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[Lesertest] Samsung 980 Pro 1 TB

intel64gamer

Komplett-PC-Aufrüster(in)
Samsung 980 Pro PCIe 4.0 NVMe M.2-SSD 1 TB

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Die Samsung SSD 980 Pro kommt im M.2 2080 Format daher und ist das aktuelle Topmodell für Endkunden. Im Gegensatz zu vorherigen Modellen wird PCIe 4.0 verwendet, was zumindest auf dem Datenblatt zu einer deutlich höheren Performance führt. Auf der Platine sind zwei NAND-Chips verbaut. Bei der 980 Pro sind diese TLC (drei Bits pro Speicherzelle). Solcher Speicher wird üblicherweise bei hochwertigen Consumer-SSDs eingesetzt wie beispielsweise der 970 Evo Plus von Samsung, Western Digital SN 750 oder HP EX 950, aber nicht bei den absoluten Topmodellen. Bei den Pro-Modellen hat Samsung bisher aber immer auf langlebigen MLC Speicher (2 Bits pro Speicherzelle) gesetzt. Ansonsten befindet sich auf der Vorderseite noch 1GB DRAM-Cache und der hauseigene Controller.

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Ab und zu gibt es bei SSDs ein Kompatiblitätsprobleme, wenn zu viele Komponenten auf der Rückseite verbaut sind. Bei diesem Modell befindet sich auf der Rückseite lediglich ein Heatspreader aus Kupfer. Für diese habe ich eine Dicke von 0.4mm gemessen. Daher sollten keine Kompatiblitätsprobleme auftreten.

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Insgesamt ist die SSD 2.48mm dick. Auch das ist absolut im Rahmen und sollte keine Probleme verursachen.

Unboxing

Die SSD kommt in der für Samsung üblichen Verpackung daher. Abgesehen von den etwas anderen Farben und größeren Zahlen gibt es hier keinen Unterschied zu anderen M.2 NVMe SSDs von Samsung.

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Enthalten ist neben der SSD leider nur ein Handbuch. Für M.2 NVMe SSDs ist das ein überlicher Lieferumfang. Eine passende Schraube hätte ich mir trotzdem gewünscht, da diese insbesondere bei Laptops und Fertigrechnern nicht unbedingt immer dabei sind.

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Testsystem

Als Testsystem kommt mein aktueller (2020) Build zum Einsatz. Dieser wurde Primär für Videoproduktion, Machine Learning und Gaming ausgelegt. Verbaut habe ich folgende Komponenten:

Prozessor: AMD Ryzen 5900X
Board: Asus X570-F Strix
Ram: 32 GB 3933 MHz CL16
Grafikkarte: RTX 3080 Founders Edition
Netzteil: Corsair HX 850W
SSD: Samsung 970 Evo, Samsung 860 Evo und Samsung 850 Evo

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Die SSD ist in dem oberen M.2 Slot verbaut. Dieser ist direkt an x4 PCIe 4.0 Lanes der CPU angebunden. Die anderen SSDs müssen sich zusammen mit der 40 Gigabit Netzwerkkarte die 4 Lanes des Chipsets teilen.

An dieser Stelle möchte ich noch das ausgeklügelte Design, das sich Asus für den Chipsatzkühler ausgedacht hat, einmal besonders hervorheben. Dieser besitzt normalerweise noch eine Abdeckung. Dadurch wird nicht nur der Luftstrom zum Chipsatzkühler stark behindert, sondern auch beide M.2 Slots bedeckt. Praktisch bedeutet das, dass man erst die Grafikkarte ausbauen darf, um die Abdeckung zu entfernen und Zugriff auf die M.2 Slots zu erhalten. Bei einem Wassergehülten System kommt hierbei besonders große Freude auf.


Benchmarks

Natürlich soll die SSD auch zeigen, was sie kann. Dafür habe ich eine Reihe aus synthetischen und realistischen Benchmarks herausgesucht. In erster Linie tritt die Samsung 980 Pro 1TB gegen die Samsung 970 Evo 2 TB an. Dabei sind beide SSDs zu circa 40% mit Daten gefüllt. Es wurde dabei jeweils die aktuellste Firmware für die SSDs eingesetzt.

Synthetische Benchmarks

Als synthetische Benchmarks habe ich die Tools Samsung Magician und Crystal Disk Mark in jeweils der aktuellsten Version ausgewählt.

