Phison E31T SSD-Controller im Test: Ausblick auf effiziente PCIe-5.0-SSDs
Ein SSD-Test der besonderen Art steht Ende September auf dem Zettel der Redaktion. ComputerBase durfte sich den kommenden Phison-Controller E31T schon einmal genauer ansehen. Dieser soll PCIe 5.0 zum Mainstream verhelfen und verspricht mehr Leistung als PCIe 4.0 bei ähnlichem Energiebedarf.
Ein Ausblick mit dem Referenzdesign
Das taiwanische Unternehmen Phison ist für seine SSD-Controller bekannt. Die Prozessoren können SSD-Hersteller für ihre Produkte erwerben. Da Phison ein Komplettpaket aus Controller, Platinendesign und Firmware schnürt, spricht man auch von schlüsselfertigen Lösungen. Die im Handel stehenden Endprodukte verschiedener Marken unterscheiden sich dann nur noch in kleinen Details, basieren aber auf dem gleichen Referenzdesign. Jüngste Beispiele sind die ersten PCI-Express-5.0-SSDs auf Phison-E26-Basis wie Crucial T700, Corsair MP700 oder auch MSI Spatium M570 Pro.
Kein finaler Test, sondern eine Vorschau
Jetzt stand der Redaktion ein Phison-Referenzdesign auch als Ausblick auf kommende SSDs mit Phison E31T zum Testen zur Verfügung. Vorerst handelt es sich um eine Preview, denn für das komplette und zu kaufende Produkt sorgen am Ende die Partner. Phison selbst verkauft keine SSDs. Voraussichtlich Anfang 2025 sollen die ersten SSDs mit Phison E31T erhältlich sein. MSI hatte zum Beispiel schon die Spatium M560 mit E31T auf der Computex 2024 gezeigt.
Noch ist Phison fast Alleinherrscher bei PCIe 5.0
Bei Consumer-SSDs ist Phison neben Silicon Motion der aktuell größte Controller-Lieferant. Die Ära der PCIe-4.0-SSDs hatte Phison vorerst exklusiv eingeläutet und auch bei PCIe 5.0 fehlte es lange an entsprechenden Konkurrenzprodukten, sodass der Phison E26 wie seinerzeit der Phison E16 zum einsamen Platzhirsch an der Leistungsspitze wurde.
Inzwischen gibt es aber zumindest etwas Konkurrenz an der Spitze: Erste SSDs sind mit dem IG5666-Controller von Innogrit bestückt, der seinerseits 14 GB/s in Benchmarks bietet und auch bei den maximalen IOPS ganz oben mitspielt. Doch gerade in praxisnahen Tests blieb der IG5666 bisher hinter den Erwartungen und ebenso dem Phison E26 zurück.
Bald betritt ein weiterer Mitbewerber das High-End-Parkett: Silicon Motion will mit dem SM2508-Controller mindestens die Leistung des Phison E26 erreichen und dabei nur halb so viel Energie benötigen. Der auf dem Papier wohl interessanteste und effizienteste SSD-Controller des Jahres muss aber erst noch den Markt erreichen. Die Serienfertigung ist für das vierte Quartal 2024 geplant, doch fehlt es noch immer an konkreten Produktankündigungen.
Noch dieses Jahr will SK Hynix seine erste PCIe-5.0-SSD für Verbraucher einführen, die auf einen hauseigenen Alistar-Controller setzt. Dieser wird auf der OEM-Variante PCB01 wie auf dem Retail-Produkt Platinum P51 sitzen.
Der Phison E31T im Detail
Auch wenn E26 und IG5666 mit höchsten Durchsatzraten locken, haben sie einen gehörigen Nachteil: Die Leistungsaufnahme von SSDs mit diesen Chips übertrifft unter hoher Last die Marke von 10 Watt deutlich. Dementsprechend werden die Datenträger heiß und müssen gut gekühlt werden, um diese Leistung überhaupt längerfristig abrufen zu können.
