Sind unterschiedlich große SSDs gleich schnell?

SSDs eines Typs gibt es in der Regel in verschiedenen Kapazitäten, doch nur selten sind alle Varianten gleich schnell. Das liegt daran, dass Modelle mit höherer Kapazität nicht unbedingt nur auf NAND-Speicherchips mit höherer Kapazität, sondern auch auf mehr Chips setzen und der Controller insbesondere Schreibvorgänge (wie in einem klassischen RAID-0-Verbund) parallelisieren kann. Viele Hersteller weisen im Datenblatt darauf hin, wie die nachfolgende Übersicht zur Samsung 970 Evo Plus (Test) zeigt, andere Hersteller nennen nur die Daten des schnellsten Modells. Beim Kauf sollte in keinem Fall von der Leistung einer Speichervariante auf die gesamte Serie geschlossen werden. Was zudem so gut wie nie im Datenblatt steht, ist die Schreibrate nach Erschöpfung des SLC-Cache/Modus. Nur Dauerschreibtests, wie auf ComputerBase seit Jahren üblich, können zeigen, ob und wie weit die Schreibrate bei riesigen Transfers absinkt.

So schreibt die Samsung 970 Evo Plus 1 TB Daten mit bis zu 3.300 MB/s vor und 1.700 MB/s nach dem Cache, während das 250-GB-Modell nur noch maximal 2.300 MB/s im und lediglich 400 MB/s nach dem Cache liefert.

Aber was hat es überhaupt mit dem Cache auf sich? Dafür muss zuerst noch auf die derzeit verfügbaren vier Methoden eingegangen werden, mit denen eine NAND-Speicherzelle beschrieben werden kann.

SLC, MLC, TLC und QLC: Was sind die Unterschiede?

NAND-Speicherzellen können inzwischen mit 1 (SLC), 2 (MLC), 3 (TLC) oder gar 4 (QLC) Bit beschrieben werden. Das ist möglich, indem verschiedene Spannungszustände für verschiedene gespeicherte (Kombinationen) von Bit stehen. SLC mit nur einem Bit pro Zelle braucht nur zwei Spannungszustände um „1“ und „0“ zu unterscheiden. TLC braucht schon acht, um für drei gespeicherte Bit jeweils den Zustand 0 oder 1 eindeutig ablesen zu können. QLC benötigt sechzehn. Je mehr Spannungszustände eine Zelle eindeutig und dauerhaft auslesbar abspeichern muss, desto länger dauert die Speicherung.

Mehr Bit an Informationen haben den Vorteil, dass weniger Speicherchips für dieselbe Speicherkapazität benötigt werden, oder in der gleichen Menge Chips mehr Informationen abgelegt werden können. Das senkt die Kosten und macht mittlerweile Endkunden-SSDs im Standardformat mit bis zu 8 TB Kapazität möglich. Mehr Bit in eine Zelle zu schreiben, hat aber auch Nachteile: die Schreibleistung und die Haltbarkeit sinkt, denn die Spannung muss exakt getroffen werden, um später den richtigen unter 8 (TLC) oder gar 16 (QLC) Zuständen wiedererkennen und so die richtigen Bit auslesen zu können.

Während das Thema Haltbarkeit bei aktuellen QLC-SSDs private Nutzer in der Regel nicht betreffen sollte, weil auch eine QLC-SSD oft Hunderte Male beschrieben werden kann, ist die geringere Leistung schon eher von Relevanz. So schreiben ältere QLC-SSDs im 4-Bit-pro-Zelle-Modus (z.B. Corsair MP600 Core XT von April 2023) nur selten schneller als 100 MB/s, was eine solche SSD langsamer werden lässt als eine HDD.

Doch mittlerweile hat sich das etwas geändert. Die neue Generation QLC-Speicher legt bei der Leistung ordentlich zu. SSDs wie die WD Blue SN5100 (Test) erreichen so Schreibraten von 450 MB/s im QLC-Modus und unterm Strich eine vergleichbare Leistung wie TLC-SSDs. Damit sind auch diese SSDs für Mainstream-Nutzer ohne riesiges Schreibaufkommen inzwischen zu empfehlen.

Die Schreibschwäche von QLC- wie TLC-SSDs wird ohnehin seit Jahren durch den sogenannten SLC-Cache respektive SLC-Modus kaschiert, sodass diese im Alltag selten bis gar nicht zu spüren ist.

