SSD's op HDD-formaat: 28 SSD's van 1 en 2 TB review

Waarom worden ssd’s zo goedkoop?

De markt voor flashgeheugen is onderhevig aan de zogenoemde varkenscyclus: overschotten en tekorten wisselen elkaar af, resulterend in volatiele prijzen. Na een periode van tekorten en dus hogere prijzen in 2017, zijn de prijzen alweer bijna twee jaar dalende. De afgelopen maanden is er sprake van stabilisatie – als oorzaken worden onder meer een stroomstoring in een Toshiba-fabriek en teruggeschroefde productie door vrijwel alle nand-fabrikanten genoemd. Bekijken we de prijsontwikkeling echter van een grotere afstand, dan dalen de ssd-prijzen eigenlijk al sinds de introductie ervan en lijkt er geen reden te zijn waarom dat op de lange termijn niet zo door blijft gaan.

De hoogte in

Het is echter niet volledig een economisch vraagstuk van vraag en aanbod; technische verbeteringen zorgen voor lagere productiekosten en maken de prijsdalingen dus mede mogelijk. Tot een paar jaar terug gebeurde dat door een steeds kleiner productieproces te gebruiken, zoals we dat ook gewend zijn van processors en videokaarten. Daarbij liep de flashindustrie tegen zowel natuurkundige als economische grenzen aan, waarna ze het in de hoogte ging zoeken met 3d-nand. Het verhogen van het aantal gestapelde lagen is nog altijd een van de belangrijkste manieren om de productie efficiënter te maken; de meeste fabrikanten zijn op dit moment bezig met de overstap van 64- naar 96-laags nand.

Van SLC naar QLC

De goedkoopste ssd’s in deze test maken vrijwel allemaal gebruik van een vrij nieuw type flashgeheugen, namelijk qlc, wat staat voor quad-level cell. Om te begrijpen hoe qlc werkt en hoe er opeens 33% meer bits kunnen worden opgeslagen in hetzelfde aantal geheugencellen, moeten we eerst even terug naar de basis van hoe nand-geheugen werkt.

In den beginne werkte al het flashgeheugen als single-level cell (slc). Dat betekent dat elke cel twee waardes kan bevatten: een 0 of een 1. Laten we voor het gemak even stellen dat deze waardes overeenkomen met een spanning van 0,5 of 1 volt. De overstap naar mlc met twee bits per cel, betekende dat er in totaal vier waardes nodig waren. Een cel kon toen de waarde 00, 01, 10 of 11 bevatten, waarvoor vier verschillende voltages met kleinere tussenstappen nodig waren. Bij tlc steeg dat naar acht verschillende voltages (van 000 t/m 111) en bij qlc zijn dat er zelfs zestien, van 0000 (alle vier de bits 0) t/m 1111 (alle vier de bits 1).

Om de inhoud van een qlc-geheugencel uit te kunnen lezen, moet een controller dus heel precies het onderscheid tussen 16 verschillende spanningsniveaus kunnen vaststellen. Dat gaat langzamer dan bij de acht niveaus van tlc en vereist bovendien krachtige foutcorrectie-algoritmes. Als flashgeheugen veroudert, wordt dat bovendien steeds lastiger. Intel geeft voor zijn qlc-ssd van 500 GB bijvoorbeeld een levensduur van 100 TBW (terabytes written) op, waar dat bij een tlc-ssd in dezelfde capaciteit al gauw 300 TBW is. Voor intensief gebruik, en dan vooral bij schrijven, zijn ssd's met qlc-geheugen dus per definitie minder geschikt dan tlc-ssd's. In de praktijk kunnen ssd’s overigens vaak een veelvoud van de gegarandeerde levensduur aan schrijfacties verwerken.

