PCIe 5.0-SSD: Wann kommt der schnelle NVMe-Speicher?

Mainboards mit M.2 und PCIe 5.0 x4-Anbindung gibt es schon eine Weile, doch die passenden SSDs ließen einstweilen noch auf sich warten.

Die PCIe 5.0-Einführung begann bereits mit den Intel-CPUs der 12. Generation (Alder Lake), deren Launch Ende 2021 erfolgte. Die 13. Generation (Raptor Lake) bietet ebenfalls PCIe 5.0.

Und die AM5-Plattform von AMD verfügt nun neben einer PCIe 5.0 x16-Anbindung für die Grafikkarte auch über genügend PCIe-Lanes für bis zu zwei zusätzliche PCIe 5.0 x4-SSDs.

Entsprechender SSD-Speicher ist interessant für High-End-PCs.

Bei einer PCIe 4.0-SSD ist jedenfalls bei ca. 7.500 MB/s (lesend) bzw. 7.000 MB/s (schreibend) die Anbindung ausgereizt. Mit einer PCIe 5.0-SSD sind hingegen 10.000 MB/s und mehr möglich.

Erste PCIe 5.0-SSD – diese M.2-NVMe-SSDs sind verfügbar

SSDs mit PCI Express 5.0-Schnittstelle

Gigabyte AORUS Gen5 10000 SSD

Die erste, die es auf den deutschen Markt geschafft hat, ist die Gigabyte AORUS Gen5 10000 SSD.

Die Lesegeschwindigkeit verrät bereits der Name – max. 10.000 MB/s verspricht Gigabyte. Schreibend sind es bis zu 9.500 MB/s.

Ein Phison E26-Controller verrichtet die Arbeit und als Speichermodule kommen 3D TLC NAND Flash-Chips zum Einsatz. Der Cache ist 4 GB groß (LPDDR4).

Neben der hier erwähnten 2 TB-Variante ist die SSD mittlerweile auch mit 1 TB erhältlich:

• 1000 GB - AORUS Gen5 10000 SSD 1TB (AG510K1TB) (gelistet bei Amazon) mit max. 9.500 MB/s (lesend) bzw. 8.500 MB/s (schreibend)
• 2000 GB - AORUS Gen5 10000 SSD 2TB(AG510K2TB) (gelistet bei Amazon) mit max. 10.000 MB/s (lesend) bzw. 9.500 MB/s (schreibend)

Die SSD kommt im gängigen M.2 2280-Formfaktor daher (22 mm breit, 80 mm hoch), verfügt jedoch über einen wuchtigen Kühlkörper (optional, nicht vormontiert), für den Gigabyte eine Liste kompatibler Mainboards veröffentlicht – denn Platz braucht es dafür.

Warum überhaupt ein Kühlkörper? Die Leistungsaufnahme fällt mit 10-11 Watt (Lesen / Schreiben) recht hoch aus. Bei einer Mittelklasse-SSD werden für gewöhnlich 5 Watt im Peak nicht überschritten.

Im alltäglichen Einsatz wird solch ein wuchtiger Kühlkörper wie bei der Gigabyte AORUS Gen5 10000 SSD nicht immer erforderlich sein. Das Hitzeproblem lässt sich vornehmlich durch synthetische SSD-Benchmarks provozieren. Ganz ohne Kühlung ist jedoch nicht empfehlenswert.

Übrigens: Die nächste Generation kommt bald – die Gigabyte AORUS Gen5 12000 SSD verspricht noch höhere Transferraten.

Corsair MP700 SSD

Die nächste PCIe 5.0-SSD ist eigentlich verfügbar – und zwar die Corsair MP700 SSD.

Eigentlich sage ich, denn Corsair scheint es sich mit Kühlerdesign noch einmal anders überlegt zu haben. Ursprünglich sollte die NVMe-SSD mit einem Kühlkörper nebst Mini-Lüfter erscheinen.

Nun sind alle Hinweise darauf von der Hersteller-Webseite verschwunden und die PCIe 5.0-SSD wird „nackt“ (also nur das M.2.-Modul) dargeboten.

