Von außen eine Festplatte, von innen nur Halbleiter und Software

Stichwort: Die Solid State Disk

| Autor / Redakteur: Rainer Graefen / Rainer Graefen

Festplatte oder SSD?
Festplatte oder SSD? (vector_master - Fotolia.com)

Eine SSD ist, einfach ausgedrückt, ein Haufen von NAND-Speicherzellen, auch Flash-Memory genannt, die von einer speziellen SSD-Controller-Software verwaltet werden. Die SSD ist ein Zwischenschritt auf dem Weg zum Halbleiterspeicher.

Betrachtet man die Speichertechnik im Jahr 2016 mal sehr theoretisch, dann stellt sich heraus, dass der schnellste Speicher, das DRAM, mit 1 Nanosekunde (ns) arbeitet, die klassische Festplatte (HDD) hingegen mit 10 Millisekunden (ms).

Was für einen Menschen kaum einen Unterschied ausmacht, stellt sich für eine Maschine, die in jeder Nanosekunde einen Arbeitsschritt bewältigen könnte, ganz anders dar: Dann wäre es möglich, zwischen 1 ns und 10 ms 10 Millionen Arbeitsschritte zu absolvieren.

Das Halbleiterlaufwerk

Die SSD ist für Geschwindigkeiten von 1 Nanosekunde nicht konstruiert. Sie kann im Bereich bis etwa 100 Mikrosekunden (µs) operieren. Höhere Geschwindigkeiten werden mit PCIe-Flash oder direkt mit Flash-Chips erreicht.

Noch höhere Geschwindigkeiten im Bereich von 50 bis 1.000 Nanosekunden werden von den nächsten und übernächsten Generationen von Halbleiterspeichern wie 3D Xpoint, PCM, ReRAM, STT-RAM oder Racetrack-Memory erwartet. Diese Techniken werden allerdings nicht vor dem nächsten oder übernächsten Jahr auf dem Markt sein.

Die SSD hat trotz ihrer relativen Langsamkeit inzwischen einen festen Platz im Rechenzentrum erobert und auf Grund ihrer spezifischen Fähigkeiten vielfach die mechanische Festplatte ersetzt:

  • Statt 200 I/Os wie die Festplatte, kann sie 50.000 bis 1.000.000 Million Zugriffe pro Sekunde abarbeiten,
  • beim Vergleich der Kosten pro Ein-Ausgabeoperationen schneidet die SSD wesentlich besser ab als die Festplatte,
  • sie hat zudem einen geringeren Stromverbrauch, ein geringeres Gewicht, benötigt zunehmend weniger Raum und ist stoßunempfindlicher.

Verdrängungswettbewerb

Seit dem ersten Marktauftritt der SSD gab es einen rasanten Verdrängungswettbewerb. Die SSD hat inzwischen HDD-Formfaktoren von der 1-Zoll bis zur 1,8-Zoll HDD ersetzt und bedrängt nun auch die 2,5-Zoll und 3,5-Zoll Festplatten. Schon im nächsten Jahr sollen SSDs Kapazitäten von 30 Terabyte besitzen und in nicht allzu ferner Zukunft, rechnen Experten mit 200 TByte Fassungsvermögen.

Da SSDs allerdings mit immer kleineren Strukturen (14 Nanometer) produziert werden oder in die dritte Dimension expandieren, ergeben sich einige Nachteile, die den Verdrängungswettbewerb beeinflussen:

  • die Kosten pro Gigabyte liegen bei SSDs im Eurobereich, die von Festplatten im Eurocent-Bereich,
  • die binären Information werden bei SSDs in einem Floating-Gate gespeichert, das von einer Oxidschicht umgeben ist; diese Schicht wird beim Wiederbeschreiben der Speicherzelle langsam zerstört,
  • die NAND-Flash-Zelle und die interne Organisation in Blöcken ist nicht der Weisheit letzter Schluss,
  • ein abrupter Preisverfall ist nicht zu erwarten, da die Produktionskosten durch die Verkleinerung der Strukturen steigen.

SSDs vereinigen hohe Zugriffszahlen (I/O pro Sekunde) mit geringer Speicherkapazität. Dadurch eignen sie sich für den Einsatz in Servern und für den beschleunigenden Gebrauch bei Datenbanken, Index- und Metadaten, die kurze Antwortzeiten haben sollten. Auch wenn zur Zeit viele Speichersysteme als All-SSD-Arrays auf den Markt gelangen, so ist die grundlegende Konstruktion mit Halbleiterfestplatten, die alle eine eigene Verwaltung durch den integrierten Controller betreiben, nicht sonderlich sinnvoll.

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