Benchmarks

Bij Hardware.Info testen we ssd's op een viertal identieke testsystemen bestaande uit een Intel Core i5 7400 (Kaby Lake) processor, een MSI H270 Gaming M3 moederbord en 8 GB DDR4-2400 geheugen. De systemen zijn voorzien van Windows 10 Fall Creators Update (versie 1709) en maken gebruik van de Intel Rapid Storage Technologies (RST) driver versie 15.2.0.1020.

Allereerst doen we enkele synthetische benchmarks (AS SSD en Atto Disk Benchmark) om specifieke prestatie-eigenschappen van de ssd's te achterhalen. Belangrijker zijn de real world benchmarks, gebaseerd op het schijfgebruik van échte applicaties. Hiervoor maken we gebruik van de diverse storage-benchmarks als onderdeel van PCMark8 alsook een drietal eigen workloads. Met behulp van de PCMark8 test bepalen we ook de prestaties van schijven na langdurige belasting. Op basis van de verschillende real world benchmarks bepalen we de Hardware.Info SSD Prestatiescore 2018 en de Hardware.Info SSD Entry Prestatiescore 2018, waarbij we het gemiddelde prestatieniveau vangen in één getal. 

Naast prestaties meten we ook het stroomverbruik, zowel idle als in gebruik. 

AS SSD

AS SSD is een synthetische schijfbenchmark, geoptimaliseerd voor ssd's. Zo maakt de benchmark gebruik van niet comprimeerbare data en worden random lees- en schrijftests ook uitgevoerd met een zogenaamde queue depth van 64, ofwel met 64 opdrachten tegelijkertijd. Let wel; alle AS SSD testonderdelen zijn relatief kortstondig, wanneer het prestatieniveau van ssd's inzakt na enkele minuten belasting zonder pauze, zie je dat in AS SSD scores niet terug. Dat maakt AS SSD puur interessant om specifieke basis eigenschappen van een ssd te analyseren. Aangezien je AS ssd ook eenvoudig zelf kunt draaien (downloadlink) kun je hiermee ook de prestaties van je eigen ssd vergelijken met die van door ons geteste exemplaren. 

Op basis van de onderliggende tests, produceert AS SSD totaal-, lees- en schrijfscores. 

In deze synthetische benchmark weten de pci-express 4.0 ssd's zich positief te onderscheiden.

De onderliggende leestests zijn sequentieel lezen, het op willekeurige plekken lezen van 4k datablokken met 1 of 64 tegelijk en de gemiddelde toegangstijd.

De onderliggende schrijftests zijn sequentieel schrijven, het op willekeurige plekken schrijven van 4k datablokken met 1 of 64 tegelijk en de gemiddelde toegangstijd.

Atto Disk Benchmark

Naast AS SSD draaien we ook Atto Disk Benchmark. Deze test is oorspronkelijk bedoeld voor harde schijven en zegt in feite weinig tot niets over de prestaties van ssd's in de praktijk. Wel kan Atto dankzij de specifieke manier van aansturen de best case sequentiële lees- en schrijfsnelheden tonen. 

Ook hier zien we het potentieel van de hogere bandbreedte van pci-e 4.0.

Real world benchmarks

Om een goed beeld te krijgen van de prestaties van ssd's in de praktijk draaien we verschillende zogenaamde real world benchmarks, tests die gebaseerd zijn op het schijfgebruik van échte applicaties.

Allereerst de storage test van PCMark8. Deze benchmark maakt gebruik van zogenaamde traces van Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Adobe Indesign, Adobe After Effects, Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint, World of Warcraft en Battlefield 3. Scores van alle afzonderlijke tests vind je op de volgende pagina.

In onderstaande grafieken vind je allereerst de bandwidth score, wat de gemiddelde lees- en schrijfdoorvoersnelheid is, gemeten over alle verschillende testonderdelen. De traces worden real time afgespeeld, dus inclusief idle tijd tijdens de oorspronkelijke opname van het schijfgebruik. De totaalscore is gebaseerd op de meetkundig gemiddelde tijd die het kost om alle tests te draaien, inclusief die idle-tijd. Vandaar dat bij de standaard score de resultaten van alle moderne ssd's zeer dicht bij elkaar liggen.

