SSD mit Wasserkühlung: Corsair MP600 Pro Hydro X im Test

[HWL News Bot]

Macht eine Wasserkühlung für eine SSD Sinn? Im Nachgang zum ausführlichen Test der neuen MP600 Pro von Corsair wollen wir uns noch dieser Frage widmen, denn neben der Core- und Pro-Variante mit dem obligatorischen Luftkühler bietet Corsair das aktuell schnellste SSD-Modell aus eigenem Hause auch mit einem vorinstallierten Wasserkühler an. Ob und wann dies Sinn macht, schauen wir uns nun an.
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[KaerMorhen]

Ob sich im Inneren auch Mikrokanäle befinden, ist nicht bekannt.

Wie jetzt, musste das Testobjekt wieder zurück zu Corsair? Dachte Ihr würdet das erstmal entzwei teilen um nachzusehen
Wieso nicht den Artikel mit der MP600 Pro zusammenlegen und ein extra dazu?

 

[Mo3Jo3]

Nicht wirklich messbar ist, ob eine wassergekühlte SSD hinsichtlich der Haltbarkeit des Flash-Speichers Vorteile bietet.

Ich hätte mir diesbezüglich einen Hinweis oder mehr Infos im Artikel gewünscht.

Dass zu niedrige Temperaturen schlecht für die Zellen sind, sollte man mal erwähnen.

JEDEC rates client SSDs with an operating temperature of 40C. If you force the flash down to room temperature(25c), then with the same amount of writing (done at that lower temperature) the end of life data retention time will be cut in half. An M.2 SSD without a heatsink will naturally rise above ambient. Same goes for heatspreaders/ heatspreading labels.

Aber auch bezüglich zu hoher Temperaturen der NANDs gibts mittlerweile ein paar Erkenntnisse.

Flash Memory and Data Retention | Curtiss-Wright Defense Solutions

The electrical charge stored in a flash memory cell degrades over time, and will degrade much faster at extended temperatures.

www.curtisswrightds.com

 

[KaerMorhen]

Ich hätte mir diesbezüglich einen Hinweis oder mehr Infos im Artikel gewünscht.

Dass zu niedrige Temperaturen schlecht für die Zellen sind, sollte man mal erwähnen.


Aber auch bezüglich zu hoher Temperaturen der NANDs gibts mittlerweile ein paar Erkenntnisse.

Flash Memory and Data Retention | Curtiss-Wright Defense Solutions

The electrical charge stored in a flash memory cell degrades over time, and will degrade much faster at extended temperatures.

www.curtisswrightds.com

Also ist wieder einmal zu kühl und zu warm nicht gut^^

Abgesehen von dem unverschämten Preis. Corsair verkauft teure Optik, also alles wie zuvor.

 

[DragonTear]

Dass zu niedrige Temperaturen schlecht für die Zellen sind, sollte man mal erwähnen.

Hmm, ich finde dazu das hier als Quelle: https://www.reddit.com/r/hardware/comments/8zha8n/ask_gn_90_m2_heatsinks_kill_ssds_is_amd_losing/
Würde ich jetzt noch nicht als absolut sicher annehmen.
Eigentlich ist bei Bauteilen generell, solang über Raumtemperatur, desto kühler desto besser.

 

[KaerMorhen]

Gamers Nexus sabbelt mir zu schnell und nuschelt immer so. ^^

 

[Mo3Jo3]

Hmm, ich finde dazu das hier als Quelle: https://www.reddit.com/r/hardware/comments/8zha8n/ask_gn_90_m2_heatsinks_kill_ssds_is_amd_losing/
Würde ich jetzt noch nicht als absolut sicher annehmen.
Eigentlich ist bei Bauteilen generell, solang über Raumtemperatur, desto kühler desto besser.

Jedec hat zur retention Time Tabellen veröffentlicht, auch bezüglich der Lagertemperaturen (power off). Eine solidere Quelle kann ich dir nicht bieten.

https://www.jedec.org/sites/default/files/Alvin_Cox%20%5BCompatibility%20Mode%5D_0.pdf

The Truth About SSD Data Retention

www.anandtech.com

Edit:
Die ursprügliche Zitat kommt von Allyn Malventano und wurde glaube ich erstmalig hier erwähnt.

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edit2:

Eigentlich ist bei Bauteilen generell, solang über Raumtemperatur, desto kühler desto besser.

Ich meine gelesen zu haben, dass bei Nands die isolierenden Membrane schneller verschleißen, wenn bei niedrigen Temps geladen (geschrieben) werden.

