NVMe-SSDs von Samsung im Test: 990 Pro, 980 Pro, 970 Pro, 960 Pro und 950 Pro im Vergleich
Seit 2015 gibt es NVMe-SSDs von Samsung in der Pro-Serie. Mit 990 Pro, 980 Pro, 970 Pro, 960 Pro und 950 Pro stehen alle noch einmal für den Generationenvergleich im Test. Über 7 Jahre hinweg hat sich einiges bei der Leistung getan. Es gibt aber auch manche Überraschung.
Ein Rückblick auf fünf Generationen
Im Oktober 2015 endete die Ära der SATA-SSDs in der Serie Samsung Pro und mit der Samsung SSD 950 Pro (Test) kam das erste Modell mit PCI Express und NVMe heraus. Dieses setzte noch auf den in 32 nm gefertigten UBX-Controller, LPDDR3-Cache und Samsungs zweite Generation 3D-NAND mit 2 Bit pro Zelle (MLC). Maximal 512 GB Speicherplatz und 2.500 MB/s sowie 300.000 IOPS wurden geboten. Wie auch bei den nächsten Nachfolgern lautete die Schnittstelle noch PCIe 3.0 x4.
Die ein Jahr später veröffentlichte Samsung SSD 960 Pro (Test) brachte dank moderneren Speicherchips mit doppelter Kapazität Modelle mit bis zu 2 TB hervor. Zudem erreichte die Leistung zumindest beim Lesen mit bis zu 3.500 MB/s nahezu das Limit der Schnittstelle, das sogar das damalige Testsystem nicht ganz liefern konnte.
Zumindest schreibend legte die Samsung 970 Pro (Test) noch etwas bei der Leistung zu, was sie dem neueren Phoenix-Controller und dem MLC-NAND der vierten Generation zu verdanken hatte.
Den Schnittstellenwechsel auf PCIe 4.0 x4 vollzog dann aber erst die Samsung 980 Pro (Test). Damit wurde der maximal mögliche Durchsatz schlichtweg verdoppelt. Und so standen jetzt bis zu 7.000 MB/s beim sequenziellen Lesen sowie bis zu 1 Million IOPS beim wahlfreien Lesen und Schreiben im Datenblatt.
Allerdings gab es in puncto Speichertyp einen Rückschritt, der auch für viel Kritik sorgte: Statt MLC mit 2 Bit pro Zelle kam erstmals in der Serie TLC-NAND mit 3 Bit pro Zelle zum Einsatz. Da dieser potenziell weniger haltbar ist, wurde der Wechsel nicht als würdig für eine „Pro“-Serie erachtet. TLC sollte doch lieber der günstigeren Evo-Serie vorbehalten bleiben.
Doch die höhere Bitdichte und letztlich vor allem die Kosten führten dazu, dass MLC heute fast schon vom Markt verschwunden ist und TLC der am weitesten verbreitete Speichertyp ist. Daher setzt auch die fünfte und immer noch aktuelle Generation der Samsung-Pro-SSDs auf TLC. Die im Oktober 2022 erschienene Samsung 990 Pro (Test), die später ein 4-TB-Modell und Varianten mit Heatsink als Nachzügler erhielt, nutzt Samsungs siebte Generation 3D-NAND. Während bei anderen Herstellern schon PCIe 5.0 auf dem Zettel stand, blieb Samsung zu mancher Überraschung bei PCIe 4.0. Dabei hatte es im Vorfeld auch Gerüchte in die andere Richtung gegeben.
Die Samsung 990 Pro arbeitet mit maximal 7.450 MB/s und 1,6 Millionen IOPS am absoluten Limit von PCI 4.0 x4. Der Pascal-Controller wird zwar wie beim Vorgänger noch in 8 nm gefertigt, arbeitet aber dank verbesserter Architektur deutlich effizienter.