Für kompakte Systeme wie Notebooks kommen die ersten PCIe-5.0-SSDs aufgrund ihres hitzigen Charakters überhaupt nicht in Frage. Zudem sind sie kostspielig, womit sie bisher nur Enthusiasten ansprechen. Von Abstürzenden Systemen und potentiell verlorener Daten in Folge zu hoher Temperaturen einmal ganz zu schweigen.
Doch jetzt bringt Phison den E31T als kleinere, günstigere und sparsamere Alternative zum E26. Der maximale Durchsatz fällt laut offiziellem Datenblatt (PDF) mit bis zu 10,8 GB/s lesend wie schreibend deutlich geringer aus. Die bis zu 1,5 Millionen IOPS sind hingegen zumindest lesend nicht so weit vom Flaggschiff entfernt.
Der E31T basiert auf einem Prozessor mit einem CPU-Kern und zwei sogenannten CoX-Prozessor-Kernen, die allein für die Hintergrundaktivitäten wie die Garbage Collection zuständig sind. Gefertigt wird der E31T in einem 7-nm-Verfahren bei TSMC. Die feinere Fertigung verhilft dem Chip zu mehr Effizienz. Die älteren Controller von Phison werden noch in einem 12-nm-Prozess hergestellt. Der oben erwähnte SM2508 soll sogar ein 6-nm-Verfahren nutzen.
| PS5027-E27T | PS5031-E31T | PS5025-E25 | PS5026-E26 | |
|---|---|---|---|---|
| Schnittstelle | PCIe 4.0 x4 | PCIe 5.0 x4 | PCIe 4.0 x4 | PCIe 5.0 x4 |
| Protokoll | NVMe 2.0 | |||
| Fertigung | 12 nm (TSMC) | 7 nm (TSMC) | 12 nm (TSMC) | |
| Package | 228-ball HSFCCSP, 8 × 12,5 mm | 361-ball HSFCCSP, 12,5 × 12,5 mm | 576-ball FCCSP, 16 × 16 mm | |
| CPU-Kerne | 1 × ARM Cortex R5 2 × CoX Processor |
2 × ARM Cortex R5 2 × CoX Processor |
2 × ARM Cortex R5 3 × CoX Processor |
|
| NAND-Channel (CE) | 4 (16) | 8 (32) | ||
| SSD-Kapazität (max.) | 8 TB | 4 TB | 32 TB | |
| Durchsatz/Channel | 3.600 MT/s | 2.400 MT/s | 2.400 MT/s | |
| DRAM | keiner (HMB) | DDR4/LPDDR4 (32 Bit, 2666 MT/s) | DDR4/LPDDR4 (3.200 MT/s) | |
| ECC | 5th Gen LDPC | 7th Gen LDPC | 5th Gen LDPC | |
| Sicherheit | Pyrite AES 256 SHA 512 RSA 4096 TCG Opal |
Pyrite 2.01 AES 256 SHA 384 SHA 512 RSA 4096 TCG Opal 2.01 |
Pyrite AES 256 SHA 512 RSA 4096 TCG Opal 2.02 |
AES 256 SHA 512 RSA 4096 TCG Opal 2.0 |
| Seq. Read | 7.400 MB/s | 10.800 MB/s | 7.200 MB/s | 14.000 MB/s |
| Seq. Write* | 6.700 MB/s | 10.800 MB/s | 7.000 MB/s | 12.000 MB/s |
| 4K Random Read | 1.200.000 IOPS | 1.500.000 IOPS | 1.200.000 IOPS | 1.500.000 IOPS |
| 4K Random Write* | 1.200.000 IOPS | 1.500.000 IOPS | 1.200.000 IOPS | 2.000.000 IOPS |
| *im SLC-Cache alle Angaben laut Phison (Stand Januar 2024) |
||||
Spezifikationen des Referenzdesigns
Die oben genannten maximalen Leistungsdaten sind noch Zukunftsmusik und sollen erst mit noch schnelleren NAND-Flash-Chips möglich werden. Das für die Vorschau von Phison zur Verfügung gestellte Referenzdesign besitzt hingegen die nachfolgend aufgeführten Spezifikationen. Die Schreibraten sind also bedeutend niedriger.