Samsung Magician

Mit dem Samsung Magician lassen sich SSDs von Samsung nicht nur analyisieren und aktualisieren, sondern auch benchmarken. Die Benchmarkfunktion ist dabei nicht auf Samsung SSDs beschränkt. Der Grund dieses Tool zu benutzen ist, dass es vom Hersteller der SSDs stammt. Daher liegt die Vermutung nahe, dass dort auch automatisch die Parameter so gewählt werden, dass die Produkte eine möglichst hohe Leistung zeigen.

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Zunächst bestätigt sich die Vermutung auch bei den sequentiellen Tests. Die 980 Pro schafft beeindruckende 7 GB/s lesend und 5 GB/s schreibend. Damit ist diese im Vergleich zur 970 Evo gut doppelt so schnell und die Bandbreite von PCIe 4.0 wird damit voll ausgereizt. Die SSDs liefern hier beide ziemlich exakt die Angaben aus den Datenblättern.

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Interessanter wird es bei den 4K Random Reads und Writes. Lesend liegen die beiden Produkte fast gleich auch, auch wenn die 980 Pro minimal schneller ist. Schreibend ist die 980 Pro gute 10% schneller. Beworben wird die 980 Pro mit 1 000 000 IOPS lesend und schreiben. Allerdings gilt dies nur für eine Queue-Depth von 32. Da im Benchmark mit ca. 300 000 IOPS nur ein gutes Drittel der Leistung erreicht wird, liegt die Vermutung nahe, dass Samsung Magician hier eine geringere Queue-Depth verwendet und somit die maximale Leistung nicht erreicht werden kann.

Crystal Disk Mark

Okay, in dem ersten Benchmark konnte die SSD nicht die ganze Leistung auf die Straße bzw. die PCIe Lanes bringen. Daher habe ich zusätzlich noch Crystal Disk Mark ausgepackt, da dort genauere Einstellungen getroffen werden können. Für die Tests habe ich das NVMe-Profil ausgewählt, was unter anderem eine Queue-Depth von 32 ermöglicht.

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Für die sequentiellen Ergebnisse habe ich 128K Sequential Reads ausgewählt. Die Leseleistung der 970 Evo ist im Vergleich zu Samsung Magician nahezu unverändert. Die Schreibleistung ist allerdings deutlich höher. Noch interessanter wird es bei der 980 Pro. Auch hier ist die Performance beim Lesen nahezu identisch mit dem Samsung Magician. Allerdings liegt die Schreibleistung nur bei gut der Hälfte mit 2.5 GB/s. Das ist sogar deutlich weniger als die eigentlich langsamere 970 Evo. Ich habe die Ergebnisse fünf mal wiederholt und dabei immer das gleiche Ergebnis erhalten. Zwischendurch habe ich die SSD abkühlen lassen und das System neugestartet. D.h. Temperatur oder SLC Cache spielen dafür keine nennenswerte Gründe.


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Das Bild ist bei den Random Reads/Writes mit Queue-Depth 32 und 16 Threads sehr ähnlich. Hier liefert die 980 Pro eine sehr gute Read-Leistung mit über 900 000 IOPS. Damit ist die angebene Leistung von 1 000 000 IOPS auch fast erreicht. Schreibend werden aber nur 500 000 IOPS erreicht, was etwa der Hälfte der angebenen Leistung entspricht. Die Schreibleistung der Samsung 970 Evo ist hier mit 630 000 IOPS wieder deutlich höher. Seltsamer Weise sogar höher als die Leseleistug mit ca. 420 000 IOPS.

Eine Erklärung für die Ergebnisse habe ich noch nicht gefunden. Und nein, ich habe keine Spalten vertauscht ;)


Realworld Tests

Performance in synthetischen Benchmarks ist ja schön und gut, aber spiegelt sich die Leistung auch in realen Anwendungen wider? Ich habe mich für eine Auswahl an Benchmarks aus den Bereichen Softwareentwicklung, Videobearbeitung und Gaming entschieden.

Softwareentwicklung - Chromium kompilieren

Chromium ist die frei verfügbare Basis von Google Chromium und kann auf nahezu jeder Platform gebaut werden. In diesem Fall kommt Windows 10 mit dem Visual Studio 2019 zum Einsatz. Der Build ziemlich aufwendig und lässt sich gut parallelisieren. Damit eignet sich Chromium recht gut als Benchmark. Für den Ryzen 5900X werden automatisch 26 gleichzeitige Threads vorgeschlagen.