Eckdaten im Vergleich
| 950 Pro | 960 Pro | 970 Pro | 980 Pro | 990 Pro | |
|---|---|---|---|---|---|
| Formfaktor | M.2-2280 | ||||
| Schnittstelle (Protokoll) | PCIe 3.0 x4 (NVMe 1.1) | PCIe 3.0 x4 (NVMe 1.2) | PCIe 3.0 x4 (NVMe 1.3) | PCIe 4.0 x4 (NVMe 1.3c) | PCIe 4.0 x4 (NVMe 2.0) |
| Controller | Samsung UBX (32 nm) | Samsung Polaris (28 nm) | Samsung Phoenix (14 nm) | Samsung Elpis (8 nm) | Samsung Pascal (8 nm) |
| NAND-Flash-Speicher | 3D-MLC (V2, 32 Layer, 128 Gbit) | 3D-MLC (V3, 48 Layer, 256 Gbit) | 3D-MLC (V4, 64 Layer, 256 Gbit) | 3D-TLC (V6, 128 Layer, 512 Gbit) | 3D-TLC (V7, 176 Layer, 512 Gbit) |
| DRAM-Cache | LPDDR3 | LPDDR3 | LPDDR4 | LPDDR4 | LPDDR4 |
| SLC-Cache | – | – | – | ✓ | ✓ |
| Seq. Lesen/Schreiben (max.) | 2.500/1.500 MB/s | 3.500/2.100 MB/s | 3.500/2.700 MB/s | 7.000/5.100 MB/s | 7.450/6.900 MB/s |
| Random Read/Write (max.) | 300K/110K IOPS | 440K/360K IOPS | 500K/500K | 1000K/1000K | 1.600K/1.550K |
| Speicherkapazitäten | 256 GB/512 GB | 512/1024/2048 GB | 512 GB/1024 GB | 250/500/1000/2000 GB | 1000/2000/4000 GB |
| TBW | 200/400 TB | 400/800/1200 TB | 600/1200 TB | 150/300/600/1200 TB | 600/1200/2400 TB |
| Garantiedauer | 5 Jahre | ||||
| Kühler | – | – | – | optional | optional |
| Marktstart (Serie) | Oktober 2015 | Oktober 2016 | Mai 2018 | September 2020 | Oktober 2022 |
Benchmarks
Schreibleistung (SLC-Modus)
Der Wechsel von MLC- auf TLC-Speicher und die Einführung des SLC-Cache ist im Diagramm sehr gut erkennbar. Die älteren Modelle 950 Pro, 960 Pro und 970 Pro mit MLC-Speicher liefern eine durchweg nahezu konstante Schreibrate ohne Spitzen. Bei SSDs mit TLC-Speicher wie der Samsung 990 Pro, beschleunigt wiederum der SLC-Cache das Schreiben einer bestimmten Datenmenge deutlich, sodass in diesem Fall rund 5 GB/s möglich sind. Danach fällt die Schreibrate aber rapide ab, denn es wird dann im langsameren TLC-Modus geschrieben. Dann liegt die Schreibgeschwindigkeit der 990 Pro sogar unterhalb der 970 Pro.
Lesen und Kopieren
Der praktische Lesetest im jüngsten Testparcours der Redaktion schmeckt der Samsung 990 Pro einfach nicht. Das wird auch im Generationenvergleich deutlich, in dem selbst der Vorgänger besser abschneidet. Das gilt aber nur für den frisch formatierten, leeren Zustand. Bei 80 Prozent Füllstand liefert die 980 Pro wiederum das schlechteste Resultat.
Vergleichsweise stark zeigt sich die Samsung 970 Pro trotz PCIe 3.0. Eine 950 Pro mit nur 256 GB fällt wiederum weit zurück.
Auch im Kopiertest ist die 980 Pro etwas besser als die 990 Pro. Die Vorgänger haben keine Chance mitzuhalten. Bei der 950 Pro mit 256 GB und den Tests mit 80 Prozent Füllstand gibt es nicht mehr genügend freien Speicherplatz für diesen Test, für den knapp 400 GB benötigt werden.
Gaming-Leistung
Im ersten Gaming-Test, dem 3DMark Storage, zeigt die Samsung 990 Pro dann doch, dass sie das jüngste und eigentlich schnellste Modell der Reihe ist. Mit satten 39 Prozent Vorsprung liegt sie vor der 980 Pro an der Spitze. Erneut beachtlich ist das Abschneiden der 970 Pro: Nur 6 Prozent liegt sie hinter der 980 Pro mit doppelt so schneller Schnittstelle.
