SSDs mit Lüfter?: Phisons CTO über neue Anforderungen an die Kühlung
Der CTO des SSD-Controller-Herstellers Phison hat über das Thema Wärmeentwicklung und Kühlung bei SSDs gesprochen. Mit zunehmender Leistung werden auch mit einem Lüfter gekühlte SSDs ein Thema, doch könnten neue Steckverbinder dies verhindern.
In Interviews hat sich Sebastien Jean, der Chief Technical Officer von Phison, über die neuen Herausforderungen im Bereich der SSD-Kühlung geäußert.
Aktive SSD-Kühlung bald ein Thema
Die Äußerung die medial für große Aufmerksamkeit sorgte, ist diese: „Wenn wir zu Gen5 und Gen6 wechseln, müssen wir möglicherweise eine aktive Kühlung in Betracht ziehen“, wird der Phison-CTO zitiert. Seiner Ansicht nach werden SSDs eine ähnliche Entwicklung wie CPUs und GPUs nehmen und bei stetig steigender Leistung immer heißer werden und somit irgendwann eine aktive Kühlung benötigen.
“There are lots of things that we’re doing to keep the SSD power within a reasonable envelope,” Jean said, “but for sure, the SSDs are going to be hotter, in the same way that CPU and GPU got hotter in the 1990s. As we move to Gen5 and Gen6, we may need to consider active cooling.”
Schon bei den PCIe-4.0-SSDs der High-End-Klasse ist immer häufiger ein richtiger Kühlkörper anzutreffen, während bei der PCIe-3.0-Generation oft auch eine Kupferfolie im Aufkleber genügte. Letztlich hängt der Bedarf aber immer vom Einsatzort ab: In einem sehr gut belüfteten Gehäuse kann eher auf einen SSD-Kühler verzichtet werden als etwa in einem kompakten Mini-PC ohne Lüfter.
Ein Indiz dafür, dass die schnellen PCIe-5.0-SSDs ein „heißes Eisen“ werden, ist die Rückkehr des im PC-Segment fast ausgestorbenen AiC-Formfaktor (Add-in-Card). So hat MSI den Prototyp seiner ersten SSD mit Phison E26 nicht im kompakten M.2-Formfaktor, sondern als Steckkarte für den PCIe-Slot präsentiert, wie das Titelbild zeigt. M.2-SSDs dieser Leistungsklasse sind in jedem Fall nicht ohne Kühlkörper zu erwarten.
Strategien gegen den Leistungshunger
Um die Leistungsaufnahme von PCIe-5.0-SSDs mit auf 14 GB/s verdoppeltem Durchsatz auf ähnlichem Niveau wie die PCIe-4.0-SSDs mit etwa 7 GB/s zu halten, erwägt Phison verschiedene Strategien. Zum einen könne ein feineres 7-nm-Verfahren für den Controller genutzt werden, das höhere Taktraten mit niedrigeren Spannungen ermöglicht.
We’re trying to stick within roughly the same power envelope as a 7 GB/s SSD as we scale up to 14 GB/s by making a lot of other changes
Zum anderen sei es aufgrund der mittlerweile viel schnelleren NAND-Schnittstellen inzwischen möglich, auch mit nur vier statt acht Speicherkanälen PCIe 4.0 und sogar PCIe 5.0 auszureizen. Die Reduzierung der Zahl der NAND-Channels besitze Potenzial für eine Senkung der SSD-Leistungsaufnahme um typischerweise 20 bis 30 Prozent, so Jean.
You can potentially saturate the host interface with four NAND channels, and reducing the number of back-end channels reduces the total SSD power by typically 20 to 30 percent.
Beim ersten PCIe-5.0-SSD-Controller des Unternehmens kommt aber noch keine der genannten Maßnahmen zum Einsatz. Denn wie seit dem Januar bekannt ist, wird der kommende Phison E26 (PS5026-E26) zum einen erneut im 12-nm-Verfahren bei TSMC produziert und zum anderen erneut über acht NAND-Kanäle verfügen. Somit dürfte der CTO bereits auf einen Nachfolger anspielen.
Über die Wichtigkeit echter M.2-Schrauben
Abseits von Kupferfolien und Kühlkörpern verfügen bereits „nackte“ M.2-SSDs über Mittel, um die Wärme abzuführen. So wird ein Teil etwa bereits über die Anschlusspins an der M.2-Buchse abgeleitet. Einen weitaus größeren Anteil habe aber die kleine Schraube, die zur Arretierung des M.2-Moduls verwendet wird: Laut Jean stehe die Schraube für „70 Prozent des Wärmeleitungspfads von der SSD zum Motherboard“. Vor diesem Hintergrund sei der Weg mancher Hersteller, aus Kostengründen die Schraube durch eine Plastikhalterung zu ersetzen, problematisch, da damit ein wichtiger Pfad zur Wärmeabfuhr abgeschnitten wird.
The screw represents 70 percent of the thermal conduction path from the SSD to the motherboard,” said Jean. He added that some vendors have started using a nylon screw on the motherboard to save money, which eliminates the most important conduction path.
Ein neuer Anschluss muss her
Für den M.2-Formfaktor sieht Sebastien Jean mit PCIe Gen 5 das Limit erreicht. Für weitere Leistungssteigerungen müsse ein neuer Steckertyp her, der die Signalintegrität und die Wärmeabfuhr verbessert. Neue Steckverbinder sollen sich bereits in der Entwicklung befinden und in den nächsten Jahren erscheinen. Diese könnten laut dem Phison-CTO vielleicht den Einsatz von Lüftern auf Consumer-SSDs verhindern.
If you look at the bigger question of where PCs are going, there’s an understanding that, for example, the M.2 PCIe Gen5 card, as it is today, has reached the limit of where it can go. The connector will become a bottleneck for future speed increases, [...] So new connectors are being developed and they’ll be available in the next few years. They will greatly increase both the signal integrity and the heat dissipation capability through conduction to the motherboard. These new connectors may allow us to avoid putting fans on SSDs.
Für den Server-Bereich wurde längst vorgesorgt: Dort gibt es den neuen Enterprise & Datacenter Storage Form Factor (EDSFF) in verschiedenen Ausführungen, die auch eine Leistungsaufnahme von bis zu 40 Watt mit entsprechender Abwärme erlauben. Allerdings liegen diese Module mit gegenüber M.2 deutlich breiterem Stecker in der Regel direkt im Luftstrom starker und lauter Lüfter im Server-Schrank. Die Anforderungen im Consumer-Bereich sind da sensibler.