Was ist eine SSD?

Quelle: Allround-PC.com - Was ist eine SSD?

 

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Was ist eine SSD?

Unterschied zwischen HDD und SSD

Auf den Controller kommt es an

SLC oder MLC? 

TLC-Zellen

NTQ (Native Command Queuing)

Over Provisioning

Anschlüsse

SSD Caching

 

Was ist eine SSD?


Hinter der Abkürzung „SSD“ versteckt sich eine neue Speichertechnologie, die langfristig die herkömmliche Festplatte ablösen soll. SSD bedeutet „Solid State Disk“ oder auch „Solid State Drive“, was im Deutschen etwa mit „Festkörperlaufwerk- oder –platte“ zu übersetzen ist.

Ein SSD-Laufwerk ist ein nichtflüchtiger Massenspeicher, der Informationen in Flash-Bausteinen ablegt, so wie wir sie aus den Speicherkarten von Handy, Kamera und MP3-Player kennen. Nichtflüchtig bedeutet, dass der Speicher nicht dauerhaft mit Strom versorgt werden muss, um sich die gespeicherten Daten behalten zu können. So können Computer, die eine SSD verwenden, genau wie ein Computer mit Festplatte, einfach ausgeschaltet werden und beim nächsten Start sind alle Daten wieder vorhanden. Der Arbeitsspeicher (RAM) des Computers ist, nur um ein Beispiel zu nennen, ein flüchtiger Speicher. Schaltet man den Computer aus, gehen alle Informationen, die sich im Arbeitsspeicher befinden, verloren.

In einer SSD läuft der Speichervorgang rein elektronisch ab, was bedeutet, dass es keine mechanischen/beweglichen Teile mehr gibt. Daraus resultieren eine höhere Stoßresistenz, geringere Abwärme und ein vollkommen lautloser Betrieb. Der Stromverbrauch sinkt durch den Wegfall von beweglichen Bauteilen ebenfalls, was vor allem Notebooks zu Gute kommt und die Akkulaufzeit verlängert.

Unterschied zwischen HDD und SSD

Die altbekannte Festplatte ist nach wie vor der meist eingesetzte Massenspeicher auf der ganzen Welt. Durch immer weiter fallende Speicherpreise im Flash-Sektor treten SSD und HDD allerdings auch auf dem Endanwendermarkt zunehmend in Konkurrenz. Ein Vergleich der beiden Technologien ist also keines Falls mehr uninteressant.

Die Gemeinsamkeiten:

  • Festplatte und SSD gehören zu den Massenspeichern und eignen sich als Medium für persönliche Dateien und für die Installation von Betriebssystemen.
  • Beide Massenspeicherarten sind „nichtflüchtige“ Speicher, was bedeutet, dass keine Stromversorgung für den Erhalt der Daten gewährleistet sein muss.
  • HDD und SSD kommunizieren beide zumeist über das S-ATA Interface mit dem Rest des Computers.
  • Festplatte und SSD verfügen über einen Controller, der die Datenströme entsprechend verwaltet.

Die Unterschiede:

  • SSDs verzichten im Gegensatz zu Festplatten vollkommen auf mechanische Bauteile
  • SSDs verwenden Flash-Speicherzellen (MLC oder SLC) um die Daten zu speichern, während Festplatten Informationen in magnetischer Form festhalten.
  • SSDs arbeiten somit komplett lautlos und sind viel resistenter gegen starke äußerliche Einwirkungen.
  • SSDs weisen einen geringeren Stromverbrauch auf, was sich ebenfalls in einer geringeren Abwärme äußert und sich positiv auf die Akkulaufzeit und die gesamte Systemtemperatur auswirkt.
  • Festplatten gibt es bereits mit Kapazitäten von bis zu 1,5 TB. Die größte erhältliche SSD kann gerade einmal 256 GB aufweisen, auch wenn schon Modelle mit 512 GB vorgestellt worden sind.
  • SSDs haben durch den Einsatz von Flash-Speicherbausteinen extrem geringe Zugriffszeiten von deutlich unter einer Millisekunde, was sich positiv auf das Arbeiten am Computer auswirkt. Schnelle Festplatten knacken gerade einmal die 10 Millisekunden-Grenze. Dies liegt daran, dass der Lese- und Schreibkopf der Festplatte vor dem eigentlichen Lesevorgang erst einmal an die richtige Stelle bewegt werden muss – das kostet Zeit.
  • SSDs verfügen über wesentlich höhere Transferraten, was sich positiv auf die Gesamtperformance des Computers auswirkt.