 

[pillenkoenig]

halten SSDs im privatgebrauch nicht sowieso ungefaehr ewig?

 

[Holt]

Eigentlich ist bei Bauteilen generell, solang über Raumtemperatur, desto kühler desto besser.

Für SSDs bzw. NAND gilt dies aber nur bzgl. der Herhaltung der Daten wenn sie stromlos gelagert werden. Die Isolierschicht die die Elektronen in den Zellen hält, wird nämlich umso durchlässiger ja wärmer sie ist, was bei der Lagerung bedeutet, dass die Elektronen umso schneller entweichen, je wärmer die NANDs gelagert werden. Aber es gibt noch eine andere Seite, nämlich das Schreiben und Löschen, dabei müssen ja Elektronen durch diese Isolierschicht gezwungen werden und je kälter sie dann ist, umso mehr verschleißt sie dabei und umso weniger P/E Zyklen werden die NANDs am Ende aushalten. Daher wird von der JEDEC in der JESD218 ja auch die Betriebstemperatur angegeben, 40°C bei Client und 55°C bei Enterprise SSDs.

Für NAND gilt also klar, dass es bei der Lagerung möglichst kalt und im Betrieb möglichst warm sein sollte, alles natürlich innerhalb vernünftiger Grenzen, die man dem Datenblatt entnehmen können sollte. Vorsicht auch mit Kondenswasser, sollte jemand nun auf die Idee kommen SSDs oder USB Sticks im Gefrierfach lagern zu wollen.

 

[Spackibert]

halten SSDs im privatgebrauch nicht sowieso ungefaehr ewig?

Korrekt

 

[DerSpatz]

Wäre es sinnvoll, eine wassergekühlte SSD dann als letztes vor den Radiator in den Loop zu hängen? So würde sie doch durch das aufgewärmte Wasser in einem guten Temperaturbereich für die NAND-Chips betrieben werden.

 

[KaerMorhen]

Wäre es sinnvoll, eine wassergekühlte SSD dann als letztes vor den Radiator in den Loop zu hängen? So würde sie doch durch das aufgewärmte Wasser in einem guten Temperaturbereich für die NAND-Chips betrieben werden.

Sollte überall im Loop etwa gleich warm sein +- 2 Grad? Guter Heatsink langt bei normalem Airflow im Case .. yay es regnet Anglizismen^^

 

[DerSpatz]

yay es regnet Anglizismen^^

Wie talkst du mit mir? Attack mich mal nicht von der side of life!

 

[Vista]

also mir reicht da der aqua computer kryom mit wasserblock

 

[Axident]

Also wenn ich die Test richtig gelesen habe, dann sind die niedrigen Temps nur für die Haltbarkeit der Daten im ausgeschalteten Zustand von Interesse, nicht die Haltbarkeit der SSD im laufenden Betrieb. Im Gegenteil. die Haltbarkeit im laufenden Betrieb steigt bei niedrigeren Temps:

Flash Memory and Data Retention | Curtiss-Wright Defense Solutions

The electrical charge stored in a flash memory cell degrades over time, and will degrade much faster at extended temperatures.

www.curtisswrightds.com

Da mein System praktisch nie aus ist, habe ich den Test mit den Hydro X-Kühlern auf zwei 970Pro mal gewagt. Da die Teile eben auch einzeln für unter 40 Euro erhältlich sind, so what? Von den 970 Pro rücke ich nicht ab, weil die ganzen neuen M.2 zwar mit ihrem Cache schön schnell sind, aber wenn ich 512GB auf einmal kopiere, dann zieht eine 970Pro davon! Und dieses Anwendungszenario ist leider das, wo ich die meiste Zeit verliere, wenn die SSD langsam ist.
Da bei meinen SSDs die Label runter sind, habe ich die Kühlpads umgeordnet. Unten machen die Pads bei einseitigen Platinen wenig Sinn, zumal das Blech auch keine Wärme auf das Kupfer überträgt, also SSD auf das Blech, 2mal 1mm + 0,5mm Pad oben drauf. Dadurch sollte ich die Betriebstemp auf gut 30°C bei 25°C Wassertemp steigern. Hat geklappt... unter Dauer-Vollast bin ich bei max 44°C bei 30°C im Idle.... Top!!!

Der Spaß ist aber wirklich nur was für Leute, die alle Wärme via Wasser aus dem Gehäuse und von der Platine wegbekommen wollen. Die Leistung ist so vergleichbar mit meinen alten Kryo M.2 von Aquacomputer (Luft - KEIN Wasser). Nur auf dem DarkHero muss ich auf die Mainboard-M.2-Anschlüsse gehen, weil zu wenige PCIe Plätze, bzw dann unsinnig verteilte PCIe-Lanes.

