epionier
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Das Solid State Drive als Revolution des Computers
Einführung
In den Kommentaren in den Threads zu aktuellen SSDs zeigt sich, dass sehr viel Unwissen bezüglich dem Thema SSD besteht. Dieses Journal soll diesem Missstand abhelfen und spiegelt den aktuellen Stand der Technik wieder. Ich bemühe mich dabei das Thema sowohl für Neulinge, als auch für fortgeschrittene Benutzer interessant zu machen! Aufgrund der Intransparenz werde ich versuchen das ganze zu katalogisieren und verschiedene Ansätze aufzeigen, an denen aktuell die Technik erprobt wird.
Das ganze wird natürlich knapp (relativ :-P ) ausfallen, aber bietet jedem die Möglichkeit sich via Google und Co. weiterzubilden.
Das SSD ist eine Revolution in der Computertechnik, die den Flaschenhals Festplatte ersetzt und das System an die Leistung des Prozessors/Arbeitsspeicher anpasst! Langfristig wird die HDD als Systemplatte ausgedient haben, was auch Seagate und Co. inzwischen erkannt haben.
Die Hersteller von SSDs sind meist Firmen die sich auf Flash und andere Chips spezialisiert haben, daher werden die unten aufgeführten Hersteller den meisten Benutzern als fremd erscheinen. Normale HDD-Hersteller bieten hier noch praktisch keine Lösungen an. Diese klammern sich an die HDD, die noch damit punktet grosse Datenmengen als Datengrab bereitzustellen. Das SSD ist da (noch) hinten dran. bei 128GB und bald 256Gb ist erstmal für das Jahr 2009 Schluss.
Das Journal richtet sich vorwiegend an private Benutzer und deren Bedürfnisse, jedoch ist das SSD aber gerade für Server und effiziente Systeme interessant, bei denen eine Menge Daten anfallen (Videoschnitt, 3D, Rendering...). Dort gilt natürlich das unten aufgeführte ebenso.
I. Was ist ein SSD?
Ein Solid State Drive ist eine Festplatte, die auf mechanische Teile verzichtet und die Daten auf NAND-Flash-Speichersteinen speichert. Man kennt das vom Prinzip des Arbeitsspeichers. Jedoch handelt es sich um ein andere Art von NAND-Chips, da der Speicher der auf RAM-Riegeln verbaut ist, seine Daten verliert wenn keine Spannung mehr vorhanden ist. Somit sind (faktisch) alle Daten verloren wenn der Strom weg ist. Bei NAND-Chips in dem SSD bleiben diese Daten erhalten, man kennt das vom iPod her oder von seinem USB-Stick.
II. Gibt es unterschiedliche Arten von SSDs?
Ja! :-D . Zum einen gibt es verschiedene Lösungen die alle auf NAND-Chips basieren, jedoch eine andere Schnittstelle zur Datenübertragung nutzen.
1) RAM-DISK: (Basiert auf Arbeitsspeicher) Es gibt Lösungen welche die schnelle Leistung von DDR-RAM-Chips (s.o.) nutzen und so herausragende Übertragungsraten haben und IOPS (später mehr dazu). Der Nachteil ist hier, dass es nur für Desktop PC`s geeignet ist, da diese zumeist in einem 5,25" Gehäuse stecken. Da wie gesagt der Speicher seine Daten bei Stromverlust verliert, findet sich ein großer Akku in dem Gehäuse. Diese halten zwar ein paar Stunden durch, aber danach sind alle Daten weg! Es wird teilweise ein Backup auf eine CF-Karte geschrieben, jedoch dauert das sehr lange, da die Übertragungsraten von CF-Speicher sehr gering ist. Zudem ist aufgrund der Größe der RAM-Riegeln die maximale Kapazität sehr limitiert. Solche Lösungen nutzen jedoch zumeist die SATA-Schnittstelle, was sie auch an normalen PCs benutzbar macht.
Bild:
2) SSD im eigentlichen Sinne
a) Fusion ioDrive und ähnliches: Es gibt Lösungen wie das Fusion IO-Drive. Dies darf man als eine Platine verstehen auf der sowohl NAND-Speicher, als auch ein Controller verbaut ist. Dieser nutzt den PCI-Express Port, da durch diesen eine sehr hohe Übertragungsrate möglich ist und IOPS (ich komme wie gesagt darauf zurück :-D ). Der Vorteil ist, dass eben sehr hohe Übertragungsraten möglich sind! Solche Lösungen sind vor allem für Server interessant, gerade wegen der hohen IOPS-Zahl (dazu später). Für Mobilnutzer daher ungeeignet, da eben ein PCI-Express-Slot benötigt wird. Auch die Kosten rechtfertigen es nicht diese in einem PC zu nutzen.
Bild:
b) SSD als SATA-Festplatte: Für die meisten wird diese Lösung interessant. Es handelt sich dabei um eine Platine auf der NAND-Speicher ist, der durch einen internen Controller angesteuert wird. Das ganze ist in einem Gehäuse verpackt, das die Formate handelsüblicher Festplatte aufweist (3,5"/2,5"/1,8") und dann an den Festplatten-SATA-Port, anstelle der Festplatte angeschlossen wird. Der Controller bestimmt wohin welche Daten wann geschrieben werden. Dadurch dass er viele Speicherzellen gleichzeitig anspricht entsteht ein interner RAID 0 Effekt, da jede Speicherzelle für sich, unabhängig von den anderen (bzw. simultan) beschrieben werden kann. Der Controller ist sozusagen der CEO der SSD.
Bild:
III. Ist der verwendete Speicher bei den SSDs gleich?
Nein! ;-)
Man unterscheidet im wesentlichen 2 Arten von NAND-SSD Speicher: SLC Chips und MLC Speichersteine.
