Sinds AMD zijn Ryzen 3000-serie processors voor de desktop, met bijbehorende X570-chipset, heeft geïntroduceerd, zijn pci-expresslanes van de vierde generatie beschikbaar. Die pci-e gen4.0-lanes hebben twee keer de bandbreedte van gen3.0-lanes, die je kunt inzetten voor onder meer videokaarten. Die hebben daar nog niet zo gek veel profijt van, maar de tweede productgroep die met die gen4-lanes overweg kan, namelijk nvme-ssd's, kan die extra bandbreedte veel beter benutten.
Jaren geleden, met de introductie van nvme-drives, werd de bottleneck van de sata-interface geslecht en inmiddels lopen veel van die nvme-drives tegen de beperkingen van de pci-e-interface aan. Ssd's hebben immers slechts vier lanes tot hun beschikking, dus met vier van die gen3-lanes is de beschikbare bandbreedte 'slechts' 32GT/s, pakweg 4000MB/s dus. Met gen4-lanes verdubbelt die bandbreedte tot bijna 8GB/s, of 64GT/s.
Het pcb van de MP600, een van de eerste drives met pci-e gen4-interface via de Phison E16-controller
Ten tijde van de X570-chipsetintroductie waren er nog maar weinig fabrikanten die gen4-ssd's produceerden. Sterker nog, eigenlijk had je de keus tussen de MP600 van Corsair en de Gigabyte Aorus Gen4-ssd. Beide drives werden aangedreven door de Phison PS5016-E16-controller. Later kwamen daar nog ssd's van onder meer Seagate met de FireCuda 520 en ssd's van PNY, Galax en Sabrent bij. Die ssd's hebben in de praktijk een doorvoersnelheid van zo'n 4200MB/s bij sequentieel lezen en bijna 3900MB/s bij schrijven. Dat is respectievelijk een dikke 1200 en 1100MB, of zo'n veertig procent sneller dan een beetje knappe pci-e gen3-ssd. Maar waarom is dat niet de 'beloofde' 8000MB/s?
Die E16-controller die deze gen4-drives aanstuurt, is bijna dezelfde controller als de PS5012-E12, die eveneens over acht kanalen voor de aansturing van 32 dies beschikt, twee Cortex5-processors aan boord heeft en nvme 1.3 ondersteunt. Phison heeft voornamelijk het bouwsteentje voor de externe connectiviteit aangepast van pci-e 3.0 naar pci-e 4.0. Om voldoende bandbreedte tussen de nand-dies en de controller te garanderen, zijn dan ook veel dies nodig, reden dat de kleinste gen4-ssd 512GB capaciteit heeft, of varianten daarvan als 480 of 500GB. Deze controller kan die beloofde bandbreedte in de praktijk noch in theorie halen; Phison geeft maximaal 5000MB/s voor lezen en 4400MB/s voor schrijven op. Een andere manier om dat aan te geven is dat deze controller over een bandbreedte van 800MT/s beschikt.
Controller-aanbod in 2020
Inmiddels komt er een beetje schot in het aanbod pci-e gen4-controllers, met de CES als moment bij uitstek om een en ander aan te kondigen. Zo kondigde Silicon Motion al tijdens de Flash Memory Summit in augustus 2019 zijn nieuwe controllers aan, maar we moesten tot de CES wachten voordat de SM2264 en SM2267 daadwerkelijk in producten te vinden waren. Die eerstgenoemde, het topmodel uit de stal van de controllerfabrikant, is in de XPG Indigo van AData te vinden. Het midrangemodel, de SM2267, stuurt de XPG Pearl aan.
XPG is niet eenkennig wat controllerleveranciers betreft, aangezien de XPG Sage, het topmodel van AData, de IG5236-controller van InnoGrit aan boord heeft. Daarmee hebben we nu dus naast de PS5016-E16 van Phison ook de SM2264, de SM2267 van Silicon Motion en InnoGrits IG5236.
Phison heeft na de E16-controller ook twee nieuwe controllers klaarstaan, die het samplet aan klanten. De PS5018-E18 is een geheel nieuwe controller die ontworpen is met snelle gen4-drives als einddoel, terwijl de PS5019-E19T meer voor budgetdrives is ontworpen, maar wel van een pci-e gen4-interface is voorzien. Met de nieuwe controllers in het verschiet kunnen bestaande controllers, zoals de E16, meer naar de mainstream of budgetmarkt verschuiven. Tijdens de CES kondigde Phison aan daartoe ondersteuning voor qlc-nand aan zijn huidige generatie pci-e gen4-controllers te hebben toegevoegd.