Hier is het voordeel van pci-e 4.0 aanzienlijk minder evident.

Naast de PCMark8 real world tests draaien we ook een drietal in-huis ontwikkelde real world benchmarks. Dit zijn traces gebaseerd op een gaming workload (GTA V en Rise of the Tomb Raider), een lichte desktop workload (Windows opstarten, Microsoft Office en Google Chrome) en een zware desktop workload (Adobe Photoshop en Adobe Lightroom). Waar PCMark8 tijdens het testen alle caches op besturingssysteem-niveau uitschakelt, laten we voor onze eigen real world benchmarks de lees- en schrijfcaches van Windows intact. Dat maakt dat deze benchmarks wellicht nóg iets meer beeld geven van de prestaties van disks in de praktijk. 

Real world benchmarks (in depth)

In onderstaande grafieken vind je de resultaten van alle testonderdelen van PCMark 8. Voor elk van de tests tonen we de gemiddelde lees- en schrijfdoorvoersnelheid, alsook de gemiddelde lees- en schrijftoegangstijd.

World of Warcraft

Battlefield 3

Adobe Photoshop Light

Adobe Photoshop Heavy

Adobe InDesign

Adobe After Effects

Adobe Illustrator

Microsoft Word

Microsoft Excel

Microsoft Powerpoint

Prestaties over tijd (consistency)

In tegenstelling tot bij een harde schijf is bij ssd's het prestatieniveau niet constant. Wanneer een ssd langdurig tussen pauzes wordt belast en/of wanneer een ssd vrij vol zit, kunnen de prestaties (flink) inzakken. Het prestatieniveau van ssd's onder de meest extreme omstandigheden (ofwel het worst case scenario) kunnen vasthouden worden de steady state prestaties genoemd.

Eerst wat achtergrondinformatie. We hebben meermaals geschreven dat data op een ssd per zogenaamde 'pagina', hoeveelheden van meestal 4, 8 of 16 kB, weggeschreven en uitgelezen kan worden. Om data te kunnen wegschrijven moeten datacellen echter eerst gewist worden: dat kan alleen per blok. Zo'n blok bestaat uit 128, 256 of 512 pagina's. Dit gegeven zorgt ervoor dat ssd's slimme trucjes moeten uithalen. Wanneer een aantal pagina's aan data verwijderd moet worden, moet eerst de rest van de data uit het blok gekopieerd worden naar een ander blok, waarna het gehele blok geleegd kan worden. In de praktijk betekent het dat ssd-controllers schrijfacties zoveel mogelijk opzamelen, deze vervolgens tegelijk naar nieuwe, vers geleegde blokken uitvoeren en tegelijkertijd verwijderacties pas op gezette tijden uitvoeren. Op die momenten, wanneer de ssd niets te doen heeft, schakelt de in de controller ingebakken garbage collector in, die verwijderacties daadwerkelijk doorvoert op chipniveau en overgebleven data zoveel mogelijk combineert in volle blokken, om op die manier zoveel mogelijk blokken volledig leeg te kunnen maken. Wanneer de ssd echter lange tijd continu, dus zonder een seconde rust, gebruikt wordt, kan de garbage collector niet tussendoor aan de slag. Op een gegeven moment zijn er dan geen lege blokken meer over en zal de ssd tussen het uitvoeren van commando's door aan garbage collection moeten gaan doen. Het resultaat: de prestaties worden lager.