Dabei steht das S für Single und das M für Multi. Das bedeutet ein SLC-Chip kennt nur 1 und 0, die Multi-Chips kennen mehrere Operationen. Zwar hört es sich so an, als ob MLC-Chips die bessere Wahl wäre. Jedoch ist es für einen Controller einfacher (effizienter) wenn nur 2 Operationen zur Verfügung stehen. Das bedeutet dass bei SSDs mit SLC-Chips weitaus höhere Übertragungsraten möglich sind. In etwa 300% mehr Schreib- und bis zu 40% mehr Lesegeschwindigkeiten.
Weiter besteht der Vorteil von SLC-Chips in der Haltbarkeit. SLC Chips haben eine (Mindest-)Lebensdauer von 100.000 Schreib-Lesezyklen, die MLC nur 10.000. Diese Zeit bedeutet aber nur bis erste Fehler auftreten können (MTBF) und entspricht etwa 1,000,000 Betriebsstunden! Zwar wird bei MLC-Chips dies in neuerer Zeit durch eine Software mit dem namen "Wear-Leveling" kompensiert, jedoch ändert dies nichts an der Haltbarkeit. Die Software versucht nur möglichst alle Zellen gleichmässig zu beschreiben, so dass keine Zelle öfters als andere beansprucht wird.
Die Lebensdauer liegt somit bei einer SLC (auch bei massiver Benutzung) bei mehreren Jahrzenten! Bei Nicht-Benutzung ewig! Die Hersteller geben dennoch meist höchstens 5 Jahre Garantie (das ist schon Obergrenze).
Schon das ist im vergleich zu HDDs enorm! Mangels Erfahrung traut man dem ganzen nur das alles noch nicht zu. Diesen Mangel wird erst die Erfahrung heilen.
Der Nachteil von SLC ist, dass nur 1 Bit beschrieben werden kann, bei MLC in der Regel 2 Bits. Das bedeutet dass in einem Chip der auf MLC basiert das Doppelte an Daten gespeichert werden kann! Alle großen SSDs heute mit 128GB und bald 256GB basieren auf MLC-Chips. Auch in den Macbooks werden Samsung SSDs verbaut mit MLC Chips.
Ein weiterer Nachteil von SLC ist der Preis. SSDs mit SLC Chips kosten rund das Dreifache gerechnet zur Speicherkapazität von MLC-Chips. Daher ist momentan eine SSD mit SLC-Bausteinen noch sehr teuer!
IV. Was lonht sich zu kaufen, worauf ist zu achten
Leider hat sich bisher noch kein Standard ergeben, SSDs vergleichbar zu machen. Zumeist werden die sequentiellen Lese/Schreibraten angebeben, also wie lange es z.B. dauert um eine 4GB grosse Datei auf die SSD zu schreiben, bzw. diese zu lesen.
Solche Vorgänge sind bei der Benutzung einer SSD als Systemlaufwerk irrelevant. Zumeist werden in etwa 4kb oder 8kb grosse Dateien geschrieben/gelesen. Und davon sehr viele! Deshalb ist es wichtig wie sich ein SSD verhält wenn unregelmässig (random!) Dateien geschrieben/gelesen werden. Hier ist der Knackpunkt. SSDs mit SLC-Chips sind in der Regel in diesem Bereich weitaus besser. Dies liegt jedoch nur bedingt an den Speichersteinen (s.o. Unterschied zu MLC). Wichtig ist der verbaute Controller!
Die meisten bisherigen MLC-SSDs setzen auf einen Controller der Firma JMicron (JMF602), dabei handelt es sich um einen Controller der keinen Cache besitzt. Leider hat sich dieser Controller bei den meisten Herstellern breit gemacht, obwohl dieser völlig ungeeignet ist. Der Controller ist vor allem im Random-Bereich miserabel. Das führt dazu, dass der Controller bei vielen kleinen Dateien nicht nachkommt diese zu schreiben/lesen und somit eine Warteschlange entsteht. Das führt zu "freezes", also das System gefriert für ein paar Sekunden ein! und zwar auch wenn keine grosse Leistung vollbracht wird, sondern eben nur 4KB Dateien geschrieben werden.
Solche SSDs sind die OCZ Core/Solid, Super Talent MX/LX/OX, Transcend-SSDs mit MLC, Patriot Warp und etliche mehr; nur um die gängisten zu nennen.
SSDs mit SLC-Chips setzen zumeist auf einen Controller von Samsung, zu dem ein Cache verbaut wird (16, 32, selten 64MB). Hier treten keine Freezes auf, da der Controller diese auch durch den verbauten Cache abfängt. Zudem begünstigt der Speicherchip SLC das Ganze da eben nur 1/0 als Operation ansteht. Firmen wie Mtron und Memoright benutzen (erfolgreich) einen eigens entwickelten Controller.
Das dies auch mit MLC anders geht, hat Intel bewiesen. Die X25-M (bzw. X18-M (1,8")) basiert auf MLC-Chips die die Leistung von aktuellen Spitzen-SLCs erreicht. Dies wird durch einen eigenen entwickelten 10-Kanal-Controller erreicht, der sehr leistungsfähig ist und gerade im Random Read/Write Bereich sehr gut abschneidet. Negativ sind allerdings die Preise, da Intel sich die Technologie ausbezahlen lässt (ca. 600€ für 80GB).
Ein weiterer wichtiger Punkt sind die IOPS (input/output operations per second). Das bedeutet wie viele Operationen pro Sekunde möglich sind. Während dies vorwiegend für Server-Platten entscheidend ist (Datenbank/Webserver) hat dies auch durchaus Bedeutung für normale Benutzer. Zur Ausführung:
Der klare Vorteil eines SSD liegt in der Zugriffszeit. Diese liegt bei etwa 0,1ms (und darunter)!! Zum Vergleich eine 7200er HDD hat, wenn sie gut ist ca. 10ms!!! ist also um den Faktor 100 langsamer. Aus diesem Grund sind SSDs beim Random Read/Write um ein vielfaches Leistungsfähiger, da kein mechanisches teil herumfahren muss. Daher sind auch weitaus mehr IOPS möglich. Ein gutes SSD kann man somit kaum zum Hängen bringen, auch wenn 5 mal etwas gezippt wird, daneben 3 Browserfenster geöffnet werden und Photoshop geladen wird...Dies setzt allerdings einen guten Controller voraus und besteht nicht bei jedem SSD!
