Solid State Drives: Intels PCIe-SSDs erhalten 3D-NAND, Dual Port und TLC

Der von Intel und Micron entwickelte 3D-NAND feiert sein Debüt in Enterprise-SSDs von Intel. Die Serien DC P3320 und DC P3520 bieten bis zu 2 TByte Speicherplatz. Noch schneller, aber ohne 3D-NAND, sind die Neulinge DC D3700 und DC D3600 mit Dual-Port-Technik. Die S3100 baut wiederum erstmals auf TLC-NAND.

Intels und Microns 3D-NAND in ersten Produkten

Die vor rund einem Jahr vorgestellte erste Generation des von Intel und Micron gemeinsam entwickelten 3D-NAND kommt erstmals in Intels neuen Enterprise-SSDs zum Einsatz. Sowohl die DC P3320 als auch die schnellere DC P3520 setzen auf die MLC-Variante des 3D-NAND mit 256 Gigabit (32 GByte) pro Die und zwei Bit pro Speicherzelle, die in 32 Ebenen übereinander geschichtet sind.

Neben der hohen Datendichte verspricht der 3D-NAND gegenüber zweidimensionalem Speicher eine höhere Leistung, eine bessere Energieeffizienz sowie eine längere Haltbarkeit. Dadurch dass Intel und Micron die Logikschaltkreise (logic circuitry) zum Großteil in einer separaten Ebene unterhalb der Zellschichten unterbringen, wird eine besonders hohe Speicherdichte erzielt, denn pro Ebene steht mehr Fläche für Speicherzellen zur Verfügung.

In Kombination mit der Floating-Gate-Technik soll bezogen auf die Die-Fläche die derzeit höchste Datendichte für NAND-Flash geboten werden. Eine Grafik veranschaulicht, dass die Technik weniger Platz benötigt und in diesem Punkt der unter anderem von Samsung genutzten Charge-Trap-Technik überlegen ist. Samsung produziert schon länger NAND-Flash mit 256 Gigabit pro Die, der auf 48 Ebenen in TLC-Manier drei Bit pro Speicherzelle speichert.

DC P3520 und DC P3320 als PCIe-Einstieg

Intels Familie der Data-Center-SSDs (DC) für Server in Rechenzentren erhält Nachwuchs im Bereich der P-Modelle mit PCI Express. Die P3320 und P3520 bilden dabei den neuen Einstieg und ordnen sich unter der P3500 ein. Beide arbeiten mit PCI Express 3.0 x4 und unterstützen das NVMe-Protokoll. Varianten im 2,5-Zoll-Gehäuse mit U.2-Anschluss oder aber als halbhohe PCIe-x4-Steckkarte stehen dabei zur Auswahl. Einzig das 450-GB-Modell ist lediglich als 2,5-Zoll-Version verfügbar.

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Für die P3320 nennt Intel sequenzielle Transferraten von bis zu 1.600 MB/s lesend und 1.400 MB/s schreibend, wobei die Werte nur für das Spitzenmodell mit 2 TB gelten. Dass die SSD für Anwendungen mit vielen Lese- aber wenigen Schreibzugriffen konzipiert ist, verdeutlicht die Angabe von maximal 365.000 IOPS beim Lesen und deutlich geringeren 22.000 IOPS beim Schreiben. Die Leistungswerte der P3320 liegen somit deutlich unterhalb der bisherigen P3xxx-Modelle. Der Fokus liegt weniger auf Höchstleistung, sondern vielmehr auf einem guten Verhältnis von IOPS pro Dollar. Als mögliche Einsatzgebiete werden die Bereiche Cloud und Datenanalyse angeführt.

Zur P3520 hat Intel nur sehr wenige Informationen verraten. So fehlen auch konkrete Leistungsangaben. Intel spricht lediglich von „signifikanten Verbesserungen“ im Bereich Leistung und Latenzen gegenüber der P3320. Die Leistung sollte somit über der P3320, aber voraussichtlich noch unter der P3500 liegen, die Transferraten von jeweils bis zu 2.700 MB/s und 430.000 IOPS bietet.

	Intel SSD DC P3520	Intel SSD DC P3320	Intel SSD DC D3700	Intel SSD DC D3600
Formfaktor	PCIe-x4-Karte (HHHL), 2,5" x 15 mm		2,5" x 15 mm
Anschluss	PCIe x4 / U.2		U.2
Elektrische Schnittstelle	PCIe 3.0 x4
Logische Schnittstelle	NVMe
NAND-Flash	3D-NAND (256 Gbit MLC)		2D-NAND (MLC)
Kapazitäten	450 GB (nur 2,5"), 1,2 TB, 2 TB		800 GB, 1,6 TB	1 TB, 2 TB
Seq. Read (max.)	k. A.	1.600 MB/s	2.100 MB/s
Seq. Write (max.)	k. A.	1.400 MB/s	1.500 MB/s
Random 4K Read (max.)	k. A.	365.000 IOPS	470.000 IOPS
Random 4K Write (max.)	k. A.	22.000 IOPS	95.000 IOPS
Random 4K Read/Write (70%/30%, max.)	k. A.	65.000 IOPS	213.000 IOPS
DWPD	k. A.		10	3
Dual Port	–		✓