ComputerBase berichtet jedenfalls, dass das bisherige Kühlungskonzept (Kühlkörper inkl. Mini-Lüfter) bei Corsair durchgefallen ist und erstmal nur das M.2-Modul mit Hinweis auf die Notwendigkeit einer zusätzlichen Kühlung erscheinen soll.

Auf Amazon ist bisweilen noch das alte Produktdesign (M.2-Modul + Kühlkörper mit Mini-Lüfter) der Corsair MP700 zu sehen – allerdings ohne Verfügbarkeit.

Aber zurück zur eigentlichen Gen5-SSD.

Die technischen Daten sind ganz ähnlich wie bei der Gigabyte AORUS Gen5 10000 SSD – und auch hier verrichtet ein Phison E26-Controller die Arbeit.

Die Transfergeschwindigkeiten kommen einem sodann bekannt vor: Jeweils max. 10.000 MB/s lesend bzw. 9.500 MB/s schreibend verspricht auch Corsair.

Zuerst kam mir nur die 2 TB-Variante unter, mittlerweile ist auch das 1 TB-Modul verfügbar:

• MP700 R2 mit 1 TB Kapazität (gelistet bei Amazon)
• MP700 R2 mit 2 TB Kapazität (gelistet bei Amazon)

Was fällt auf? Die nun im Handel verfügbaren SSD-Varianten tragen ein R2 in der Modellnummer. Das dürfte für das zweite Release stehen und der besagten Änderung (ohne Kühlkörper) Rechnung tragen.

Wer die SSD und das volle PCI 5.0-Potenzial ausreizen will, muss sich sodann um eine alternative Kühlung kümmern. In Frage käme z.B. der Thermalright HR-10 2280 Pro – siehe auch Hersteller-Webseite.

Ebenfalls noch erwähnenswert – die Corsair MP700 SSD kommt mit fünf Jahren Herstellergarantie daher.

Crucial T700 SSD

Die dritte PCIe 5.0-SSD geht an den Start – und zwar die Crucial T700 SSD. Diese gibt es zum Start direkt in sechs Varianten:

• mit Kühlkörper (passiv, kein Lüfter, aus Aluminium)
  • T700, 1 TB, inkl. Kühlkörper (gelistet bei Amazon)
  • T700, 2 TB, inkl. Kühlkörper (gelistet bei Amazon)
  • T700, 4 TB, inkl. Kühlkörper (gelistet bei Amazon)
  • auch als Tray-Versionen CT1000T700SSD3T, CT2000T700SSD3T, CT4000T700SSD3T
• ohne Kühlkörper (M.2-Modul ohne Kühler)
  • T700, 1 TB, ohne Kühlkörper (gelistet bei Amazon)
  • T700, 2 TB, ohne Kühlkörper (gelistet bei Amazon)
  • T700, 4 TB, ohne Kühlkörper (gelistet bei Amazon)

Je nach Händlerpreis fällt derzeit ein Aufpreis von ca. 30,- € an, wenn man sich für eine Variante inkl. Aluminiumkühlkörper entscheidet.

Die Geschwindigkeit variiert je nach Kapazität.

Für die 4 TB- und die 2 TB-Variante sind laut Hersteller 12.400 MB/​s (lesend) bzw. 11.800 MB/​s (schreibend) drinnen und bei 1 TB sind es 11.700 MB/​s (lesend) bzw. 9.500 MB/​s (schreibend).

Damit stellt sich hier die bislang schnellste Gen5-SSD vor. Auch bei der Crucial T700 SSD verrichtet indes ein Phison E26-Controller die Arbeit.

Für den Geschwindigkeitsvorteil lässt sich Crucial indes mit einem Aufpreis belohnen. Zumindest direkt zum Markstart ist die SSD mit PCIe 5.0-Interface nochmal ein gutes Stück teurer als die Gigabyte AORUS Gen5 10000 SSD bzw. die Corsair MP700 SSD.

Seagate FireCuda 540 SSD

Als nächstes kommt die Seagate FireCuda 540 SSD neu hinzu.

Die PCIe Gen5-SSD gibt es zum Start in vier Varianten. Die Heatsink-Variante (mit Kühlkörper) ist derzeit aber nicht lieferbar.