Durch diese geringe Zugriffszeit wird ermöglicht, dass viele Operationen in einer Sekunde möglich sind! Als Nebeneffekt werden Programmstarts erheblich beschleunigt. Sie öffnen nahezu zeitgleich mit dem klicken! (z.B. Browser) und zwar selbst wenn nebenher noch eine Menge anderes Zeug die Festplatte belastet! (Demonstrationsvideo ist unten verlinkt)
Zum Vergleich. Eine gute HDD hat viell. bei Random Write 4KB: 100 IOPS. Ein gutes SSD (dazu später) des aktuellen Standes erreicht hier 4000! (teilweise noch erheblich mehr). Das bedeutet, dass eine SSD eine Unmenge an normalen HDDs ersetzen kann!
Daher sind die sequentiellen Werte der Hersteller nur nebensächlich, entscheidend ist die Leistungsfähigeit im Random Write/Read bereich! Leider lassen sich diese meist nur in einschlägigen Foren herausfinden, da die Hersteller hierzu meist schweigen. Nur die guten SSD-Hersteller geben diese an (verständlicherweise). Ein eingesetztes Konsortium versucht derzeit Standards in der SSD-Technologie zu setzen. Ergebnisse stehen noch aus.
Auch die sequentiellen Schreib/Lesewerte sind enorm. Sehr gute SLC-SSDs (kommen Anfang nächstes Jahr) haben 250MB/s sowohl lesend und schreibend. MegaBytes und nicht Megabits! Eine gute 7200er erreicht hier viell. 90 MB/s
Zudem sind die SSDs absolut leise da keine mechanischen Teile herumfahren, sie produzieren keinen Lärm. 0db
Ein weiterer Punkt, für Notebooks und Server interessant ist der Punkt, das praktisch keine Wärme ensteht! Was das in Server an Einsparungen für die Klimaanlage bedeutet kann sich jeder vorstellen. v.a wenn ein SSD 30 HDDs ersetzt, da hier IOPS entscheidend sind!
Ganz wichtig für mobile Nutzer. Es gibt keine mechanischen Teile mehr im Notebook. Der Laptop kann geschüttelt werden wie man will. Der Datenfluss bleibt erhalten! Kein Schreibkopf der verspringen kann und damit keine kaputten Daten mehr durch Schüttler...!
Die Einsparungen für den Akku werden dabei überschätzt, Grund ist folgender. Eine gute HDD verbraucht ca. 3-5 Watt. Dies ist im Vergleich zum Monitor und dem Prozessor absolut nachrangig! Daher kann man höchstens mit 10-15min mehr Akkuleistung rechnen. Die SSDs verbrauchen zwar weitaus weniger Strom, aber die Festplatte ist eben im System ein untergeordneter Verbraucher!
Zusammenfassung: Schnelle Zugriffszeit 0,1ms / dadurch hohe IOPS / schnelle sequentielle Schreibe/Lesewerte (von random ganz zu schweigen) / schweigt wie das Grab / Kaum wahrnehmbare Temperaturerhöhung / Schockbeständig / hohe Haltbarkeit
-> HDD dein Ende naht :-P
V: Kaufberatung
Zusammenfaassend lässt sich sagen, dass alle derzeitigen SSDs mit MLC NICHT als Systemlaufwerk geeignet sind. Eine Ausnahme machen nur die Intel X25-M und Samsung MLCs (sind optional im MB verbaut).
Ein gutes SSD besteht aus SLC-Chips, dafür bekommt man auch einiges geboten. Wenn man vergleicht was ein Prozessor mit ein paar 100Mhz mehr kostet ist die Investition in ein gutes SSD weitaus mehr wert! jeder kennt es, dass der Prozessor bei 10% ist aber beim Multitasking die HDD zu hängern führt. Damit ist Schluss. Das SSD gleicht die Komponenten an und das wird höchste Zeit. Die Technik der HDD ist veraltet und aus der HDD-technik lässt sich Leistungsmässig nicht mehr viel holen. Nur die Kapazitäten (Datendichte) lässt sich steigern.
Als gute SLC-SSDs haben sich folgende herauskristallisiert:
MemoRight GT: Die Memoright sind sehr teuer (64Gb ca. 850€), richten sich jedoch an professionelle Anwender wodurch Preis/Leistung kompensiert wird. Sie haben derzeit die höchsten IOPS-Werte für 2,5“ SATA-Laufwerke und sehr gute Transferraten (120Mb/s schreiben/lesen)
HP: http://www.memoright.de/
Intel: Zum einen gibt es die MLC X25-M 80GB. Diese ist sehr gut, hat eine Menge IOPS (eine ganze Menge), Zugriffszeit von 0,085ms und sequentielle Lese-/Schreibwerte von 250/70 MB/s
Es kommt davon die Server-Variante (verbraucht aber nur den Strom einer heutigen HDD) X25-E (Extreme!). Hat 250/170 MB/s lesend und schreibend, 0,085 ms Zugriffszeit und 3300 IOPS bei Random Write 4KB!!!!!
Die Kosten liegen allerdings bei ca. 600€ für 32GB, also nur für den professionellen Einsatz gedacht.
HP: http://www.intel.com/design/flash/nand/index.htm
X25-M: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/a365725.html
X25-E: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/a365723.html
Mtron: Ein sehr guter Hersteller von SSD der das SSD für normale User interessant macht. Es gibt eine Consumer- und eine Pro Serie. Die Mobi 3500 für Consumer gibt es (auch 2,5") mit 64GB und kostet ungefähr 320€. Diese lässt den Einsteiger schon mal schnuppern was die heutige Technologie vermag. Sie bietet 100MB/s lesend und schreibend und genüg IOPS wie ein normaler Nutzer die Festplatte gebraucht. Bei 0,1ms Zugriffszeit.
