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Western Digital WD Black M.2 NVMe (500 GByte) im Test

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Die WD Black ist ein PCI-Express-basierter Flash-Speicher für M.2-Schnittstellen. Das verspricht deutlich mehr Leistung als SATA-SSDs. Wir testen den Datenspeicher.

Die WD Black siedelt Western Digital im oberen Leistungs- (und Preis-) Segment) an. Der NVMe-Speicher mit M.2-Anschluss ist der Auftakt für unsere Themenwelt rund um SSD-Speicher für PCI-Express. In den nächsten Wochen folgen Tests zu M.2-NVMe von Samsung, Corsair, Adata und weiteren Anbietern sowie Ratgeber und Grundlageninformationen.

Bislang sind folgende Beiträge in der Themewelt erschienen:

Der Grund dafür ist, dass M.2-NVMe-Speicher langsam in vernünftige Preislagen kommen. Bereits um die 100 Euro bekommt man M.2-Speicher mit ordentlich Kapazität, um darauf etwa Windows zu installieren. Parallel dazu halten die notwendigen M.2-Anschlüsse in günstigen Mainboards Einzug, selbst das knapp 55 Euro teure Gigabyte B450M S2H aus unserem Ratgeber „VR-tauglicher Gaming-PC unter 600 Euro” hat eine solchen Steckplatz an Bord.

Der größte Vorteil gegenüber klassischen SATA-SSDs ist dabei der höhere Datendurchsatz. Die SATA-6G-Anschlüsse sind in der Praxis bei etwa 550 MByte/s gedeckelt, die PCI-Express-Anbindung erlaubt um die 3400 MByte/s bei den M.2-NVMe-Geräten. Zudem vermeiden sie potenzielle Probleme, in dem sie die Kabel und Steckverbindungen der SATA-Festplatten unnötig machen.

DIe WD Black von Western Digital.

Da dies der Auftakt unserer Testreihe ist, stellen wir unsere Testmethode im Detail vor. Die M.2-Datenträger testen wir in unserer Testumgebung, das Betriebssystem ist Windows 10. Eine Änderung gibt es zur ersten Version der Testplattform: Statt der offenen Testbench-Umgebung setzen wir auf ein klassisches Midi-Tower-Gehäuse, das DF500 RGB von Antec. Der Grund dafür: NVME-Speicher erwärmen sich im Betrieb und drosseln dann die Leistung. Die offene Testbench-Umgebung war unrealistisch – die Belüftung war zu gut. Die restliche Hardware ist unverändert:

Techstage Testumgebung
Hardware Typ
CPU Intel Core i5-8400
RAM 16 GByte, Corsair Vengeance
Mainboard Gigabyte Z370 Aorus Ultra Gaming.
Grafikkarte Palit Game Rock Geforce GTX 1080TI
Hauptspeicher Toshiba OCZ TR200

Bevor wir in die Benchmarks einsteigen, kurz eine Erklärung der wichtigsten Fachbegriffe:

  • Sequenziell: Daten werden am Stück auf dem Datenspeicher geschrieben oder gelesen. Ein Beispiel dafür ist eine große Videodatei.
  • Zufällig: Daten werden in kleinen Stücken zufällig auf dem Datenspeicher gelesen oder geschrieben. Das ist in den meisten Desktop-PCs und Notebooks die Standardaufgabe beim Dateizugriff.
  • Queue-Tiefe (QD): Dieser Wert gibt an, wie viele Lese-/Schreibbefehle dem Datenträger zum Abarbeiten übergeben werden. Hier können Flash-Speicher gegenüber klassischen Platten-Speichern punkten: Während in der HDD der Lese-/Schreibkopf die Position physisch abfahren muss, bestehen SSDs aus mehreren Speicherelementen, die parallel arbeiten. Eine Queue-Tiefe von 4 bedeutet, dass vier parallele Aufgaben an den Controller übergeben werden. In der Realität ist außerhalb von Server-Systemen eine Queue-Tiefe von 1-4 gängig.
  • Latenz (Latency): Die Zeit, die zwischen Schreib- oder Leseanforderungen vergeht. Je geringer der Wert, desto besser. Vereinfacht gesagt steigt die Latenz mit der Queue-Tiefe.
  • IOPS: Steht für Input/Output Operations per Second und ist einer der maßgeblichen Leistungswerte für Datenspeicher. Je höher der Wert, desto leistungsstärker ist der Speicher.
Das ezFIO-Framwork vereinfacht den komplexen fio-Benchmark deutlich.

