Samsung 970 Evo Plus SSD review: de aanval is de beste verdediging!

Prestaties over tijd (consistency)

In tegenstelling tot bij een harde schijf, is bij ssd's het prestatieniveau niet constant. Wanneer een ssd langdurig zonder tussenpauzes wordt belast en/of wanneer een ssd vrij vol zit, kunnen de prestaties (flink) inzakken. Het prestatieniveau dat ssd's onder de meest extreme omstandigheden (ofwel het worst case scenario) kunnen vasthouden wordt de steady state prestaties genoemd.

Garbage collector

Eerst wat achtergrondinformatie. We hebben meermaals geschreven dat data op een ssd per zogenaamde 'pagina', hoeveelheden van meestal 4, 8 of 16 kB, weggeschreven en uitgelezen kan worden. Om data te kunnen wegschrijven moeten datacellen echter eerst gewist worden: dat kan alleen per blok. Zo'n blok bestaat uit 128, 256 of 512 pagina's. Dit gegeven zorgt ervoor dat ssd's slimme trucjes moeten uithalen. Wanneer een aantal pagina's aan data verwijderd moet worden, moet eerst de rest van de data uit het blok gekopieerd worden naar een ander blok, waarna het gehele blok geleegd kan worden. In de praktijk betekent het dat ssd-controllers schrijfacties zoveel mogelijk verzamelen, deze vervolgens tegelijk naar nieuwe, vers geleegde blokken uitvoeren en tegelijkertijd verwijderacties pas op gezette tijden uitvoeren. Op die momenten, wanneer de ssd niets te doen heeft, schakelt de in de controller ingebakken garbage collector in, die verwijderacties daadwerkelijk doorvoert op chipniveau en overbleven data zoveel mogelijk combineert in volle blokken, om op die manier zoveel mogelijk blokken volledig leeg te kunnen maken. Wanneer de ssd echter lange tijd continu, dus zonder een seconde rust, gebruikt wordt, kan de garbage collector niet tussendoor aan de slag. Op een gegeven moment zijn er dan geen lege blokken meer over en zal de ssd tussen het uitvoeren van commando's door aan garbage collection moeten gaan doen. Het resultaat: de prestaties worden lager.

Overprovisioneren

Dat effect wordt versterkt als de ssd erg vol zit; het aantal geheel lege blokken waar direct data in geschreven kan worden is dan per definitie beperkt. Nu is iedere ssd altijd enkele procenten overgeprovisioneerd, wat betekent dat er meer geheugen fysiek inzit dan je via het besturingssysteem kunt gebruiken. Zo heeft een 512 GB ssd in de regel 512 échte gigabytes (512 x 1024 x 1024 x 1024 = 549.755.813.888 bytes) aan boord, terwijl er richting het besturingssysteem slechts 512 GB berekend met 1000 bytes per kilobyte beschikbaar is (512 x 1000 x 1000 x 1000, ofwel 512.000.000.000 bytes, ofwel 476,8 échte gigabytes). Het verschil van 7,5% is wat de garbage collector ook wanneer de ssd helemaal volbeschreven is leeg kan maken. Duurdere ssd's zijn in de regel veel meer dan 7,5% overgeprovisioneerd, wat maakt dat ze minder snel en minder vaak de garbage collector tijdens het verwerken van data hoeven te gebruiken.

TLC, SLC, MLC

En er is nog een reden waarom ssd's tijdens een workload na enkele seconden, minuten of nog langer qua prestaties kunnen inzakken. Veel consumenten ssd's maken gebruik van zogenaamd TLC-geheugen waarbij drie bits per cel kunnen worden opgeslagen. Handig om de kosten laag te houden, maar het beschrijven van TLC-geheugen gaat veel langzamer bij bij SLC of MLC (1- resp. 2-bits per cel) geheugen. Dit wordt door sommige fabrikanten opgevangen door een buffer; een geheugenchip en/of een deel van het flashgeheugen dat als SLC wordt aangestuurd en dus sneller kan worden beschreven. Het idee is dat schrijfacties eerst naar buffer gaan en later naar langzaam TLC worden weggeschreven. Is de workload echter zo lang dat de buffer volzit, dan moet er rechtstreeks naar TLC worden geschreven met lagere doorvoersnelheden en hogere toegangstijden tot gevolg. Bij QLC wordt dat effect nog duidelijker merkbaar.

PCMark 8 consistency test

Wij testen de steady state prestaties met behulp van de PCMark 8 consistency test. Hierbij wordt de gehele PCMark 8 storage test, dus alle op de vorige pagina's getoonde workloads, 18 keer gedraaid.

Vooraf wordt de gehele schijf twee keer volledig met data beschreven. Dit gebeurt twee keer om er voor te zorgen dat ook de volledige overprovisionering "bezet" is. Gedurende de acht degradatie fases van de tets wordt de volledige PCMark 8 benchmark gedraaid met daar tussenin telkens een constante workload van random schrijfopdrachten gedurende achtereenvolgens 10, 15, 20, tot maximaal 45 minuten. Gedurende de steady state fase wordt de benchmark nogmaals vijf keer gedraaid, met telkens opnieuw vooraf 45 minuten random schrijfworkloads. Tijdens de recovery fase mag de schijf weer "op adem" komen en wordt de benchmark vijf keer gedraaid met telkens 5 minuten idle tijd vooraf. Gedurende die tijd kan de ssd de garbage collector en andere interne optimalisaties z'n werk laten doen.

In onderstaande grafieken die je de scores van de benchmarks gedurende de 18 stappen. In de tabbladen staat de gemiddelde doorvoersnelheid als ook de gemiddelde lees- en schijftoegangstijd.

De Samsung 970 Evo Plus-ssd's zijn in alle capaciteiten duidelijk sneller dan de originele 970 Evo's in deze test. De 250GB-versie houdt het tijdens het schrijven lastiger dan de andere formaten, maar blijft zijn rechtstreekse voorganger duidelijk voor. De Samsung 970 Evo Plus 1TB is zelfs bijna net zo snel als de 970 Pro 1TB.

Van de vijf tests in de steady state fase hebben we vervolgens de gemiddelde bandbreedte, leestoegangstijd en schrijftoegangstijd bepaalt. Deze waardes geven een uiteindelijk beeld van de prestaties van ssd's in een worst case scenario.

De gemiddelde bandbreedte tijdens de steady state fase komt bij de 970 Evo Plus 1TB uit op 614 MB/s, wat nog maar een fractie minder is dan de 655 MB/s van de 970 Pro 1TB. Ten opzichte van zijn voorloper, die nog 484 MB/s scoorde, is het zonder meer een mooie stap. Alleen de Intel Optane-ssd's met 3D XPoint-geheugen zijn in deze zware test nóg sneller. Het 250GB-model is relatief gezien het langzaamst, wat het duidelijkst is als je de schrijf access times bekijkt, maar zelfs daar blijft hij wel vlotter dan vrijwel alle sata-modellen.