Diese SSDs sind Preis/Leistungstechnisch derzeit die besten SSDs, da sie auch in ausreichenden Stückzahlen verfügbar sind!
Preisempfehlung: Mtron Mobi 3500
HP: http://www.mtron.net/english/
Mtron Mobi 3500: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/?cat=hdssd&asuch=mtron 3500
Mtron Pro 7500: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/?cat=hdssd&asuch=mtron 7500
Samsung: Auch gute SSDs, jedoch nicht im freien Markt erhältlich, sondern werden über die Computerhersteller vertrieben. Im Vergleich zu Mtron im Verhältnis Preis/Leistung nachrangig.
http://www.samsungssd.com/
VI. Video
es gibt leider wenig brauchbare Videos im Netz. Hier mal ein User AristoChat der eine Mtron Pro 7500 demonstriert. Er lässt ein Benchmark laufen, dass die Festplatte voll ausreizt und erledigt nebenher noch alle möglichen Dinge:
http://aristochat.l-tech.info/Mtron/Untitled.html
HP: http://www.mtron.net/XCube/NewsCenter/NewsCenter_Link.asp?idx=254
VII. Was bringt die Zukunft, lohnt es sich zu warten?
Das SSD ist eine neue Technologie. Das führt leider dazu dass die Preise derzeit sehr hoch sind. Man sollte sich nicht von günstigen MLCs verleiten lassen. Diese bringen mehr Ärger als Nutzen. Da ist eine gute 7200er HDD weitaus besser! Eine gute Systemplatte auf der wichtige Daten liegen kann nur aus SLC-Chips bestehen. Diese sind qualitativ hochwertiger (und daher teuerer)
Mtron und Memoright entwickeln (unabhängig voneinander) gerade einen neuen Controller der Anfang nächstes Jahres kommen soll. Das wird ein Mehrkanal-controller sein, der dann Raten von 250MB/s lesen/schreiben sequentiell bringt und eine Menge IOPS (Mtron spricht von 8000 bei random 4KB write (abwarten, aber für normale Benutzer ein vielfaches mehr als benötigt) ). Ob dieser auch in der Consumer-Serie Einzug haben wird ist abzuwarten.
Zudem hat Intel wie auch Toshiba eine neue Fertigungstechnik entwickelt die noch mehr Speicher pro Chip bringt; vor kurzem ist die Produktion für den Massenmarkt angelaufen und dürfte daher in 4 Monaten auch in aktuelleren SSDs zu finden sein. Bisher verbaute Intel Chips die im 50nm-Verfahren hergestellt werden. Nun ist einen Fertigung im 34nm-Verfahren möglich. Dadurch kann die Kapazität der Speicherchips verdoppelt werden.
Weitere Verbesserungen der Produktion bedeuten daher grössere SSDs. Im vorliegenden Fall eine Verdoppelung der Kapazität (die X25-M gibt es dann in 160GB und die X25-E in 64GB)
Natürlich sind die Preise zum Teil noch enorm, aber als Beispiel hier ein Bild:
Das SSD ist im kommen und sie wird das Systemdrive ersetzen. Ein SSD ist mit 64GB schon durchaus als Systemplatte mit allen benötigten Apps...genügend. Für Desktoprechner kann eine HDD als Datenspeicher als sekundäres Laufwerk benutzt werden.
Von den bis dato vorgestellten MLC-SSDs rate ich ab. Sie erzeugen zwar durch ihre hohen sequentiellen Werte und der geringen Zugriffszeit im Vergleich zur HDD einen AHA-Effekt, da Programme schnell starten und das System sehr zügig bootet. Aber zum Arbeiten mit dem System bringen die auftretenden Freezes mehr Frust als Lust. Wer wenig Geld hat (bis zum 500€ Konsumgutschein der Bundesregierung
) bleibt hier besser bei seiner 7200er bzw. seiner Raptor und wartet auf eine neue Kontrollertechnik die ausgereifter ist, als der derzeitige von JMicron (von diesem soll 2009 eine Variante mit Cache erscheinen, mal schauen was diese bringt)
Heutige SSDs sind also schon durchaus benutzbar, sofern man meine Ausführungen beachtet. Die HDD bietet keine Zukunft. man sieht wie langsam sich die SATA Schnittstelle entwickelt hat. Aktuelle SATA II Schnittstellen erlauben 300MB/s MAX! Auch die neue SATA Schnittstelle SATA III hat nur 600MB/s, die bis dahin entwickelten SSDs werden diese ausschöpfen können. Daher haben viele Firmen für den professionellen Einsatz eine andere Schnittstelle (wie PCI Express) gewählt, da hier mehr Datendurchsatz geht. Micron hat heute eine Art SSD entwickelt, die 1000MB/s!! Datendurchsatz hat, bei 200.000 IOPS Random Write 4KB! Diese entspricht vom Prinzip dem io-Drive mit PCI-Express Anschluss (s.o.) Für den normalen User nicht benutzbar, aber es zeigt das Potential von SSD.
VIII. Ein Ende in Sicht
Ich hoffe ich konnte euch ein wenig das Thema SSD näher bringen. Das SSD ist die Komponente die aktuell den markantesten Leistungsschub hervorbringt! Vergesst 200MHZ und kauft euch ein SSD.
Ich würde mich über Feedback freuen, da ich jetzt sehr lange an dem Artikel gesessen habe. Aber im Sinne des Web 2.0 denke ich ist es auch an der Zeit die Computerfans da draußen mit Informationen zu versorgen.
