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

Techniek: 96-laags 3D-NAND & verbeterde controller

Op technisch vlak zijn er in de Samsung 970 Evo Plus twee belangrijke verbeteringen te vinden. Allereerst is dit de eerste consumenten-ssd die gebruikmaakt van Samsungs vijfde generatie V-NAND, oftewel 3d-nand met 96 lagen. Toshiba leverde in augustus al een ssd af in ons testlab met zijn eigen 96-laags nand, maar die is nog altijd niet te koop.

5de generatie 3D V-NAND

Zoals bij elke nieuwe generatie 3d-nand zijn er dit keer weer meer lagen op elkaar gestapeld: 96 in plaats van de tot nu toe gebruikelijke 64. Zonder verdere aanpassingen kan er dus al 50% meer data worden opgeslagen op dezelfde oppervlakte, wat uiteraard gunstig is voor de kostprijs. De verdere evolutie van 3d-nand is dan ook een belangrijke drijfveer van de dalende ssd-prijzen waar we al enige tijd van mogen genieten.

Er is echter nog meer gebeurd dan alleen maar het toevoegen van meer lagen. Zo stapt Samsung over naar de toggle-ddr 4.0 interface voor zijn nand, met maximale doorvoersnelheden van 1400 MB/s in plaats van 800 MB/s. Intrinsiek wordt het geheugen hiermee dus een stuk sneller. Desondanks moet het stroomverbruik gelijk zijn gebleven, doordat het flashgeheugen nu op een lagere spanning van 1,2 volt draait - voorheen was dat 1,8 volt. De geheugencellen zouden bovendien minder last moeten hebben van crosstalk, ondanks dat de hoogte van elke laag met 20% is teruggebracht.

In eerste instantie komt de Samsung 970 Evo Plus beschikbaar in uitvoeringen van 250 GB, 500 GB en 1 TB, uiteraard in de m.2-formfactor met vier pci-e 3.0-lanes en het nvme-protocol. Al die varianten maken gebruik van de nieuwe flashchips in een capaciteit van 256 gigabit (32 GB). In april volgt een 2TB-model op basis van de tegen die tijd beschikbaar komende 512Gb-chips.

Verbeterde Phoenix-controller

Dankzij het nieuwe 3d-nand is het geheugen intrinsiek een stuk sneller geworden, maar Samsung heeft ook diverse tweaks doorgevoerd in de firmware van de zelfontwikkelde controller. Wat men precies heeft veranderd zegt het bedrijf niet, maar de combinatie van deze verbeterde firmware en het nieuwe nand moet tot forse prestatiewinsten leiden. Hieronder hebben we de opgegeven snelheden van de 1TB-versies van de oude 970 Evo en de nieuwe 970 Evo Plus naast elkaar gezet.

TurboWrite SLC-cache

Zoals al enige generaties gebruikelijk is, heeft de 970 Evo Plus weer een variabele slc-buffer, die Samsung TurboWrite noemt. In deze cache, die afhankelijk van het model minimaal 4 of 6 GB groot is en wanneer mogelijk tot zelfs 42 GB inneemt, wordt slechts één bit per cel opgeslagen om een veel hogere schrijfsnelheid te kunnen bieden. Als de schrijfactie is voltooid, wordt de in de slc-cache geschreven data op de achtergrond verplaatst naar het reguliere tlc-deel van het geheugen. Aangezien er een factor 3 in capaciteitsverschil tussen slc en tlc zit, heb je op het 1TB-model minstens 126 GB vrije schijfruimte nodig om de volledige buffer van 42 GB te kunnen benutten. In de tabel hieronder zie je per capaciteit hoe dat precies zit.

Duurzaamheid en garantie

De opgegeven duurzaamheid is onveranderd ten opzichte van de 970 Evo: 150 TB voor het 250GB-model, 300 TB voor de 500GB-uitvoering en 600 TB voor de 1TB-versie. Dat komt telkens overeen met 600 p/e-cycles, al zal de levensduur van de ssd's in de praktijk ongetwijfeld stukken hoger liggen. Samsung geeft vijf jaar garantie op de 970 Evo Plus ssd's.

Volledige specificaties

In de tabel hieronder zie je de volledige specificaties van de Samsung 970 Evo Plus 250GB, 500GB en 1TB.

