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50 Jahre Massenspeicher Von der Floppy Disk über HDD und SSD bis zum Universal Memory

| Autor / Redakteur: Robert Herth * / Rainer Graefen

Ein persönlicher Blick unseres Autors zurück auf 50 Jahre Speichertechnik. Die rasante Entwicklung aktueller Halbleiter-Speichertechnik nagt heftig an den Pfründen der letzten Festplattenhersteller und setzt sogar in der Software-Industrie ungeahnte Kräfte frei, die wahrscheinlich unser aller Leben dramatisch verändern werden.

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DRAM-Modul von Siemens: Siemens gliederte 1999 sein Halbleiterwerk aus und daraus wurde Infineon
DRAM-Modul von Siemens: Siemens gliederte 1999 sein Halbleiterwerk aus und daraus wurde Infineon
(Bild: MSC Technologies)

Vor 50 Jahren, also im Jahre 1966, erfindet ein Mitarbeiter von IBM das erste DRAM (Dynamic Random Access Memory). In der heutigen Zeit befassen wir uns mit der aktuellen Generation dieser Erfindung, dem DDR4-Speicher. Dieser erweist sich noch immer als Flaschenhals im Computer und hat nicht den richtigen Durchbruch in der Speichertechnologie gebracht.

Wen gibt es überhaupt noch von den vielen DRAM-Herstellern, die Milliarden verdient und Milliarden in den Sand gesetzt haben? Die Antwort lautet: Samsung, SK Hynix, Micron und Nanya. Ich habe in meiner Musterschublade DRAM-Module gefunden, die sogar Siemens als DRAM-Hersteller zeigen. Dies hatte ich schon fast vergessen, dass es ja einmal auch einen deutschen Hersteller gab.

Zu meiner Studienzeit in den 70er Jahren hantierten wir mit der 8-Zoll- und im Wesentlichen mit der 5¼-Zoll-Floppy-Disk und waren mehr oder weniger begeistert, dass wir Daten abspeichern und auf einem – damals handlichen Medium – transportieren konnten.

Vorsicht war beim Umgang mit der Floppy Disk geboten, da sich diese dünne und anfällige Scheibe leicht verkratzen und verbiegen ließ und damit die Daten nicht mehr lesbar waren. Witzig aus heutiger Sicht ist auch die Tatsache, dass zum Schreibschutz eine am Rande befindliche Aussparung mit einem dunklen Aufkleber zugeklebt werden musste.

Eine 5¼-Zoll Floppy speichert 1 MByte an Daten, eine 2,5-Zoll SSD 15,36 TByte

Bild 2: 5¼“ Floppy Disk mit 1 MB Speicher (links) im Vergleich zur 2.5“-SSD mit 2 TB Speicher
Bild 2: 5¼“ Floppy Disk mit 1 MB Speicher (links) im Vergleich zur 2.5“-SSD mit 2 TB Speicher
(Bild: MSC Technologies)

Das heißt, die heutige 2,5-Zoll-SSD speichert 15 Millionen mehr Daten als damals die 5¼-Zoll-Floppy-Disk!

Bei dieser Art der Datenspeicherung hat sich innerhalb der letzten 50 Jahre sehr viel getan, speziell in den letzten zwei Jahrzehnten gab es einen gewaltigen Sprung nach vorne. Die Flash-Technologie wurde stetig verbessert und der Erfolg der Flash-Speicherung begann mit der Entwicklung des USB Sticks im Jahre 1996 durch einen israelischen Ingenieur von M-Systems. Sandisk kaufte zehn Jahre später diese Firma für 1,6 Mrd. Dollar!

Flash ist ein Wort, das für vieles stehen kann, aber im Speicherbereich die o.g. Disketten verdrängt hat, das Magnetband verdrängt hat und jetzt die Festplatten (HDDs) aus den Servern dieser Welt verdrängen wird.

Betrachte ich nur die letzten zwei bis drei Jahre, in denen ich mit vielen Entwicklern in Europa über das Thema SLC- und MLC-Flash gesprochen habe, gibt es heute nur noch wenige Entwickler, die noch der Meinung sind, SLC-Flash gehört in die Industrieanwendung und MLC-Flash in den Consumermarkt. Vor fünf Jahren hätten sich die wenigsten Entwickler diese rasante Entwicklung vorstellen können und schon gar nicht den Einsatz von TLC-SSD (Boot-Applikation) in industriellen Anwendungen.

