QLC-NAND-SSDs: Warum deine „schnelle“ Festplatte beim Kopieren abstürzt

Ich wollte neulich ein 120 Gigabyte großes Videoprojekt auf meine brandneue externe SSD schaufeln. Die ersten Sekunden sahen grandios aus: Das Kopierfenster zeigte stramme 3.500 Megabyte pro Sekunde. Doch nach knapp 30 Gigabyte sackte die Übertragungsrate urplötzlich ab. Erst auf 200 MB/s, kurz darauf auf mickrige 65 MB/s. Das ist langsamer als eine zehn Jahre alte mechanische Festplatte.

Der Grund für diesen Einbruch heißt QLC-NAND (Quad-Level Cell). Was auf dem Papier nach moderner Speichertechnik klingt, erweist sich in der Praxis oft als Mogelpackung für Vielschreiber.

Die Werbe-Lüge synthetischer Benchmarks

Hersteller werben auf ihren Verpackungen stolz mit Transferraten im Gigabyte-Bereich. Das Problem daran: Diese Zahlen stammen aus synthetischen Testprogrammen wie CrystalDiskMark. Solche Tools schreiben in extrem kurzen Testläufen meist nur winzige Dateien (1 bis 2 GB) hin und her.

Synthetische Benchmarks messen nicht die echte Dauerleistung der Speicherzellen, sondern lediglich den künstlich vorgeschalteten Pufferspeicher. Erst bei echten Arbeitslasten – großen Videodateien, RAW-Fotosammlungen oder gigantischen Spiele-Updates – zeigt der Speicher sein wahres Gesicht.

Die Physik dahinter: 16 Spannungsstufen pro Zelle

Um mehr Speicher auf immer kleineren Silizium-Flächen unterzubringen, teilen Ingenieure eine einzelne Speicherzelle in immer mehr Ladungsstufen auf:

• SLC (Single-Level Cell): 1 Bit pro Zelle = 2 Zustände (An/Aus). Extrem schnell und unkaputtbar.
• TLC (Triple-Level Cell): 3 Bit pro Zelle = 8 Zustände. Der aktuelle Goldstandard für faire Preise und hohe Leistung.
• QLC (Quad-Level Cell): 4 Bit pro Zelle = 16 verschiedene Spannungsstufen ($V_{th}$).

Weil eine QLC-Zelle 16 feinst abgestufte Spannungszustände exakt unterscheiden muss, wird das Schreiben extrem aufwendig. Der Controller tastet sich mit winzigen Spannungsimpulsen (Incremental Step Pulse Programming) an das korrekte Niveau heran. Er liest nach, korrigiert nach und wiederholt das bis zu 20 Mal pro Zelle. Das kostet immens viel Zeit – die native Schreibgeschwindigkeit bricht physikalisch bedingt ein.

Der Trick mit dem Pseudo-SLC-Cache

Da nativer QLC-Speicher extrem träge ist, nutzen Hersteller einen Software-Kniff: Sie reservieren einen Teil des freien Speichers und steuern ihn vorübergehend wie schnellen SLC-Speicher an. Jeder Zelle wird dabei erst einmal nur ein einziges Bit aufgedrückt.

[Eingehende Daten] ---> [Pseudo-SLC-Puffer (VOLL)]
                                |
                                v
[Controller muss gleichzeitig Puffer leeren & QLC beschreiben]
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                                v
[Schreibgeschwindigkeit bricht auf ~60 MB/s ein]

Sobald dieser Puffer bei großen Datenmengen vollgeschrieben ist, gerät der Speicher-Controller in ein Nadelöhr. Er muss die bereits gepufferten Daten ins langsame QLC-Format komprimieren und gleichzeitig die weiter neu eingehenden Daten vom PC verarbeiten. Der Controller bedient zwei rechenintensive Aufgaben parallel – die Geschwindigkeit stürzt ab. Je voller die SSD insgesamt wird, desto kleiner fällt dieser Puffer ohnehin aus.

Speicher-Architekturen im Vergleich

Speicher-Typ	Bits pro Zelle	Spannungsstufen	Dauerschreibrate (ohne Cache)	Haltbarkeit (TBW pro TB)
SLC	1 Bit	2 Ebenen	Maximum (mehrere GB/s)	ca. 10.000 TBW
TLC	3 Bits	8 Ebenen	~ 500 bis 1.500 MB/s	ca. 600 TBW
QLC	4 Bits	16 Ebenen	~ 40 bis 100 MB/s	ca. 100 bis 200 TBW

So erkennst du die Mogelpackung vor dem Kauf

• Mickrige TBW-Garantiewerte: QLC-Zellen verschleißen durch das ständige Nachjustieren der Spannung deutlich schneller. Ein niedriger TBW-Wert (Terabytes Written) schützt den Hersteller vor Garantieansprüchen.
• DRAM-less Controller: Fehlt auf der SSD ein eigener RAM-Baustein als Cache, muss sich der Controller Arbeitsspeicher vom PC leihen (Host Memory Buffer). Das bremst bei hoher Belastung zusätzlich.
• Fehlende Angaben zur Dauerschreibrate: Seriöse Hersteller geben an, wie schnell die SSD nach Ablauf des SLC-Caches schreibt. Fehlt diese Zahl im Datenblatt komplett, steckt meist träger QLC-Speicher dahinter.

Der Wechsel zu QLC spart Halbleiterherstellern gewaltige Produktionskosten, bringt dem Endnutzer beim Verschieben großer Datenmengen aber oft nur Frust. Für reine Leselaufwerke – wie eine nachgelagerte Spiele-Bibliothek – ist QLC verschmerzbar. Wer jedoch regelmäßig Videos schneidet, große Backups anlegt oder RAW-Fotos sichert, sollte zwingend zu TLC-Speicher mit dediziertem DRAM-Cache greifen.

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