Solid-State-Drive
Der Begriff Solid State Drive (SSD) oder Halbleiterplatte bezeichnet ein Speichermedium, das nur aus Speicherchips aufgebaut ist und festplattenartig angesprochen werden kann.
Bei der Hybridfestplatte (HHD) wird eine herkömmliche Festplatte mit einem Flashspeicher kombiniert.
Zwei Verfahren
Es gibt zwei Arten verwendeter Speicherchips: einerseits Flash-basierte und andererseits SDRAMs. Erstere sind besonders energieeffizient und sogar stromunabhängig, wenn es um das Beibehalten des Inhaltes geht. Herstellerseitig werden hier rund 10 Jahre versprochen, bei den konventionellen Festplatten fehlt diese Angabe, da ihre Magnetisierung im Laufe der Zeit nachlässt. Die SDRAM-Chips ihrerseits sind flüchtig und verbrauchen pro Gigabyte deutlich mehr Energie als eine konventionelle Festplatte. Ihr Vorteil liegt dafür in der extremen Geschwindigkeit. Sie haben gegenüber Festplatten eine rund 700-fach geringere Verzögerung, um beliebige Daten aufzufinden, gegenüber der Flash-Technik sind sie 80-fach schneller. Ein zweiter Vorteil ist die festplattengleiche, unbegrenzte Wiederbeschreibbarkeit; Flash-Chips sind hier auf 0,1 bis 5 Millionen Schreibzyklen begrenzt. Diese Beschränkung gilt jedoch nicht für Lesevorgänge und zudem für jede einzelne Speicherzelle. Eine solche wird bei Verschleiß automatisch gegen eine von rund zwei Prozent Reservezellen ausgetauscht.
Es liegt nahe, die Geschwindigkeit der SDRAMs mit dem Datenerhalt anderer Speichertypen zu verbinden. So integrieren manche Hersteller etwa eine konventionelle Festplatte mit in das Gehäuse der SDRAM-SSD, um ein Abbild dieser bei einem Stromausfall zu haben. An dieser Stelle schließt sich der Kreis: denn umgekehrt verfügen konventionelle Festplatten über immer mehr SDRAM- und neuerdings Flashchips als Zwischenspeicher.
Siehe auch: SSDs im Vergleich | PC-Start mit SD-RAM-SSD | PC-Start mit Flash-SSD
Vorteile und Einsatzgebiete
Der Wegfall der empfindlichen Motorlagerung und Lese-/Schreibmechanik der Laufwerke mit rotierenden Platten ergibt eine Vervielfachung der Schocktoleranz. Aus gleichem Grund beschleunigt sich das Ansteuern beliebiger Bereiche des Datenträgers. Es genügt ein elektrischer Impuls, statt dem Bewegen der Mechanik. Davon profitieren insbesondere Programm- und Betriebssystemstarts (siehe Videos zum vorigen Absatz). Aber auch die Temperaturtoleranz ist größer, ebenso wie deren schnelle Änderung keine Probleme mit sich bringt. Beides qualifiziert SSDs für den mobilen Einsatz. Am häufigsten finden sich die flashbasierten daher in MP3-Playern und USB-Sticks. Da sie zudem weniger Energie verbrauchen als Festplatten, dazu leichter und kleiner sind, werden sie auch für (Sub-)Notebooks interessant. Dort kommt auch zugute, dass ihre Geschwindigkeit nicht vom Formfaktor abhängt - auf kleinen rotierenden Platten dagegen finden pro Umdrehung weniger Daten Platz, als auf größeren. Erste Modelle mit Hybridfestplatte und reinen SSDs sind bereits im Handel.
