Dieser Produkttest wurde im Rahmen der Mindfactory Testers Keepers Aktion von 24.02. bis 01.03.2020 durchgeführt, von 07.03. bis 20.03.2020 verfasst und lief unter Ticket #2020030276008349. Das Produkt wurde mir dafür kostenfrei zur Verfügung gestellt. Vielen Dank für die Gelegenheit, diesen Test durchzuführen!


Vorwort

Solid State Drives (SSDs), angeschlossen über PCIe 3.0 x4 via NVMe Protokoll, sind in synthetischen Benchmarks einige Größenordnungen schneller als SSDs, die über Serial-ATA (SATA) via AHCI Protokoll angebunden sind. Wer sich beim Umstieg von einer SATA-SSD auf eine NVMe-SSD einen Geschwindigkeitsvorteil vergleichbar mit dem Umstieg von einer Festplatte (HDD) zu einer SATA-SSD erhofft, kann im Alltag enttäuscht werden. In diversen Reviews [1][2][3] wurden weder beim Starten von Betriebssystem oder Programmen, noch beim Laden von Spielen signifikante Geschwindigkeitsvorteile von NVMe-SSDs gegenüber SATA-SSDs gemessen. Dennoch können NVMe-SSDs in speziellen Szenarien, beispielsweise bei massiv parallelen Zugriffen oder dem Bereitstellen hochaufgelösten Video-Rohdaten ihre Stärke ausspielen [4]. Als IT-Doktorand mit Forschungsschwerpunkt KI möchte ich in diesem Review neben der synthetischen Leistung testen, ob die NVMe-SSD WD Black SN750 mit 1 Terrabyte (TB) Speicherplatz Workloads, die beim Training von neuronalen Netzen im Umfeld künstlicher Intelligenz anfallen, im Vergleich zur SATA-SSD Crucial MX500 mit 2 TB beschleunigen kann.


Testsystem

Als Testsystem dient meine Workstation. Der Prozessor ist ein übertakteter Intel Core i7 6700k mit 4.5 GHz, das Mainboard ein MSI Z170M Mortar. Der Arbeitsspeicher besteht aus 2x16 GB DDR4-3200 von Crucial, die Grafikkarte ist eine übertaktete NVidia GTX 1080 mit 8 GB VRAM, als primäre SSD dient eine Crucial MX500 mit 2 TB. Grafikkarte und CPU werden durch eine Custom-Loop Wasserkühlung mit externem 480mm Radiator auf Temperatur gehalten.


Technische Daten und Garantie

Die Western Digital SN 750 bietet in der mir vorliegenden Variante 1TB Speicherplatz. Die Maße entsprechen mit 80 x 22 x 2.3 mm dem M.2 2280 Format. Angeschlossen wird die SSD via PCIe 3.0 x4, das Protokoll ist NVMe. Western Digital gewährt 5 Jahre Garantie und gibt eine MBTF von 1,75 Millionen Stunden an [5]. Anders als Festplatten degradieren die Flashzellen von SSDs mit zunehmenden Schreibzugriffen. Wester Digital spezifiziert die Belastbarkeit der 1TB Variante auf mindestens 600 Terrabyte Written (TBW). Beim sequentiellen Lesen verspricht Western Digital bis zu 3.470 MB/s, beim sequentiellen Schreiben bis zu 3.000 MB/s. Beim zufälligen Lesen sind es bis zu 515.000 IOPS/s, beim zufälligen Schreiben bis zu 560.000 IOP/s. Ich diese Werte mit CrystalDiskMark überwiegend erreichen.