Die Ursache soll bei den Speicherchips liegen, die im Falle des Testmusters mit 3.600 MT/s arbeiten. Dabei ist dies sogar die derzeit höchste Schnittstellengeschwindigkeit, die mit dem BiCS8-TLC-Flash von Kioxia und Western Digital geboten wird. Doch erst mit zukünftigen Chips, die mit 4.800 MT/s arbeiten, soll der 4-Kanal-Controller das Maximum herausholen können, erklärte Phison auf Nachfrage.
| 1 TB | 2 TB | |
|---|---|---|
| Formfaktor | M.2 2280-S3-M | |
| Schnittstelle (Protokoll) | PCIe 5.0 x4 (NVMe 2.0) | |
| Controller (Fertigung) | E31T (7 nm TSMC) | |
| NAND-Flash | BiCS8 1 Tbit 3600 MT/s | |
| DRAM | keiner (Host Memory Buffer) | |
| Sequential Read | 10.200 MB/s | 10.300 MB/s |
| Sequential Write | 8.300 MB/s | 8.600 MB/s |
| Random Read | 1.300.000 IOPS | |
| Random Write | 1.500.000 IOPS | |
| Endurance | >600 TB | >1200 TB |
| Read Power Avg. | 5,9 W | |
| Read Power Max | 6,1 W | |
| Write Power Avg. | 5,9 W | |
| Write Power Max | 6,1 W | |
| PS4 Power State | 3,5 mW | |
Sparsame PCIe-5.0-SSDs brauchen keinen Kühler
Laut Phison benötigt das Referenzdesign mit E31T lesend wie schreibend maximal nur 6,1 Watt. Das ist weniger als PCIe-4.0-SSDs der High-End-Garde benötigen, die der E31T beim Durchsatz deutlich schlägt. Die Effizienz wäre somit sehr gut, doch gilt es dies durch eigene Messungen unabhängig zu untermauern.
Laut Phison handelt es sich auch um die ersten für Notebooks optimierten PCIe-5.0-SSDs. Ein Kühler sei nicht erforderlich, jedoch wird er für „extended workloads“ empfohlen, wie sie etwa bei langwierigen Benchmarks oder im Workstation-Einsatz auftreten.
In Notebooks könne das SSD-Design mit E31T beispielsweise im PCIe-5.0-x2-Modus betrieben werden. Dann sollen noch etwas mehr als 7 GB/s bei einer um bis zu 34 Prozent reduzierten Leistungsaufnahme möglich sein.
Kein Ersatz für E26
Phison weist ausdrücklich darauf hin, dass der E31T nicht erscheint, um den E26 abzulösen. Letzterer soll auch weiterhin die High-End-Klasse bedienen, während der E31T der erste für PCIe 5.0 im Mainstream und zugleich für Notebooks sei.
PCIe 5.0 vs. PCIe 3.0/4.0 und SATA im neuen Testsystem
Die Probanden müssen im Test gegen die High-End-Konkurrenz mit PCIe 5.0 wie die Crucial T705 (Test) und die Corsair MP700 Pro (Test) sowie die Flaggschiffe der PCIe-4.0-Generation in Form der WD_Black SN850X (Test) und der Samsung 990 Pro (Test) antreten. Auch ein Vergleich mit SSDs der langsameren Sorte auf Basis von PCIe 3.0 und SATA sowie mit externen Modellen wird gezogen.