Im stationären Einsatz finden sich eher die SDRAM-basierten SSDs und dies meist weit ab vom Massenmarkt. Ihr Einsatzgebiet sind Anwendungen, die sehr laufwerkslastig arbeiten (Datenbanken, Sortieranwendungen), indem sie wiederholt kleine Datenmengen von verschiedensten Speicherbereichen anfordern. Gern werden diese Laufwerke auch von Entwicklern und Testern benutzt, um die Leistungsfähigkeit von Festplatten-Controllern und -bussen zu messen, da sie diese maximal auslasten. Ihre Geschichte startete 1978, als die Firma StorageTek das Solid State Drive STK 4305 auf den Markt brachte, welche kompatibel zum Festkopfplattenspeicher IBM 2305 war und mit Großrechnern vom Typ System/370 benutzt wurde. Aktuell sind hier die RamSan-Laufwerke der Texas Memory Systems zu nennen, die in Form eines Desktopgehäuses die derzeit schnellsten (Massen-)Speicher darstellen. Ihre Preise starten bei 1700$ pro Gigabyte, ihre Geschwindigkeit liegt beim 30fachen der Flash-SSDs und dem über 300fachen normaler Server-Festplatten.
Aber auch im Bereich der eingebetteten Systeme, in denen es ausschließlich auf den Verzicht der mechanischen Teile ankommt, werden häufig Solid State Drives verwendet. Eine Ein-Chip-Mikrocontrolleranwendung verfügt aus Platz- und Energiegründen häufig erst gar nicht über einen Festplattenanschluss. Stattdessen liegt deren Steuerungsprogramm oder Betriebssystem meist in einem Flash-Chip. Einen solchen hat auch jeder PC. Dieser fasst unter einem Megabyte und enthält das BIOS; ursprünglich ebenso eingeführt, weil nicht alle PCs eine Festplatte besaßen.
Weitere Anwendungsgebiete finden sich in sehr elektronikfeindlichen Umgebungen, in denen Schmutz, Erschütterungen, sowie Druckschwankungen, Temperatur und Magnetfelder (Raumfahrt) den Einsatz mechanischer Platten verhindern.
Flash-SSDs im Massenmarkt
Durch Geschwindigkeitssteigerung und Preisverfall der Flashspeicher ist damit zu rechnen, dass sie – vornehmlich bei Mobilgeräten – in den nächsten Jahren die konventionelle Festplattentechnik ergänzen und sogar ersetzen. So entschloss sich Fujitsu, im 1,8"-Segment nur noch Flashfestplatten zu entwickeln; der Marktforscher iSuppli sagt die Verwendung von Hybrid- oder reinen Flashfestplatten in mindestens jedem zweiten Notebook bis 2009 voraus. Mit einer Ablösung wären gleichzeitig auch zahlreiche Unterscheidungsmerkmale der Hersteller verschwunden. Dazu gehören die entfallenden Punkte Lautstärke und Kühlungsbedarf, aber auch die dann prinzipbedingt sehr ähnliche Schockresistenz, Zugriffszeit und der Energiebedarf. Herstellern bliebe Gestaltungsfreiraum bei Geschwindigkeit, Kapazität und Preisgestaltung. Aber auch hier sind die bisherigen Produkte gleicher Generationen kaum zu unterscheiden. Diese Situation besteht bereits bei USB-Sticks. Dort wurden daher zusätzliche Eigenschaften eingeführt, etwa beigelegte Software zur Verschlüsselung der Daten oder die Abdichtung des Speichers gegenüber Wasser und Schmutz. Trotz dieser Versuche ist aber mit einer Phase der Fusionen und Allianzen zu rechnen, insbesondere zwischen den heutigen Festplatten- und Flashherstellern.
Hybridfestplatte/HHD
Funktion & Technik
Bei der Hybridfestplatte (Hybrid Hard Disk) wird eine herkömmliche Festplatte mit Flashspeicher kombiniert. Dieser hält die meistverwendeten Dateien vorrätig. Hierfür gibt es zwei Ansätze. Intel integriert den Flashspeicher nicht in die Festplatte selbst, sondern verwendet wie für den Arbeitsspeicher einen proprietären Anschluss auf dem Mainboard. Damit entsteht eigentlich keine Hybridfestplatte, der erzielte Effekt ist aber derselbe. Dieses Prinzip nennt Intel „Turbo-Memory“. Alle anderen Anbieter dieser Technologie sind Festplattenhersteller und integrieren den Flashspeicher in das Laufwerk selbst - meist 256 MB. Intel plant, die doppelte und vierfache Kapazität zu verwenden. Ob dies aber einen Praxisvorteil ergibt, ist derzeit nicht abzusehen.
