Definition, Update: 9.7.2018

Was ist eine SSD?

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Rainer Graefen

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

Eine SSD, eine Solid State Disk, ist, einfach ausgedrückt, ein Haufen von NAND-Speicherzellen, auch Flash-Memory genannt, die von einer speziellen SSD-Controller-Software verwaltet werden. Die SSD ist aus heutiger Sicht ein Zugeständnis an den Investitionsschutz veralteter Hardware, da sie von den klassischen Festplattenschnittstellen SATA und SAS ausgebremst wird. Das volle Leistungspotenzial erreichen Festplatten nur an PCIe-Schnittstellen, die das NVMe-Protokoll beherrschen.

Betrachtet man die Speichertechnik im Jahr 2018 mal sehr theoretisch, dann stellt sich heraus, dass der schnellste Speicher, das DRAM, mit Zugriffszeiten von 1 Nanosekunde (ns) (zur rechnerischen Vereinfachung) 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: In der Zeit von 10 Millisekunden ließen sich nämlich 10 Millionen Arbeitsschritte zu je einer Nanosekunde absolvieren.

Zugriffszeit

Die SSD ist nicht für Geschwindigkeiten von 1 Nanosekunde 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 Produkte kommen allerdings erst grade (3D Xpoint) oder in den nächsten Jahren auf den Markt.

I/O-Rate

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 mehrere 10.000 bis 100.000 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 Stoß unempfindlicher.

Verdrängungswettbewerb

Schon dem ersten Marktauftritt mit der damals technisch noch nicht ausgereiften SSD fielen sehr schnell diverse HDD-Formfaktoren von der 1-Zoll bis zur 1,8-Zoll HDD zum Opfer. Inzwischen können nur noch die 2,5-Zoll und 3,5-Zoll Festplatten auf des mindestens 20x billigeren Preises pro Gigabyte bestehen. Bei der Gesamtkapazität im 2,5-Zoll-Formfaktor ist die SSD seit 2017 mit Kapazitäten von 30 Terabyte weit enteilt und beim 3,5-Zoll-Formfaktor sollen noch in diesem Jahr 100 TByte Kapazitäten auf den Markt kommen.

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 jeweils eine eigene Verwaltung durch den integrierten Controller betreiben, nicht sonderlich sinnvoll. Das All-Flash-Array wird insofern den Markt für externe Speichersubsysteme beherrschen. Noch ist nicht absehbar wie sich Storage Class Memory (SCM) hier einfügen oder dominierender Hauptspeicher werden wird.

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