SLC-Modus oder SLC-Cache: Was ist das?

TLC- und insbesondere QLC-SSDs verfügen heute in der Regel über einen SLC-Modus oder SLC-Cache. Das ist nur selten ein separater Speicher auf der SSD, stattdessen können die Controller Zellen sowohl mit 1 Bit als auch 3 Bit (TLC) oder 4 Bit (QLC) beschreiben. Am Beispiel der WD Blue SN5000 mit 4 TB QLC soll das im nachfolgenden Diagramm noch genauer beschrieben werden. Das Diagramm zeigt, wie die SSD ohne Pause mit 10 GB großen RAR-Dateien beschrieben wird, bis sie voll ist.

• Grüne Linie: Die 4-TB-SSD ist leer. Die ersten 800 GB (80 × 10 GB) schreibt sie mit über 4.000 MB/s mit 1 Bit in die Zellen. Danach ist der SLC-Modus erschöpft und sie wechselt in den 4-Bit-Modus: Die Schreibleistung sinkt auf rund 500 MB/s.
• Orange Linie: Die 4-TB-SSD ist zu 50 Prozent gefüllt. Die ersten 400 GB (40 × 10 GB) schreibt sie immer noch mit über 4.000 MB/s mit 1 Bit in die Zellen. Danach ist der SLC-Modus erschöpft und sie wechselt in den 4-Bit-Modus: Die Schreibleistung sinkt erneut auf rund 500 MB/s.

Der SLC-Modus fällt je nach SSD-Typ, Speicherkapazität und Firmware-Einstellung unterschiedlich ausdauernd aus. Bei der WD Blue SN5000 aus dem obigen Beispiel fasst er jeweils etwa 20 Prozent des insgesamt freien Speicherplatzes. Bei anderen (Beispiel: Crucial P510) werden nicht einmal 10 Prozent des freien Speicherplatzes genutzt. Das Gegenbeispiel sind SSDs, die schlicht sämtlichen freien Speicherplatz zunächst im SLC-Modus betreiben (Beispiel: WD_Black SN770M).

Wer nur selten große Datenmengen auf die SSD schreibt, kann auch mit QLC-SSDs im Alltag gut zurecht kommen, solange der SLC-Modus nicht nur wenige GB umfasst, die schon beim Download einer großen Datei oder eines Spieles erschöpft sein können. In der Regel erholt sich der SLC-Modus, wenn der SSD dafür Zeit gelassen wird, mit wachsendem Füllstand des Laufwerks wird er aber immer kleiner.

Was bringt PCIe 5.0?

Im Frühjahr 2023 kamen die ersten SSDs mit noch schnellerer PCIe-5.0-Schnittstelle auf den Markt, die mehr als 10 GB/s erreichen. Der Test der Crucial T700 liefert einen Vergleich von PCIe 5.0, PCIe 4.0, PCIe 3.0 und SATA. Dabei zeigte sich, dass die PCIe-5.0-SSD fast nur beim maximalen Durchsatz deutlich schneller ist, bei anderen Disziplinen aber keinen Vorteil zu PCIe-4.0-SSDs der Oberklasse bietet.

Da die maximalen Transferraten oft nur in Benchmarks und nicht in der Praxis abrufbar sind, fehlen der neuen Generation schlagkräftige Argumente. In den praktischen Tests der Redaktion ist die schnellste PCIe-5.0-SSD gerade einmal 15 Prozent schneller als das schnellste Modell mit PCIe 4.0, was die deutlich höheren Kosten kaum rechtfertigt. Zudem muss das eigene System überhaupt erst PCIe 5.0 unterstützen.

Die Benchmarks zeigen aber auch das große Leistungspotenzial der PCIe-5.0-SSDs mit teils deutlich niedrigeren Latenzen. Können Anwendungen oder Spiele das auch abrufen, liefern sie also einen echten Vorteil. Das ist aber mit Stand 2025 immer noch äußerst selten der Fall.

• Phison E28 ermöglicht PCIe-5.0-SSDs mit 15 GB/s bei 7 Watt
• WD_Black SN8100 mit SM2508 erreicht 15 GB/s bei 7,5 Watt

Fortschritte gibt es inzwischen bei der Leistungsaufnahme: Benötigten die ersten SSDs mit PCIe 5.0 noch deutlich mehr als 10 Watt unter Last und waren entsprechend schwer zu kühlen, ist die zweite Welle mit modernen Controllern wie dem Phison E28 oder dem SM2508 von Silicon Motion bereits deutlich effizienter und einfach zu kühlen.

