Hur får 2 TB plats i en M.2-SSD?

Under många år så har Samsung varit ledande på SSD-marknaden för konsumenter (och nu även i enterprise-segmentet) och det finns flera anledningar till det. Enkelt sagt så gör Samsung ofta bättre SSD-enheter till lägre pris än vad många andra gör, men vad är det egentligen som är anledningen?

Samsungs position är unik, och en av de främsta anledningarna är att Samsung är världens största tillverkare av NAND-flash. Det betyder att man har en nästan oändlig tillgång till NAND-flash av olika kvalitet. Det betyder också att man inom företaget har mycket god kunskap om NAND-flash, hur det fungerar och hur man kan utnyttja det på bästa sätt. Att man dessutom slipper köpa lagringschipen från tredje part till sina enheter gör ju att man kan kapa kostade för mellanhänder, transporter och liknande. Samsung var också långt före konkurrenterna med att massproducera 3D-NAND, vilket har givit dem en stor fördel. Sedan ska man inte glömma att Samsung även tillverkar stora mängder DRAM, som också används i SSD-enheter.

samsung_960pro_vertical_intergration

Vidare så utvecklar man sina egna kontrollerkretsar. Dessa säljs inte heller till någon annan och behöver därför inte fungera med något annat än just Samsungs NAND-flash. Samsung kan till och med optimera en viss kontrollerkrets för en viss generation av NAND-flash, vilket inte någon annan tillverkare kan göra. Många argumenterar att Intel har ett liknande läge, vilket stämmer till viss del. Men det har visat sig att Intels egna kontrollerkretsar faktiskt tillverkats av LSI (i alla fall den tredje generationen som använder i Intel 730). En annan fördel med detta är Samsungs nya PoP-teknik som man använder sig av i 960 Pro som vi testar idag.

Package on Package

När Samsung presenterade 960 Pro så visade man upp en 2 TB-modell i M.2 2280-format, vilket vi aldrig tidigare sett. Dessutom så hade man gjort det med chip bara på ena sidan av M.2-enheten. Då många laptops inte tillåter att man sätter chip på båda sidorna (enheten får inte plats då) så har Samsung valt att endast montera chip på ena sidan. Så för att nå 2 TB så behövde man montera fyra chip på ena sidan av en M.2 enhet. Det gjorde i sin tur att man inte fick plats med DRAM-kretsen.

Lösningen blev helt enkelt att montera DRAM-kretsen ovanpå kontrollern, vilket är en ganska enkel och smart lösning när man tänker efter. Vi vill dock poängtera att man har alltså inte integrerat DRAM i själva kontrollern. Man har bara tagit två olika kretsar och satt ihop dem i en och samma kapsel, de båda är helt separata kretsar och de har sina egna anslutningar på undersidan. Det kostar säkert lite mer att göra på det här sättet, men det sparar tillräckligt mycket plats för att få plats med mer NAND, och därmed högre kapacitet.

samsung_960_korea_package_1

F-chip och 16 stycken NAND-enheter i varje chip

Trots att man lyckats klämma in 4 stycken chip på ett M.2 2280-kretskort, så måste man fortfarande få in hela 512 gigabyte i varje chip för att nå 2 TB. Detta görs genom att Samsung nu kan stapla hela 16 stycken 256 Gbit (32 GB) NAND-enheter i varje chip.

samsung_960pro_wire_stacking

Tidigare så var åtta stycken det maximala man ville använda i samma chip. Anledningen är bland annat att varje enskild NAND-enhet måste kopplas ihop med pyttesmå ledare och ju fler man staplade på varandra, desto mer latens blir det och prestandan blir sämre. Samsung lösning på problemet är ett litet chip som fungerar som en buffert mellan NAND-enheten och chippets kontakter. Principen är densamma som FB-DIMM (Bully Buffed Dimm) har för DRAM. Varje F-chip är anslutet till åtta NAND-enheter och sedan använder man två sådana F-chip för att koppla dessa vidare till anslutningarna på själva chippet och vidare till SSD-kontrollern.

samsung_960pro_f-chip

Förutom att det blir enklare att stapla fler NAND-enheter så får man också bättre prestanda. Istället för att varje NAND-enhet ska prata med kontrollern direkt, så använder man F-chippet som en mellanhand och därmed minskar trafiken mellan kontrollern och minneschippen. Detta var initialt F-chippets primära funktion och tanken var att framtidens PCIe-enheter skulle kunna skala i prestanda utan att det krävdes att kontrollern hade fler kanaler.