DC D3700 und DC D3600 mit Dual Port

Eigentlich haben Intels DC-SSDs mit PCI Express ein „P“ in der Modellbezeichnung. Die Neulinge D3700 und D3600 besitzen an dessen Stelle ein „D“. Dahinter verbirgt sich die erstmalige Unterstützung für die Dual-Port-Technik in Verbindung mit PCI Express über einen einzelnen U.2-Anschluss. Mit dieser und weiteren Maßnahmen soll für Redundanz und damit Ausfallsicherheit im mission-critical genannten Segment der rund um die Uhr verfügbaren Storage-Systeme gesorgt werden.

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Hinter Dual-Porting steht das Konzept, ein Laufwerk über mehrere Datenpfade anzubinden. Somit können zwei Host-Controller parallel auf ein einzelnes Laufwerk zugreifen. Sollte beispielsweise ein Controller ausfallen, wird der Laufwerkszugriff für das System nicht komplett verwehrt, da noch eine weitere Verbindung besteht. Anfangs wurde das Prinzip noch mit zwei physischen Anschlüssen umgesetzt. Mit der SAS-Schnittstelle wurde Dual-Porting auch über einen Anschluss möglich, wie es nun auch bei PCIe-SSDs der Fall ist. Neben den neuen Intel-SSDs sind auch die Enterprise-SSDs der Serien OCZ Z-Drive 6000/6300 Beispiele für PCIe-SSDs mit Dual-Port-Unterstützung.

470.000 IOPS beim Lesen

Die D3700 und D3600 liefern mit bis zu 2.100 MB/s beim Lesen und 1.500 MB/s beim Schreiben sowie maximal 470.000 IOPS eine deutlich höhere Leistung als die neuen Modelle der Einstiegsklasse. Bei den IOPS (Lesen) wird sogar die P3700 knapp überboten, die jedoch mit bis zu 2.800 MB/s höhere Datenraten erreicht. Das Flaggschiff in puncto Leistung bleibt die P3608 mit internem RAID-Verbund, die es auf bis zu 5.000 MB/s und 850.000 IOPS bringt.

Die D3700 verkraftet mehr Schreibvorgänge

Die Dual-Port-SSDs sind ausschließlich im 2,5-Zoll-Gehäuse mit U.2-Anschluss verfügbar. Während die Leistungswerte bei beiden Serien identisch sind, ist die D3700-Serie mit einer höheren Haltbarkeit von zehn DWPD spezifiziert. DWPD steht für Drive Writes Per Day, womit Intel garantiert, dass sich die D3700 innerhalb des Garantiezeitraums jeden Tag zehn Mal über die komplette Speicherkapazität mit Daten beschreiben lässt. Bei der D3600 sind es geringere drei DWPD, was beim 2-TB-Modell immer noch 6 TByte Schreibleistung pro Tag bedeutet. Im Gegenzug zur höheren Haltbarkeit besitzt die D3700 weniger nutzbaren Speicherplatz von maximal 1,6 TByte. Ein höheres Over-Provisioning für mehr Reservespeicher ist denkbar.

Muster der D3700 und D3600 stehen für Intels Partner bereits zur Verfügung. Entsprechend bestückte Server sollen im zweiten Halbjahr ausgeliefert werden.

Mehr Sargnägel für SAS-Festplatten

Hohe Leistung durch PCIe und NVMe, Dual-Port-Unterstützung und langfristig mehr Kapazität und niedrigere Preise durch 3D-NAND sind schlagkräftige Argumente für die weitere Verbreitung von SSDs in Rechenzentren. Herkömmliche SAS-Festplatten können praktisch nur noch über den weitaus niedrigeren Preis pro Gigabyte punkten. Das gleiche Szenario ist auch im Verbrauchermarkt zu beobachten.

Intel geht davon aus, dass vor allem der 3D-NAND in den kommenden Jahren die Verdrängung von HDDs beschleunigen wird. SSDs werden von der Spitze der Leistungspyramide in weitere Bereiche vordringen und insbesondere die Server-Festplatten mit 10.000 und 15.000 Umdrehungen weiter verdrängen.

Intel SSD DC S3100 bringt TLC-NAND in Server

Im Bereich der langsameren SATA-SSDs für Rechenzentren bildet die S3100-Serie den neuen Einstieg. Erstmals wird TLC-NAND mit drei Bit pro Speicherzelle in einer SSD der DC-Familie von Intel eingesetzt. Die SSDs sollen unter anderem zur Beschleunigung des Systemstarts, der Suchfunktionen oder generell als Cache-Laufwerke dienen und in diesen Bereichen langsamere HDDs ablösen.

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