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Solid state drive
Ein Prototyp einer SSD
mSATA-SSD, daneben ein mSATA-USB-Adapter

EIN Solid-State-Laufwerk[1] oder Solid-State-Festplatte (SSD) ist ein Medium, auf dem Digital Daten können gespeichert werden mit nicht flüchtig (wie Blitz) oder flüchtigErinnerung (beispielsweise SDRAM). SSDs werden hauptsächlich in Computer Anwendungen wo traditionell a Festplatte wurde benutzt. SSDs sind bekannt für ihre kurzen Such- und Zugriffszeiten. SSDs haben heute eine Zugriffszeit von nur 0,1 Millisekunde.

Geschwindigkeit

Charakteristisch für Solid State Drives ist, dass keine beweglichen Teile verwendet werden, die in Festplatten zu finden sind, wie z. B. eine rotierende Scheibe oder bewegliche Lese- und Schreibköpfe. Dadurch gibt es (wenig) keine mechanischen Fehler und das Warten auf die Scheibe und Positionierung der Köpfe gehört der Vergangenheit an. Daten sind immer gleich schnell auffindbar, egal wo sie gespeichert sind. Defragmentieren ist nicht mehr notwendig; Dateien, die aus Tausenden von Fragmenten bestehen, werden fast so schnell gelesen wie eine zusammenhängende Datei. Auch das Schreiben von Daten ist bei einer SSD im Vergleich zu einer Festplatte deutlich schneller. In einer SSD befinden sich oft mehrere Speichermodule, die unabhängig voneinander Daten schreiben können.

Eine SSD kann über a SATA-Anschluss auf einen Hauptplatine. Es gibt auch SSDs, die PCI und PCI-Express mit dem Mainboard verbunden werden. Diese können noch höhere Geschwindigkeiten erreichen, sind aber oft auch teurer als die über SATA angebundenen.

Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten werden SSDs oft als Startvolume verwendet, was Betriebssystem auf der SSD. Dies hat den Vorteil, dass das Betriebssystem viel schneller bootet. Auch schwere Programme, die viele Daten benötigen, um richtig zu funktionieren, werden oft auf SSDs gelegt. EIN pc kann viel von einer SSD profitieren, da die Festplatte in der Regel ein Flaschenhals für einen Computer mit neueren Hardware-. Dies liegt daran, dass die Standardumdrehungsgeschwindigkeit von Festplatten seit Jahren bei 7.200 liegt Drehzahl ist. Es gibt auch 10.000 oder 15.000 U/min Laufwerke, diese sind aber auch langsamer als SSDs. Es ist schwierig, Festplatten durch Erhöhung der Drehzahl noch schneller zu machen, da noch höhere Drehzahlen des internen Laufwerks zu hohe Kräfte erzeugen, die zu Fehlfunktionen führen können. Es ist jedoch möglich, Festplatten auf andere Weise schneller zu machen, beispielsweise durch Erhöhung der Datendichte (Datenmenge pro Quadratzentimeter).

SSD intern

Im Inneren einer Industrie-SSD. Die Kondensatorreihen rechts verhindern Datenverlust bei Stromausfall

Zur Datenspeicherung wird ein Solid State Drive verwendet. Dies erfordert Speicher. Bei SSDs können Sie zwischen zwei Speichertypen wählen: Theater und Flash-Speicher.

Theater

DRAM ist der gleiche Speichertyp wie der als Arbeitsspeicher verwendete Speicher (RAM) wird in einem Computer verwendet. Eine DRAM-basierte SSD lässt sich daher auch relativ einfach einbauen Aktualisierung, nämlich dort Module die mit einer größeren Kapazität.

Der Nachteil von DRAM-SSDs ist, dass sie entweder eine Batterie oder eine separate Stromversorgung benötigen, da der Speicher flüchtig ist. Ohne diese Funktion würde eine DRAM-SSD bei einem Stromausfall alle Daten verlieren.

Flash-Speicher

SSDs mit Flash-Speicher sind im Allgemeinen langsamer als SSDs mit DRAM, aber sie sind billiger.