Algemeen
Merk	Samsung	Samsung	Samsung
Productnaam	970 Evo Plus 1TB	970 Evo Plus 250GB	970 Evo Plus 500GB
Productcode	MZ-V7S1T0BW	MZ-V7S250BW	MZ-V7S500BW
Details	Productinfo	Productinfo	Productinfo
Specificaties
Harddisk of SSD	SSD	SSD	SSD
Opgegeven capaciteit	1000 GB	250 GB	500 GB
Cache geheugen	1024 MB	512 MB	512 MB
Cache geheugentype	DDR4	DDR4	DDR4
Interface	PCI-Express 3.0 x4	PCI-Express 3.0 x4	PCI-Express 3.0 x4
SSD controller	Samsung S4LR020 (Phoenix)	Samsung S4LR020 (Phoenix)	Samsung S4LR020 (Phoenix)
Beschikbare capaciteit in Windows	931.51 GB	232.88 GB	465.76 GB
Native Command Queuing
TRIM ondersteuning
4K native mode
Type flashgeheugen	Triple-level cell (TLC)	Triple-level cell (TLC)	Triple-level cell (TLC)
Merk flashchips	Samsung	Samsung	Samsung
Garantie	5 jaar	5 jaar	5 jaar
Opgegeven schrijfcapaciteit (Total Bytes Written / TBW)	600 TB	150 TB	300 TB
NAS harddisk
Protocol	NVMe	NVMe	NVMe
Snelheden
Leessnelheid (sequentieel)	3500 MB/s	3500 MB/s	3500 MB/s
Schrijfsnelheid (sequentieel)	3300 MB/s	2300 MB/s	3200 MB/s
Leessnelheid (4k random)	600000 IOps	250000 IOps	480000 IOps
Schrijfsnelheid (4k random)	550000 IOps	550000 IOps	550000 IOps
Fysieke eigenschappen
Form-factor	M.2 2280	M.2 2280	M.2 2280
Hoogte	2.2 mm	2.2 mm	2.2 mm
Gewicht	9 gram	9 gram	9 gram
Encryptie / beveiliging
Self encrypting drive (SED)
TCG Opal 2.0 compatible
Microsoft eDrive compatible
Beveiliging buffergeheugen bij stroomuitval
Encryptie	256-bit AES	256-bit AES	256-bit AES

Testprocedure

Bij Hardware.Info testen we ssd's op een viertal identieke testsystemen, bestaande uit een Intel Core i5 7400 (Kaby Lake) processor, een MSI H270 Gaming M3 moederbord en 8 GB DDR4-2400 geheugen. De systemen zijn voorzien van Windows 10 Fall Creators Update (versie 1709) en maken gebruik van de Intel Rapid Storage Technologies (RST) driver versie 15.2.0.1020. We zorgen voor voldoende airflow, zodat de ssd's geen last krijgen van throttling (tenzij ze daar bovengemiddeld veel last van hebben).

Allereerst doen we enkele synthetische benchmarks (AS SSD en Atto Disk Benchmark) om specifieke prestatie-eigenschappen van de ssd's te achterhalen. Belangrijker zijn de real world benchmarks, gebaseerd op het schijfgebruik van échte applicaties. Hiervoor maken we gebruik van de diverse storage-benchmarks als onderdeel van PCMark8, als ook een drietal eigen workloads. Met behulp van de PCMark8 test bepalen we ook de prestaties van schijven na langdurige belasting. Op basis van de verschillende real world benchmarks bepalen we de Hardware.Info SSD Prestatiescore 2018 en de Hardware.Info SSD Entry Prestatiescore 2018, waarbij we het gemiddelde prestatieniveau vangen in één getal.

Naast prestaties meten we ook het stroomverbruik, zowel idle als in gebruik.

Ons testsysteem is gebaseerd op een MSI H270 Gaming M3-moederbord.

In de grafieken herken je de Samsung 970 Evo Plus aan de rode balkjes. De oude 970 Evo's hebben we grijze balkjes gegeven. Verder vind je in de grafieken uiteraard veel vergelijkingsmateriaal.

AS SSD

AS SSD is een synthetische schijfbenchmark, geoptimaliseerd voor ssd's. Zo maakt de benchmark gebruik van niet-comprimeerbare data en worden random lees- en schrijftests ook uitgevoerd met een zogenaamde queue depth van 64, ofwel met 64 opdrachten tegelijkertijd. Let wel; alle AS SSD testonderdelen zijn relatief kortstondig, wanneer het prestatieniveau van ssd's inzakt na enkele minuten belasting zonder pauze, zie je dat in AS SSD scores niet terug. Dat maakt AS SSD puur interessant om specifieke basis eigenschappen van een ssd te analyseren. Aangezien je AS SSD ook eenvoudig zelf kunt draaien (downloadlink) kun je hiermee ook de prestaties van je eigen ssd vergelijken met die van door ons geteste exemplaren.