Der Wechsel auf PCIe 5.0 seitens der SSDs machte auch einen Wechsel des Testsystems von ComputerBase nötig. Die Wahl fiel auf AMDs aktuelle AM5-Plattform mit einem B650E-Mainboard von Asus und dem mit 65 Watt TDP antretenden 12-Kern-Prozessor Ryzen 9 7900 (Test). Der primäre M.2-Slot des Mainboards erhält PCIe 5.0 x4 direkt über die CPU. Beim Betriebssystem fand ein Umstieg auf Windows 11 statt.
Nachfolgend werden die ab jetzt für SSD-Tests verwendete Hard- und Software aufgelistet.
- Windows 11 Pro 22H2 22621.1413
- AMD Ryzen 9 7900
- Asus B650E-F Strix Gaming Wifi
- AMD-Chipsatztreiber 5.02.19.2221
- GeForce RTX 2080 Ti mit GeForce-Treiber 531.29
- GeForce RTX 3080 Ti mit GeForce-Treiber 552.22 (Zusatztest Direct Storage)
- SoftPerfect RAMdisk 4.4
- Asus BIOS 1222
- RAM: DDR5-5200, 38-38-38-84
Die Angabe und die dauerhafte Verwendung der konkreten Version von Windows 11 sind entscheidend, denn Microsoft hat zuletzt verstärkt an der Datenträger-Leistung im Explorer gearbeitet. So erzielt die neue Plattform beim Kopieren aus der RAM-Disk auf eine sehr schnelle SSD über 6,0 GB/s, wo die alte Plattform mit denselben SSDs bei unter 2,5 GB/s an eine Grenze stieß. Auch das Kopieren auf der SSD ist mit dem neuen System und insbesondere dem aktuelleren Windows viel schneller. Die letzten inkrementellen Updates für Windows 11 22H2 brachten dabei noch mal einen deutlichen Schub gegenüber der ersten Hauptversion aus dem 4. Quartal 2022 – mit der lag das Limit im Explorer noch bei knapp unter 4,0 GB/s.
Testergebnisse und Benchmarks
Das Testmuster wurde für die nachfolgenden Tests, sofern nicht anders vermerkt, unter dem SSD-Kühler des Asus ROG Strix B650E-F Wifi mit darüber blasendem 120-mm-Lüfter getestet.
Schreibleistung (SLC-Modus)
Wie ausdauernd der SLC-Modus ausfällt, testet ComputerBase wie folgt: Eine komprimierte RAR-Datei mit 10 GB Größe wird aus einer RAM-Disk mit fortlaufender Nummer in der Dateibezeichnung so oft ohne Pause auf die leere Test-SSD geschrieben, bis die Kapazitätsgrenze erreicht ist (grün). Für jeden Kopiervorgang wird die erreichte Transferrate protokolliert. Direkt nach dem letzten Transfer werden 50 Prozent der erstellten Dateien gelöscht. Im Anschluss wird der SSD für die interne Speicherverwaltung eine halbe Stunde Ruhe gegönnt. Dann wird sie abermals mit den RAR-Dateien vollgeschrieben (gelb). Der Test soll die Abhängigkeit des SLC-Modus vom Füllgrad der SSD ermitteln bzw. aufzeigen, ob der einmal genutzte SLC-Modus sich nach Ruhephasen erholt.
Nach rund 410 GB geschriebenen Daten schaltet die SSD vom SLC- in den TLC-Modus. Die Schreibrate sinkt auf rund 1.400 MB/s. Gegen Ende sinkt die Leistung weiter ab auf rund 600 MB/s. Hier dürfte das „Aufräumen“ der Zellen stattfinden.