Auf den Controller kommt es an

Wie jede Speicherkarte auf Flash-Basis verfügt auch eine SSD über einen eigenen Controller, der die Datenströme verwaltet und die Informationen zwischen Flash-Baustein und Mainboard kontrolliert. Der Controller ist also ein zentraler Knotenpunkt, den zwangsweise alle Daten passieren müssen. Dass ein solcher Knotenpunkt bei zu geringer Dimensionierung schnell zu einem Flaschenhals werden kann, ist daher nicht weiter verwunderlich. Bei SSD-Laufwerken spielt der Controller daher eine besonders wichtige Rolle. 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. Um dem Controller ein wenig Handlungsspielraum zu schaffen, sind viele SSDs auch schon mit eigenen Cache-Bausteinen ausgestattet, die eine Pufferzone bilden. Gängige Größen sind hierbei 64 MB oder 128 MB.

Man sollte beim Kauf einer Solid State Disk also unbedingt auf einen On-Board Cache und einen leistungsfähigen Controller achten.

Diese Frage liest man immer häufiger in einschlägig bekannten Internetforen, die sich rund um das Thema Computer drehen. Gemeint ist hierbei die Art des verwendeten Flashspeichers. Die Abkürzung „SLC“ steht hierbei für „Single Level Cell“, was in etwa „Einzel-Status-Zelle“ bedeutet, wohingegen „MLC“ für „Multi Level Cell“ steht. Das Wort „Level“ ist in diesem Zusammenhang entscheidend und meint den Status, den eine einzelne Zelle des Flashspeichers annehmen kann. Spricht man von einem SLC-Speicher, so ist gemeint, dass jede Speicherzelle nur 1 Bit speichern kann, die die bekannten Zustände „0“ oder „1“ enthält.

Die Multi Level Cell, besitzt, wie der Name schon erahnen lässt, die Fähigkeit mehrere Bits in einer einzelnen Zelle zu speichern. Daraus resultiert eine höhere Speicherdichte und geringere Produktionskosten, was zu nächst einmal zwei positive Faktoren für den Kunden sind. Der Nachteil der Speicherung in MLC-Zellen liegt in ihrem Aufbau, der durch das annehmen mehrerer Bits extrem komplex wird. Der Controller muss so spezielle aufwendige Verfahren unterstützen, um den Inhalt einer MLC- Speicherzelle zu bewerten und zu verändern. Durch die hohe Datendichte kommt es außerdem schneller zu Fehlern, was wiederum komplexere und bessere Fehlerkorrekturmechanismen erfordert, die meistens zur Lasten der Geschwindigkeit der SSD arbeiten. Zwar verfügen auch SSDs auf Basis von SLC-Zellen über eine Fehlerkorrektur, das Lesen und Verändern der Daten geht aber schneller, da jede Zelle nur ein eindeutiges Bit beherbergt.

Ob nun MLC- oder SLC-Zellen vorzuziehen sind, ist schwer zu beantworten. Es gibt Nutzer, die schwören auf SLC-Speicher und reden immerzu gegen MLC-Produkte an, obwohl sich an diesen, seit Markteinführung der ersten MLC-Produkte, viel getan hat. So sind die Controller schneller und intelligenter geworden und ermöglichen die Produktion von MLC-SSDs, die im Vergleich zu SLC-Produkten relativ günstig zu erwerben sind. Unsere Testprodukte setzen zu einem großen Teil ausschließlich auf MLC-Zellen. Unsere Testlaufwerke haben noch nie auffällige Schwäche in Sachen Datensicherheit gezeigt und auch die Geschwindigkeit der MLC-SSDs war immer zufriedenstellend.

Die Haltbarkeit, die bei Speicherzellen in möglichen Lese- und Schreibzyklen gemessen wird, soll bei MLC-Zellen allerdings nicht so hoch sein, wie bei Laufwerken auf SLC-Basis. Für Anwendungen mit hohen Schreibaufkommen, wie es zum Beispiel in Servern der Fall ist, sind zurzeit also klar SLC-Zellen vorzuziehen. Mittlerweile wird der Consumer-Markt aber klar von Modellen mit MLC-Bausteinen beherrscht, da die Preise gegenüber SLC-Chips durch die angelaufene Massenproduktion viel günstiger geworden sind.