Wenn es Kritik gibt, bitte her damit. Bin offen für konstruktive Vorschläge
Euer epionier
Einführung
In den Kommentaren in den Threads zu aktuellen SSDs zeigt sich, dass sehr viel Unwissen bezüglich dem Thema SSD besteht. Dieses Journal soll diesem Missstand abhelfen und spiegelt den aktuellen Stand der Technik wieder. Ich bemühe mich dabei das Thema sowohl für Neulinge, als auch für fortgeschrittene Benutzer interessant zu machen! Aufgrund der Intransparenz werde ich versuchen das ganze zu katalogisieren und verschiedene Ansätze aufzeigen, an denen aktuell die Technik erprobt wird.
Das ganze wird natürlich knapp (relativ :-P ) ausfallen, aber bietet jedem die Möglichkeit sich via Google und Co. weiterzubilden.
Das SSD ist eine Revolution in der Computertechnik, die den Flaschenhals Festplatte ersetzt und das System an die Leistung des Prozessors/Arbeitsspeicher anpasst! Langfristig wird die HDD als Systemplatte ausgedient haben, was auch Seagate und Co. inzwischen erkannt haben.
Die Hersteller von SSDs sind meist Firmen die sich auf Flash und andere Chips spezialisiert haben, daher werden die unten aufgeführten Hersteller den meisten Benutzern als fremd erscheinen. Normale HDD-Hersteller bieten hier noch praktisch keine Lösungen an. Diese klammern sich an die HDD, die noch damit punktet grosse Datenmengen als Datengrab bereitzustellen. Das SSD ist da (noch) hinten dran. bei 128GB und bald 256Gb ist erstmal für das Jahr 2009 Schluss.
Das Journal richtet sich vorwiegend an private Benutzer und deren Bedürfnisse, jedoch ist das SSD aber gerade für Server und effiziente Systeme interessant, bei denen eine Menge Daten anfallen (Videoschnitt, 3D, Rendering...). Dort gilt natürlich das unten aufgeführte ebenso.
I. Was ist ein SSD?
Ein Solid State Drive ist eine Festplatte, die auf mechanische Teile verzichtet und die Daten auf NAND-Flash-Speichersteinen speichert. Man kennt das vom Prinzip des Arbeitsspeichers. Jedoch handelt es sich um ein andere Art von NAND-Chips, da der Speicher der auf RAM-Riegeln verbaut ist, seine Daten verliert wenn keine Spannung mehr vorhanden ist. Somit sind (faktisch) alle Daten verloren wenn der Strom weg ist. Bei NAND-Chips in dem SSD bleiben diese Daten erhalten, man kennt das vom iPod her oder von seinem USB-Stick.
II. Gibt es unterschiedliche Arten von SSDs?
Ja! :-D . Zum einen gibt es verschiedene Lösungen die alle auf NAND-Chips basieren, jedoch eine andere Schnittstelle zur Datenübertragung nutzen.
1) RAM-DISK: (Basiert auf Arbeitsspeicher) Es gibt Lösungen welche die schnelle Leistung von DDR-RAM-Chips (s.o.) nutzen und so herausragende Übertragungsraten haben und IOPS (später mehr dazu). Der Nachteil ist hier, dass es nur für Desktop PC`s geeignet ist, da diese zumeist in einem 5,25" Gehäuse stecken. Da wie gesagt der Speicher seine Daten bei Stromverlust verliert, findet sich ein großer Akku in dem Gehäuse. Diese halten zwar ein paar Stunden durch, aber danach sind alle Daten weg! Es wird teilweise ein Backup auf eine CF-Karte geschrieben, jedoch dauert das sehr lange, da die Übertragungsraten von CF-Speicher sehr gering ist. Zudem ist aufgrund der Größe der RAM-Riegeln die maximale Kapazität sehr limitiert. Solche Lösungen nutzen jedoch zumeist die SATA-Schnittstelle, was sie auch an normalen PCs benutzbar macht.
Bild:
2) SSD im eigentlichen Sinne
a) Fusion ioDrive und ähnliches: Es gibt Lösungen wie das Fusion IO-Drive. Dies darf man als eine Platine verstehen auf der sowohl NAND-Speicher, als auch ein Controller verbaut ist. Dieser nutzt den PCI-Express Port, da durch diesen eine sehr hohe Übertragungsrate möglich ist und IOPS (ich komme wie gesagt darauf zurück :-D ). Der Vorteil ist, dass eben sehr hohe Übertragungsraten möglich sind! Solche Lösungen sind vor allem für Server interessant, gerade wegen der hohen IOPS-Zahl (dazu später). Für Mobilnutzer daher ungeeignet, da eben ein PCI-Express-Slot benötigt wird. Auch die Kosten rechtfertigen es nicht diese in einem PC zu nutzen.
Bild:
b) SSD als SATA-Festplatte: Für die meisten wird diese Lösung interessant. Es handelt sich dabei um eine Platine auf der NAND-Speicher ist, der durch einen internen Controller angesteuert wird. Das ganze ist in einem Gehäuse verpackt, das die Formate handelsüblicher Festplatte aufweist (3,5"/2,5"/1,8") und dann an den Festplatten-SATA-Port, anstelle der Festplatte angeschlossen wird. Der Controller bestimmt wohin welche Daten wann geschrieben werden. Dadurch dass er viele Speicherzellen gleichzeitig anspricht entsteht ein interner RAID 0 Effekt, da jede Speicherzelle für sich, unabhängig von den anderen (bzw. simultan) beschrieben werden kann. Der Controller ist sozusagen der CEO der SSD.
Bild:
III. Ist der verwendete Speicher bei den SSDs gleich?
Nein! ;-)
Man unterscheidet im wesentlichen 2 Arten von NAND-SSD Speicher: SLC Chips und MLC Speichersteine.