- Schwarz/Weiß: NVMe-SSDs (PCI Express 5.0, M.2)
- Rot: NVMe-SSDs (PCI Express 4.0, M.2)
- Blau: NVMe-SSDs (PCI Express 3.0, M.2)
- Grün: Externe SSDs (USB, Thunderbolt)
- Gelb: SATA-SSDs (2,5 Zoll)
Leseleistung
Zur Überprüfung der praktischen Leseleistung wird der Installationsordner des Spiels Shadow of the Tomb Raider (SotTR, 32 GB) auf das Testmuster kopiert und anschließend in die RAM-Disk gelesen. Das Gegenstück sollte in diesem Fall also erneut keinen Flaschenhals darstellen. Dies geschieht einmal mit völlig leerem Laufwerk und einmal praxisnah mit 80 Prozent Füllstand. Der Testlauf im leeren Zustand erfolgt 30 Minuten nach der Formatierung. Der Testlauf bei 80 Prozent wird auf dem zuerst zu 100 Prozent und dann ausgehend von 50 Prozent vollgeschriebenen Laufwerk durchgeführt, auf dem 20 Prozent gelöscht und dann 30 Minuten Pause eingelegt wurden.
Nur auf dem Niveau der schnellsten PCIe-4.0-SSDs bewegt sich die Phison-SSD im praktischen Lesetest mit leerem Datenträger. Doch auch die schnellsten PCIe-5.0-SSDs schneiden hier kaum besser ab. Ist die SSD bereits zu 80 Prozent mit Daten befüllt, sinkt die Leistung in der Regel ab. Das ist auch bei der Referenz-SSD mit E31T der Fall.
Kopierleistung
Als Kopiertest (Lesen + Schreiben) hat die Redaktion einen 195 GB großen Steam-Ordner mit fünf installierten Spielen auf der SSD dupliziert. Dies geschieht einmal mit völlig leerem Laufwerk und einmal praxisnah mit 80 Prozent Füllstand. Der Testlauf im leeren Zustand erfolgt 30 Minuten nach der Formatierung. Der Testlauf bei 80 Prozent wird auf dem zuerst zu 100 Prozent und dann ausgehend von 50 Prozent vollgeschriebenen Laufwerk durchgeführt, auf dem 20 Prozent gelöscht und dann 30 Minuten Pause eingelegt wurden.
Frisch formatiert liefert die Phison-SSD das drittbeste Resultat im Kopiertest und ist deutlich schneller als Modelle mit PCIe 4.0. Wenn der Füllstand aber schon bei 80 Prozent liegt, dann verliert die E31T-Referenz erheblich an Leistung. So dass es nicht einmal mehr für die Mittelklasse genügt. Eine solche Schwäche im Kopiertest zeigte beispielsweise auch die Crucial T500 (Test).
Gaming-Leistung
Im ersten Teil wird fortan der DirectStorage-Benchmark (Avocados) stellvertretend für das Spiel Forspoken genutzt, da letzteres durch regelmäßige neue Versionen Probleme bei der Vergleichbarkeit machte. Im zweiten Teil wird der auf die Gaming-Leistung von Massenspeichern ausgerichtete 3DMark Storage verwendet.
Direkt ins Spitzenfeld und somit auf Augenhöhe mit SSDs mit E26-Controller katapultiert sich die E31T-Referenz in der Bulk Load Demo von Microsoft. Viel schneller geht es zumindest auf diesem System mit GeForce RTX 3080 Ti nicht mehr.
Beim 3DMark Storage gibt es dann aber doch einen größeren Abstand zum Spitzenfeld mit E26. Die Phison-Referenz mit E31T besitzt nur einen hauchdünnen Vorsprung vor den bestplatzierten PCIe-4.0-SSDs und ist rund 10 bis 20 Prozent langsamer als die PCIe-5.0-SSDs mit E26-Controller.
Office-Leistung
Der Quick System Drive Benchmark des PCMark 10 soll leichtere Aufgaben im Alltag widerspiegeln. Das Szenario reicht vom Schreiben, Lesen und Duplizieren von Bilddateien über die Anwendung von Adobe Illustrator und Photoshop bis Microsoft Excel.
Im Office-Benchmark liefert die neue Mainstream-Klasse mit PCIe 5.0 ebenfalls keine Vorteile gegenüber den schnellen PCIe-4.0-Modellen. SSDs mit E26 sind hier sogar 15 bis 28 Prozent flotter.
