Liebhaber von PCIe-5.0-SSDs benötigen eine aktive Kühlung

Laut Phison werden beide Laufwerke anspruchsvoller und wärmer, sodass High-End-PCIe-Gen-5-SSDs eine aktive Kühlung durch einen Lüfter erfordern.

Unterdessen behauptet das Unternehmen, dass es darauf abzielt, die von seinen Controllern erzeugte Wärme zu reduzieren, da Anwendungen wie Laptops und kleine Desktops großen Kühlern nicht standhalten können.

„Wir tun viele Dinge, um die Stärke der SSD in einem vernünftigen Bereich zu halten“, sagte Sebastien Jean, Chief Technical Officer von Phison, kürzlich in einem Interview. „Aber sicherlich werden SSDs wärmer, genauso wie CPUs und GPUs in den 1990er Jahren wärmer wurden. Wenn wir zu Gen5 und Gen6 wechseln, müssen wir möglicherweise eine aktive Kühlung in Betracht ziehen.“

Um die Kapazität zu verbessern, fügt der 3D-NAND-Flash-Speicher Schichten hinzu oder erhöht die Anzahl der Ladestufen, die in einer einzelnen Zelle gespeichert werden können. Die Erhöhung der Anzahl der Schichten verringert jedoch häufig die physische Größe der Zelle, was sich erheblich auf ihre Kapazität zur sicheren Speicherung von Elektrizität auswirkt (etwas abgemildert durch die Einführung neuer Materialien). Andererseits reduziert die Umstellung von einem dreistufigen auf ein vierstufiges Zelldesign die Anzahl der Programmier-/Löschzyklen (P/E), die eine Zelle überstehen kann, drastisch. Da beide Ansätze zur Erhöhung der Dichte der 3D-NAND-Aufzeichnung koexistieren, verschlechtert sich die Qualität der von diesen NAND-Zellen erzeugten Signale. Infolgedessen müssen SSD-Controller, um mit solchen Signalen umgehen zu können, fortschrittlichere Fehlerkorrekturalgorithmen verwenden. Diese fortschrittlichen Ansätze verwenden LDPC-Algorithmen (Low Parity Density Coding). Da sie oft rechenintensiv sind, haben SSD-Controller in den letzten Jahren an Komplexität und Rechenleistung zugenommen. Da wir ohne diese Algorithmen nicht weiterkommen, werden die Controller kompetenter und wärmer. Hersteller von SSD-Controllern wie Phison verwenden für ihre komplexesten Controller komplexere Herstellungsmethoden. Die Adoptionsrate scheint jedoch langsamer zu sein als die Komplexitätssteigerungsrate, weshalb SSD-Controller für begeisterte und Geschäfts-/Serveranwendungen vorerst weiter an TDP-Leistung (Thermal Design) gewinnen. Temperaturen: 120 Grad Celsius für den Controller, aber nur 70 Grad Celsius für den NAND-IC. Dem Leser ist mit Begeisterung bewusst, dass aktuelle CPUs und GPUs Temperaturen von bis zu 100 Grad Celsius und sogar noch mehr aushalten können (allerdings auf Kosten der Siliziumdegradation, die zuverlässig innerhalb der Spezifikationen arbeitet, aber ihre Übertaktungsfähigkeiten verliert). Dasselbe gilt für SSD-Controller. Diese Typen, die von Auftragsherstellern wie TSMC hergestellt werden, halten laut Phison Temperaturen von bis zu 120 Grad Celsius stand. Die Schwierigkeit besteht darin, dass der Controller die 3D-NAND-ICs auf 120 Grad Celsius erhitzt und sie bei Temperaturen von 75 Grad Celsius und darüber viel weniger zuverlässig werden. Um Datenverluste zu vermeiden, beginnen Controller bei hohen Temperaturen oft mit dem Herunterfahren, wodurch die Leistung verringert wird.

„3D-NAND-Speicher können Temperaturen von 0 ºC (32 ºF) bis irgendwo zwischen 70 ºC und 85 ºC (158 ºF bis 185 ºF) standhalten, je nach NAND-Grad“, sagte Jean, „und mit zunehmender Erwärmung nimmt die Datenspeicherung in NAND ab. […] Wenn die meisten Ihrer Daten sehr heiß geschrieben werden und Sie sie sehr kalt lesen, haben Sie eine große Temperaturänderung. Die SSD kann damit umgehen, was zu mehr Debugging führt. Also geringerer Maximaldurchfluss. Der beste Punkt für SSDs liegt zwischen 25 °C und 50 °C (77 °F bis 122 °F).”

Inzwischen sind nicht alle SSD-Controller kompliziert und ressourcenhungrig; Typische SSDs haben einen angemessenen Stromverbrauch und eine angemessene Temperatur. Sie passen in Laptops und werden in absehbarer Zeit weiter funktionieren. Als zusätzlichen Vorteil verbessern sie die Leistung.

SSDs wechseln oft in einen kritischen Abschaltmodus, wenn die NAND-Temperatur 80 Grad Celsius übersteigt, daher ist die Kühlung für diese Geräte von entscheidender Bedeutung. Im Falle des M.2-Formfaktors haben SSDs zwei natürliche Arten der Kühlung: Leitfähigkeit (über Kupfer-/Goldkontakte am Laufwerk und die Schraube, die sie in dieser Position fixiert) und Konvektion (Wärmeableitung in die Luft). ). Hochleistungs-SSDs zu kühlen reicht jedoch nicht aus, daher sind sie bereits mit großen Wärmeverteilern ausgestattet und benötigen eine aktive Kühlung.

„Ich würde erwarten, Kühler für Gen5 zu sehen“, sagte Jean im Zusammenhang mit High-End-Discs. „Aber am Ende brauchen wir einen Ventilator, der die Luft direkt über den Kühlschrank drückt.“

Da SSDs an Kapazität und Leistung gewinnen, müssen ihre Controller auch an Rechenleistung und Komplexität gewinnen, was in vielen Fällen einen erhöhten Stromverbrauch bedeutet. Entwickler von SSD-Controllern – wie Phison – mindern jedoch den wachsenden Bedarf an Rechenleistung, indem sie dünnere Prozesstechnologien verwenden und die Anzahl von NAND-Kanälen und PCIe-Bändern reduzieren. Während wir von Phison erwarten, dass Mainstream-SSDs kühl genug bleiben, um in Laptops zu passen, sagt er voraus, dass Hochleistungs-SSDs ausgeklügelte lüftergesteuerte Kühlsysteme erfordern.


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