Wat we nog niet hebben gezien, is een controller van Samsung en Intel. Die eerste had weliswaar al eerder een pci-e gen4-controller laten zien, maar gebruikte die vooralsnog alleen in high-end, zakelijke ssd's. Met een vooralsnog zeer summiere sneakpeek van de 980 Pro op de CES is daarin verandering gekomen. Details over de controller in de 980 Pro zijn er helaas nog niet, maar Samsung maakt waarschijnlijk gebruik van een eigen controller om mlc-nand aan te sturen, terwijl bovengenoemde controllers allemaal voor tlc-nand zijn bedoeld.
Marvell heeft ten tijde van de Flash Memory Summit in augustus 2019 zijn nieuwe controllers aangekondigd, maar vooralsnog zijn er geen productaankondigingen geweest met Marvell aan boord. Het bedrijf werkt gewoonlijk samen met Micron, maar een nvme-opvolger in de MX-serie is er nog niet. Sterker nog, de enige nvme-drive die het bedrijf via submerk Crucial aanbiedt, is de P1, een budgetdrive met qlc-geheugen. Het lijkt niet waarschijnlijk dat Marvell, al dan niet met Crucial of Micron, zich in de high-end markt mengt, want de aangekondigde controllers zijn geen snelheidsmonsters. Het bedrijf heeft namelijk enkel vierkanaalscontrollers aangekondigd, waarvan het instapmodel zelfs over slechts twee pci-e-lanes beschikt.
Intel en pci-e gen4
Dan rest nog Intel als controller- en ssd-fabrikant, maar aangezien Intel ook in zijn chipsets nog geen pci-e gen4.0 ondersteunt, zal het bedrijf niet bijster happig zijn op de ontwikkeling of introductie van een controller die daarmee overweg kan. Er lijkt wel een Optane-drive met pci-e gen4-interface in ontwikkeling te zijn, maar die is nog niet aangekondigd en Intel zal er wellicht een beetje mee in zijn maag zitten. Het zou dan immers ssd's gaan maken die alleen op het platform van de concurrent hun topsnelheid halen, en dat klinkt niet als heel verstandige marketing.
Naar alle waarschijnlijkheid zal Intel dan ook pas met gen4-controllers voor consumenten komen als ook zijn platforms dat ondersteunen. De huidige op Skylake-architectuur gebaseerde processors en bijbehorende chipsets doen dat nog niet en naar het zich laat aanzien, zullen ook de volgende generatie desktopchips, met codenaam Comet Lake, pci-e gen3 aan boord hebben. Pas daar de opvolger van, met codenaam Rocket Lake, zou een pch met pci-e gen4 krijgen. Rocket Lake zou echter pas eind dit jaar of begin 2021 verschijnen, met dat laatste waarschijnlijker dan het eerste.
Overzicht van Gen4-controllers
Als we de nieuwe generatie pci-e gen4-controllers op een rijtje zetten, kunnen we naar de overeenkomsten en verschillen kijken.
Controller | Opgegeven specificaties | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Opgegeven specificaties | Phison PS5016-E16 | Phison PS5018-E18 | Phison PS5019-E19T | Silicon Motion SM2264 | Silicon Motion SM2267 | InnoGrit IG5236 | Samsung '980 Pro' | Marvell 88SS1321 | Marvell 88SS1322 | Marvell 88SS1323 |
Procedé | TSMC 28nm | TSMC 12nm | TSMC 28nm | nnb | nnb | TSMC 12/16nm | nnb | 12nm | 12nm | 12nm |
Bandbreedte per kanaal | 800MT/s | 1200MT/s | 1200MT/s | 1200MT/s | 1200MT/s | 1200MT/s | nnb | 1200MT/s | 1200MT/s | 1200MT/s |
Leessnelheid | 5000MB/s | 7000MB/s | 3600MB/s | 7000MB/s* 6500MB/s** |
4000MB/s* | 7000MB/s | 6500MB/s | 3900MB/s | 3900MB/s | 3500MB/s |
Schrijfsnelheid | 4400MB/s | 7000MB/s | 2200MB/s | 6000MB/s* 3900MB/s** |
3000MB/s* | 6100MB/s | 5000MB/s | 3300MB/s | 3300MB/s | 3000MB/s |
Iops (R/W) | 750k/700k | 1000k/1000k | 380k/500k | 700k/700k | 400k/400k | 1000k/800k | nnb | 690k/500k | 500k/400k | 450k/350k |
