Preview: Phison E28 High-End-SSD-Controller mit PCIe 5.0

Mit dem SM2508-Controller von Silicon Motion wurden PCIe 5.0-SSDs noch schneller und vor allem effizienter. Phison holt mit dem E28-Controller zum Gegenschlag aus. ComputerBase kann an dieser Stelle einen ersten Ausblick auf Leistung und Leistungsaufnahme des Chips liefern. Das Duell an der Spitze wird eng geführt.

Aktuell ist Silicon Motion mit dem SM2508 der Effizienzmeister unter den SSD-Controllern für schnelle PCIe-5.0-SSDs. Zumindest in Form der SanDisk WD_Black SN8100 (Test) ist das der Fall, diese lässt alle PCIe-5.0-SSDs bei der Leistung hinter sich, teils sogar deutlich. Doch Phison, vor zwei Jahren mit dem E26 der erste Anbieter eines SSD-Controller für PCI Express 5.0, holt zum Gegenschlag aus und könnte mit dem kommenden E28-Controller sogar noch mehr Leistung bei zugleich geringerer Leistungsaufnahme bieten. Steht hier der nächste Effizienzmeister vor der Tür?

Ein erster Blick auf den Phison E28

ComputerBase hatte die Gelegenheit, den Phison E28 in Form einer Vorserien-Referenz-SSD durch den gewohnte Testparcours zu schicken. Phison betont allerdings, dass es sich nur um einen Ausblick (Preview) handelt, denn noch sei die Firmware- die nach Eintreffen des Musters am 13. Juni auch noch einmal aktualisiert werden musste – nicht final. In den Serienprodukten könne die Leistung durch weitere Optimierungen sogar noch besser ausfallen. In der Vergangenheit seien die Produkte im Handel mit der finalen Firmware stets schneller gewesen als die frühen Testmuster, so Phison.

Schon der Vergleich der Eckdaten verdeutlicht, dass hier ein enges Duell an der absoluten Leistungsspitze ansteht. Mit bis zu 14.900 MB/s beim sequenziellen Lesen wird schon das praktische Limit von PCIe 5.0 x4 erreicht. Die 14.000 MB/s beim sequenziellen Schreiben bewegen sich auf Augenhöhe mit dem SM2508 und bei den IOPS will Phison sogar etwas mehr bieten und die Marke von 3 Millionen erreichen.

Der wesentliche Unterschied zum Phison E26 liegt in der Fertigung: Der neue Phison E28 wird wie der SM2508 von Silicon Motion im moderneren 6-nm-Prozess bei TSMC hergestellt. Das ermöglicht feinere Strukturen und mehr Leistung auf gleicher Fläche sowie eine höhere Energieeffizienz, an die der Phison E26 mit seinen 12 nm nicht heranreichen kann. Zu hohe Temperaturen, die den Controller zur Notabschaltung drängen, soll es mit dem E28 nicht mehr geben.

Das Testmuster im Detail

Phison hat für diesen Ausblick auf den E28 das Referenz-SSD-Design mit 2 TB zur Verfügung gestellt. Neben dem Phison E28 sitzen zwei NAND-Packages zu je 1 TB und ein 2 GB fassender DRAM-Cache auf der einseitig bestückten M.2-Platine mit 80 mm Länge. Am Ende sitzen zwei „Debugging-Anschlüsse“, der Engineering-Sample-Charakter ist der SSD direkt anzusehen.

Beim DRAM-Cache handelt es sich um LPDDR4X aus dem Hause SK Hynix. Der NAND-Flash wurde von Phison als BiCS8-TLC-NAND von Kioxia benannt, der mit 2.400 MT/s angebunden ist. So schnell wie der SanDisk BiCS8 mit seinen 3.600 MT/s auf der WD_Black SN8100 ist er also nicht. Phison räumt ein, dass somit noch etwas Luft nach oben besteht, wenn schnellere Speicherchips zum Einsatz kommen.

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 SanDisk WD_Black SN8100 (Test) und die Samsung 9100 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
• DDR5-5200, 38-38-38-84
• 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

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 beziehungsweise aufzeigen, ob der einmal genutzte SLC-Modus sich nach Ruhephasen erholt.