Bei den Benchmarks haben wir lange überlegt, welche Tests für unsere Leser einfach nachvollziehbar und zugleich aussagekräftig sind. Beide Punkte erfüllt „fio“. Der Benchmark stammt von Jens Axboe, der am Linux Kernel mitarbeitet und dort für den Block Layer und Block-Geräte zuständig ist. Er schrieb fio, um ihm verschiedene Testszenarien zu erleichtern und stellt den Test als Open Source zur Verfügung. Für unsere Tests nutzen wir fio im Rahmen des Frameworks ezFIO. Entwickelt von Earle Philhower legt sich ezFIO um fio und schafft eine vordefinierte Arbeitslast für Datenspeicher aller Art.

Der Clou dabei: Mit ezFIO lässt sich der eigentlich sehr anspruchsvolle Benchmark einfach unter Windows und Linux nutzen, samt grafischer Oberfläche. Diese macht die Auswahl des zu testenden Datenspeichers einfach, warnt, falls ein Gerät nicht bereit ist und liefert am Ende eine sehr übersichtliche Auswertung des Tests im ODS-Tabellenformat.

Trotz der einfachen Nutzung führt ezFIO einen komplexen (und langen) Test durch. Zu Beginn wird der komplette Datenträger, auf dem keine Partition eingerichtet sein darf, zweimal mit 128 KByte großen Datenblöcken sequenziell aufgefüllt und für den sequenziellen Testlauf vorbereitet. Anschließend folgen sequenzielle Lese- und Schreibtest mit verschieden großen Datenblöcken und unterschiedlicher Queue-Tiefe.

Anschließend bereitet fio den Datenträger für die Zufallstests vor. Dazu wird er zweimal komplett zufällig beschrieben. Es folgen fünf Benchmark-Durchgänge, die die Leistung des Speichers mit 4 KByte großen Dateien messen. Details zu den Tests stehen im User Guide zu ezFIO.

Wichtig für unsere Ergebnisse ist, dass ezFIO reproduzierbare, vergleichbare Ergebnisse auswirft. Das Benchmark-Framework misst dabei sowohl den Durchsatz in MByte/s wie die IOPS und die Latenz.

Benchmark Nummer 2 ist der Crystal Disk Mark 5. Der Test setzt seit Version 4 auf als grafische Oberfläche auf Microsofts Diskspd-Tool auf. Der Benchmark hat den Vorteil, dass er sich mit einer bestehenden Dateipartition nutzen lässt. Das macht den Einsatz einfacher, zudem benötigt er deutlich weniger Zeit.

Crystal Disk Mark führt folgende Tests durch, jeweils lesend und schreibend:

  • Sequential Q32T1: Dateien werden sequenziell gelesen und geschrieben, die Queue-Tiefe ist 32 und die Größe der Blocks ist 128. Der Test liefert die besten Ergebnisse, ist aber in der Praxis wenig relevant, da nur selten so große Dateien als Ganzes vorliegen.
  • 4K Q32T1: 4 KByte große Dateiblöcke werden mit einer Queue-Tiefe von 32 zufällig gelesen und geschrieben. Dieser Test ist deutlich näher an den Alltagsaufgaben eines PCs, da er viele kleine Dateien von unterschiedlichen Orten auf dem Speicher werden.
  • Sequential: Dieser Test liest und schreibt erneut sequenziell, allerdings sind die Dateiblöcke 1 MByte groß und es wird nur ein einzelner Thread genutzt.
  • 4K: 4 KByte große Dateiblöcke werden in einer einzigen Queue und einem einzigen Thread zufällig gelesen und geschrieben. Dieser Test liefert normalerweise die schlechtesten Werte, er ist das Worst-Case-Szenario für einen Datenspeicher.

Für den Test nehmen wir verschieden große Testdateien (1 GByte, 50 MByte und 16 GByte) um unterschiedliche Szenarien zu zeigen. Jeder Test besteht aus neun Durchläufen.