Dat effect wordt versterkt als de ssd erg vol zit; het aantal geheel lege blokken waar direct data in geschreven kan worden is dan per definitie beperkt. Nu is iedere ssd altijd enkele procenten overgeprovisioneerd, wat betekent dat er meer geheugen fysiek inzit dan je via het besturingssyteem kunt gebruiken. Zo heeft een 512 GB ssd in de regel 512 échte gigabytes (512 x 1024 x 1024 x 1024 = 549.755.813.888 bytes) aan boord, terwijl er richting het besturingssysteem slechts 512 GB berekend met 1000 bytes per kilobyte beschikbaar is (512 x 1000 x 1000 x 1000, ofwel 512.000.000.000 bytes, ofwel 476,8 échte gigabytes). Het verschil van 7,5% is wat de garbage collector ook wanneer de ssd helemaal volbeschreven is leeg kan maken. Duurdere ssd's zijn in de regel veel meer dan 7,5% overgeprovisioneerd, wat maakt dat ze minder snel en minder vaak de garbage collector tijdens het verwerken van data hoeven te gebruiken.

En er is nog een reden waarom ssd's tijdens een workload na enkele seconden, minuten of nog langer qua prestaties kunnen inzakken. Veel consumenten ssd's maken gebruik van zogenaamd TLC-geheugen waarbij drie bits per cel kunnen worden opgeslagen. Handig om de kosten laag te houden, maar het beschrijven van TLC-geheugen gaat veel langzamer bij bij SLC of MLC (1- resp. 2-bits per cel) geheugen. Dit wordt door sommige fabrikanten opgevangen door een buffer; een geheugenchip en/of een deel van het flashgeheugen dat als SLC wordt aangestuurd en dus sneller kan worden beschreven. Het idee is dat schrijfacties eerst naar de buffer gaan en later naar langzaam TLC worden weggeschreven. Is de workload echter zo lang dat de buffer vol zit, dan moet er rechtstreeks naar TLC worden geschreven met lagere doorvoersnelheden en hogere toegangstijden tot gevolg.

PCMark 8 consistency test

Wij testen de steady state prestaties met behulp van de PCMark 8 consistency test. Hierbij wordt de gehele PCMark 8 storage test, dus alle op de vorige pagina's getoonde workloads, 18 keer gedraaid. 

Vooraf wordt de gehele schijf twee keer volledig met data beschreven. Dit gebeurt twee keer om er voor te zorgen dat ook de volledige overprovisionering "bezet" is. Gedurende de acht degradatie fases van de tets wordt de volledige PCMark 8 benchmark gedraaid met daar tussenin telkens een constante workload van random schrijfopdrachten gedurende achtereenvolgens 10, 15, 20, tot maximaal 45 minuten. Gedurende de steady state fase wordt de benchmark nogmaals vijf keer gedraaid, met telkens opnieuw vooraf 45 minuten random schrijfworkloads. Tijdens de recovery fase mag de schijf weer "op adem" komen en wordt de benchmark vijf keer gedraaid met telkens 5 minuten idle tijd vooraf. Gedurende die tijd kan de ssd de garbage collector en andere interne optimalisaties z'n werk laten doen.

In onderstaande grafieken zie je de scores van de benchmarks gedurende de 18 stappen. In de tabbladen staat de gemiddelde doorvoersnelheid alsook de gemiddelde lees- en schijftoegangstijd.

In deze test zijn de verschillen tussen ssd’s veel groter. Ssd’s als de Samsung 970 Evo Plus zijn hier echt een klasse beter dan de drives met Phison- of Silicon Motion-controllers, die het in de reguliere tests juist bijna even goed doen. Tegelijkertijd hebben de ssd’s met qlc-geheugen in de consistency test helemaal niets aan hun slc-buffers en andere trucs: voor dit soort extreem zware workloads zijn ze notoir ongeschikt.

Let wel: de consistency test is zoals gezegd een worst-case scenario en daarom alleen relevant als je een ssd zoekt die aan hoge eisen moet voldoen en waar veel naar wordt geschreven. Voor reguliere gebruikers, waaronder ook gamers, zijn de prestaties in de normale PCMark-tests en traces een betere maatstaf.