DRAM-Cache: Was ist das und braucht man ihn?

Vor- und Nachteile des DRAM-Cache

Die Lookup-Tabelle einer SSD wird meist auf einem eigenen DRAM-Baustein auf der SSD abgelegt, was gegenüber dem Ablegen im NAND-Flash für deutlich schnellere Zugriffe sorgt und die Leistung steigert. Doch benötigt der DRAM zum einen Platz sowie zusätzliche Energie. Zum anderen bedeutet er Kosten, die sich mit steigenden Speicherkapazitäten der SSDs erhöhen, denn parallel muss auch der DRAM-Cache wachsen. Als üblich gilt eine Menge von 1 GB DRAM auf 1 TB Flash-Speicher, sodass bei 8-TB-SSDs bereits 8 GB DRAM zu finden sind.

Der komplette Verzicht auf den DRAM-Cache bei einer SSD bedeutet allerdings nicht nur Leistungseinbußen, die sich vor allem beim wahlfreien Lesen kleiner Dateien (4K Random Read) bemerkbar machen, sondern geht auch zu Lasten der Haltbarkeit, da die LUT immer auf den NAND-Flash geschrieben werden muss, der nur eine gewisse Menge Schreibzyklen überdauert.

Bei SATA ein Muss, bei NVMe geht es auch ohne

Dennoch wird seit Jahren das Prinzip der DRAM-losen SSDs verfolgt, um vor allem Kosten zu sparen. Anfangs wurde dies bei SATA-SSDs der Einstiegsklasse für Verbraucher umgesetzt, die bei niedriger Auslastung den Nachteil seltener zu spüren bekommen. Doch kann das komplette Fehlen des DRAMs zu regelrechten Systemaussetzern führen, wie ComputerBase bei der Toshiba TR200 (Test) zu spüren bekam. Auch andere Redaktionen kamen zu dem Schluss, dass SATA-SSDs ohne DRAM eigentlich nicht zu empfehlen sind.

Bei modernen NVMe-SSDs mit HMB-Support sieht es aber anders aus. Dank der NVMe-Funktion Host Memory Buffer (HMB), über die ein kleiner Teil des Arbeitsspeichers vom Host-System zum Zwischenspeichern der Mapping-Tabelle dient, wird der potenzielle Nachteil beim wahlfreien Lesen (Random Read) gegenüber SSDs mit eigenem DRAM deutlich gemildert und bei typischen Client-Workloads nahezu kompensiert. Marvell hatte schon im Jahr 2016 die allerersten NVMe-SSD-Controller mit HMB-Support vorgestellt und die Funktionsweise erläutert.

Eine Studie (PDF) bestätigt, dass HMB bei DRAM-losen SSDs die Leistung steigern kann. Ohne gleiche technische Basis ist ein direkter Vergleich mit DRAM-basierten SSDs zwar nicht möglich, doch dürfte HMB zu diesen keine gleichwertige Alternative darstellen.

Der Hersteller Western Digital kam in einer eigenen Analyse (PDF) zu dem Schluss, dass bereits 16 MB des System-RAMs für die HMB-Funktion genügen, um bei Alltagsaufgaben keine Leistungseinbußen zu haben. Allerdings sieht Western Digital für Einsatzgebiete mit höheren Anforderungen SSDs mit eigenem DRAM-Cache weiterhin im Vorteil.

Hatte die Redaktion bei SATA-SSDs ohne DRAM noch ernste Vorbehalte, so sind diese bei den NVMe-SSDs ohne DRAM dank HMB verflogen. SSDs wie die WD Blue SN550 (Test) oder die Samsung 980 (Test) haben gezeigt, dass auch DRAM-lose SSDs eine ordentliche Leistung ohne spürbare Schwächen im Verbraucheralltag liefern können. Im Jahr 2025 sind SSDs ohne DRAM längst zum Mainstream-Produkt geworden. Ein jüngeres Beispiel ist der Verkaufsschlager Lexar NM790 (Test), an dessen fehlendem DRAM-Cache sich offensichtlich kaum jemand stört.

Um auf der sicheren Seite zu sein, greifen Enthusiasten dennoch zu SSDs mit eigenem DRAM-Cache. In der oberen Leistungsklasse ist dieser ohnehin weiterhin vorhanden.