• mit Kühlkörper (passiv, kein Lüfter, aus Aluminium)
  • FireCuda 540, 2 TB, inkl. Kühlkörper (keine Online-Shop-Listung gefunden)
  • FireCuda 540, 2 TB, inkl. Kühlkörper (keine Online-Shop-Listung gefunden)
• ohne Kühlkörper (M.2-Modul ohne Kühler)
  • FireCuda 540, 1 TB, ohne Kühlkörper (gelistet bei Amazon)
  • FireCuda 540, 2 TB, ohne Kühlkörper (gelistet bei Amazon)

Die Geschwindigkeit unterscheidet sich je nach Kapazität: Für die 2 TB-Variante gibt es laut Seagate bis zu 10. 000 MB/​s (lesend / schreibend) und bei der 1 TB-Variante sind es noch max. 9.500 MB/​s (lesend) bzw. 9.500 MB/​s (schreibend).

Weiterhin bewirbt Seagate die Langlebigkeit mit max. 2.000 TB TBW (2 TB) bzw. 1.000 TB TBW (1 TB), die DireStorage-Firmware und die Eignung als Speichererweiterung für eine PS5-Konsole.

Moment mal, PS5 mit PCIe 5.0? Soweit ich weiß, verfügt die PS5 über ein PCIe 4.0-Interface – die SSD würde da also nur abwärtskompatibel laufen.

In der Seagate FireCuda 540 SSD stecken 3D-TLC-NAND von Micron und ein Phison E26-Controller.

Die Vorgängerversion (PCIe Gen4) gab es auch mit 4 TB-Kapazität. Hier bleibt abzuwarten, ob Seagate auch bei der neuen PCIe Gen5-SSD noch nachliefert.

Adata Legend 970 SSD

Auch der taiwanesische Speicherhersteller Adata Technologies bestückt die Händlerregale nun mit einer PCIe 5.0-SSD. Die Rede ist hier von der Adata Legend 970 SSD.

Eine kleine Überraschung hierbei: Adata hat mit einer SSD von sich Reden gemacht, die mit Silicon Motion SM2508-Controller erscheinen soll – aber unter der XPG-Marke.

Nun kommt ein Modell mit Phison E26-Controller. Dieses schafft lt. Hersteller 10.000 MB/s (lesend / schreibend, 2 TB Variante) bzw. 9.500 MB/s (lesend) und 8.500 MB/s (schreibend) bei der 1 TB-Variante.

• Legend 970 mit 1 TB Kapazität (gelistet bei Amazon)
• Legend 970 mit 2 TB Kapazität (keine Online-Shop-Listung gefunden)

Das M.2-Modul ist mit Micron 232-Layer-TLC-NAND Flashspeicher bestückt.

Ausgeliefert wird die Adata Legend 970 SSD mit einer vorinstallierten aktiven Kühlung bestehend aus Kühlkörper mit integriertem Lüfter.

Weitere M.2-SSDs mit PCIe 5.0 (Release-Liste 2023, 2024 ff.)

Aktuell noch Mangelware sind weitere SSD-Modelle.

Zwar haben diverse Hersteller bereits entsprechende Speicherlösungen angekündigt. Mit der Markeinführung herrscht aber noch Zurückhaltung.

Technisch scheint alles bereitzustehen.

Für neue Intel-CPUs gibt es Sockel 1700-Mainboards (Alder Lake und Raptor Lake), die allerdings hinsichtlich der PCIe 5.0-Lanes noch limitiert sind (nur 16 – die sind eigentlich für die Grafikkarte).

Für AMD stehen aber AM5-Mainboards bereit, die über eine passende PCIe-Anbindung für den M.2 M-Key-Slot verfügen (nämlich PCIe 5.0 x4), ohne sich bei der Grafikkarte etwas abzwacken zu müssen.

Den Speicherherstellern stehen auch passende Controller zur Verfügung (Phison E26, demnächst auch Silicon Motion SM2508 / SM2504XT, siehe hier).

Flotte 3D-NAND-Speicherbausteine gibt es ebenfalls.