Dabei steht das S für Single und das M für Multi. Das bedeutet ein SLC-Chip kennt nur 1 und 0, die Multi-Chips kennen mehrere Operationen. Zwar hört es sich so an, als ob MLC-Chips die bessere Wahl wäre. Jedoch ist es für einen Controller einfacher (effizienter) wenn nur 2 Operationen zur Verfügung stehen. Das bedeutet dass bei SSDs mit SLC-Chips weitaus höhere Übertragungsraten möglich sind. In etwa 300% mehr Schreib- und bis zu 40% mehr Lesegeschwindigkeiten.
Weiter besteht der Vorteil von SLC-Chips in der Haltbarkeit. SLC Chips haben eine (Mindest-)Lebensdauer von 100.000 Schreib-Lesezyklen, die MLC nur 10.000. Diese Zeit bedeutet aber nur bis erste Fehler auftreten können (MTBF) und entspricht etwa 1,000,000 Betriebsstunden! Zwar wird bei MLC-Chips dies in neuerer Zeit durch eine Software mit dem namen "Wear-Leveling" kompensiert, jedoch ändert dies nichts an der Haltbarkeit. Die Software versucht nur möglichst alle Zellen gleichmässig zu beschreiben, so dass keine Zelle öfters als andere beansprucht wird.
Die Lebensdauer liegt somit bei einer SLC (auch bei massiver Benutzung) bei mehreren Jahrzenten! Bei Nicht-Benutzung ewig! Die Hersteller geben dennoch meist höchstens 5 Jahre Garantie (das ist schon Obergrenze).
Schon das ist im vergleich zu HDDs enorm! Mangels Erfahrung traut man dem ganzen nur das alles noch nicht zu. Diesen Mangel wird erst die Erfahrung heilen.
Der Nachteil von SLC ist, dass nur 1 Bit beschrieben werden kann, bei MLC in der Regel 2 Bits. Das bedeutet dass in einem Chip der auf MLC basiert das Doppelte an Daten gespeichert werden kann! Alle großen SSDs heute mit 128GB und bald 256GB basieren auf MLC-Chips. Auch in den Macbooks werden Samsung SSDs verbaut mit MLC Chips.
Ein weiterer Nachteil von SLC ist der Preis. SSDs mit SLC Chips kosten rund das Dreifache gerechnet zur Speicherkapazität von MLC-Chips. Daher ist momentan eine SSD mit SLC-Bausteinen noch sehr teuer!
IV. Was lonht sich zu kaufen, worauf ist zu achten
Leider hat sich bisher noch kein Standard ergeben, SSDs vergleichbar zu machen. Zumeist werden die sequentiellen Lese/Schreibraten angebeben, also wie lange es z.B. dauert um eine 4GB grosse Datei auf die SSD zu schreiben, bzw. diese zu lesen.
Solche Vorgänge sind bei der Benutzung einer SSD als Systemlaufwerk irrelevant. Zumeist werden in etwa 4kb oder 8kb grosse Dateien geschrieben/gelesen. Und davon sehr viele! Deshalb ist es wichtig wie sich ein SSD verhält wenn unregelmässig (random!) Dateien geschrieben/gelesen werden. Hier ist der Knackpunkt. SSDs mit SLC-Chips sind in der Regel in diesem Bereich weitaus besser. Dies liegt jedoch nur bedingt an den Speichersteinen (s.o. Unterschied zu MLC). Wichtig ist der verbaute Controller!
Die meisten bisherigen MLC-SSDs setzen auf einen Controller der Firma JMicron (JMF602), dabei handelt es sich um einen Controller der keinen Cache besitzt. Leider hat sich dieser Controller bei den meisten Herstellern breit gemacht, obwohl dieser völlig ungeeignet ist. Der Controller ist vor allem im Random-Bereich miserabel. Das führt dazu, dass der Controller bei vielen kleinen Dateien nicht nachkommt diese zu schreiben/lesen und somit eine Warteschlange entsteht. Das führt zu "freezes", also das System gefriert für ein paar Sekunden ein! und zwar auch wenn keine grosse Leistung vollbracht wird, sondern eben nur 4KB Dateien geschrieben werden.
Solche SSDs sind die OCZ Core/Solid, Super Talent MX/LX/OX, Transcend-SSDs mit MLC, Patriot Warp und etliche mehr; nur um die gängisten zu nennen.
SSDs mit SLC-Chips setzen zumeist auf einen Controller von Samsung, zu dem ein Cache verbaut wird (16, 32, selten 64MB). Hier treten keine Freezes auf, da der Controller diese auch durch den verbauten Cache abfängt. Zudem begünstigt der Speicherchip SLC das Ganze da eben nur 1/0 als Operation ansteht. Firmen wie Mtron und Memoright benutzen (erfolgreich) einen eigens entwickelten Controller.
Das dies auch mit MLC anders geht, hat Intel bewiesen. Die X25-M (bzw. X18-M (1,8")) basiert auf MLC-Chips die die Leistung von aktuellen Spitzen-SLCs erreicht. Dies wird durch einen eigenen entwickelten 10-Kanal-Controller erreicht, der sehr leistungsfähig ist und gerade im Random Read/Write Bereich sehr gut abschneidet. Negativ sind allerdings die Preise, da Intel sich die Technologie ausbezahlen lässt (ca. 600€ für 80GB).
Ein weiterer wichtiger Punkt sind die IOPS (input/output operations per second). Das bedeutet wie viele Operationen pro Sekunde möglich sind. Während dies vorwiegend für Server-Platten entscheidend ist (Datenbank/Webserver) hat dies auch durchaus Bedeutung für normale Benutzer. Zur Ausführung:
Der klare Vorteil eines SSD liegt in der Zugriffszeit. Diese liegt bei etwa 0,1ms (und darunter)!! Zum Vergleich eine 7200er HDD hat, wenn sie gut ist ca. 10ms!!! ist also um den Faktor 100 langsamer. Aus diesem Grund sind SSDs beim Random Read/Write um ein vielfaches Leistungsfähiger, da kein mechanisches teil herumfahren muss. Daher sind auch weitaus mehr IOPS möglich. Ein gutes SSD kann man somit kaum zum Hängen bringen, auch wenn 5 mal etwas gezippt wird, daneben 3 Browserfenster geöffnet werden und Photoshop geladen wird...Dies setzt allerdings einen guten Controller voraus und besteht nicht bei jedem SSD!