Nach rund 220 GB, also etwa 11 Prozent des nutzbaren Speicherplatzes, sinkt die Schreibrate auf ~2.500 MB/s ab. Dieses Niveau wird solange gehalten, bis am Ende die temporär mit 1 Bit (SLC-Modus) beschriebenen Zellen auf 3 Bit pro Zelle (TLC-Modus) aufgefüllt werden. Die Größe des SLC-Puffers entspricht auch noch bei 50 Prozent Füllstand rund 220 GB.

Insgesamt sind die Schreibraten nach dem SLC-Modus niedriger als bei der WD_Black SN8100 mit SM2508 und auch geringer als beim Phison-E26-Topmodell Crucial T705 (Test).

Hinweis: Über die Schaltfläche oben rechts im Diagramm (+…Einträge) lassen sich weitere Ergebnisse einblenden, die zur besseren Übersicht zunächst versteckt sind.

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.

Im nächsten Praxistest zählt das E28-Vorserienmuster schon zur Spitzengruppe, verbleibt aber auf dem Niveau der E26-Vorgänger wie Crucial T705 und Seagate FireCuda 540. Die SN8100 mit SM2508 besitzt einen stattlichen Vorsprung von 10 Prozent.

Bei hohem Füllstand erreicht die E28-SSD aber ihren ersten Sieg und kann sich mit knappem Vorsprung an die Spitze setzen.

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.

Das parallele Lesen und Schreiben im Kopiertest liegt der E28-Referenz ebenfalls sehr gut. Mit hauchdünnem Vorsprung vor dem SM2508-Modell liegt sie auf Platz 1 und vor der Samsung 9100 Pro.

Ist die SSD zu 80 Prozent mit Daten befüllt, gelingt das Kopieren aber nicht mehr so schnell und mit nur noch 1.570 MB/s fällt die E28-SSD weit zurück, was Modellen mit E26-Controllern aber genauso geht. Hier erweist sich der SM2508 als stabiler.

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.

Die 30 GB/s, die frühere PCIe-5.0-SSD mit Phison-Controller erreichen konnten, schafft die E28-SSD nur im ersten Durchgang. Da die Redaktion allerdings das gemittelte Resultat aus fünf Läufen bewertet und die E28-Referenz in den späteren Läufen nur noch rund 25 GB/s liefert, fällt sie in der Rangliste relativ weit zurück. Die WD_Black SN8100 mit SM2508-Controller kommt immerhin noch auf 27,6 GB/s, die Samsung 9100 Pro sogar auf 28,8 GB/s.

Im 3DMark Storage liegt die E28-SSD mit 3.928 Punkte etwas hinter den Erwartungen und hinter den E26-Flaggschiffen. Die amtierende Leistungsreferenz SN8100 mit SM2508 liegt 9 Prozent in Führung.

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.

Ein wahres Spitzenduell auf Augenhöhe gibt es aber bei diesem Benchmark. Mit satten 5.383 Punkten ist die Phison-E28-SSD praktisch genauso schnell wie die SN8100, während andere SSDs nicht über die Marke von 5.000 Punkten kommen.

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.

Bis zu 14.900 MB/s hat Phison versprochen und das wird beim sequenziellen Lesen mit 8 ausstehenden Befehlen (Q8T1) auch geliefert. Damit liegt sie mit der SN8100 und der Biwin X570 gemeinsam an der Spitze. Beim sequenziellen Lesen mit 1 Befehl (Q1T1) ist die Phison-SSD sogar ein gutes Stück schneller als die SN8100 und die in dieser Disziplin sehr starke SK Hynix Platinum P51.

Eine Verbesserung beim wahlfreien Lesen (RND4K Q1T1) gegenüber dem Phison E26 ist klar erkennbar und so bringt es die E28-Referenz auf über 90 MB/s. Das genügt allerdings lange nicht, um die über 100 MB/s der SN8100 mit SM2508-Controller zu erreichen, die hier mit großem Abstand eine Klasse für sich bleibt.

Erneut ein Kopf-an-Kopf-Rennen zwischen SN8100 und Phison E28 gibt es beim sequenziellen Schreiben mit rund 14.000 MB/s. Beim wahlfreien Schreiben reicht es aber nicht für das Spitzenfeld.

