Wegweisendes Konzept: Longsys erfindet mit der mSSD das M.2-Format neu

Der chinesische Speicheranbieter Longsys, dem inzwischen auch die Marke Lexar gehört, denkt den M.2-SSD-Formfaktor praktisch neu. Statt Controller, NAND und Stromverwaltung separat auf die Platine zu löten, werden alle Komponenten in einem Package verpackt. Das soll Produktionsfehler minimieren und die Kosten senken.

Revolutionäres SSD-Design

Sofern die Versprechen so zutreffen, dann ist die Entwicklung der mSSD (Micro SSD) von Longsys als bahnbrechend einzustufen. Longsys spricht von der „branchenweit ersten Integrated Packaged mSSD“ (maschinell übersetzt aus dem Chinesischen). Der neue Ansatz schreibt sich Verbesserungen bei Qualität, Effizienz und Kosten sowie mehr Flexibilität auf die Fahne. Da auch die Kühlung direkt integriert wurde, wirkt das Design sehr durchdacht.

Das Konzept der Longsys mSSD im Überblick

Bisher werden bei der SSD-Fertigung meist unbestückte Leiterplatten (PCB) im PCBA-Verfahren (Printed Circuit Board Assembly) mit elektronischen Bauteilen bestückt. Das erfordert die sogenannte Surface-Mount Technology (SMT), bei der meist in mehreren Schritten Komponenten aufgesetzt und verlötet werden – schlimmstenfalls in verschiedenen Werken, was zusätzlich Transportkosten verursacht.

System-in-Package statt PCBA

Bei der mSSD setzt Longsys hingegen auf ein System-in-Package (SIP), bei dem die Komponenten direkt vom Wafer kommen und in einem Package vereint werden. Statt also zunächst den NAND zu verlöten, dann daneben den Controller und etwaigen DRAM sowie all die kleineren Bauteile wie Kondensatoren und Widerstände auf die Platine zu packen, soll dies alles auf einen Schlag erledigt werden. Auch wenn das SIP durchaus aufwendig zu fertigen ist, sollen sich die Herstellungskosten insgesamt um etwa 10 Prozent senken lassen.

Letztlich soll der Verzicht auf das SMT-Verfahren den Energieverbrauch bei der Herstellung sowie den damit verbundenen CO2-Ausstoß verringern.

Keine Lötstellen, weniger Defekte

Nicht nur Fertigungsschritte und Bauteiltransporte sollen eingespart werden, das Verfahren soll auch nochmals die Herstellungsqualität verbessern. Trotz automatisierter Fertigung kann es nämlich immer noch zu defekten Lötstellen kommen. Beim SIP der mSSD gebe es gar keine klassischen Lötstellen mehr. Die sonst bei SSDs angeblich übliche Anzahl von fast 1.000 Defekten auf 1 Million produzierte SSDs (DPPM, Defective Parts Per Million) – also eine Fehlerrate von rund 0,1 Prozent – soll sich so auf weniger als 100 DPPM reduzieren, was also rund 0,01 Prozent oder ein Zehntel dessen entspricht.

Im Video wird vereinfacht veranschaulicht, wie Controller, NAND und PMIC (Power Management Integrated Circuit) in einem Chip-Gehäuse vereint werden.

Das M.2-Format bleibt

Das Ganze sitzt dann auf einer 20 mm breiten und 30 mm langen Platine mit eben diesem einzelnen Package, das allerdings fast die ganze Fläche einnimmt. Die Abmessungen passen zum kleinen M.2-Formfaktor M.2 2230, bei der die Platine minimal breiter ist. Der Anschluss bleibt aber derselbe.

Diese „Micro SSD“ lässt sich mit einer Art Adapter zu anderen Formaten wie M.2 2242 und den derzeit gängigsten M.2 2280 kompatibel machen.

Kühlung direkt integriert

Auch an das Thema Abwärme wurde gedacht. Während die eigentliche mSSD ein Graphen-Pad besitzt, kommt beim Adapter für das M.2-2280-Format eine „hochwärmeleitfähige“ Halterung aus einer Aluminiumlegierung zum Einsatz. Über zwei mit einem ebenso „hochwärmeleitfähigen Silikonpad“ verbundene Schalen des Adapters/Kühlers wird die Abwärme zusätzlich von der Rückseite der SSD abgeführt, sodass insgesamt eine noch viel größere Kühloberfläche entsteht. Damit die SSD weiterhin 2 mm flach bleiben kann, ist die obere Schale allerdings ausgespart, um Platz für das Package zu bieten.

Diese – per Clip-Befestigung werkzeuglos montierbare – Halterung soll dann dafür sorgen, dass die SSD ihre Maximalleistung deutlich länger abrufen kann. In einem nach eigenen Messungen von Longsys erstellten Beispiel drosselt die mSSD im Format M.2 2230 schon nach 28 Sekunden und fällt auf 1.500 MB/s zurück. Mit der Halterung und dann im Format M.2 2280 sinkt die Leistung erst nach 121 Sekunden und fällt im schlimmsten Fall auf 3.750 MB/s.

Mit PCIe 4.0 und TLC oder QLC mit bis zu 4 TB

Als Schnittstelle der mSSD ist zunächst PCIe 4.0 x4 vorgesehen, was inzwischen zur Mittelklasse zählt, denn nach und nach folgen schnellere Modelle mit PCIe 5.0. Die Schnittstelle genügt aber, um die mSSD auf Werte von bis zu 7.400 MB/s beim sequenziellen Lesen und 6.500 MB/s beim sequenziellen Schreiben zu beschleunigen. Die 4K-Random-IOPS sollen 1 Million lesend und 820.000 schreibend erreichen. Auch das spricht für die PCIe-4.0-Oberklasse.

Perspektivisch wird ein Wechsel auf PCIe 5.0 erwogen, wenn deren höhere Abwärme bewältigt werden kann. Schon jetzt werden PCIe-5.0-SSDs effizienter, sodass dies schon bald kein Problem mehr darstellen sollte.

In den genannten M.2-Formaten soll die mSSD mit Speicherkapazitäten von 512 GB bis 4 TB erhältlich sein. Der Einsatz von TLC- und QLC-Speicher wird erwogen.

Nicht mehr nur ein Konzept

Longsys gibt an, dass die mSSD fertig entwickelt und getestet wurde. Jetzt befinde sie sich bereits „in der Hochlaufphase zur Massenproduktion“, doch Termine für ein zu kaufendes Produkt wurden noch nicht genannt. Sowohl in China als auch international sei das Design zum Patent angemeldet worden.