Eine SSD mit Flash-Speicher besteht aus:

  • der Flash-Speicher selbst: Dies ist für die Datenspeicherung;
  • ein Speichercontroller: Dies ermöglicht der SSD, Daten aus dem Flash-Speicher zu schreiben oder zu löschen;
  • Zwischenspeicher: Eine SSD verwendet dafür wenig DRAM. Dies erhöht die Leistung der SSD: Daten können gepuffert werden, bevor sie vom Speichercontroller in den Flash-Speicher geschrieben werden;
  • eine Batterie: Dadurch wird sichergestellt, dass die SSD die noch im Cache befindlichen Daten nicht verliert, wenn der Computer aufgrund eines Stromausfalls versehentlich herunterfährt. Die Batterie sorgt dann dafür, dass die Daten entweder geschrieben oder gespeichert werden, bis die Stromversorgung wiederhergestellt ist.

MLC vs. SLC

Solid-State-Laufwerke können in zwei Typen unterteilt werden: SLC und MLC. Eine SSD besteht aus mehreren Zellen. Jede Zelle hat einen Analogwert. Dieser analoge Wert, normalerweise eine Ladung, Spannung oder ein Widerstand, wird unterteilt, um einen digitalen Wert zu erhalten.

Bei Single-Level-Cell-SSDs (SLC) wird der Analogwert einer Zelle in zwei Bereiche unterteilt: einen High-Range und einen Low-Range. Als Ergebnis speichert jede Zelle effektiv ein Bit (0 oder 1).

Multi-Level-Cell-SSDs (MLC) unterteilen den Analogwert in mehrere Bereiche. Dies speichert effektiv mehr Bits pro Zelle. Bei vier analogen Werten sind das zwei Bits pro Zelle (00, 01, 10 oder 11), bei acht Werten sind es drei (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 oder 111) und so weiter.

Dieser Unterschied bedeutet, dass SLCs zuverlässiger, langlebiger und schneller sind, während MLCs den Vorteil haben, dass sie Daten viel kompakter speichern können. Dadurch lassen sich MLCs bei gleicher Speicherkapazität kostengünstiger herstellen als SLCs.[2]

Es gibt auch Zellen, die noch mehr Bits speichern können, das sind TLC (Triple Level Cell) und QLC (Quad Level Cell).

trimmen

Wenn SSDs viel verwendet werden, werden sie langsamer. Beim Schreiben in zuvor belegten Speicherplatz muss dieser Bereich zuerst gelöscht werden, und dieser Vorgang nimmt zusätzliche Zeit in Anspruch. Deshalb wurde eine neue Technologie entwickelt, die dem entgegenwirkt, nämlich TRIM. TRIM veranlasst das Betriebssystem, nach Bereichen auf der SSD zu suchen, die nicht mehr verwendet werden. Dann wird der Controller der SSD angewiesen, diese Bereiche bereits zu löschen, damit das Schreiben ohne Verzögerung erfolgen kann.

Die neuesten SSDs sind fast alle mit dieser TRIM-Funktion ausgestattet. Vor TRIM gab es bereits eine alternative Technik, die die SSD zurücksetzt. Der Nachteil dabei war, dass diese Technik alle Daten auf der SSD löscht, was die Verwendung unpraktisch macht.

TRIM ist integriert in die Linux Kernel ab Version 2.6.33, Mac OS von Version 10.7Löwe[3] und mit Windows von Windows 7 und von Windows Server 2008 R2.

Vor-und Nachteile

Dies sind die wichtigsten Vor- und Nachteile einer SSD im Vergleich zu einer Festplatte.

Leistungen

  • Geschwindigkeit: Eine SSD hat eine sehr kurze Zugriffszeit und eine sehr hohe Lese- und Schreibgeschwindigkeit.
  • Ruhe: Da eine SSD keine beweglichen Teile enthält, erzeugt eine SSD keinen Ton.
  • Gewicht und Größe: Eine SSD ist um ein Vielfaches leichter als eine Festplatte und lässt sich zudem sehr kompakt beispielsweise in einen Laptop integrieren.
  • Sparsamer: Eine SSD benötigt im Betrieb weniger Strom als eine Festplatte, da sie keine rotierenden Teile enthält.
  • Kühler: keine beweglichen Teile, daher weniger Wärmeentwicklung.
  • Weniger anfällig: Da eine SSD keine beweglichen Teile hat, ist sie weniger empfindlich gegenüber physischen Stößen und Stößen.