Im fio-Benchmark liefert die 500 GByte große WD Black, Modell WDS500G2X0C-00L350 von 2018, eine durchschnittliche IOPS-Leistung von 24.102 IOPS. Damit liegt sie knapp 8000 IOPS über der SATA6-SSD Samsung 860 EVO, die wir als Vergleich mit in den Test aufgenommen haben.

Ergebnisse IOPS
Datenspeicher Durschnittliche IOPS
Corsair Force MP510 (960 GByte) 36.027
Samsung 970 Evo Plus (250 Gbyte) 27.011
WD Black (500 GByte) 24.102
Samsung 970 Evo (250 GByte) 21.269
Samsung 860 EVO (250 GByte) 16.636

Interessant ist, dass die IOPS im gemischten zufälligen 4K-Zugriff (70 Prozent Lesen, 30 Prozent schreiben) bei einer Queue-Tiefe von 4 in unserem Test ihren Höhepunkt erreichen. Hier liegen sie bei 33.195 IOPS und damit weit über dem Durchschnitt.

Inunserem Benchmark erreicht die WD Black bei einer QD von 4 überdurchschnittlich hohe IOPS.

Bei der Latenz schlägt sich der M.2-Speicher von WD ordentlich, erst bei extremen Queue-Tiefen von 128 und 256 (die auf Desktop-Systemen wahrscheinlich nie erreicht werden), steigt die Latenz massiv an.

Wer selbst in die Daten einsteigen möchte, das Ergebnis samt der Rohdaten haben wir hier als Google-Doc hinterlegt.

Die Werte im Crystal Disk Mark 5 zeigen sehr gut, dass die beworbenen 3,4 GByte/s von der WD Black zwar erreicht werden, allerdings nur unter optimalen Bedingungen mit sequenziellen Dateien. Im Vergleich mit der Samsung 860 EVO zeigt sich aber auch, dass die M.2-NVMe bei den wichtigen 4K-Werten vor allem beim Schreiben deutlich flinker ist, als die SSD. Der Vollständigkeit halber haben wir eine 2 TByte große klassische 2,5-Zoll-HDD von Seagate mit aufgenommen. Hier sieht man sehr schön, wie viel mehr Leistung die SSD und die M.2-NVMe bringen.

Ergebnisse Crystal Disk Mark 5, WD Black
WD Black (500 GByte, M.2)
9 x 1 GByte 9 x 50 MByte 9 x 16 GByte
Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s)
Sequenziell, Q32T1 3436 2455 3425 1793 3467 2589
4K, Q32T1 331,3 225,9 337,5 224 348,9 229,4
Sequenziell 2386 2338 1930 1476 1812 2556
4K 43,58 123,7 33,21 123,6 33,13 127,1
Vergleich: Samsung 860 SSD (SATA6)
Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s)
Sequenziell, Q32T1 561,5 532 561,7 426,1 561,6 531,3
4K, Q32T1 231,7 217,5 232 218,1 231,4 218,5
Sequenziell 541,9 515,5 541,9 418,6 542,9 515,4
4K 46,22 96,09 42,23 96 46,49 96,46
Vergleich: Seagate FireCuda (HDD, 5400 RPM, SATA6)
Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s) Lesen (MByte/s) Schreiben (MByte/s)
Sequenziell, Q32T1 129,1 120,8 132 123,7 155,5 104,3
4K, Q32T1 1,469 1,471 1,22 1,259 19,89 1,708
Sequenziell 128,8 126,4 130 124,6 168,6 116,2
4K 0,566 1,418 0,711 1,174 16,45 1,965
Western Digital WD Black NVMe SSD 2018    250GB, M.2 (WDS250G2X0C)

WD Black, 250 GByte

Western Digital WD Black NVMe SSD 2018    500GB, M.2 (WDS500G2X0C)

WD Black, 500 GByte

Western Digital WD Black NVMe SSD 2018   1TB, M.2 (WDS100T2X0C)

WD Black, 1 TByte

Die WD Black macht einen guten Gesamteindruck. Die Leistung der NVMe liegt gerade bei den realistischen zufälligen Zugriffen über der von SSDs. Naturgemäß ist es beim ersten Gerät einer Testserie unrealistisch, allgemeine Aussagen über die Leistung im kompletten Testfeld zu treffen. Entsprechend werden die IOPS-Tabelle sowie die Aussagen zur Leistung der WD Black im Rahmen der nächsten Tests weiter aktualisieren.

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