SSD-Wärmeentwicklung: CTO von Phison äußert sich zu luftgekühlten SSDs

SSD-Speicher wird immer schneller und leistungsfähiger. Mit zunehmender Leistung wird aber auch das Thema der Wärmeentwicklung, beziehungsweise der effektiven Kühlung, immer wichtiger. Im Zuge dessen äußerte sich Sebastien Jean, Chief Technical Officer des SSD-Controller-Herstellers Phison im eigenen Blog zu den neuen Herausforderungen im Bereich der SSD-Kühlung.

Aktive SSD-Kühlung könnte schon bald unabdingbar werden

Als die SSDs in den frühen 2000er Jahren langsam aber sicher klassische HDD-Lösungen abzulösen begannen, war die niedrigere Leistungsanforderung in Kombination mit der signifikant niedrigeren SSD-Wärmeentwicklung ein netter Nebeneffekt. Mittlerweile haben sich die Speicherlösungen aber stark weiterentwickelt, während aktuelle Gen 5-SSDs Geschwindigkeiten von 12 GB/s und mehr realisieren.

Damit verbunden geht auch eine stärkere Wärmeentwicklung einher und aktuelle M.2 NVMe-SSDs neigen schnell zum Überhitzen. Phisons CTO Sebastien Jean sieht darin eine zusätzliche Herausforderung und geht davon aus, dass aktiv gekühlte SSDs schon bald ein Thema sein werden. Das verriet er nun in Interviews mit MSI Insider und StorageReview.

Jean geht davon aus, dass spätestens mit dem Wechsel zu Gen6 eine aktive Kühlung unabdingbar werden dürfte. „Da sich die Geschwindigkeit mit jeder neuen Generation erhöht, wird unsere Herausforderung darin liegen, die Wärme zu managen“, so der CTO.

M.2 PCIe Gen5 ist so ziemlich das Limit dessen, was möglich ist und das Interface oder die Verbindung wird zum Bottleneck für zukünftige Geschwindigkeiten.

Er geht davon aus, dass SSDs sich in den kommenden Jahren ähnlich weiterentwickeln werden wie CPUs und GPUs und dass dadurch irgendwann eine aktive Kühlung notwendig wird. Aktuelle High-End-SSDs nach PCIe Gen4-Standard werden bereits jetzt teilweise mit einem Kühlkörper bestückt, um die Wärmeentwicklung einzudämmen. Spätestens mit der Verbreitung des neuen Gen5-Standards könnte eine aktive Kühlung jedoch zwingend notwendig werden.

Phison plant verschiedene Ansätze

Bei Phison begegnet man der zusätzlichen Leistungsaufnahme von PCIe-5.0-SSDs, die gegenüber Gen4 mit 14 GB/s die doppelte Geschwindigkeit erreichen, auf verschiedene Art und Weise. Einerseits erwägt man, in der Fertigung vom 16-Nanometerverfahren auf 7 nm umzusteigen, um somit höhere Frequenzen mit einer niedrigen Spannung zu ermöglichen.

Eine weitere Möglichkeit sieht Jean in der Reduktion der NAND-Kanäle, die von der SSD genutzt werden. Das sei schon heute aufgrund technischer Innovationen wie einem verbesserten ONFI-Bus-Tempo möglich.

Schnellere NAND-Schnittstellen machen es inzwischen möglich, PCIe 4.0 und sogar PCIe 5.0 mit vier statt acht Speicherkanälen auszureizen. Eine Reduktion der Kanäle böte das Potenzial für eine Senkung der Leistungsaufnahme einer SSD von „typischerweise 20 bis 30 Prozent“.

Der kommende PCIe-5.0-SSD-Controller von Phison, namentlich der Phison E26, wird derzeit bereits bei TSMC gefertigt und setzt weiterhin auf ein 12-nm-Fertigungsverfahren, sowie acht NAND-Kanäle. Die Überlegungen des CTOs sind also eher Zukunftsmusik.

Zusätzliche Möglichkeiten und ein neuer Anschluss

Aktuelle M.2-SSDs bieten laut Jean aber zwei weitere Möglichkeiten der Wärmeableitung, abseits von Kupferfolien und Kühlkörpern. Bereits der Anschlusspin bei der Verbindung zum Board könne Abhilfe schaffen, wenngleich er laut Jean nicht super-effizient ist, aber „einen Beitrag leistet“.

Viel wichtiger ist seines Erachtens aber die kleine Schraube, die ein M.2-Modul befestigt, die „70 Prozent des Pfades zur Wärmeableitung von der SSD zum Mainboard“ darstellt. Dass mittlerweile einige günstigere SSD-Module auf eine metallische Schraube verzichten und auf eine Plastikhalterung setzen, sieht Jean als kritisch an. Immerhin wird hier auf einen wichtige Grundpfeiler im Bereich der Wärmeabfuhr verzichtet.

Außerdem plädiert Phisons CTO für einen neuen Steckertyp, um der immer weiter steigenden Leistung und damit verbundenen Wärmeentwicklung von SSDs Herr zu werden. Neue Verbindungsmöglichkeiten jenseits des M.2-Standards befänden sich bereits in Entwicklung und sollen „in den nächsten Jahren erscheinen“. Für Jean wäre das vielleicht die einzige Möglichkeit, aktive Luftkühler auf Consumer-SSDs zu umgehen.

Der MSI PCIe 5.0-Prototyp kommt auch im AiC-Format. (Bild: MSI)

Das Thema Wärmeentwicklung dürfte auch ein wichtiger Faktor des neuen MSI PCIe 5.0 Spatium SSD-Prototyp mit Phison E26-Controller gewesen sein, für das der Hersteller auf das als ausgestorben gegoltene Add-in-Kartenformat zurückgreift.