Van de vijf tests in de steady state fase hebben we vervolgens de gemiddelde bandbreedte, leestoegangstijd en schrijftoegangstijd bepaald. Deze waardes geven een uiteindelijk beeld van de prestaties van ssd's in een worst case scenario.

Hardware Info SSD Prestatiescore

Om het uiteindelijke prestatieniveau van ssd's zo goed mogelijk in één getal te vangen, hebben we het meetkundig gemiddelde van de resultaten van alle real-world benchmarks omgedoopt tot de Hardware.Info 2018 SSD Prestatiescore. De standaard prestatiescore bevalt alle workloads inclusief de resultaten van de steady state test. De Entry prestatiescore bevat enkel de wat simpelere workload en hierbij nemen we de steady state waardes ook niet mee. Deze score is dus een beter ijkpunt als je een ssd zoekt voor minder veeleisende taken.

Bekijken we het globale prestatiebeeld dat de Prestatiescore ons verschaft, dan valt op dat veel ssd’s binnen de relatief beperkte bandbreedte van ruwweg 590 tot 620 punten scoren. De tijd dat Samsung het alleenrecht had op een puik presterende nvme-ssd is echt wel voorbij; controllerfabrikanten als Phison en Silicon Motion sloten de afgelopen tijd keurig aan en alle ssd-makers die geen eigen ssd-controller hebben maken daar graag gebruik van. Toegegeven, met de 970 Evo Plus heeft Samsung weer een kleine voorsprong genomen en de 970 Pro blijft de snelste van allemaal, maar of je daar in de praktijk nog wat van merkt zal erg van die praktijk afhangen.

Tussen de genoemde kopgroep en de sata-ssd’s dwarrelen in de grafieken nog een aantal andere ssd’s, namelijk de inmiddels alweer opgevolgde Kingston A1000 (een ssd met een pci-e 3.0 x2-interface) en twee nvme-ssd’s met qlc-geheugen: de Intel 660p en Crucial P1. Qua prestaties laten die dus het nodige liggen ten opzichte van de snellere nvme-drives, maar ze blijven fors vlotter dan sata-ssd’s en zijn bijzonder scherp geprijsd.

Tot slot hebben we diverse sata-modellen getest, die het qua prestaties uiteraard niet halen bij nvme-ssd’s. Het noemen waard is de 860 QVO, tot nu toe Samsungs enige consumenten-ssd met qlc-geheugen. Zolang die echter net zoveel kost als de snellere nvme-varianten van Crucial en Intel, zijn deze ssd’s lastig aan te bevelen.

Stroomverbruik

Het stroomverbruik van ssd’s meten we gebruikmakend van een BTO W540EU laptop gebaseerd op een Intel Core i3 3120M CPU en de Intel H77M chipset. We meten het stroomverbruik van ssd’s zowel idle als tijdens een 4k random write en 1 MB sequential write workload. We doen deze test expliciet met een notebook, aangezien veel ssd's juist dan optimalisaties voor een laag stroomverbruik doorvoeren.

M.2 ssd's kunnen we helaas op die manier niet testen. Deze testen we op ons desktop testsysteem, waarbij we met behulp van een riserkaart het stroomverbruik kunnen meten. Ook hier doen we dat met zowel een 4k random write als een 1MB sequential write workload.

Conclusie

Terabytes aan ssd-opslag is niet langer de onrealistische droom die het lange tijd was: voor een paar honderd euro heb ze je al in je pc zitten – zelfs in de vorm van een redelijk vlot nvme-model. Daarmee luiden we niet alleen het einde van de harde schijf voor desktop-pc’s in, maar eigenlijk ook het einde van de sata-ssd. Dat is snel gegaan: we hoeven slechts terug te bladeren tot 2015 voor de eerste review van een nvme-ssd voor consumenten.