Op basis van de onderliggende tests produceert AS SSD totaal-, lees- en schrijfscores. Opvallend genoeg lijken de Samsung 970 Evo Plus-ssd's eerder wat langzamer dan sneller te zijn dan hun voorgangers. Vooral de leesscores zijn lager.

De onderliggende leestests zijn sequentieel lezen, het op willekeurige plekken lezen van 4k datablokken met 1 of 64 tegelijk en de gemiddelde toegangstijd.

Qua sequentiële leessnelheid voert de Samsung 970 Evo Plus de grafieken aan, dus daar ligt het in ieder geval niet aan dat de totaalscore wat lager uitviel. Dat blijkt 'm in de snelheid te zitten waarmee 4kB-leesopdrachten worden verwerkt met 64 threads.

De onderliggende schrijftests zijn sequentieel schrijven, het op willekeurige plekken schrijven van 4k datablokken met 1 of 64 tegelijk en de gemiddelde toegangstijd.

In de sequentiële schrijftest pakt Samsung met de 970 Evo Plus 1TB de eerste plek terug van de Corsair Force MP510. Ook in de andere deeltests behoren de nieuwe ssd's tot de top.

Atto Disk Benchmark

Naast AS SSD draaien we ook Atto Disk Benchmark. Deze test is oorspronkelijk bedoelde voor harde schijven en zegt in feite weinig tot niets over de prestaties van ssd's in de praktijk. Wel kan Atto dankzij de specifieke manier van aansturen de best case sequentiële lees- en schrijfsnelheden tonen. Veel fabrikanten baseren hun opgegeven maximumsnelheden dan ook op deze test.

De sequentiële leessnelheden zijn al van hoog niveau, maar in de schrijftests blaast Samsung de concurrentie helemaal weg. De 500GB- en 1TB-uitvoeringen van de 970 Evo Plus schrijven allebei met bijna 3200 MB/s: dergelijke snelheden hebben we nooit eerder uit een enkele m.2-ssd zien komen.

Real world benchmarks

Om een goed beeld te krijgen van de prestaties van ssd's in de praktijk draaien we verschillende zogenaamde real world benchmarks, tests die gebaseerd zijn op het schijfgebruik van échte applicaties.

Allereerst de storage test van PCMark8. Deze benchmark maakt gebruik van zogenaamde traces van Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Adobe Indesign, Adobe After Effects, Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint, World of Warcraft en Battlefield 3. Scores van alle afzonderlijke tests vind je op de volgende pagina.

In onderstaande grafieken vind je allereerst de bandwidth score, wat de gemiddelde lees- en schrijfdoorvoersnelheid is, gemeten over alle verschillende testonderdelen. De traces worden real time afgespeeld, dus inclusief idle tijd tijdens de oorspronkelijke opname van het schijfgebruik. De totaalscore is gebaseerd op de meetkundig gemiddelde tijd die het kost om alle tests te draaien, inclusief die idle-tijd. Vandaar dat bij de standaard score de resultaten van alle moderne ssd's zeer dicht bij elkaar liggen.

PCMark 8 geeft de Samsung 970 Evo Plus-ssd's duidelijke hogere scores dan hun voorlopers. Het relatief langzame 250GB-model is zelfs nog altijd sneller dan de originele 970 Evo in de hoogste capaciteit! De Samsungs laten bandwidth scores tussen de 571 en 650 MB/s noteren, waarmee ze op hetzelfde niveau zitten als bijvoorbeeld de Corsair Force MP510 en de Toshiba XG6, die eveneens gebruikmaakt van 96-laags 3d-nand, maar nog altijd niet verkrijgbaar is.

Naast de PCMark8 real world tests draaien we ook een drietal in-huis ontwikkelde real world benchmarks. Dit zijn traces gebaseerd op een gaming workload (GTA V en Rise of the Tomb Raider), een lichte desktop workload (Windows opstarten, Microsoft Office en Google Chrome) en een zware desktop workload (Adobe Photoshop en Adobe Lightroom). Waar PCMark8 tijdens het testen alle caches op besturingssysteem-niveau uitschakelt, laten we voor onze eigen real world benchmarks de lees- en schrijfcaches van Windows intact. Dat maakt dat deze benchmarks wellicht nóg iets meer beeld geven van de prestaties van disks in de praktijk.

In de lichte workloads zien we weinig verschillen, maar de gaming en heavy workloads laten een duidelijke voorsprong van de 970 Evo Plus-ssd's zien ten opzichte van de originele 970 Evo. In de zwaarste workload moet de Samsung 970 Evo Plus alleen de WD Black 2018 en de peperdure Intel Optane 900p voor laten gaan.

