Solid State Disk: Alles was Sie über SSDs wissen müssen Detail - Computerwelt

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08.04.2011 Nico Stamp*

Solid State Disk: Alles was Sie über SSDs wissen müssen

Lesen Sie, warum SSDs die Speichertechnik der Zukunft sind, wo die Vorteile liegen und auf was Sie beim Kauf achten sollten.

SSDs sind derzeit ein wichtiges Thema in der weltweiten IT-Branche. Denn nach der Vorstellung der Festplatte durch IBM im Jahr 1956 steht nun mit der SSD ein legitimer Nachfolger bereit. Wer jedoch mit der neuen Speichertechnik und der Anschaffung eines solchen Laufwerks liebäugelt, kann sich leicht im Dickicht unzähliger Angebote, Formate, Anschlüsse und Fachausdrücken wie TRIM, MLC, HSDL oder IOPS verfangen. Wie findet man überhaupt die passende SSD und worauf sollte man beim Kauf achten? Lesen sie hier die Antworten. Der SSD-Experte der OCZ Technology Group, Nico Stamp, erklärt die neue Technik im Detail und gibt Tipps, wie Sie die richtige SSD für jede Anwendung finden.

Was ist eine SSD? Hinter der Abkürzung "SSD" steht eine Flash-Speichertechnologie, die langfristig die herkömmliche Festplatte ablösen wird. SSD bedeutet "Solid State Disk" oder auch "Solid State Drive", was im Deutschen etwa mit "Festkörperlaufwerk" oder auch "Halbleiterlaufwerk" übersetzt werden könnte. Ein SSD-Laufwerk kann wie eine herkömmliche magnetische Festplatte in den Rechner eingebaut und angesprochen werden. Eine SSD verwendet jedoch Halbleiter-Speicherbausteine und verzichtet damit auf bewegliche Teile wie sie in herkömmlichen Festplatten verwendet werden. Die Informationen werden bei einer SSD auf Flash-Bausteinen abgelegt. Das ist ein nichtflüchtiger Massenspeicher, wie wir es bereits von Speicherkarten, USB-Sticks oder MP3-Playern kennen. Nichtflüchtig bedeutet, dass der Speicher nicht dauerhaft mit Strom versorgt werden muss, um die gespeicherten Daten behalten zu können. Dadurch können Computer, welche eine SSD verwenden, ebenso wie ein Computer mit Festplatte, einfach ausgeschaltet werden, ohne dass Informationen verloren gehen. Beim nächsten Start sind alle Daten wieder vorhanden. Der Arbeitsspeicher (RAM) des Computers ist dagegen ein flüchtiger Speicher. Schaltet man den Computer aus, gehen alle Informationen verloren, die sich im Arbeitsspeicher befinden.

Was sind die Vorteile einer SSD gegenüber einer HDD? Anders als bei magnetischen Festplatten gibt es bei SSDs keine beweglichen Teile. In einer SSD läuft der Speichervorgang rein elektronisch ab. Man könnte sich eine SSD technisch gesehen wie einen überdimensionierten USB-Stick vorstellen. Durch den Wegfall der empfindlichen Motorlagerung und Lese-Schreib-Mechanik von Hard Disk Drives (HDDs) ergibt sich eine deutlich verbesserte Stoßfestigkeit und qualifiziert SSDs damit gerade auch für den mobilen Einsatz. Die Flash-Laufwerke überstehen Stürze und Stöße mit Krafteinwirkungen von bis zu 1500G. Die Vorteile einer SSD gegenüber herkömmlichen Festplatten sind demnach im Wesentlichen die mechanische Robustheit, sehr kurze Zugriffszeiten, ein lautloser Betrieb, ein geringeres Gewicht, ein niedriger Energieverbrauch und dadurch weniger Abwärme, was vor allem Notebooks zu Gute kommt und die Akkulaufzeit verlängert.

Welche Anschlüsse und Formate haben SSDs? Ähnlich wie bei HDDs ist auch bei SSDs eine hohe Bandbreite an verschiedenen Anschlüssen und Formaten verfügbar. Die Hersteller bieten für jede Schnittstelle eine SSD-Lösung, ganz gleich ob IDE, SATA/II/III, SAS, eSATA, USB 2.0/3.0, LIF, ZIF, ExpressCard, PCI-Express, mini-PCI-Express oder sogar HSDL gewünscht werden. Ebenso vielfältig ist die Zahl verschiedener Formate für alle gängigen Anwendungsgebiete. Die meisten SSDs werden im 2,5-Zoll-Formfaktor produziert - die gängige Größe für die meisten Notebook-Modelle. Darüber hinaus werden SSDs in den Faktoren 1,0 Zoll, 1,8 Zoll und 3,5 Zoll gebaut. Zusätzlich dazu bieten die Hersteller PCI-Express-Karten und externe Speicherlösungen an. Angesichts dieser Vielfalt dürfte es kaum eine HDD geben, die sich nicht von einer SSD ersetzen lässt.