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Der Unterschied zwischen den beiden SSDs fällt sehr gering aus. Beide benötigen insgesamt fast vier Stunden. Die 980 Pro ist insgesamt 1,4% schneller.

Videobearbeitung - Davinci Resolve

Bei der Videobearbeitung wird zum Großteil sequentiell gelesen und geschrieben. Daher macht sich eine schnellere SSD auch nur wirklich bemerkbar, sobald die maximale Leseleistung der jeweiligen SSD überschritten wird. Dann ist keine flüssige Wiedergabe mehr möglich und auch das Rendern wird eventuell etwas langsamer.

Allerdings ist es selbst bei einer SATA-SSD relativ schwer zu provozieren, dass die SSD zum Bottleneck wird. Hier ein paar Datenraten zum Vergleich:

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Bei 2160p in H264 fallen beispielsweise 50 MegaByte pro Sekunde an. Selbst bei Multicam und mit vielfacher Wiedergabegeschwindigkeit reicht hier eine normale SATA-SSD mehr als aus. Auch für komprimierte RAW-Aufnahmen von einer Red 8K (215 MB/s) oder Black Magic 12K (160 MB/s) Kamera reicht eine SATA-SSD noch gut aus. Bei Multicam wird es aber dann recht eng. Falls man jedoch mit nicht komprimiertem RAW oder ProRes arbeitet, sieht es etwas anders aus. Hier ist schon für einen Clip eine schnelle NVMe SSD für eine flüssige Wiedergabe nötig. Bei Multicam ist schnell das Limit einer PCIe 3.0 SSD von ca. 3 GB/s erreicht.

In den meisten Fällen verwendet man aber eher komprimiertes RAW-Format, da die Datenrate um den Faktor 2-20 reduziert wird. Die Wiedergabe davon ist aber sehr Rechenintensiv. Daher macht es oftmals Sinn sogenannte Proxies in einer niedrigeren Auflösung und/oder einem leicht dekodierbaren Format wie beispielsweise ProRes zu erstellen.

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Beim Erstellen von ProRes Proxies für die 12K RAW-Aufnahmen kommt die Schreibgeschwindigkeit der Samsung 980 Pro voll zu tragen und kann zumindest diesen Schritt deutlich beschleunigen.

Gaming - DCS World

Um zu sehen, ob es beim Gaming einen Unterschied macht, welche SSD eingesetzt wird, habe ich mir das Spiel mit den längsten Ladenzeiten auf meinem Computer herausgesucht: DCS World. Das Szenario ist das Laden des Cold and Dark Szenarios für die A-10C II auf der neuen und besonders detaillierten Syrienkarte.

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Bei diesem Test habe ich noch zusätzlich mit der Samsung 860 Evo eine SATA-SSD hinzu genommen. Im Vergleich zu den beiden NVMe Modellen ist der Unterschied nicht nur messbar, sondern mit einer 44% längeren Ladezeit gegenüber der 980 Pro auch deutlich spührbar. Der Unterschied zwischen 970 Evo und 980 Pro ist ebenfalls mit 13% messbar, fällt aber in der Praxis deutlich weniger auf.

Temperatur und Hotspot

Die Benchmarks haben ja durchaus eine hohe Leistungsfähigkeit der SSD gezeigt. Aber geht dies auf Kosten der Temperatur? Ist eine Kühlung erforderlich? Immerhin kann die SSD laut Datenblatt bis zu 8.5W an Wärme abgeben.

Zur Überprüfung habe ich zunächst die SSD durch kontinuierliches Ausführen von Crystal Disk Mark für 15 Minuten aufgewärmt. In meinem Testaufbau gab es allerdings einen leichten Luftstrom durch einen 120mm Lüfter im Gehäuse. Daher stellt die Messung nicht unbedingt den absoluten Worst-Case dar. Crystal Disk Info hat Temperaturen von bis zu 58°C im Idle und 78°C unter Last gemeldet. Eine Warnung wegen den Temperaturen gibt es erst bei 82°C und 85°C ist die kritische Temperatur. Daher erscheint der gemessene Wert erstmal unkritisch.