Rund doppelt so schnell wie die ältesten Modelle ist die Samsung 970 Pro in diesem Test auf Basis der Direct-Storage-API von Microsoft. Doch zeigt sich ebenso eindrucksvoll, dass sich der Umstieg auf PCIe 4.0 lohnt. Überraschend landet die 990 Pro auch in diesem Test hinter dem Vorgänger 980 Pro. Wiederholte Messungen änderten an dieser Erkenntnis jedoch nichts.
Office-Leistung
Die Benchmarks der Firma UL liegen der 990 Pro wiederum besonders gut. Wie im 3DMark Storage ist der Vorsprung vor der 980 Pro riesig. Die alten Modelle mit PCIe 3.0 sehen in diesem Test keine Sonne und liegen zudem dicht beieinander. Die Unterschiede bei Latenz und Durchsatz zwischen dem langsamsten und dem schnellsten Modell sind riesig.
Theoretische Leistung
Nur beim sequenziellen Lesen kann die 990 Pro ihren Vorgänger schlagen, beim wahlfreien Lesen ist wiederum die 980 Pro der Champion der Serie. Weit abgeschlagen landet die 950 Pro erwartungsgemäß auf dem letzten Platz. 960 Pro und 970 Pro bewegen sich mit rund 3.500 MB/s als maximalen Durchsatz am Limit von PCIe 3.0 x4.
Besonders große Sprünge bei der Schreibleistung gibt es beim Generationswechsel von 950 Pro auf 960 Pro und bei 970 Pro auf 980 Pro. In beiden Fällen wird die Geschwindigkeit beim sequenziellen Schreiben mehr als verdoppelt.
Leistungsaufnahme und Temperaturen
Dass mit jeder Generation analog zur Leistung auch die Leistungsaufnahme gestiegen ist, lässt sich nicht pauschal sagen. Zwar benötigt etwa eine 960 Pro in der Tat mehr Strom als eine 950 Pro. Doch beweist die 990 Pro, dass es auch mal weniger als beim Vorgänger sein können. Beachtlich sind daher die Steigerungen der Energieeffizienz bei den jüngeren Generationen. Das liegt nicht nur am feineren Herstellungsverfahren der neuen Controller, sondern auch deren Architektur.
Was sich aber definitiv festhalten lässt, ist der Umstand, dass modernere SSDs eine bessere Kühlung benötigen. Selbst wenn sie nicht mehr Strom benötigen, sind die Controller kleiner geworden. Und so ist auch die Fläche zur Wärmeabgabe geschrumpft. Der Trick mit der Kupferfolie im Aufkleber genügt oft nicht mehr, um eine temperaturbedingte Drosselung der Leistung zu verhindern. Daher gibt es seit der 980 Pro auch stets die Option, eine Variante mit richtigem Kühlkörper zu erwerben.
Doch schon bei der Samsung 950 Pro im Jahr 2015 war der Leistungsverlust durch hohe Temperaturen plötzlich ein Thema, den die Redaktion so noch gar nicht kannte und daher einen eigenen Artikel gewidmet hatte.
Schlusswort
Der Blick auf fünf Generationen Samsung SSD 9xx Pro offenbart: Viel hat sich getan binnen sieben Jahren in der NVMe-Ära. Die Durchsatzraten stiegen mit dem Wechsel von PCIe 3.0 auf PCIe 4.0 deutlich an und dennoch benötigen die jüngeren Modelle wie 980 Pro und 990 Pro nicht viel mehr oder teils sogar weniger Strom als mancher Vorgänger. Das wird durch modern gefertigte und designte Controller sowie weniger Speicherchips mit mehr Volumen möglich. Die Energieeffizienz der Samsung-SSDs hat erheblich zugelegt, dennoch ist der Einsatz eines Kühler zu empfehlen.
So manche Überraschung offenbarten die Tests ebenfalls. Nicht nur war die 950 Pro manchmal schneller als die 960 Pro (das galt für die kleinen Varianten aber auch schon im Jahr 2016), sondern auch das jüngste Flaggschiff 990 Pro musste sich hin und wieder dem Vorgänger 980 Pro geschlagen geben. Einen Fortschritt in allen Lagen gab es also nicht.
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Fabian und 
Jan-Frederik