Anders als herkömmliche Zwischenspeicher behalten die Flashchips ihre Daten auch nach dem Ausschalten, was dank ihrer Größe die meistgebrauchten Dateien sein werden. Somit wird die eigentliche Festplatte nur bei Bedarf – also für selten benutzte Dateien – gestartet. Beim Schreiben werden zudem immer erst 32 MB an Daten gesammelt, bevor der Spindelmotor startet. Noch einmal soviel wird den per Sondertasten einiger Tastaturen startbaren Programmen bereitgestellt. Über 95 % der Zeit wird ein solches Laufwerk damit lautlos und stromsparend (um 0,1 W) funktionieren. Diese beiden Punkte, zusammen mit der dabei auch höheren Stoßfestigkeit sind die Vorteile der HHDs. Da diese besonders dem Mobileinsatz zugutekommen, planen die Hersteller bisher nur 2,5 Zoll-Modelle. Dank des S-ATA-Anschlusses sind sie aber auch im Desktop verwendbar.
Der Tempogewinn der neuen Laufwerke liegt bei einem rund 30 Prozent schnelleren Windows-Start und einem ähnlichen Effekt beim Start der häufig benutzten Programme. Bisher erkennt jedoch nur Windows Vista diesen Laufwerkstyp. Alle anderen Betriebssysteme nutzen damit den Flashbereich nicht. Daher entfallen auch Beschleunigung und Energieeinsparung durch automatischen Abschaltens des Festplattenmotors. Und damit auch die im Stillstand erhöhte Stoßfestigkeit - das Verhalten entspricht also dem aller anderen Festplatten. Allein der Aufpreis von 20 € bleibt bestehen.
Jener Cachebereich ist dabei flashtypisch zweigeteilt – die aktuellen Schreibraten unterbieten konventionelle Festplatten deutlich – so wäre der Cache erstmals langsamer als die Festplatte selbst. Daher wird eine Datei nicht beim ersten Schreiben, sondern erst nach häufiger Verwendung in den Cache aufgenommen; mitunter sogar nur einzelne Bestandteile. Von dort können sie dann deutlich schneller geliefert werden. Flash ist also kein Ersatz für den bisher schon vorhandenen, wenige Megabyte fassenden DRAM-basierten Cache jeder Festplatte. Dieser wird wohl bei allen Herstellern beibehalten.
Benchmarks können die Mehrleistung bisher nicht wiedergeben - sie verwenden ja möglichst viele, verschiedene und große Dateien, um eine maximale Last zu erzeugen. Zudem verwenden sie gerade kein wiederkehrendes Zugriffsmuster - um auszuschließen, das ein Laufwerkshersteller sein Produkt daraufhin optimiert. Damit werden die verfügbaren Leistungstests jedoch der typischen Notebook-Verwendung nicht gerecht - und ähnlich einem Hybridauto unter Volllast - haben Hybridfestplatten in diesen Tests keinen Vorteil.
Auch wenn Hybridfestplatten erst 2007 auf den Markt gekommen sind, gab es eine ähnliche Technik schon mehr als zehn Jahre zuvor: Der Hersteller Quantum hatte eine SCSI-Festplattenserie namens Rushmore im Programm. Diese kombinierte eine herkömmliche Festplatte statt - mit damals eher bremsendem - Flash, mit SD-RAM in Laufwerksgröße. Die reichte bei Einstellung der Serie anno 2000 von 130 Megabyte bis 3,2 Gigabyte. Alle gespeicherten Daten wurden im Betrieb aus dem extrem schnellen „Cache“ geliefert. Da dieser jedoch auf Strom angewiesen war, wappnete der Hersteller das Produkt mit Batterien gegen Datenverlust. Deren Energie ließ im Notfall die Festplatte starten und alle Daten aus dem RAM übernehmen. Wegen der hohen Preise für RAM-Chips waren die Rushmore-Platten für Privatanwender aber praktisch unerschwinglich - sie lagen beim Tausendfachen heutiger Flashchips. Daher war auch die optional verfügbare Grundversion keine Ausnahme: ihr fehlten die sowieso relativ günstigen Bauteile Festplatte und Batterie.