Lieferumfang

Die Verpackung wirkt modern und hochwertig, ein Fenster im Karton der Rückseite lässt auch bei geschlossener Verpackung einen ersten Blick auf die SSD zu. Der Inhalt beschränkt sich auf das Notwendigste: Die SSD und die gefaltete Garantiebestimmung werden von einem durchsichtigen Plastikgestell in Position gehalten. Ansonsten enthält die Verpackung nur Luft. Einen Hinweis, ob und wo es Software (Treiber, Firmwareupdates) herunterzuladen gibt oder Montagezubehör (Schraube zur Montage) sucht man vergeblich. Die Platine der SSD ist schwarz und folgt damit der Serienbezeichnung. Auf der Vorderseite befinden sich Controller und Speicherbausteine, verdeckt durch ein Typenschild mit Hersteller, Seriennummer und weiteren technischen Details. Die Rückseite befindet sich nichts. Auch wenn das nicht die erste M.2 SSD ist, die ich verbaue, bin ich immer wieder von der geringen Größe und der damit einhergehenden hohen Speicherdichte fasziniert.


Montage

Da das Z170M Mortar meines Testsystems nicht über einen M.2 2280 Anschluss verfügt, habe ich einen PCIe 3.0 x4 zu M.2 Adapter von ICY BOX beschafft. Wie sonst auch gilt es, vorher zu prüfen, ob das Mainboard NVMe SSDs unterstützt und ob der angepeilte PCIe Slot mit ausreichend Lanes angebunden über Chipsatz oder CPU angesprochen wird, damit die SSD nicht ausgebremst wird. Die Platine des Adapters kühlt mittels eines Wärmeleitpads die Rückseite der SSD. Zusätzlich kann auch die Vorderseite der SSD mit einem (optionalen) Kühlkörper ausgestattet werden. Auf diesen habe ich verzichtet, um zu testen, ob die SSD im Alltag überhaupt zusätzliche Kühlung benötigt. Unter Windows 10 war die Installation sehr einfach: Die NVMe-Treiber wurden nach dem ersten Neustart automatisch installiert, die Partitionierung und Formatierung konnte problemlos über die Datenträgerverwaltung durchgeführt werden.


Synthetische Benchmarks

Ein Blick in CrystalDiskInfo bestätigt, dass die Crucial MX500 auf die volle SATA-600 Bandbreite via ACS-3 (AHCI) und die WD Black SN750 die volle PCIe 3.0 x4 Bandbreite via NVMe Protokoll zurückgreifen kann. Gemäß Firmware war die WD Black SN750 zu Beginn der Tests fabrikneu, während die Crucial MX500 bereits 1380 Betriebsstunden verbuchen konnte.

Im AS SSD Benchmark kann sich die WD Black SN750 mit 4063 zu 1237 Punkten im synthetischen Test wenig überraschend deutlich von der Crucial MX500 absetzen. Auch im Kopier-Benchmark von AS SSD liegt die WD Black SN750 mindestens um Faktor 2, teils um Faktor 5 vorne.

Auch in CrystalDiskMark liegt die WD Black SN750 meist deutlich vor der Crucial MX500. Am größten ist der Abstand beim sequentiellen Lesen mit 8 Threads mit 3496 MB/s zu 563 MB/s (beides ist nahe am praktischen Limit der jeweiligen Schnittstelle). Am kleinsten ist der Abstand beim zufälligen Lesen von 4k Blöcken mit einem Thread mit 40 MB/s zu 42 MB/s, wobei die Crucial MX 500 hier auf Augenhöhe mit der WD Black SN750 agiert.


KI Benchmarks

Am Anfang des Trainings jeder KI steht die Beschaffung von Daten. Beispielhaft habe ich einen Datensatz aus dem Internet mit 1038 .wav-Dateien und einer Gesamtgröße von ca. 13 GB lokal entpackt. Die Crucial MX500 benötigte dafür 2:06 Minuten, die WD Black SN750 2:08 Minuten. In dieser Situation bremst das technisch inzwischen überholte, aber immer noch weit verbreitete .zip-Format, dass nur einen Kern der CPU nutzte.