Haltbarkeit und Garantie (TBW)

Bei internen SSDs (ganz selten auch externen) geben Hersteller im Datenblatt die sogenannten Total Bytes Written oder Terabytes Written an, die als TBW abgekürzt werden. Dabei handelt es sich um eine Einschränkung der Garantie mit Hinblick auf die potenzielle Haltbarkeit des Flash-Speichers. Mit jedem zusätzlichen Bit pro Zelle nimmt die Haltbarkeit in Form der möglichen Schreibzyklen (Program/Erase: P/E Cycles) bis zum Ausfall der Zelle ab.

Somit ist SLC-NAND mit 1 Bit pro Zelle und geschätzten 100.000 möglichen Schreibzyklen am haltbarsten. Bei MLC-NAND mit 2 Bit galten bisher rund 10.000 P/E-Zyklen, bei TLC-NAND mit 3 Bit etwa 3.000 Zyklen und bei QLC-NAND mit 4 Bit lediglich 1.000 Zyklen als Richtwert. Pauschal lässt sich dies aber nicht sagen, da die Haltbarkeit mit der Fertigungsqualität, dem Zellendesign und dem Herstellungsverfahren variiert. Zudem haben NAND-Hersteller seit Jahren keine Zahlen zur Haltbarkeit veröffentlicht, sodass es letztlich bei diesen alten Schätzungen bleibt.

Wichtig für SSD-Käufer ist aber: In der Regel ist der TBW-Wert auf der Verpackung oder im Datenblatt einer SSD Teil der Garantiebedingungen. Das bedeutet, dass die Garantie entweder nach Ablauf der Zeit (in der Regel 3 oder 5 Jahre) oder vorzeitig mit dem Überschreiten des TBW-Werts erlischt – es gilt immer, was zuerst erreicht wird. Hat also eine SSD 5 Jahre Garantie, die TBW werden aber schon nach 4 Jahren überschritten, dann ist die Garantie erloschen. Andersherum erlischt die Garantie in diesem Beispiel nach 5 Jahren, auch wenn die TBW noch lange nicht erreicht sind.

Ein sehr niedriger TBW-Wert muss allerdings nicht zwingend bedeuten, dass die SSD nur wenige Schreibzyklen überdauert, genau wie ein sehr hoher TBW-Wert nicht zwingend erreicht werden muss, wenn er nicht Teil der Garantiebedingungen ist.

Wer häufig große Datenmengen auf die SSD schreibt, etwa im Umgang mit hochauflösenden Videos, sollte sich also nach SSDs mit hohem TBW-Wert umsehen und einen Bogen um SSDs mit niedrigen TBW machen. In der Branche haben sich über die Jahre übliche Werte von 600 TB Schreibmenge (TBW) bei 1 TB Speicherplatz für SSDs mit TLC-Speicher etabliert. Mit dem doppelten Speicherplatz verdoppelt sich in der Regel auch der TBW-Wert, in diesem Beispiel auf 1.200 TB TBW bei 2 TB Speicherplatz. Es gibt aber wie so oft Ausnahmen.

Bei SSDs mit QLC-Speicher sind die TBW meist deutlich geringer und Werte im Bereich von 300 TB pro 1 TB Speichervolumen üblich. Aber auch das ist kein Gesetz. Sandisk traut seiner achten Generation QLC-Speicher (BiCS8) mittlerweile zum Teil sogar die gleiche Haltbarkeit wie bei TLC-NAND zu: Zumindest liegt die WD Blue SN5100 SSD (Test) mit 1 TB bei 600 TB TBW und somit auf TLC-Niveau, bei den größeren Modellen gilt das aber nicht mehr.

Wann werden die TBW erreicht?

Wie lange man die SSD nutzen kann, bis die TBW erreicht werden, lässt sich nicht pauschal beantworten und hängt vom ganz individuellen Nutzungsverhalten ab. Früher galt ein Schreibvolumen von 10 bis 20 GB pro Tag als typischer Wert. Heute können es durchaus auch 50 GB bis 100 GB sein. Wer täglich viel mit großen Datenmengen zu tun hat, kommt auch auf mehr als 100 GB auf die SSD geschriebene Daten pro Tag.

Nimmt man einen Mittelwert von 50 GB Schreibvolumen pro Tag, dann ergeben sich anhand der nachfolgend aufgeführten Beispiele mit typischen TBW-Werten (siehe oben) folgende Nutzungszeiten: