Read/Write Mix (70%/30%) ? max. 500.000 IOPS
MTBF1 2 Millionen Stunden
TBW2 (DWPD3) 800 GB: „42 PB“ (30) 750 GB: 41 PB (30)
1: Mean Time Between Failure
2: Total Bytes Written
3: Drive Writes Per Day