 

[Holt]

Im Gegenteil. die Haltbarkeit im laufenden Betrieb steigt bei niedrigeren Temps:

Nein, denn die Isolierschicht der NAND Zellen wird umso durchlässiger je wärmer sie ist, weshalb zwar die offline gelagerten NANDs ihre Daten schneller verlieren, aber dafür leidet diese Isolieschicht im Betrieb umso mehr wenn beim Schreiben und Löschen die Elektronen da durchschossen werden. SSDs sollten also im Betrieb möglichst warm sein, naütrlich innerhalb der Spezifikationen die i.d.R. maximal 70°C Betriebstemperatur vorsehen und der Controller hat die Daten dann zu refreshen um Datenverlust zu verhindern. Umgekehrt sollte SSDs möglichst kühl gelagert werden, vorsicht mit Kondenswasser sollte man dies übertreiben, damit sie die Daten nicht verlieren. Auf dem Heizungsrohr würde ich sie also nicht unbedingt lagern.

Dadurch sollte ich die Betriebstemp auf gut 30°C bei 25°C Wassertemp steigern. Hat geklappt... unter Dauer-Vollast bin ich bei max 44°C bei 30°C im Idle.... Top!!!

Die JEDEC JESD218 sieht für Client SSDs eine Betriebstemperatur von 40°C vor und zumindest die seriösen SSD Hersteller sollten die spezifizierten P/E Zyklen der NANDs auf Basis dieses Standards berechnen.

 

[Axident]

Die JEDEC JESD218 sieht für Client SSDs eine Betriebstemperatur von 40°C vor und zumindest die seriösen SSD Hersteller sollten die spezifizierten P/E Zyklen der NANDs auf Basis dieses Standards berechnen.

Samsung 970 PRO | Consumer SSD | Specs & Features | Samsung Semiconductor Global

Samsung 970 PRO delivers PCIe Gen 3.0 x4, NVMe 1.3 interfaces, M.2 form factor and 512GB, 1TB capacities. Download 970 pro firmware, driver, and more.

www.samsung.com

• RELIABILITY (MTBF)​

  
  1.5 Million Hours Reliability

• OPERATING TEMPERATURE​

  
  0 - 70 ℃

vergleiche: Mit Wakü idle ~30°C, Vollast 44°C bei ~25°C Wassertemp.
Ich bewege mich also bei Samsung und 970Pro exakt in der Mitte des Fensters für die angegebene Betriebstemp.

solange mir niemand erklärt, woraus diese "Isolationsschicht" besteht, wenn nicht dotiertem Halbleitermaterial (Edit: es ist Siliziumdioxid SiO2) und die Umkehrung der Tatsache, dass Diffusionsprozesse schneller ablaufen, wenn es wärmes ist (was einem Nobelpreis gleich käme) in Kombination mit treibenden Kräften in Form von elektrischen Potentialen, wird aus der "20°C und Kühler zerstören eine M.2 - Hypothese" nichts. Alledings müsste "Durchlässig" und "Durchschießen" hier deutlich genauer erklärt werden, denn Elektronen tunneln in Halbleitern (Edit: und durch die SiO2-Schicht), weil (im Bändermodell gesprochen) das Valenzband und das Leitungsband durch eine Verbotene Zone getrennt sind, die allerdings nicht zu groß ist, dass man von einem Isolator sprechen kann (Edit: gilt auch für die Isolationsschicht, da die Isolationsschicht des SiO2 durchtunnelt wird). Hier wird also nichts "Durchschossen", egal, welches Leitungsprinzip gerade Anwendung findet.
(Edit: Durchschossen von Elektronen gibt es auch, wir reden dann aber von sogenannter Beta-Strahlung. Sowas spielt in der Nähe von radioaktiven Elementen, die Beta-Strahler sind, eine Rolle, oder bei Elektronik, die durch den Van Allen Gürtel fliegen muss, also Elektronik in Raumfahrzeugen)

 

[Holt]

Dir ist aber schon klar was die MTBF aussagt? Es ist eine Angabe zur Zuverlässigkeit, also zur Ausfallquote und keine zur Lebensdauert und dazu noch ohne die an Anfang bei technischen Geräten immer etwas höhere Ausfallwahrscheinlichkeit und nur für die geplante Nutzungsdauer die in aller Regel 5 Jahre beträgt.