Durch diese geringe Zugriffszeit wird ermöglicht, dass viele Operationen in einer Sekunde möglich sind! Als Nebeneffekt werden Programmstarts erheblich beschleunigt. Sie öffnen nahezu zeitgleich mit dem klicken! (z.B. Browser) und zwar selbst wenn nebenher noch eine Menge anderes Zeug die Festplatte belastet! (Demonstrationsvideo ist unten verlinkt)
Zum Vergleich. Eine gute HDD hat viell. bei Random Write 4KB: 100 IOPS. Ein gutes SSD (dazu später) des aktuellen Standes erreicht hier 4000! (teilweise noch erheblich mehr). Das bedeutet, dass eine SSD eine Unmenge an normalen HDDs ersetzen kann!
Daher sind die sequentiellen Werte der Hersteller nur nebensächlich, entscheidend ist die Leistungsfähigeit im Random Write/Read bereich! Leider lassen sich diese meist nur in einschlägigen Foren herausfinden, da die Hersteller hierzu meist schweigen. Nur die guten SSD-Hersteller geben diese an (verständlicherweise). Ein eingesetztes Konsortium versucht derzeit Standards in der SSD-Technologie zu setzen. Ergebnisse stehen noch aus.
Auch die sequentiellen Schreib/Lesewerte sind enorm. Sehr gute SLC-SSDs (kommen Anfang nächstes Jahr) haben 250MB/s sowohl lesend und schreibend. MegaBytes und nicht Megabits! Eine gute 7200er erreicht hier viell. 90 MB/s
Zudem sind die SSDs absolut leise da keine mechanischen Teile herumfahren, sie produzieren keinen Lärm. 0db
Ein weiterer Punkt, für Notebooks und Server interessant ist der Punkt, das praktisch keine Wärme ensteht! Was das in Server an Einsparungen für die Klimaanlage bedeutet kann sich jeder vorstellen. v.a wenn ein SSD 30 HDDs ersetzt, da hier IOPS entscheidend sind!
Ganz wichtig für mobile Nutzer. Es gibt keine mechanischen Teile mehr im Notebook. Der Laptop kann geschüttelt werden wie man will. Der Datenfluss bleibt erhalten! Kein Schreibkopf der verspringen kann und damit keine kaputten Daten mehr durch Schüttler...!
Die Einsparungen für den Akku werden dabei überschätzt, Grund ist folgender. Eine gute HDD verbraucht ca. 3-5 Watt. Dies ist im Vergleich zum Monitor und dem Prozessor absolut nachrangig! Daher kann man höchstens mit 10-15min mehr Akkuleistung rechnen. Die SSDs verbrauchen zwar weitaus weniger Strom, aber die Festplatte ist eben im System ein untergeordneter Verbraucher!
Zusammenfassung: Schnelle Zugriffszeit 0,1ms / dadurch hohe IOPS / schnelle sequentielle Schreibe/Lesewerte (von random ganz zu schweigen) / schweigt wie das Grab / Kaum wahrnehmbare Temperaturerhöhung / Schockbeständig / hohe Haltbarkeit
-> HDD dein Ende naht :-P
V: Kaufberatung
Zusammenfaassend lässt sich sagen, dass alle derzeitigen SSDs mit MLC NICHT als Systemlaufwerk geeignet sind. Eine Ausnahme machen nur die Intel X25-M und Samsung MLCs (sind optional im MB verbaut).
Ein gutes SSD besteht aus SLC-Chips, dafür bekommt man auch einiges geboten. Wenn man vergleicht was ein Prozessor mit ein paar 100Mhz mehr kostet ist die Investition in ein gutes SSD weitaus mehr wert! jeder kennt es, dass der Prozessor bei 10% ist aber beim Multitasking die HDD zu hängern führt. Damit ist Schluss. Das SSD gleicht die Komponenten an und das wird höchste Zeit. Die Technik der HDD ist veraltet und aus der HDD-technik lässt sich Leistungsmässig nicht mehr viel holen. Nur die Kapazitäten (Datendichte) lässt sich steigern.
Als gute SLC-SSDs haben sich folgende herauskristallisiert:
MemoRight GT: Die Memoright sind sehr teuer (64Gb ca. 850€), richten sich jedoch an professionelle Anwender wodurch Preis/Leistung kompensiert wird. Sie haben derzeit die höchsten IOPS-Werte für 2,5“ SATA-Laufwerke und sehr gute Transferraten (120Mb/s schreiben/lesen)
HP: http://www.memoright.de/
Intel: Zum einen gibt es die MLC X25-M 80GB. Diese ist sehr gut, hat eine Menge IOPS (eine ganze Menge), Zugriffszeit von 0,085ms und sequentielle Lese-/Schreibwerte von 250/70 MB/s
Es kommt davon die Server-Variante (verbraucht aber nur den Strom einer heutigen HDD) X25-E (Extreme!). Hat 250/170 MB/s lesend und schreibend, 0,085 ms Zugriffszeit und 3300 IOPS bei Random Write 4KB!!!!!
Die Kosten liegen allerdings bei ca. 600€ für 32GB, also nur für den professionellen Einsatz gedacht.
HP: http://www.intel.com/design/flash/nand/index.htm
X25-M: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/a365725.html
X25-E: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/a365723.html
Mtron: Ein sehr guter Hersteller von SSD der das SSD für normale User interessant macht. Es gibt eine Consumer- und eine Pro Serie. Die Mobi 3500 für Consumer gibt es (auch 2,5") mit 64GB und kostet ungefähr 320€. Diese lässt den Einsteiger schon mal schnuppern was die heutige Technologie vermag. Sie bietet 100MB/s lesend und schreibend und genüg IOPS wie ein normaler Nutzer die Festplatte gebraucht. Bei 0,1ms Zugriffszeit.