Real world benchmarks (in depth)

In onderstaande grafieken vind je de resultaten van alle testonderdelen van PCMark 8. Voor elk van de tests tonen we de gemiddelde lees- en schrijfdoorvoersnelheid, alsook de gemiddelde lees- en schrijftoegangstijd.

World of Warcraft

Battlefield 3

Adobe Photoshop Light

Adobe Photoshop Heavy

Adobe InDesign

Adobe After Effects

Adobe Illustrator

Microsoft Word

Microsoft Excel

Microsoft Powerpoint

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.

Hardware.Info 2018 SSD Prestatiescore

Om het uiteindelijke prestatieniveau van ssd's zo goed mogelijk in één getal te vangen, hebben we het meetkundig gemiddelde van de resultaten van alle real-world benchmarks omgedoopt tot de Hardware.Info 2018 SSD Prestatiescore. De standaard prestatiescore bevalt alle workloads inclusief de resultaten van de steady state test. De Entry Prestatiescore bevat enkel de wat simpelere workloads en hierbij nemen we de steady state waardes ook niet mee. Deze score is dus een beter ijkpunt als je een ssd zoekt voor minder veeleisende taken.

De SSD Prestatiescore schetst een duidelijk beeld: de Samsung 970 Evo Plus is afhankelijk van de capaciteit zo'n 15 procent sneller dan de originele 970 Evo. Dat is geen baanbrekend verschil, maar zonder meer een mooie stap. Boven staan ssd's van de concurrentie die erg dicht in de buurt van de 970 Evo kwamen, zoals de WD Black 2018 en de Corsair Force MP510, nu weer op grotere afstand.

Stroomverbruik

We testen het stroomverbruik van PCI-Express ssd's op ons desktop testsysteem, waarbij we met behulp van een riserkaart het stroomverbruik kunnen meten. We doen dat met zowel een 4k random write als een 1MB sequential write workload - voor een goede idletest is onze riserkaart helaas niet nauwkeurig genoeg.

Samsung belooft dat het energieverbruik ondanks de toegenomen prestaties hetzelfde is gebleven. Dat lijkt ook wel aardig te kloppen: de ssd's verbruiken maximaal enkele procenten meer in onze 4kB random write test, wat absoluut binnen de testmarge valt. Tijdens de sequentiële schrijftest lijkt het verbruik van de 500GB- en 1TB-modellen zelfs enigszins te zijn gedaald.

Conclusie

Waar Samsung jarenlang onbedreigd aan de top van de grafieken stond, kwamen meerdere concurrenten afgelopen jaar behoorlijk dicht in de buurt. Door de overstap naar het nieuwste 96-laags 3d-nand en een getunede firmware neemt Samsung nu weer een kleine voorsprong in het high-end segment. Gemiddeld zijn de 970 Evo Plus-ssd's zo'n 15% sneller dan de originele 970 Evo's en in onze SSD Prestatiescore zijn alleen Samsungs eigen 970 Pro (nipt) en uiteraard Intels peperdure Optane-ssd's nog sneller.

Aangezien de 970 Evo Plus de rechtstreekse opvolger van de populaire 970 Evo is, en die laatste van de markt zal verdwijnen, vermoeden we dat Samsung qua prijs geen gekke dingen gaat doen. Wellicht gaan de 970 Evo Plus-ssd's alleen in het begin wat duurder zijn dan de oude serie - dat zagen we immers ook toen de 970 Evo op de markt kwam. Zolang Samsung enigszins in de buurt blijft van wat de concurrentie vraagt, heeft het echter het snellere en dus aantrekkelijkere product in handen.

Als we dan toch een minpunt moeten noemen, is dat het stroomverbruik. Het is Samsung weliswaar gelukt om dat zoals beloofd niet verder te doen stijgen, waarmee de 'prestaties per watt' wat zijn toegenomen, maar het blijft één van de zwakkere punten van Samsungs nvme-ssd's. In de sequentiële schrijftest verbruikt de 970 Evo Plus zo'n 7 watt, wat zorgt voor een relatief hoge warmteproductie onder belasting. Zet je dat tegenover WD, dat een maar iets langzamere ssd heeft die in dat scenario amper 4,5 watt verbruikt, dan wordt duidelijk dat er op dit punt nog wat te wensen overblijft voor een toekomstige '980 Evo'.

We reiken een Excellent Choice award uit aan de Samsung 970 Evo Plus 500GB en 1TB, vanwege de uitstekende prestaties binnen zijn segment. De 250GB-editie zouden we minder snel aanraden, gezien die zowel qua prijs-per-gigabyte als ruwe prestaties minder aantrekkelijk is.

Samsung 970 Evo Plus 500GB
Samsung 970 Evo Plus 1TB