Welche Transferraten erreichen SSDs? Nachdem aktuelle SSDs spielend die Bandbreite von 300 MB/s der weit verbreiteten SATA-II-Schnittstelle ausreizen, umgehen einige Hersteller diesen Flaschenhals mit PCI-Express basierten RAID-Lösungen. Hier werden die Komponenten mehrerer SSDs zusammen mit einem RAID-Controller auf einer PCI-E-x4 oder -x8 Karte verbaut. So sind Transferraten von bis zu 1,4GB/s möglich. Ferner wurde im September 2010 mit HSDL eine offene Schnittstelle vorgestellt, die über PCI-Express bis zu 2GB/s transportiert und so speziell im High-End-Bereich neue Maßstäbe setzte. Im Rahmen der CES 2011 präsentierten einige Hersteller Anfang Januar dieses Jahres neue SSD-Modelle, die auf neue Controller aus den Häusern Micron und Sandforce setzen. Der Trend geht hier zu SATA-3, womit die dort vorgestellten SSDs Transferraten von bis zu 550 MB/s erreichen. Mit der Studie "Ibis XL" wurde zudem ein Ausblick auf die SSD-Entwicklung im Jahr 2011 gewährt. Dieser Prototyp erreicht bei einer Kapazität von 4TB eine Transferrate von bis zu 1,8 GB/s bei 200.000 IOPS (4KB Random Write).

Was ist der Unterschied zwischen MLC und SLC? Multi-Level-Cell (MLC) und Single-Level-Cell (SLC) sind zwei unterschiedliche Arten von Speicherzellen oder allgemein von NAND-Flash-Speichern. Eine SLC-Speicherzelle speichert genau ein Bit, eine MLC mehr als ein Bit pro Zelle. Das Abspeichern von mehreren Bits pro Speicherzelle hat den Nachteil, dass sich die Lese- und Schreibgeschwindigkeit reduziert und bei einem Ausfall der Zelle die Bitfehlerrate erhöht. Der wesentliche Vorteil ist im Gegenzug die höhere Speicherdichte, da hier mehr als ein Bit pro Zelle abgespeichert wird. So kann auf der gleichen Chipfläche die doppelte oder noch größere Informationsmenge gespeichert werden als bei der Single-Level-Speicherung. Insbesondere bei Halbleiterspeichern bietet dies erhebliche Preisvorteile gegenüber SLC, da die benötigte Chipfläche bei der Herstellung ein wesentlicher Kostenfaktor ist. So kosten SLC-Chips zwar mehr, benötigen jedoch weniger Strom, übertragen Daten etwas schneller und sind insgesamt langlebiger als MLCs. Im Mainstream-Segment haben sich MLC-SSDs durchgesetzt. Die SLC-Variante ist dagegen ideal für Server oder Hochleistungsrechner.

Welche Funktion haben Controller und Firmware? Der Controller (Steuereinheit) stellt ein Logiksystem dar, welches verschiedenste Vorgänge steuert oder regelt, und so die Kommunikation zwischen den SSD-Speicherzellen und dem Computer kontrolliert. Er bildet also einen zentralen Knotenpunkt, den zwangsweise alle Daten passieren müssen und der sich deshalb schnell zu einem Flaschenhals entwickeln kann. Eine SSD, die nur auf einen langsamen Controller zurückgreifen kann, wird spätestens dann mit einbrechenden Transferraten zu kämpfen haben, wenn es daran geht, viele einzelne, kleine Dateien hintereinander zu schreiben oder zu lesen. Mit dem Controller steht und fällt also die Leistungsfähigkeit einer SSD. Es gibt mittlerweile eine ganze Reihe von Controller-Herstellern. Am weitesten verbreitet sind Modelle von Intel, JMicron, Indilinx, Samsung und Sandforce. Im Mainstream-Segment sind insbesondere die Controller von Indilinx ("Barefoot" und "Amigos") populär, im High-End-Bereich kommen häufig Produkte von Sandforce ("SF1200", "SF1500") zum Einsatz.

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