Theoretische Leistung
Der CrystalDiskMark hat sich quasi zum Standard-Benchmark der Branche gemausert und dient auch den SSD-Herstellern zur Ermittlung der beworbenen Leistungswerte. Wenig praxisnah, wird der Test an dieser Stelle zur Überprüfung der theoretischen Spitzenleistung verwendet.
Sequenzielle Transferraten von 10.300 MB/s beim Lesen und 8.600 MB/s beim Schreiben hatte Phison für das Testmuster mit 2 TB versprochen. Beide Werte werden sogar übertroffen. Die Schreibrate erreicht sogar fast 8.800 MB/s.
Beim wahlfreien Lesen (RND4K Q1T1) spielt sie ganz oben mit.
Leistungsaufnahme
Phison hat nicht zu viel versprochen: Keine 6 Watt benötigt die Referenz-SSD mit Phison E31T im aktiven Einsatz während des CrystalDiskMark. In den meisten Szenarien benötigt sie damit weniger Strom als die WD_Black SN850X mit PCIe 4.0. Die Crucial T700 mit Phison E26 genehmigt sich rund doppelt so viel Strom, ist aber keineswegs doppelt so schnell.
Temperaturen
Völlig nackt sollte die Referenz-SSD nicht betrieben werden, denn ohne Kühler kommt es schnell zur Drosselung bei rund 80 °C. Doch schon mit dem Kühlblech des Mainboards ist dies kein Thema mehr und die Temperaturen bleiben unter 70 °C.
- Schreibleistung – Phison E31T (Referenz) nach Kühlung
- Temperatur CrystalDiskMark 8 – Phison E31T (Referenz) 2 TB
- Temperatur Vollschreiben – Phison E31T (Referenz) 2 TB
Fazit
Bei der Leistung muss man schon einige Abstriche gegenüber den High-End-Boliden mit Phison E26 machen, die je nach Szenario schon einmal 20 bis 30 Prozent schneller arbeiten können. Der Ausblick auf kommende SSDs mit Phison E31T anhand des Referenzdesigns von Phison ist aber dennoch vielversprechend. Denn unterm Strich gibt es zumindest etwas mehr Leistung als mit den schnellsten PCIe-4.0-SSDs und das bei einer sehr moderaten Leistungsaufnahme von unter 6 Watt.
Mit handelsüblichen M.2-Kühlern, die bei modernen Mainboards meist beiliegen, sind Temperaturen auch kein Thema mehr. PCIe 5.0 wird also vor allem sparsamer und somit eher Mainstream tauglich.
Abzuwarten bleibt, ob dies auch für die Preise der fertigen SSDs mit Phison E31T gelten wird. Nur wenn diese kaum mehr als die amtierende Oberklasse mit PCIe 4.0 kosten, werden sie sich im Mainstream-Markt etablieren können.
Ein genaues Bild wird sich erst mit den finalen Produkten ergeben, die aber voraussichtlich erst im kommenden Jahr in den Regalen stehen. Dass mit dem Phison E31T in Kombination mit schnelleren Speicherchips noch mehr Leistung abrufbar wird, hat der Hersteller schon angedeutet.
Der SM2508 ist auch noch da
In Sachen Effizienz könnte aber bald ein anderer Chip die Führung übernehmen. Denn Silicon Motion bereitet den SM2508 vor, der mit 8 Kanälen, DRAM-Cache und 6-nm-Fertigung den E26 an der Spitze angreifen will und dabei kaum mehr Strom als der E31T benötigen soll.
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ComputerBase hat das Referenzdesign des E31T-Controller leihweise von Phison unter NDA zum Testen erhalten. Einzige Vorgabe war der frühestmögliche Veröffentlichungszeitraum und die Bitte, den Artikel nicht als finalen Test der Plattform zu titulieren. Eine Einflussnahme des Herstellers auf den Testbericht fand nicht statt, eine Verpflichtung zur Veröffentlichung bestand nicht.
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