Leistungsaufnahme

Der Phison E28 ist in der Tat noch ein wenig sparsamer als der SM2508. Und so bleibt die Phison-Referenz-SSD in jeder Lage unter der Marke von 7 Watt. Die WD_Black SN8100 mit SM2508 liegt oftmals ein halbes Watt darüber und kommt in Ausreißern nach oben auch einmal auf 7,8 Watt. Insgesamt sind die Schwankungen bei der Phison-SSD deutlich geringer.

Tipp: Die Schaltflächen unter dem Diagramm helfen, den Überblick zu behalten. Weitere Modelle stehen dort zur Auswahl.

Temperaturen

Komplett ohne Kühler („nackt“) wird die Referenz-SSD schnell sehr warm und bringt es auf über 80 °C. Der Schreibverlauf zeigt, dass zwischendurch die Leistung gedrosselt wird, um nicht zu überhitzen. Allerdings gibt es einen Ausreißer nach oben: Offenbar wird in der Phase der geminderten Leistung der SLC-Cache wieder geleert. Dadurch steht erneut für rund 220 GB die maximale Schreibgeschwindigkeit zur Verfügung. Allerdings erfolgt kurz darauf und viel früher der Einbruch der Schreibrate auf das Minimalniveau.

Unter Einsatz des Kühlers vom Strix-Mainboard sowie eines hinzu geschalteten Lüfters findet keine Drosselung mehr statt. Maximal 64 °C werden noch erreicht.

Keine Notabschaltung wie beim E26

Beim Vorgänger Phison E26 war das Verhalten bei zu hohen Temperaturen ein anderes: Statt nur zu Drosseln, wurde die SSD einfach komplett abgeschaltet, was sogar zu Datenverlust führen kann. Erst Firmware-Updates brachten Besserung, sie reduzierten den PCI-Express-Speed und senkten so drastisch Leistung und Leistungsaufnahme. Beim E28 wird im Zweifelsfall auch gedrosselt, aber der Leistungsverlust ist geringer und zur Notabschaltung kommt es nicht.

Fazit

Der Ausblick auf kommende SSDs mit E28-Controller ist vielversprechend. Im Vergleich zum E26 gibt es noch etwas mehr Leistung und das bei einer fast halbierten Leistungsaufnahme. Ohne Kühler drosselt zwar auch die Referenz-SSD mit Phison E28 unter Dauerlast, zur Notabschaltung kommt es aber nicht mehr. Der Fortschritt bei der Energieeffizienz ist also dank 6-nm-Fertigung immens!

Der E28 zeigt sich oftmals ebenbürtig mit dem SM2508 auf der WD_Black SN8100, die aber insgesamt weiterhin die Nase vorn behält und beim 4K-Random-Lesen schlicht in einer anderen Liga spielt. Dafür besitzt die Phison-Referenz aber einen kleinen Vorteil bei der Leistungsaufnahme und bleibt durchweg unter 7 Watt.

Phison betont zudem, dass hier noch nicht die maximale Leistung mit dem E28 abgerufen werde. Zum einen besteht Optimierungspotenzial auf Seiten der Firmware und zum anderen könnten schnellere Speicherchips die Leistung noch verbessern. SanDisk BiCS8 auf der SN8100 sei schneller als Kioxia BiCS8 auf der E28-Referenz-SSD von Phison.

Dem Markt tut Konkurrenz immer gut und mit dem Phison E28 sowie dem Silicon Motion SM2508 stehen zwei nahezu gleichwertig schnelle und überaus effiziente SSD-Controller den Partnern zur Verfügung.

Laut Phison könnten bereits in ein bis anderthalb Monaten die ersten SSD-Modelle mit Phison E28 erscheinen. Da auf der Computex noch kein einziges Modell zu sehen war, erscheint dies allerdings sehr optimistisch. Diverse Partner haben auch gerade erst Modelle mit SM2508 auf den Markt gebracht. Nicht jeder wird wohl noch ein zweites Flaggschiff mit E28 bereitstellen, wenn das Gebotene letztlich sehr ähnlich ist.

Phison will den E28 aber nicht nur im Consumer-Segment einführen, denn außerdem ist ein E28 DC in Enterprise-SSDs sowie eine AI-Variante geplant.

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ComputerBase hat das Referenzdesign des E28-Controllers 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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