Veel voor weinig: 660p

Voor veel opslag tegen lage kosten is de Intel 660p de beste keuze. Zolang je hem niet zwaar belast zijn de prestaties dankzij de pci-e 3.0 x4-interface en het nvme-protocol best aardig, terwijl de prijs per gigabyte van 10 à 11 cent onovertroffen is. Voor zeer intensief gebruik is het toegepaste qlc-geheugen een punt van zorg, maar juist als vlotte, zuinige en geluidloze secundaire opslag leent de Intel 660p zich uitstekend. Deze ssd is dus niet geheel zonder makken, maar een Great Value award is welverdiend.

Puike prestaties voor een prettige prijs: A2000 & MX500

Als veelgebruikte OS-schijf kies je voorlopig nog liever een model met duurzamer tlc-geheugen, in elk geval zolang het prijsverschil beperkt blijft. Kingston biedt met zijn A2000-ssd een zeer interessante optie: de A2000 1TB is ongeveer twee tientjes duurder dan de 660p in dezelfde capaciteit, maar wel duidelijk sneller en heeft een drie keer zo lange gegarandeerde levensduur. Voor de meeste gebruikers zal dit de beste keuze zijn, een conclusie die uiteraard uitmondt in een Excellent Choice award. Het grootste nadeel is nog wel dat er geen 2TB-uitvoering bestaat. Slikt je systeem geen m.2-ssd’s of zijn al je sloten reeds bezet, dan biedt Crucial met de MX500 het beste sata-alternatief: tlc, maar toch nauwelijks duurder dan de Samsung 860 QVO met qlc. Ook de MX500 1TB en 2TB krijgen zodoende een Excellent Choice award.

All-round aanraders: MP510 & KC2000

Voor een paar tientjes extra krijg je diverse luxere drives, die onder meer door de toepassing van een dram-cache hogere doorvoersnelheden halen en het beter doen in de consistency test. De Corsair Force MP510 en Kingston KC2000 zijn in dit segment de beste keuzes en krijgen eveneens een Excellent Choice award. Op dit moment wordt er nog gestunt met de 1TB-uitvoering van de opgevolgde Samsung 970 Evo, maar deze zal op gegeven moment van de markt verdwijnen. Desalniettemin, voor 19 ct/GB of minder is het zeker een aanrader.

Neusje van de zalm: Samsung 970 Evo Plus

Als je op zoek bent naar een high-end nvme-ssd, dan heb je in feite de keuze uit Samsung en WD. Met de 970 Evo Plus heeft Samsung een sprongetje gemaakt qua prestaties dat voldoende is om in de meeste tests weer de snelste tlc-ssd te zijn: de nieuwste WD Black SN750 is in feite net zo snel als de oude en is dus op een kleine achterstand gezet. Vooral in de consistency test doet Samsung het stukken beter dan de concurrentie. De prijs per gigabyte is met zo’n 24 cent pittig, maar daar zijn de prestaties dan ook naar: de laatste Excellent Choice awards gaan naar Samsung.

Tot slot de snelste optie als je naar een grote ssd zoekt. Qua doorvoersnelheden zouden we uitkomen bij de enige pci-express 4.0-ssd’s in deze test, maar op alle andere vlakken scoren die niet bijzonder goed. De allersnelste nvme-ssd blijft de Samsung 970 Pro – gewoon pci-e 3.0, maar dan wel met mlc-geheugen waarin slechts twee bits per cel worden opgeslagen. Dat zorgt voor superieure prestaties en levensduur. Bovendien geeft hij geen krimp in de zware consistency test. De Ultimate Product award gaat dus naar de Samsung 970 Pro.

Intel 660p 2TB

Corsair Force MP510 960GB
Crucial MX500 1TB & 2TB
Kingston A2000 1TB
Kingston KC2000 1TB
Samsung 970 Evo 1TB
Samsung 970 Evo Plus 1TB & 2TB

Samsung 970 Pro 1TB