Nvme-versie | 1.3 | 1.4 | 1.3 | 1.3 (1.4?) | 1.3 (1.4?) | 1.4 | nnb | 1.3c | 1.3c | 1.3c |
Nand-type | tlc/qlc | tlc (qlc?) | tlc (qlc?) | tlc/qlc | tlc/qlc | tlc (qlc?) | mlc? | tlc/qlc | tlc/qlc | tlc/qlc |
Overig | 8 kanalen | 8 kanalen | 4 kanalen | 8 kanalen | 4 kanalen | 8 kanalen | nnb | 4 kanalen | 4 kanalen | 4 kanalen |
Arm-cores | 2x Cortex R5 | 3x Cortex R5 | 1x Cortex R5 | nnb | nnb | nnb | nnb | 3x Cortex R5 | 3x Cortex R5 | 3x Cortex R5 |
Opgenomen vermogen | 2,6W | 3W | 1,6W | nnb | nnb | nnb | 7,1W? (drive) | nnb | nnb | nnb |
Dram-cache | ja | ja | nee | ja | ja | ja | nnb | ja | nee | nee |
Max. capaciteit | 8TB | 8TB | 2TB | 16TB | 8TB | 16TB | 1TB? | nnb | nnb | nnb |
Data met een * zijn door ssd-fabrikanten opgegeven specificaties. De data met ** zijn door de controllerfabrikant opgegeven.
Op het moment van schrijven zijn er drie controllers die voor echte high-end drives bedoeld zijn. De Phison E18, de SM2264 en nieuwkomer InnoGrit met de Rainier of IG5236-controller steken boven het maaiveld uit. Het is nog niet helemaal duidelijk of de SM2264 ook ondersteuning krijgt voor nvme 1.4; ten tijde van de aankondiging in augustus was die certificering nog niet in orde. De andere twee controllers hebben die certificering wel, hoewel 1.4 voor consumentendrives geen enorme verbeteringen biedt. De E18- en Rainier-controllers zijn met sequentiële snelheden van ongeveer 7GB/s een stuk sneller dan de huidige drives. Phison heeft vooral op het vlak van iops de beste papieren en daar worden praktijkvergelijkingen beslecht.
Wat verder opvalt, is de vergrote capaciteit. Waar de huidige op E16 gebaseerde drives in de praktijk niet groter dan 2TB werden, kunnen drives met de tweede generatie gen4-controllers capaciteiten van 8 of zelfs 16TB halen. Waarschijnlijk is dat wel met trager qlc-nand, dus voor rappe ssd's zul je het met minder opslag moeten doen.
Tot slot
Samsung zou rond het tweede kwartaal meer details over zijn 980 Pro en de daarin verwerkte controller geven, en wellicht horen we dan ook of er een 980 EVO in de kaarten zit. Vooralsnog blijft het bij de Zuid-Koreanen echter bij een summiere teaser van de 980 Pro. Drives met de nieuwe Silicon Motion-controllers komen er wel aan, uit de stal van AData's XPG-merk zoals we al zagen. Datzelfde AData maakt ook gebruik van de Rainier-controller van InnoGrit. Op ssd's met de nieuwe Phison-controllers zouden we nog moeten wachten tot later dit jaar en op basis van de Marvell-controllers zijn nog geen concrete producten aangekondigd. Phison heeft eerder aangegeven dat er in de loop van 2020 wel producten met de nieuwe generatie controllers te verwachten zijn.
In 2020 mogen we dus uitkijken naar een nieuwe golf nvme-ssd's die de extra bandbreedte van de pci-e gen4.0-lanes veel beter kunnen benutten. De snelste controllers zouden tot 7GB/s of 7000MB/s aan sequentiële snelheden mogelijk maken, nog niet het theoretische maximum, maar stukken sneller dan de 5000MB/s die nu het maximum vormt. Ssd's op basis van Phison-, Silicon Motion- en InnoGrit-controllers komen eraan en ook Samsung komt met zijn eigen ontwerp in de 980 Pro. Al die ssd's zouden aanzienlijk sneller worden dan de maximale snelheid van het huidige aanbod op basis van de E16 van Phison, die op sequentiële snelheden van ongeveer 5000MB/s blijft steken. Ssd's met snelheden tot 7000MB/s zouden dan gemeengoed worden en ook de voor veel toepassingen veel belangrijkere iops met random lees- en schijfacties zouden bijna verdubbelen. Dat belooft een mooi jaar voor ssd's te worden.