Zum Thema Flash kann ich noch eine Geschichte erzählen, die zeigt, welche Ideen bereits mit Flash entstanden sind: Als Siemens sein Halbleiterwerk im Jahre 1999 ausgliederte und daraus Infineon wurde, gab es auch Flash-Bausteine. Hier kam man auf die Idee, den Rollfilm, der noch in jeder Kamera war, durch eine Flash-Karte zu ersetzen.

Geplant waren Karten mit 64 MByte, 128 MByte und 256 MByte und zwar dergestalt, dass der Anwender weniger auf die Speichergröße in Megabyte achten musste, sondern es wurde auf der Karte die mögliche Anzahl der Bilder angegeben. Bei Annahme von circa 2,5 MByte Speicherplatz pro Bild wurde die 64 MByte Karte als „25 Bilder Karte“ angepriesen.

Man erhoffte sich sogar, dass der Anwender die Karten nicht löscht, sondern zuhause in eine Box legt und die Karte z. B. beschriftet mit: „Mallorca 2003“. Die Idee floppte, da die Flash Cards gegenüber dem Rollfilm preislich zu hoch waren und keiner den Preisunterschied zahlen wollte.

Anfang des Jahres traf ich auf der Messe embedded world in Nürnberg einige Entwickler eines globalen Unternehmens, die zu mir sagten: „Sie können sich bei uns melden, wenn der Preis für MLC-SSDs unter 0,30 Euro pro GByte fällt und die Endurance überhaupt in unsere Spezifikation passt.

Ein halbes Jahr später setzt diese Firma die aktuellsten MLC-SSDs in verschiedenen Kapazitäten ein und hat schon fast vergessen, dass man vor kurzer Zeit kein Vertrauen in MLC-SSD hatte. So dynamisch ist die Speicherwelt und treibt einige Entwicklungen sogar schneller voran.

MLC-NAND-Flash-Struktur, 4000 mal dünner als ein Haar

Der Trend bei Flash geht in die nächste Runde mit 3D Flash-Technologie. Hier wird nochmals eine Stufe gezündet was Endurance und Performance betrifft und die Preise pro GByte werden immer mehr in die Nähe der HDDs kommen.

Es dürfte kein Wunder sein, dass Western Digital im letzten Jahr die Firma Sandisk gekauft hat, um sich Know-How im Flash-Bereich für die Zukunft zu sichern. Es ist die Rede von einem Betrag in Höhe von 19 Milliarden Dollar. Ein Deal, der sich erst Mal rechnen muss. Wow! Da geht doch die Post ab, oder?

Die Elektronikwelt ist schon etwas schizophren. Die Flash-Zellen wurden immer weiter ge-shrinkt und damit immer anfälliger gegenüber Bit-Fehlern durch Interferenzen und beidseitiger Beeinflussung, bedingt durch die feinen Strukturen.

Bei den aktuellen MLC-NAND-Flash sprechen wir immerhin von einer 15 Nanometer Struktur. Ein menschliches Haar ist hierzu im Vergleich circa 4000 mal dicker (circa 60.000 nm).

Die 3D-Flash-Technologie dominiert die nächsten Jahre

Unterm Strich haben die Flash-Hersteller aber ihre Arbeit gemacht und, obwohl die Flash-Speicher anfälliger wurden, einen Ausgleich durch immer bessere aber auch aufwendigere Firmware und Reserveflash vorgenommen, bei gleichzeitigem Preisverfall. Nur mit diesem Preisverfall konnte der Siegeszug schließlich angetreten werden und macht das heutige NAND-Flash so erfolgreich. Fast egal ob wir von Flash-Karten oder von SSDs reden. Speziell die SSDs sind in aller Munde und ein Highlight.

Die 3D-Flash-Technologie wird die nächsten Jahre dominieren und durch Erhöhung der Lagen (wie beim Hochhaus die Stockwerke) den Preis pro GByte weiter reduzieren. Damit scheint das Ende der HDD bevor zu stehen und ich würde mal fragen: "Wer möchte dann noch eine rotierende und schwere Festplatte, die langsamer und anfälliger ist als eine SSD?" Ein Gegenargument gibt es allerdings noch: Die Kosten für den Ersatz von Milliarden Archiv-Festplatten.

Somit würde ich rückblickend den Flash-Baustein ganz oben ansiedeln, wenn es um die Antwort auf die Frage nach dem größtmöglichen Einfluss auf die Speicherentwicklung und andere wichtige Veränderungen im elektronischen Markt geht. Ob sich die zukünftige Halbleiterspeichertechnik auch für die Zusammenfassung aller heute bekannten Speichermedien eignet, wird sich wohl erst in fünf Jahren zeigen.

* * Robert Herth ist Senior BDM MSC Storage Solutions

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