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Mit einem Blick auf dem Hotspot mit einer Wärmebildkamera ändert sich die Lage aber noch ein bisschen. Das Folgende Bild wurde bei einer gemeldeten Temperatur von 66°C erstellt. Allerdings konnte ich auch bei gemeldeten 78°C keine höheren Werte mit der Wärmebildkamera messen.

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Es gibt deutlich erkennbare Hotspots für die beide NAND-Chips mit bis zu 90°C. Außerdem erkennbar, aber weniger ausgeprägt sind der Controller und DRAM-Chip. Daher liegt nahe, dass Crystal Disk Info die Temperatur des Controllers meldet.

Sobald ich den M.2 Kühler meines Mainboards verwende, sinken die Temperaturen deutich. Im Idle sind es nur noch 45°C. Unter Last bleibt die Temperatur bei maximal 60°C. In Abtracht des stark ausgeprägten Hotspots würde ich grundsätzlich die Verwendung eines Kühlers mit der SSD empfehlen.


SLC-Cache

Vorherige Modelle aus der Pro-Serie von Samsung wie beispielsweise die 970 Pro haben auf hochwertigen und teuren MLC Speicher Speicher gesetzt. Dadurch gab es auch keine Notwendigkeit für einen SLC-Cache und die SSDs konnten eine fast konstante Schreibleistung erreichen, selbst wenn man große Datenmengen von z.B. 500 GB auf einmal schreibt.

Die 980 Pro hingegen setzt auf günstigeren TLC-Speicher. Das senkt die Kosten und ermöglicht höhere Kapazitäten. Dafür ist der Speicher aber weniger langlebig und die Schreibleistung ist deutlich geringer. Praktisch ist die Haltbarkeit der SSD für viele Benutzer kein großes Problem. Die geringere Schreibleistung jedoch schon. Deswegen wird ein Teil des freien Speicherplatzes als SLC-Cache benutzt. Bei der 980 Pro 1TB sind das recht großzügige 114 GB. Bei den Benchmarks in Davinci Resolve habe ich diesen tatsächlich gefüllt. Nach einer Datenmenge von ca. 190 GB brach die Schreibleistung von gut 5 GB/s auf nur noch 1.6 GB/s ein.

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Fazit

Die Samsung 980 Pro liefert laut dem Datenblatt eine beeindruckende Leistung ab. Die sequentielle Performance mit 7 GB/s lesend und 5 GB/s schreibend konnte in mehreren - aber längst nicht allen - Benchmarks abgerufen werden. Auch in der realen Welt kann es in bestimmten Fällen wie z.B. beim Kopieren von Footage beim Videoschnitt oder Erstellen von Proxies durchaus hilfreich sein. Das gilt aber nur für die anspruchsvollsten Anwender mit teuren 8K oder 12K Kameras. Für diese verbleibt als Wehrmutstropfen an der 980 Pro noch der Einsatz von TLC-Speicher im Gegensatz zum MLC-Speicher vergangener Pro-Modelle. Daher bricht die Schreibleistung ein, sobald dieser gefüllt ist. Wer lediglich eine 4K-Kamera besitzt oder Gameplay editiert, kommt auch mit einer SATA-SSD oder günstigeren PCIe 3.0 NVMe SSD aus.

Die Leistung für Random Operationen ist mit bis zu 1 000 000 IOPS sowohl lesend als auch schreibend ein deutlicher Sprung gegenüber PCIe 3.0 Modellen. Allerdings gilt das nur für spezielle Szenarien. Verwendet man Beispielsweise einen Benchmark mit geringerer Queue-Depth sinkt die Leistung schnell wieder auf das Niveau eines PCIe 3.0 Modells. Daher kann die SSD ihre Vorteile gegenüber den PCIe 3.0 Modellen in realen Anwendungsszenarien wohl kaum ausspielen.

Die größten Leistungszuwächse konnte ich bei den Ladenzeiten von Spielen festellen. Hier muss aber jeder selbst entscheiden, ob das wichtig ist oder nicht. Eventuell werden die Unterschiede mit RTX IO und vergleichbaren Technologien in der Zukunft bedeutsamer.

Edit: Ich weiß, dass drei der Bilder nicht funktionieren, habe dafür aber noch keine Lösung gefunden.
 
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