In den nächsten Monaten dürfte es jedoch endlich losgehen. Folgende Release-Liste stellt sich derzeit dar (Release 2023 / 2024):

Galax HOF Extreme 50 PCIe 5.0 SSD
Geschwindigkeit: 10 GByte/s Lesen bzw. 9,5 GByte/s Schreiben
Controller: Phison E26
Kühlung: passiver Kühlkörper
Kapazität: 1 / 2 TB
Verfügbarkeit: bisher nur für Asien / USA angekündigt
Hersteller-Link: tba
Gigabyte AORUS Gen5 12000 SSD
Geschwindigkeit: 12.4 GByte/s (lesend) / 11.8 GByte/s (schreibend)
Controller: Phison E26
Kühlung: großer Kühlkörper mit Mini-Lüfter
Kapazität: 1 / 2 TB
Verfügbarkeit: Q3/2023
Hersteller-Link: Gigabyte-Webseite
Lexar NM1090
Geschwindigkeit: 12 GByte/s Lesen bzw. 11 GByte/s Schreiben
Controller: Phison E26
Kühlung: großer Kühlkörper mit Mini-Lüfter
Kapazität: 1 / 2 / 4 TB
Verfügbarkeit: Q4/2023
Hersteller-Link: tba
MSI Spatium M570 Pro
Geschwindigkeit: jeweils 12 GByte/s lesend und schreibend
Controller: Phison E26
Kühlung: passiver Kühlkörper
Kapazität: 1 / 2 / 4 TB
Verfügbarkeit: tba
Hersteller-Link: tba
MSI Spatium M570
Geschwindigkeit: jeweils 10 GByte/s lesend und schreibend
Controller: Phison E26
Kühlung: passiver Kühlkörper
Kapazität: 1 / 2 TB, später ggf. auch 4 TB
Verfügbarkeit: tba
Hersteller-Link: MSI-Webseite
Nextorage NE5N
Geschwindigkeit: jeweils 10 GByte/s lesend und schreibend
Controller: Phison E26
Kühlung: passiver Kühlkörper
Kapazität: 1 / 2 TB
Verfügbarkeit: tba
Hersteller-Link: Nextorage-Webseite
Patriot Viper PV553
Geschwindigkeit: 12.4 GByte/s (lesend) / 11.8 GByte/s (schreibend)
Controller: tba
Kühlung: großer Kühlkörper mit Mini-Lüfter
Kapazität: tba
Verfügbarkeit: tba
Hersteller-Link: Patriot-Webseite
Sabrent Rocket X5
Geschwindigkeit: vermutlich > 12 GByte/s
Controller: Phison E26
Kühlung: tba
Kapazität: tba
Verfügbarkeit: tba
Hersteller-Link: tba
T-Force Cardea Z540 2TB
Geschwindigkeit: 12 GByte/s Lesen bzw. 10 GByte/s Schreiben
Controller: Phison E26
Kühlung: sehr kompakter Kühlkörper aus Peta-Blättchen
Kapazität: 2TB
Verfügbarkeit: tba
Hersteller-Link: tba
XPG PCIe Gen5 SSD (von Adata)
Geschwindigkeit: 14 GByte/s Lesen bzw. 12 GByte/s Schreiben
Controller: Silicon Motion SM2508
Kühlung: großer Kühlkörper mit Mini-Lüfter
Kapazität: tba
Verfügbarkeit: tba
Hersteller-Link: tba

Quelle: eigene Recherche

Ich gehe davon aus, dass die PCIe 5.0-Welle nun so langsam anrollt. Weitere Solid State Drives (SSDs) dürften also bald hinzukommen.

Wenn sich diesbezüglich interessante Neuerungen ergeben, berichte ich auch im Newsletter.

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Wieso ließen die PCIe 5.0-SSDs auf sich warten?

PCIe 5.0-Mainboards sind schon länger verfügbar, passende SSD-Controller und 3D-NAND-Speicherchips auch.

Doch Hersteller ließen es mit der Markteinführung der ersten NVMe-SSDs Zeit.

Ich vermute, es hat auch mit der SSD-Preisentwicklung zu tun.

Die folgenden Charts zeigen die Preisentwicklung einiger gängiger SSD-Festplatten – jedoch noch für das PCIe Gen 4-Interface.

Fangen wir an mit High-End-Modellen – also solchen, die die 7.000 MB/s-Schallmauer einer PCIe 4.0-SSDs ausreizen.

Was ist zu erkennen?

Die Preise sind unter Druck. Gerade bei Solid State Drives mit hoher Kapazität haben sich die Preise in den letzten beiden Jahren mehr als halbiert.