Diese SSDs sind Preis/Leistungstechnisch derzeit die besten SSDs, da sie auch in ausreichenden Stückzahlen verfügbar sind!
Preisempfehlung: Mtron Mobi 3500
HP: http://www.mtron.net/english/
Mtron Mobi 3500: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/?cat=hdssd&asuch=mtron 3500
Mtron Pro 7500: http://preisvergleich.hardwareluxx.de/deutschland/?cat=hdssd&asuch=mtron 7500
Samsung: Auch gute SSDs, jedoch nicht im freien Markt erhältlich, sondern werden über die Computerhersteller vertrieben. Im Vergleich zu Mtron im Verhältnis Preis/Leistung nachrangig.
http://www.samsungssd.com/
VI. Video
es gibt leider wenig brauchbare Videos im Netz. Hier mal ein User AristoChat der eine Mtron Pro 7500 demonstriert. Er lässt ein Benchmark laufen, dass die Festplatte voll ausreizt und erledigt nebenher noch alle möglichen Dinge:
http://aristochat.l-tech.info/Mtron/Untitled.html
HP: http://www.mtron.net/XCube/NewsCenter/NewsCenter_Link.asp?idx=254
VII. Was bringt die Zukunft, lohnt es sich zu warten?
Das SSD ist eine neue Technologie. Das führt leider dazu dass die Preise derzeit sehr hoch sind. Man sollte sich nicht von günstigen MLCs verleiten lassen. Diese bringen mehr Ärger als Nutzen. Da ist eine gute 7200er HDD weitaus besser! Eine gute Systemplatte auf der wichtige Daten liegen kann nur aus SLC-Chips bestehen. Diese sind qualitativ hochwertiger (und daher teuerer)
Mtron und Memoright entwickeln (unabhängig voneinander) gerade einen neuen Controller der Anfang nächstes Jahres kommen soll. Das wird ein Mehrkanal-controller sein, der dann Raten von 250MB/s lesen/schreiben sequentiell bringt und eine Menge IOPS (Mtron spricht von 8000 bei random 4KB write (abwarten, aber für normale Benutzer ein vielfaches mehr als benötigt) ). Ob dieser auch in der Consumer-Serie Einzug haben wird ist abzuwarten.
Zudem hat Intel wie auch Toshiba eine neue Fertigungstechnik entwickelt die noch mehr Speicher pro Chip bringt; vor kurzem ist die Produktion für den Massenmarkt angelaufen und dürfte daher in 4 Monaten auch in aktuelleren SSDs zu finden sein. Bisher verbaute Intel Chips die im 50nm-Verfahren hergestellt werden. Nun ist einen Fertigung im 34nm-Verfahren möglich. Dadurch kann die Kapazität der Speicherchips verdoppelt werden.
Weitere Verbesserungen der Produktion bedeuten daher grössere SSDs. Im vorliegenden Fall eine Verdoppelung der Kapazität (die X25-M gibt es dann in 160GB und die X25-E in 64GB)
Natürlich sind die Preise zum Teil noch enorm, aber als Beispiel hier ein Bild:
Das SSD ist im kommen und sie wird das Systemdrive ersetzen. Ein SSD ist mit 64GB schon durchaus als Systemplatte mit allen benötigten Apps...genügend. Für Desktoprechner kann eine HDD als Datenspeicher als sekundäres Laufwerk benutzt werden.
Von den bis dato vorgestellten MLC-SSDs rate ich ab. Sie erzeugen zwar durch ihre hohen sequentiellen Werte und der geringen Zugriffszeit im Vergleich zur HDD einen AHA-Effekt, da Programme schnell starten und das System sehr zügig bootet. Aber zum Arbeiten mit dem System bringen die auftretenden Freezes mehr Frust als Lust. Wer wenig Geld hat (bis zum 500€ Konsumgutschein der Bundesregierung
) bleibt hier besser bei seiner 7200er bzw. seiner Raptor und wartet auf eine neue Kontrollertechnik die ausgereifter ist, als der derzeitige von JMicron (von diesem soll 2009 eine Variante mit Cache erscheinen, mal schauen was diese bringt)Heutige SSDs sind also schon durchaus benutzbar, sofern man meine Ausführungen beachtet. Die HDD bietet keine Zukunft. man sieht wie langsam sich die SATA Schnittstelle entwickelt hat. Aktuelle SATA II Schnittstellen erlauben 300MB/s MAX! Auch die neue SATA Schnittstelle SATA III hat nur 600MB/s, die bis dahin entwickelten SSDs werden diese ausschöpfen können. Daher haben viele Firmen für den professionellen Einsatz eine andere Schnittstelle (wie PCI Express) gewählt, da hier mehr Datendurchsatz geht. Micron hat heute eine Art SSD entwickelt, die 1000MB/s!! Datendurchsatz hat, bei 200.000 IOPS Random Write 4KB! Diese entspricht vom Prinzip dem io-Drive mit PCI-Express Anschluss (s.o.) Für den normalen User nicht benutzbar, aber es zeigt das Potential von SSD.
VIII. Ein Ende in Sicht
Ich hoffe ich konnte euch ein wenig das Thema SSD näher bringen. Das SSD ist die Komponente die aktuell den markantesten Leistungsschub hervorbringt! Vergesst 200MHZ und kauft euch ein SSD.
Ich würde mich über Feedback freuen, da ich jetzt sehr lange an dem Artikel gesessen habe. Aber im Sinne des Web 2.0 denke ich ist es auch an der Zeit die Computerfans da draußen mit Informationen zu versorgen.
Wenn es Kritik gibt, bitte her damit. Bin offen für konstruktive Vorschläge
Euer epionier
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