Gibt der Hersteller z.B. 2 Millionen Stunden MTBF/MTTF an und
- Hat man 2 Millionen der Geräte in einem System, kann man jede Stunde einen Fehler / Ausfall erwarten.
- Hat man nur 2000 Geräte, so wird etwa alle 1000 Stunden eine Fehler auftreten, also so alle 43 Tage.
- Hat man nur eines, wär ein Fehler nach spätestens 2 Millionen Stunden oder 228 Jahren zu erwarten, nur ist dann die Lebensdauer schon lange überschritten und damit ist die MTBF/MTTF bei so wenigen Geräten nicht aussagekräftig und mithin irrelevant.

Warum man sie die MTBF nicht in eine Lebenserwartung umdeuten kann, zeigt ein kleines Beispiel: Ein durchschnittlicher Mitteleuropäer von 46 Jahren mit einem BMI von 27, Nichtraucher und mäßiger Konsument von Alkohol hat eine statistische Sterberate von 1,8 Todesfällen pro 1000 solcher Personen. Damit rechnen die Versicherungen und daraus ergibt sich eine MTTF von 1000(Personen) * 365 (Tage/Jahr) * 24 (Stunden/Tag) / 1,8 (Personen, die Ausfälle pro Jahr) = 4,867 Millionen Stunden, was 555 Jahren entspricht.

So alt wird aber offensichtlich keiner, die Lebenserwartung liegt in Deutschland bei etwa 81 Jahren, also nur etwa 0,71 Millionen Stunden.

Für den Rest google einfach mal, ich mir hier schon genug Mühe gegeben, wer es nicht glauben will, der lässt es halt.

 

[Axident]

Du redest an meinen Argumenten vorbei. Macht aber nichts. Die Zeit wird den Beweis, oder Gegenbeweis liefern. Ich habe hier jedenfalls keinen einzigen wissenschaftlichen Grund genannt bekommen, warum bei 30°C Betriebstemperatur meine M.2 einen plötzlichen und schnellen Tod erleiden wird, was ich hätte verhindern können, wenn ich sie gemütlich bei deutlich höheren Temps hätte werkeln lassen.

 

[Holt]

Ich habe hier jedenfalls keinen einzigen wissenschaftlichen Grund genannt bekommen, warum bei 30°C Betriebstemperatur meine M.2 einen plötzlichen und schnellen Tod erleiden wird

Den Aufbau einer NAND Zelle und den Grund warum NAND nur eine bestimmte Anzahl an P/E Zyklen aushalten, kannst du ergooglen und solltest dies auch machen, da ja meine Erkläsung offenbar nicht reicht und von einem "plötzlichen und schnellen Tod" war nie die Rede, nur davon das die NANDs eben weniger P/E Zyklen aushalten, wenn sie kühler betrieben werden und die seriösen Hersteller ihre Berechnung der spezifizierten P/E Zyklen eben aufgrund der JEDEC Vorgabe von 40°C Betriebstemperatur machen. Die Zeit bis dies bewiesen ist, dürfte sehr lang sein und der Zeitpunkt vermitlich nie kommen, denn Heimanwender schaffen es meist nur einen Bruchteil der spezifizien P/E Zyklen aufzubrauchen, bis sie die SSD gegen eine größere, neuere und meist schnellere ersetzen, außerdem haben die NVMe SSDs in aller Regel sowieso keinen Zähler für die P/E Zyklen mehr, sondern nur noch die Angabe wie viel Prozent der spezifizien P/E Zyklen noch übrig sind.

 

[Axident]