Nachteile

  • Preis: eine SSD ist (berechnet im Preis pro Gigabyte) ist immer noch teurer als eine Festplatte (früher war sie sogar noch teurer).
  • Degradation (mit Flash-Speicher): Die Zellen verlieren nach mehreren Schreibvorgängen ihre Speicherkapazität. MLCs können etwa 5000 Mal beschrieben werden. Je mehr Bits pro Zelle gespeichert sind, desto schneller verschleißen diese Zellen. TRIM sorgt dafür, dass alle Zellen ungefähr gleich belastet werden. Auf diese Weise hält die gesamte Festplatte länger.

Behobene Nachteile:

  • Kapazität: Die Kapazität einer SSD war lange nicht so groß wie die einer Festplatte. Mit der Einführung von 2-TB-SSDs[4] und höher, bis zu 32 TB,[5] Dieses Problem wurde jedoch behoben.
  • Geschwindigkeitsverlust: wenn keine Maßnahmen (wie zum Beispiel trimmen) betroffen sind, wird eine SSD nach vielen Datenumschreibungen langsamer. TRIM ist auf den meisten Betriebssystemen (wie Windows 7 und neuer) standardmäßig für SSDs aktiviert.

Anwendungen

SSDs sollen mechanische Festplatten langsam ersetzen. SSDs auf Basis flüchtiger Speicher wie SDRAM zeichnen sich durch schnellen Zugriff aus. Es gibt SSDs mit Zugriffszeiten von weniger als 0,01 Millisekunden; mehr als 400-mal schneller als die schnellsten Festplatten mit einer Zugriffszeit von 4 Millisekunden im Jahr 2012. Für Verbraucher, die eine durchschnittliche SSD kaufen, beträgt die Zugriffszeit etwa 0,1 Millisekunden. Da der Preis pro Gigabyte Speicherkapazität immer noch höher ist als bei herkömmlichen Festplatten, wird eine SSD manchmal mit einer „normalen“ Festplatte zum Speichern (großer Datenmengen) kombiniert.

Solid-State-Laufwerke können Anwendungen beschleunigen, die durch Festplattenbeschränkungen eingeschränkt sind. Sie werden auch als "Bootdiskette" (Bootdiskette) verwendet. Auch die höheren Lese- und Schreibgeschwindigkeiten spielen hier eine Rolle.

SSDs können auch in Computern nützlich sein, die bereits die maximal zulässige Menge an RAM verwenden. Etwas x86Architekturen haben beispielsweise Grenzen von 4 GB RAM. Mit a Auslagerungsdatei auf einer SSD kann dieses Problem umgangen werden. Aufgrund von Bandbreitenbeschränkungen des Busses, der eine solche SSD mit dem Rest des Computers verbindet, erreicht die SSD nicht die Geschwindigkeit des Hauptspeichers, aber die Geschwindigkeit bleibt um ein Vielfaches höher als bei der Auslagerungsdatei auf einer herkömmlichen Festplatte sollten gelagert werden. Dies kommt jedoch der Lebensdauer der SSD angesichts der begrenzten Anzahl von Schreibzyklen in Flash-Speicherzellen nicht zugute.

DRAM-basierte SSDs können auch als Zwischenspeicher verwendet werden. Wenn Daten auf eine Festplatte geschrieben werden sollen, erscheint der entsprechende Block als modifiziert (Slang: dreckig oder dreckig) sind markiert. Alle geänderten Blöcke können dann mit einer der folgenden Strategien mit der Festplatte synchronisiert werden:

  • Zeit, zum Beispiel alle 10 Sekunden;
  • Schwellenwert, wenn der Prozentsatz geänderter Blöcke einen bestimmten vordefinierten Wert überschreitet;
  • eine Kombination aus diesen.

Ende 2011 wurde der erste Supercomputer mit 1024 SSDs auf den Markt gebracht und rangiert auf Platz 48 der Top 50 Supercomputer.[6]

SSHD

Wird ein Solid State Drive als Flash-Speicher in einer physikalischen Einheit mit einer mechanischen Festplatte kombiniert, spricht man von einem Hybridantrieb oder Solid-State-Hybrid-Laufwerk (SSHD). Der vorhandene, oft kleine Flash-Speicher wird als Cache-Speicher. Der Rest des Laufwerks besteht aus der Festplatte, die oft über eine höhere Speicherkapazität verfügt. Diese kombiniert die Geschwindigkeit einer SSD mit einer günstigeren und geräumigeren Festplatte.

Siehe auch