Kioxia FL6: PCIe-4.0-SSDs mit schnellem XL-Flash und 60 DWPD
Kioxia bringt nun selbst eine SSD-Serie heraus, die den auf schnelle Zugriffe getrimmten SLC-NAND-Speicher „XL-Flash“ nutzt. Als sogenannter Storage Class Memory soll der nicht flüchtige Speicher die große Lücke zwischen DRAM und herkömmlichem NAND bei Leistung und Preis füllen. Die SSDs der FL6-Serie nutzen PCIe 4.0.
XL-Flash ist ein Storage Class Memory
Schneller und teurer als herkömmlicher NAND-Flash, aber langsamer und günstiger als DRAM, so lässt sich grob die Gattung Storage Class Memory als weitere Stufe in der Speicherhierarchie von Computersystemen umschreiben. Intel und Micron haben sie mit dem Phasenwechselspeicher 3D XPoint salonfähig gemacht, der sowohl SSDs mit besonders niedriger Latenz und hoher Haltbarkeit als auch eine DRAM-Ergänzung im DIMM-Formfaktor ermöglicht. Nicht ganz so schnell ist Samsungs Z-NAND, ein auf hohe Leistung getrimmter SLC-3D-NAND-Speicher, der bei Enterprise-SSDs eingesetzt wird. Kioxia und Western Digital verfolgen mit dem XL-Flash ein ähnliches Konzept, das als „extremely low-latency, high-performance flash memory“ beschrieben wird.
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Infografik zum XL-Flash (Bild: Kioxia)
Beim XL-Flash handelt es sich um 3D-NAND (BiCS Flash), der im SLC-Modus (1 Bit pro Zelle) betrieben wird und gegenüber normalem TLC-NAND nur ein Zehntel der Latenz beim Lesen aufweisen soll. Analog sollen die IOPS beim wahlfreien Lesen (random read) und die Leistung bei kleiner Befehlswarteschlange (Queue Depth) steigen. Herkömmlicher NAND-Flash wird für mehr Leistung durch parallele Zugriffe intern meist in zwei oder vier Speicherbereiche, sogenannte Planes, unterteilt. Beim XL-Flash gibt es stattdessen gleich 16 Planes. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen Word- und Bit-Lines, was wiederum für schnellere Zugriffszeiten sorgt.
Zu den ersten Produkten mit XL-Flash zählte die Enterprise-SSD DapuStor H3900, die aber in Tests zeigte, dass Intels Optane-SSDs mit 3D XPoint bei den Latenzen noch weit in Führung liegen.
FL6: Kioxias erste SSD-Serie mit XL-Flash
Erst jetzt bringt Kioxia, der früher unter Toshiba Memory firmierende Flash-Partner von Western Digital, eigene SSDs mit XL-Flash heraus. Den Anfang macht die Enterprise-SSD-Serie FL6, die im 2,5-Zoll-Formfaktor vermutlich mit U.3-Anschluss die Schnittstelle PCIe 4.0 (Dual-Port-kompatibel) sowie NVMe 1.4 nutzt. Mit dem speziellen Flash-Speicher sollen sich die mit Speicherkapazitäten von 800 GB bis 3,2 TB erhältlichen SSDs „hervorragend für latenzsensitive Anwendungsfälle wie Caching Layer, Tiering und Write Logging“ eignen, so Kioxia.
Allerdings fehlen in der Pressemitteilung noch wichtige Eckdaten zur Leistung: Weder die Latenz beim Lesen und Schreiben, noch der sequenzielle Durchsatz oder die möglichen IOPS werden genannt. Die Redaktion hat Kioxia um weitere Details gebeten.
Die FL6-SSDs sind mit 60 Drive Writes Per Day (DWPD) spezifiziert, was bedeutet, dass die SSD im Rahmen der Garantie (meist 5 Jahre) bis zu 60 Mal pro Tag über die gesamte nutzbare Speicherkapazität hinweg beschrieben werden kann. Von 5 Jahren ausgehend, würde dies einem Schreibvolumen (Total Bytes Written, TBW) von 87.600 TB für die 800-GB-Version bis hin zu 350.400 TB für das 3,2-TB-Modell entsprechen. Intels Optane P5800X mit 3D-XPoint-Speicher ist sogar auf 100 DPWD ausgelegt, allerdings bisher nur mit maximal 1,6 TB erhältlich.
Während die Redaktion noch auf eine Antwort wartet, hat Kioxia an anderer Stelle Leistungsdaten genannt. Demnach soll die FL6-Serie beim sequenziellen Lesen 6.200 MB/s und beim sequenziellen Schreiben 5.800 MB/s erreichen. Beim wahlfreien Lesen sollen mit QD256 1,5 Millionen IOPS möglich sein. Beim wahlfreien Schreiben stehen bis zu 400.000 IOPS (allerdings bei QD32) im Datenblatt. Die Latenz beim 4K-Zugriff mit QD1 gibt Kioxia mit 29 µs lesend und 8 µs schreibend an. Angesichts früherer Aussagen ist denkbar, dass die Werte aber vertauscht wurden, denn eigentlich sollte die Latenz beim Lesen weitaus geringer sein.
Auf dem China Flash Market Summit (CFMS 2021) hat Kioxia weitere Details zur FL6 SSD mit XL-Flash geliefert. Der spezielle SLC-3D-NAND wird demnach in einem 96-Layer-Design gefertigt. Da es sich immer noch um NAND-Flash handelt, sollen die Stärken bei Anwendungen mit größerer Befehlswarteschlange (Queue Depth) spürbar sein, wo die FL6 dank der gegenüber TLC-SSDs um ein Drittel reduzierten Latenz deutlich schneller sei. Der von Intel und Micron entwickelte Phasenwechselspeicher 3D XPoint kommt aber schon bei sehr geringer Queue Depth auf Touren ist dort klar überlegen.
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Kioxia FL6 gegen Intel Optane SSD (3D XPoint) (Bild: EETimes China)
Mit einer „Xpoint“-SSD der Konkurrenz, nur ein Modell aus Intels Optane-Serie kommt hier in Frage, zieht Kioxia einen Leistungsvergleich in zwei ausgewählten Anwendungen: In Tests mit dem Datenbankverwaltungssystem PostgreSQL sowie dem OLTP-Benchmark TPC-C liefert die FL6 demnach eine vergleichbare beziehungsweise nur etwas niedrigere Leistung.
Dass der 3D-XPoint-Speicher generell schneller ist als der XL-Flash zweifelt Kioxia aber nicht an. Doch wird auf die höheren Kosten und den anderen Herstellungsprozess hingewiesen. Der XL-Flash sei mit herkömmlicher 3D-NAND-Produktionstechnik weitaus günstiger und in größerem Maßstab zu fertigen.
Fabian und 
Jan-Frederik