Jeder Prozess ist hier nachvollziehbar. Die Energie, die für den Tunneleffekt nötig ist, stammt aus der thermischen Energie. Die W'keit (=Wahrscheinlichkeit), dass Ladungsträger im Halbleiter ins Leitungsband geraten und nicht ortsfest (nicht mehr an die Atomrümpfe gebunden) sind, ist temperaturabhängig und mit einfacher Mathematik erklärbar. Wer also zwei e-Funktionen addieren, und mit einem einfachen Bruch hantieren kann, der braucht nur noch die geistige Transferleistung diese Mathematik auf eine einfache Wellengleichung zu übertragen. In der Summe war das die große geistige Leistung von Planck, Heisenberg, Schrödinger... Einstein... die Liste ist nicht vollständig. Der Tunneleffekt ist jedoch nicht nur für die Leitung der Ladungsträger innerhalb der dotierten Halbleiterschichten einer Flash-Zelle verantwortlich, sondern auch um über die isolierende Siliziumdioxidschicht einen Strom zu übertragen, der das Floating Gate abseits der Schreibvorgänge isoliert und so über ihr Potential die Information speichert. Ist es kälter, sind bei gleicher Spannung, die die Niveaus der Energiebarrieren definiert, statistisch weniger Ladungsträger in der Lage zu tunneln als bei hoher Temp. Das erklärt, warum bei höherer Temp das Floating Gate mit mehr Ladungsträgern geladen wird, als bei kalten Temps. Das "Altern" der Daten ist nun ein Ergebnis davon, dass die Ladungsträger leider auch, zwar mit deutlich niedrigerer W'keit, durch die Oxidschicht tunneln und so das Floating Gate wieder über die Zeit seinen Ladungszustand verliert. Ist es nun kälter (=Lagerung der SSD im ungenutzten Zustand) bleiben die Daten länger erhalten, als wenn es warm ist. Alles richtig! Wenn ich die SSD bei kälteren Temps betreibe, ist es auch nachvollziehbar, dass bei einem Schreibvorgang ebenfalls das Floating Gate weniger stark geladen wird, was dann im Off-Zustand ebenfalls die Zeit schmälert, was die "retention time" der Daten angeht.

Zusammenfassung: wenn ich bei höheren Temperaturen eine SSD beschreibe und danach bei kalten Temperaturen lagere, dann halten die Daten am längsten.

Zur Alterung der Flash Zelle: hier kann ich mir nur einen Prozess vorstellen, der die Zelle über die Zeit zerstört: Diffusion im Festkörper. Dieser Prozess ist nun wiederum von 2 Faktoren abhängig; Temperatur und elektrochemisches Potential. Ist die Temperatur hoch, können sich Mischkristalle, die sich in einem metastabilen Zustand befinden, also eigentlich nicht stabil sind, sondern nur "eingefrohren" entmischen. Gleiches gilt für Fremdatome und Leerstellen, die bei höheren Temps mobiler werden (bezogen auf die Dotierung von Halbleitern). Siliziumdioxid als Isolationsschicht des Floating Gate ist definitiv kein Material einer Atomsorte, sondern Silizium und Sauerstoff (SiO2), die ein definitiv nicht perfekten Kristall abgeben (sind makroskopisch gesehen amorph, aber für Kleinstrukturen gerade für die Betrachtung der Brillouin Zonen gilt die Si02-Kristallstruktur). Fehler in Kristallen können allerdings auch dazu führen, dass Diffusionsprozesse noch schneller ablaufen, weil die Spannungsfelder als quasi-Leiterbahnen für Atomrümpfe dienen. Beispiel: Das passiert ganz schlimm mit Wasserstoff in hochlegierten Stählen. Stähle sind kein reines Eisen, in dem die Diffusion von Protonen recht langsam ist. Stähle haben durch Schmieden eine extreme Versetzungsdichte, gleichbedeutend die Dichte der Spannungsfelder erhöht, ein Abscheren eines Kristalls also enorm erschwert. Stähle haben auch Fremdatome in der richtigen Konzentration inne (Kohlenstoff), die gewisse Strukturen schafft, die die Spannungsfelddichte weiter erhöht. Genau in diesen Spannungsfeldern kann sich aber bei der Diffusion Wasserstoff schnell bewegen und die Spannungsfelder durch sein eigenes Potential schwächen. Folge: Kugellagerstahl wird brüchig, Windkraftanlagenlager versagen, Stehbolzen, die einen Zylinderkopf am Block festhalten brechen... etc. Dieser Prozess mit anderen Atomsorten findet nun auch in der Siliziumdioxidschicht unseres Floating Gates in der Flash Zelle statt, ob nun direkt in der Kristallstruktur oder an den Rändern der Kristalle, die die amorphe makroskopische Struktur wiedergeben. Und auch hier ist es so, je wärmer, desto schneller die Diffusion, desto schneller ist die Siliziumdioxid-Schicht "kaputt". Die Mobilität von Atomrümpfen ist also besser, je höher die Temp ist, getrieben wird das ganze durch ein elektrochemisches Potential und dieses ist auch der Grund, warum bei vielen Schreibvorgängen die SSD leidet, weil durch die äußere Spannung genau dieses Potential beeinflusst wird und die Richtung der Diffusion, wie auch die Geschwindigkeit bedingt. Welcher Prozess soll also diesen Sachverhalt genau umdrehen, dass die Schicht länger hält, wenn es wärmer ist?