Auch bei Low-End-Modellen (gemeint sind Transferraten von ca. 3.500 MB/s, was für viele Anwendungsfälle immer noch mehr als ausreichend ist) zeigt sich ein ähnliches Bild.

Die Crucial P3 Plus SSD 4 TB (gelistet bei Amazon) ist übrigens eher eine Mid-Range-SSD (schafft 4.800 MB/s lesend bzw. 4.300 MB/s) – also flotter als die beiden anderen Festplatten im Chart.

Die Preise kennen nur eine Richtung – nach unten. Und das schon seit Monaten.

Was hat das jetzt mit PCIe 5.0-SSDs zu tun?

Naja, die Hersteller hegen natürlich betriebswirtschaftliche Überlegungen. Mit der Einführung einer neuen Festplatten-Generation soll auch eine brauchbare Marge her.

Und da denke ich, dass das Marktumfeld derzeit nicht ideal ist.

Das dürfte erklären, weshalb es erst jetzt und behutsam mit PCI Express 5.0 los geht.

Drosselung und Abschaltung bei Hitze (Firmware-Update für Phison E26-SSDs)

Alle bisher erschienenen PCIe Gen5-SSDs setzen auf den Phison E26-Controller.

Dieser verhält sich bei Hitze derzeit nicht ideal. Statt die SSD zu drosseln (Schreib- und Lesegeschwindigkeit reduzieren), schaltet der Controller wohl spontan ganz ab.

Das Problem dann: Im Cache liegen da ggf. noch Daten – und die wären dann verloren.

Es sind viele Hersteller betroffen (siehe ComputerBase).

Corsair ist der erste Hersteller, der zusammen mit dem Controller-Hersteller ein Firmware-Update herausbringt, um das Problem anzugehen.

Andere Hersteller

Das Verhalten bei Hitze passt nicht und es ist gut, dass Phison ein sauberes Thermal Throttling nachliefert. Ich bin aber auch der Meinung, dass das teils heißer gekocht als gegessen wird.

Bleiben wir doch bei der Corsair MP700 SSD – da steht folgender Hinweis auf der Webseite (und so ähnlich auch auf der Produktverpackung):

*SSD cooling required. Check your motherboard for details.

Quelle: Corsair-Webseite

Ähnliche Hinweise gibt es auch bei anderen SSDs – oder es wird direkt ein recht wuchtiger Kühlkörper (teils auch mit Lüfter) mitgeliefert.

Die mir bekannten Szenarien, in denen eine PCIe 5.0-SSD mit Phison E26 zum hitzebedingten Absturz gebracht wurde, basieren alle auf dem Ansatz, die SSD ohne Kühlung durch synthetische Benchmarks zu treiben.

Wer sich an die Hersteller-Empfehlungen zur Kühlung hält bzw. einen mitgelieferten Kühlkörper verwendet und nicht ständig SSD-Benchmarks laufen lässt, dürfte von dem Problem in der Praxis nichts mitbekommen.

Dennoch ist meine Empfehlung – sofern ein Firmware-Update mit Thermal Throttling bereitsteht, würde ich es auch zeitnah aufspielen.

Potenzial von PCIe 5.0 für M.2-SSDs

PCIe 5.0 vs. 4.0 vs. 3.1 / 3.0 – Geschwindigkeit jeweils verdoppelt

PCIe 3.0 bzw. PCIe 3.1 – 8 GT/s je Lane
PCIe 4.0 – 16 GT/s je Lane
PCIe 5.0 – 32 GT/s je Lane

Geschwindigkeit je PCIe-Lane in Gigatransfers je Sekunde (GT/s)

Das bedeutet dann in der gängigen x4-Anbindung:

PCIe 3.0 x4 bzw. PCIe 3.1 x4 – 32 GT/s
entspricht 4 GByte/s bzw. tatsächlich ca. 3,5 GByte/s
PCIe 4.0 x4 – 64 GT/s
entspricht 8 GByte/s bzw. tatsächlich ca. 7,5 GByte/s
PCIe 5.0 x4 – 128 GT/s
entspricht 16 GByte/s

Geschwindigkeit einer x4-Anbindung in GT/s, sowie GByte/s (theoretisch / tatsächlich erreichbar)

Zumindest in der Theorie haben sich die erzielbaren Transferraten mit den letzten PCIe-Versionen also jeweils verdoppelt.