Annons

22
Leave a Reply

Please Login to comment
6 Comment threads
16 Thread replies
5 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
9 Comment authors
BogeyGustav GagerklappadarrenjRråland Recent comment authors
  Subscribe  
senaste äldsta flest röster
Notifiera vid
Kurt I. Kuvös
Gäst

Det går fort nu (pun intended)! 2,7Gbyte/s läshastighet börjar så sakteliga närma sig vad m2 alls – med hänsyn till overhead – mäktar göra på sina max 4 PCIe lanes.
Man får hoppas att m2 uppdateras i samband med PCIe 4.0 🙂

Anton Karmehed
Admin

Ja det är ganska overkliga hastigheter måste man säga. Lagringsmarknaden betar av nya överföringsprotokoll snabbare än vissa byter kallingar. 🙂
Men vi ser ju redan hur tillverkarna gått över till PCIe x8 för att kunna öka hastigheten ytterligare.

Kurt I. Kuvös
Gäst

Lagringsmarknaden verkar dock landa ganska tryggt i *någon variant av PCIe* sedan SATA till synes slutat försöka. Du skrämde mig lite där, jag trodde att jag kanske missat någon ny socket-typ för M.2 som tillät x8 men så verkar ej vara fallet? Antar att du menar fullstora PCIe-kort. Jag föredrar nog faktiskt sådana, i vart fall för stationära maskiner, men åtgången av pci-lanes kan bli knölig om man råkar köra många instickskort. Rätt vad det är sitter man där med skammens rodnad på kinderna och kör instickskort på färra lanes än vad de egentligen vill ha. ”Fåtalet” PCIe-lanes tror jag… Läs hela »

Anton Karmehed
Admin

hehe ja förlåt Kurt, jag som va lite otydlig. På servermarknaden är det nästan uteslutande rena PCIe-lösningar de kör, alltså fysiska PCIe-kort och det var de jag syftade på. 🙂 jag föredrar det på ett sätt men på ett annat är det problematiskt, har mATX nu och vill testa dubbla GPUer. hade jag kört PCIe-kort för SSD hade jag bokstavligen varit kokt 😛 Sen är det som du säger ont om PCIe-lanes samt att moderkorten har lite olika konfiguration för hur banorna går till de olika portarna. Det fick vi erfara i våra kontorsbyggen där vi körde Intel 750 på… Läs hela »

Rråland
Gäst
Rråland

Jag läste era mätningar om spelprestanda men … ja, hur tolkar man resultatet? På vilket sätt märks en snabbare SSD i spel, annat än i mätvärden?

Anton Karmehed
Admin

Det där är en jättebra fråga Rråland som vi kommer att dyka djupare i. Det snabba svaret, innan Gustav kommer med det långa ;), är att skillnaden är väldigt olika beroende på spel och situation. Du kan märka att du laddar en karta i ett spel betydligt snabbare med en SSD, eller att själva spelet startar snabbare än om det ligger på en hårddisk. Vilket gör den generella spelupplevelsen bättre och i vissa onlinespel faktiskt kan bli en fördel när du kommer in tidigare på kartan än andra. Ser du däremot på FPS i spel, alltså antalet bilder per sekund… Läs hela »

Rråland
Gäst
Rråland

Jo, men det är jag helt och fullt med på att en SSD laddar banor med mera snabbare än en HDD. Men om jag nu investerar i t ex den här ursnabba SSD:n (istället för den SSD jag har idag), exakt hur mycket gladare, och på vilket sätt, blir jag som gamer, i praktiken? =) Banorna laddas en sekund snabbare, eller två.. eller tre? Det är väl kanske den typen av test man som gamer vill se, när olika SSD:er ställs mot varandra. Snarare än en hyfsat obegriplig radda ”värden”.. Ja, inget ont menat. Tvärtom är det jättebra att ni… Läs hela »

Flyfisherman
Medlem

Nu har ni kört med ett PCIE x4 adapterkort i PCIE 3.0 slot i testerna, men hur blir prestandan på befintligt högpresterande grafikkort i PCIE 3.0 x16 detta går väl då ned till PCIE 3.0 x8? Nästa fråga: om man monterar denna i M.2 kontakten på tex. ett Asus Z97 Deluxe moderkort som delar bandbredd med SATA-Express _1 hur blir prestandan på denna M.2 kontakt? Det tycker jag kan vara värt att veta och gärna lite förklaringar på skillnaderna mellan dessa två. Tackar för en i övrigt intressant och bra test och ser fram mot test av 960EVO samt med… Läs hela »

Gäst

Jag skulle vilja ha möjligheten att snabbsöka efter SSD-modell och att att välja de SSD’s man vill jämföra med varandra, t ex upp till 3st. Det tar en hel del tid att hitta en specifik ssd-modell ju fler tester som fylls på allteftersom.

Det skulle göra era SSD-tester så mycket bättre!

darrenj
Medlem
darrenj

En så länge för dyrt, måste salja ett barn,, i-lands problem

Bogey
Medlem
Bogey

Fantastisk recension! Tack så mycket Gustav.