Die Fehlerkorrektur von Solid State Disks arbeitet so, dass die Dateien aus fehlerhaften Bereichen (Zellen) in funktionierende Zellen verschoben werden. Die kaputte Zelle wird dann von der Speicherung der Daten ausgeschlossen und eine neue Zelle nimmt ihren Platz ein. So nimmt mit der Betriebsdauer einer SSD zwar theoretisch der nutzbare Speicherplatz ab, die Datensicherheit bleibt aber auf gleichem Niveau. Heutige Festplatten nutzen im Übrigen ein ähnliches Verfahren, in dem kaputte Sektoren als unbrauchbar markiert werden.

TLC-Zellen

Ein weiterer Zellentyp, der nach unseren Informationen aktuell noch keinen Einsatz im Consumerbereich findet, ist die TLC-Zelle. Die Abkürzung TLC steht dabei für „Triple Level Cell“, was bedeutet, dass eine solche Zelle statt der für MLC-Bausteine sonst üblichen zwei Bit, nun drei Bit aufnehmen kann. Das ganze kommt einem erhöhen der Speicherdichte bei herkömmlichen Festplatten gleich, bei denen immer mehr Gigabyte an Kapazität pro Datenscheibe möglich werden. TLC-NANDs werden aktuell von Intel und Micron (IM Flash) erforscht und sollen schon bald zum Einsatz kommen. Das bevorzugte Herstellungsverfahren soll die 25nm Fertigung sein.

NTQ (Native Command Queuing)

Unter Native Command Queuing versteht man eine Technologie, die ehemals für die Optimierung der Lesekopfbewegung bei Festplatten erfunden wurde. Übersetzt bedeutet der Ausdruck etwa „integrierte Befehlsrangfolge“. Dabei werden die angeforderten Befehle in Absprache zwischen Hostcontroller und Laufwerk so aufgereiht, dass der Lesekopf der Festplatte einen möglichst kurzen Weg zwischen zwei Lese-/Schreibpositionen zurücklegen muss. Diese Technik wird auch von SSDs unterstützt und erlaubt auch hier die Priorisierung von wichtigen Datenpaketen.

Over Provisioning

Unter diesem Begriff versteckt sich bei Solid State Disks der Tank an sogenannten „frischen Speicherzellen“. Die Hersteller von Solid State Disk definieren also über die Firmware einen bestimmten Betrag an Speicherkapazität, der nicht für die Nutzung zur Verfügung steht. Sobald dann eine Speicherzelle, die gerade in Benutzung ist als fehlerhaft erkannt wird, erfolgt eine Deaktivierung dieser Zellen und eine frische Zelle aus dem „Over Provisioning Bereich“ springt ein. Nun darf man als Nutzer allerdings keine Angst haben, dass man um seinen teuer bezahlten Speicherplatz gebracht wird. Jede SSD wird im Normalfall mit der Speicherkapazität ausgeliefert, mit der sie beworben wird, der unsichtbare Sicherheitsbereich ist also zusätzlich in das Laufwerk integriert. Wie viel Prozent der ursprünglichen Kapazität als Over Provisioning definiert sind, kann man oftmals nicht genau erkennen. Es gibt aber Hersteller, die verschiedenen Versionen mit mehr oder weniger frischen Zellen verkaufen. Je nachdem schwankt dann auch die nutzbare Speicherkapazität des Laufwerks.

Anschlüsse

In der folgenden Tabelle haben wir die am häufigsten von Solid State Disk verwendeten Übertragungsstandards aufgelistet.

Name

S-ATA II

S-ATA III

µS-ATA

USB 3.0

Übertragungsrate

3 Gbit/s

6 Gbit/s

3 Gbit/s

5 Gbit/s

Stecker

S-ATA

S-ATA

µS-ATA

USB

Abwärtskompatibilität

Ja

Ja

Ja

Ja

SSD Caching

Diese Technik wurde von dem Hersteller Intel aus der Enterprise-Ebene in den Endverbrauchermarkt gehoben und soll es ermöglichen, eine SSD als schnelle Cache-Speicher zu nutzen. Diese Funktion ist aber vorerst nur dem neuen Z68 Chipsatz der Sandy Bridge Reihe vorbehalten. Das Prinzip ist einfach aber genial: Man installiert alle Programme wie gewohnt auf einer schnellen herkömmlichen Festplatte und schaltet dann eine SSD dazu. Somit werden alle häufig gelesenen Daten auf der SSD ausgelagert (gecachet) und die Lesezugriff somit enorm beschleunigt.

 

Info: Grafikkarten-Rangliste.net