M.2 (PCIe 5.0 x4-Anbindung) bei Mainboards für AMD (AM5) und Intel (LGA 1700)

Intel ist der erste Wurf mit PCIe 5.0 gelungen.

Und zwar mittlerweile bereits zwei CPU-Generationen: Der 12. Generation (Alder Lake) und der 13. Generation (Raptor Lake).

Einen Haken hat die Sache jedoch.

Bei der aktuellen Intel-Plattform (LGA 1700) stehen 16 PCIe 5.0-Lanes zur CPU zur Verfügung. Der Chipsatz ist per PCI 4.0 angebunden.

Heißt im Umkehrschluss: Nutzt man einen per PCIe 5.0 x4 angebundenen M.2-Slot, so zwackt sich die SSD von der Grafikkarte die benötigten Lanes ab.

So heißt es z.B. im Handbuch des Gigabyte Z790 AORUS Master (gelistet bei Amazon):

The PCIEX16 slot shares bandwidth with the M2C_CPU connector. The PCIEX16 slot operates at up to x8 mode when a device is installed in the M2C_CPU connector.

Quelle: Handbuch für Gigabyte Z790 AORUS Master

Erst mit der künftigen 14. Generation (Meteor Lake) soll sich das ändern. Diese wird wohl 20 PCIe 5.0-Lanes zur CPU aufweisen – ausreichend für 1 x PCIe 5.0 x16 (Grafikkarte) und 1 x PCIe 5.0 x4 (M.2 NVMe SSD).

Anders sieht es bei AMD Ryzen 7000 und der AM5-Plattform aus.

Hier ist die CPU mit 28 PCIe 5.0-Lanes angebunden. Das reicht für 1 x PCIe 5.0 x16 (Grafikkarte) und 2 x PCIe 5.0 x4 (M.2 NVMe SSD).

Verbleibt ein Rest von vier Lanes – die als Chipsatz-Downlink für die Southbridge weiterverwendet werden (SATA, USB, Ethernet…).

Lohnt sich eine PCIe 5.0-SSD überhaupt?

Das ist eine berechtigte Frage.

Grundsätzlich bieten die neuen SSDs bis zu 50% höhere Transferraten im Vergleich zu M.2-SSDs mit PCIe 4.0 x4-Anbindung (nämlich 10-12 GByte/s, künftig wahrscheinlich bis zu 15 GByte/s statt 6,5 – 7,5 GByte/s).

Bleibt die Frage, bei welchen Anwendungsgebieten die flotteren Transferraten abgerufen werden können (außer natürlich in synthetischen Benchmarks).

Ich sehe im Consumer-Bereich vielleicht zwei Anwendungsfälle:

• Gaming (AAA-Games mit aufwendiger Spieleengine, künftig ggf. Direct Storage)
• Videoschnitt

Es mag noch einige weitere sinnvolle Einsatzgebiete geben, aber das sind die beiden „Klassiker“, die mir in den Sinn kommen. Hier werden nämlich große Datenmengen auf die Festplatte geschrieben bzw. von der Festplatte gelesen.

Höhere Transferraten machen den entsprechenden Anwendungen Beine.

In den meisten anderen Fällen schadet eine PCIe 5.0-SSD sicher nicht (höchstens dem Geldbeutel), macht im Alltag jedoch auch keinen merkbaren Performance-Unterschied.

Da die neuen SSDs zu Einführung teuer sind, kann es also Sinn machen, bei einer PCIe 4.0-SSD zu bleiben – selbst wenn jetzt ein neuer Gaming-PC-Eigenbau ansteht.

Schafft eine günstige PCIe 4.0-SSD z.B. 3.500 MB/s (lesend) bzw. 2.800 MB/s (schreibend), so sind die flotten PCIe 4.0-Modelle mit großzügig bemessenem Cache teils mehr als doppelt so schnell.

Gerade die flotteren SSDs dürften noch eine gute Weile zukunftssicher zu betreiben sein – und sind deutlich günstiger als der Einbau einer der ersten PCIe Gen 5-Modelle.