Samsung Serie 840 SSD im Test: Günstige SSD mit TLC-Speicher

Einleitung

Legt man beim Kauf eines neuen Solid State Drives nicht so sehr Wert darauf, das aktuell schnellste Modell zu haben, lassen sich einige Euro sparen. Aktuell zeigt dies beispielsweise die kürzlich von uns getestete Crucial M500, doch auch noch niedrigere Preise sind möglich, wenn man zu Abstrichen bereit ist. Samsungs Serie 840 bietet die Controller-Technologie der Samsung Serie 840 Pro, gepaart mit den niedrigen Kosten von TLC-Speicherchips. Klar ist, dass die Lebensdauer der TLC-Speicherchips niedriger ist als die der üblichen MLC-Speicherchips. Doch wie sieht es mit der Leistung im Alltag aus?

Samsung Serie 840 im Überblick

Die Serie 840 ist einer von zwei Nachfolgern der beliebten Serie 830 und soll als Basisversion des Portfolios vor allem kostenbewusste Käufer ansprechen. Um ein Produkt günstiger anbieten zu können, müssen an irgendeiner Stelle Kosten eingespart werden. Im Falle der Serie 840 geschieht dies über die Speicherchips. Erstmals setzt Samsung statt der gängigen MLC-Speicherchips, die 2 Bit pro Zelle speichern, TLC-Speicherchips (Triple Level Cell) ein, die drei Bit pro Zelle speichern. Sie werden ebenso wie die MLC-Speicherchips der Samsung Serie 840 Pro in 21 nm Strukturbreite gefertigt und sind auch mit dem gleichen Toggle-DDR-2.0-Interface ausgestattet, das eine Datenrate von 400 Mbit/s bietet. Aus der höheren Speicherdichte ergeben sich die Kostenvorteile der SSD, allerdings haben die TLC-Speicherchips im Vergleich zu MLC-Speicherchips die gleichen Nachteile, die letztere im Vergleich zu SLC-Speicherchips haben, die nur ein Bit pro Zelle speichern: Sie sind langsamer – im Falle der Samsung-Chips rund 50 Prozent – und haben eine deutlich geringere Lebensdauer, die im Falle der TLC-Chips irgendwo im Bereich von 1.000 Programmier-/Löschzyklen liegen dürfte, während gute MLC-Chips in der Regel im Bereich von 3.000 P/L-Zyklen zu verorten sind. Ein Solid State Drive mit TLC-Speicherchips ist insgesamt langsamer und hat eine geringere Lebensdauer als ein ähnliches Modell mit MLC-Speicherchips. Daraus resultiert letztlich auch, dass die Garantiezeit der Serie 840 bei „nur“ drei Jahren liegt.

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Der Grund hierfür ist kurz gesagt, dass zum Programmieren einer Zelle 2^n unterschiedliche Spannungslevel benötigt werden, um n Bit zu speichern. Eine SLC-Speicherzelle kommt folglich mit zwei Spannungsleveln aus. Bei einer 2-Bit-MLC-Zelle sind es vier und bei einer TLC-Speicherzelle muss bereits zwischen acht Spannungsleveln unterschieden werden. Die Abstände zwischen den einzelnen Spannungsleveln werden folglich immer kleiner, was die Programmierung komplizierter macht, da die Toleranzen geringer sind. Erschwert wird das Ganze dadurch, dass sich in Folge der zunehmenden Abnutzung der Speicherzellen auch die Spannungslevel verschieben, was wiederum die Zeit verlängert, die der Controller zum Programmieren und Löschen der Zelle benötigt. Daher ist bei Zellen, in denen mehrere Bits gespeichert werden, der Punkt, an dem die Zelle unbrauchbar ist, schneller erreicht und es wird eine stärkere Fehlerkorrektur benötigt.

Den direkten Vergleich zwischen MLC und TLC bei ansonsten gleicher Technik kann man bei Samsungs aktuellen SSDs sehen. Sowohl die Serie 840 Pro als auch die Serie 840 sind mit Samsungs MDX-Controller ausgestattet, in dem drei ARM Cortex R4 mit einem Takt von 300 MHz arbeiten. Verglichen mit dem Vorgängercontroller MCX aus der Serie 830 konnten sowohl die Rechenleistung pro Megahertz (1,66 DMIPS/MHz) als auch die Energieeffizienz (9 DMIPS/mW) gesteigert werden. Zu seinen Funktionen gehören unter anderem TRIM-Unterstützung und eine AES-256-Verschlüsselung. Als Cache stehen dem Controller in Abhängigkeit von der Speicherkapazität 256 oder 512 Megabyte LPDDR2-RAM zur Verfügung. Im Mobilemark 2007 gibt Samsung für die Serie 840 mit 250 GB eine typische durchschnittliche Leistungsaufnahme von 0,071 Watt an. Als zusätzliche Angabe nennt Samsung eine typische Leistungsaufnahme von 0,046 Watt mit aktiviertem Device Initiated Power Management (DIPM) und 0,279 Watt ohne DIPM.

	Samsung SSD 830	Samsung SSD 840	Samsung SSD 840 Pro
Format (Höhe)	2,5 Zoll (7 mm)
Schnittstelle	SATA 6 Gb/s
Kapazitäten	64, 128, 256, 512 GB	120, 250, 500 GB	128, 256, 512 GB
Controller	MCX (220 MHz)	MDX (300 MHz)
NAND-Flash (Fertigung)	Toggle DDR MLC (27 nm)	Toggle DDR 2.0 TLC (21 nm)	Toggle DDR 2.0 MLC (21 nm)
Cache	256 MB DDR2-SDRAM	256 MB (120/128 GB) / 512 MB LPDDR2-SDRAM
Seq. Lesen (max.)	520 MB/s	530 MB/s (120/128 GB) 540 MB/s
Seq. Schreiben (max.)	160 MB/s (64 GB) 320 MB/s (128 GB) 400 MB/s (256/512 GB)	130 MB/s (120 GB) 250 MB/s (250 GB) 330 MB/s (500 GB)	390 MB/s (128 GB) 520 MB/s (256/512 GB)
Random Read (max.)	75.000 IOPS (64 GB) 80.000 IOPS (128/256/512 GB)	86.000 IOPS (120 GB) 96.000 IOPS (250 GB) 98.000 IOPS (500 GB)	97.000 IOPS (128 GB) 100.000 IOPS (256/512 GB)
Random Write (max.)	16.000 IOPS (64 GB) 30.000 IOPS (128 GB) 36.000 IOPS (256/512 GB)	32.000 IOPS (120 GB) 62.000 IOPS (250 GB) 70.000 IOPS (500 GB)	90.000 IOPS
MTBF	1,5 Mio. Stunden
Garantie	3 Jahre		5 Jahre

Die offensichtlichsten Leistungsunterschiede zwischen der Serie 840 und der Serie 840 Pro betreffen die Schreibraten, sowohl sequenziell als auch mit zufälliger Verteilung. So erreicht zum Beispiel die 250-GB-Variante der Serie 840 lediglich eine Schreibrate von 250 MB/s, während die Serie 840 Pro mit 256 GB auf 520 MB/s kommt. Ebenso sind die Random-Write-IOPS teils deutlich niedriger, wie wir auch gleich im Benchmark-Abschnitt sehen werden.