Anschließend kommt die Vorverarbeitung. Beispielhaft habe ich mit einem selbst geschriebenen Python Skript aus jeder zuvor entpackten .wav-Datei ein MEL-Spektrogram berechnet und wieder auf der SSD gespeichert. Um die Limitierung durch die CPU so wie möglich zu umgehen, habe ich das Skript mit 4 Threads parallelisiert. Mein Core i7 bietet hardwareseitig zwar 8 Threads, die das Skript jedoch leicht bremsten - auch das ist nicht verwunderlich, SMT ist nicht in jeder Situation hilfreich. Die Crucial MX500 erreichte hier 84,2 Tasks/s, die WD Black SN750 98,4 Tasks /s. Hier kann sich die WD Black SN750 erstmalig etwas absetzen, wobei sich mit einer CPU mit mehr Kernen und entsprechend höherer Parallelisierung ein deutlicherer Vorteil für die WD Black SN750 einstellen dürfte.

Zuletzt folgt das Training der KI mit Daten. Beispielhaft wurde der AI Benchmark auf Basis von Python und Tensorflow verwendet [6]. Mit der Crucial MX 500 erreichte die Workstation 17657 Punkte, mit der WD Black SN 750 17739 Punkte. Hier kann sich die WD Black SN750 nicht absetzen. Hier limitieren Prozessor und Grafikkarte, da die Daten während des Trainings vollständig in den (V-) RAM passen und die Daten nicht permanent von der SSD nachgeladen werden.


Temperatur

Die Temperatur der WD Black SN750 pendelt sich im Leerlauf bei knapp unter 40 Grad Celsius ein. Um eine andauernde Last zu simulieren, wurden mit CrystalDiskMark 256 GB Daten geschrieben und wieder eingelesen. Dabei erreichte die SSD maximal 68 Grad Celsius. Eine temperaturbedingte Drosselung konnte ich nicht feststellen. Alle Messungen fanden jeweils ohne einen dedizierten Kühlkörper statt, die Zimmertemperatur betrugt 23 Grad Celsius. Einerseits ist das Gehäuse des Testsystems nur einem 120mm Lüfter bei 700 RPM relativ schwach durchlüftet, andererseits wird die meiste Abwärme über die Wasserkühlung aus dem Gehäuse geführt. Meiner Einschätzung nach benötigt die SSD nur dann einen Kühlkörper, wenn sie häufig lange andauernden Workloads und / oder der Abluft einer Grafikkarte ausgesetzt wird (auf vielen Mainboards sitzen M.2 Slots in unmittelbarer Nähe der PCIe x16 Slots).


Fazit

Ich bin zwiegespalten. Einerseits ist der Lieferumfang der WD Black SN750 1TB spartanisch, andererseits ist die SSD optisch ansprechend, leicht in Betrieb zu nehmen und technisch einwandfrei umgesetzt. Einerseits kann sich die WD Black SN750 in synthetischen Benchmarks deutlich von der Crucial MX500 absetzen, andererseits schwankt der Vorsprung in meinem Arbeitsalltag zwischen mäßig und nicht messbar. Zum Testzeitpunkt kostet die WD Black SN750 mit einem 1TB Speicher knapp 200 Euro, die Crucial MX500 mit 2TB knapp 210 Euro. Wenn ausreichend Platz zur Montage einer SATA-SSD vorhanden ist und Workloads, die explizit von einer NVMe-SSD profitieren, nicht häufig auftreten, rate ich zu mehr Speicher in Form einer großen SATA-SSD. Andernfalls ist die WD Black SN750 eine gute Wahl und muss sich nicht vor der Konkurrenz verstecken.


Links:
[1] https://www.tomshardware.com/reviews/fastest-windows-10-boot-time,5810.html
[2] https://www.gamestar.de/artikel/m2-ssd-mit-nvme-gegen-sata3-m2-nvme-sata-express-vs-sata3-im-vergleich,3313357,seite3.html#spiele-starten-und-save-games-laden
[3] https://ratgeber.pcgameshardware.de/sata-ssd-kaufberatung-test
[4] https://hardwarecanucks.com/storage/crucial-mx300-2tb-ssd-review/9/
[5] https://www.westerndigital.com/products/internal-drives/wd-black-sn750-nvme-ssd
[6] http://ai-benchmark.com