Marktsituation
Nach Samsungs Debüt der ersten HHD im März 2007 begann Seagate im Juli mit der Fertigung eines Modells gleicher Flashgröße. Das starke Engagement des Samsung-Konzerns, Festplatten möglichst bald durch Flashspeicher zu ersetzen, dürfte durch die Chipproduktion im eigenen Haus unterstützt werden, denn über diese Synergie verfügt neben Samsung nur noch Toshiba als einziger Festplattenhersteller. Toshiba hat derzeit keine Produkte angekündigt, plant aber ebenfalls massive Investitionen in den neu entstehenden Markt. Hitachi kündigte ebenfalls eine um Flashspeicher ergänzte Version ihrer aktuellen Serie an. Der Aufpreis liegt bei allen um 20 €.
Zusammen mit Fujitsu, die noch keine HHD ankündigten, gründeten die genannten Hersteller Anfang 2007 die „Hybrid Storage Alliance“, um die Vorteile der neuen Technologie besser vermarkten zu können - denkbar wären etwa einheitliche Logos und Mindeststandards zu deren Erlangung.
Intels Lösung wurde mit der Centrino-Generation „Santa Rosa“ im Mai 2007 eingeführt. Sony, HP und MSI nahmen jedoch bisher Abstand davon, das entsprechende Intel-Flashmodul auch in ihre Notebooks einzubauen. Von Microsoft zurückgewiesen wird Sonys Begründung, die zur Nutzung von HHD und auch TurboMemory nötige Unterstützung sei in Vista nicht vollständig enthalten. Ein Sony-Sprecher sagte zuvor, Vista könne gar nicht entscheiden, welche Dateien im Flashbereich vorgehalten werden sollen. So erklärten sich auch die nur geringen erzielten Geschwindigkeitsvorteile. Da er diese Funktion mit dem ersten ServicePack für Vista erwarte, hält er einen dann folgenden Einbau der Flashmodule für wahrscheinlich. HP nennt als Begründung für den vorläufigen Verzicht auch den hohen Preis der Intel-Flashmodule. Sie seien mit 50$ pro Gigabyte etwa doppelt so hoch, wie marktüblich. Motivation für die eigene Lösung - Flashspeicher und Festplatte zu kombinieren - dürfte bei Intel wie auch Samsung darin liegen, die Flash-Chips aus eigener Produktion so auch selbst zu vermarkten. Da Intel jedoch keine Festplatten fertigt, entstand diese Lösung mit separatem Flashmodul. PC-Hersteller haben dadurch eine größere Auswahl zwischen konventionellen Festplatten und bei der Größe des Flashspeichers. Und Käufer könnten später das Flashmodul gegen größere und schnellere tauschen, so diese einzeln verkauft würden.
Siehe auch: Samsung HHD-Serie | Seagate HHD-Serie | Bestandteile einer Hybridfestplatte
Reine Flash-Laufwerke
Diese befinden sich bereits in Produktion, waren aber bisher militärischen und anderen wenig preissensitiven Märkten vorbehalten. Im März 2006 jedoch fertigte Samsung ein Modell, das mit einem Achtel des Preises einen anderen Zielmarkt anvisierte: Notebooks mit 2,5- und 1,8-Zoll-Festplatten - und per Adapter auch Desktop-PCs. Damit wurde versucht, einen neuen Markt für erschwingliche Flash-Festplatten zu eröffnen. Mit 600$ für 32 GB gelang dies zwar noch nicht, im vergangenen Jahr jedoch forschten eine Reihe weiterer Anbieter mit gleicher Zielstellung an Konkurrenzprodukten. Im zweiten Quartal 2007 erschienen diese Vertreter der zweiten Generation. Pro Jahr halbiert sich hier derzeit der Preis, während die Geschwindigkeit um 20 Prozent steigt.
Weiterhin Bestand hat aber auch der Hochpreissektor dieser Technologie. Der dort etablierte Hersteller MSystems ist mit der Übernahme durch SanDisk als einziger Anbieter in beiden Segmenten vertreten. Diese sind im Folgenden kurz verglichen.
| Segmente im Flashmarkt | Die günstigen Laufwerke führen auch Nachteile gegenüber den etablierten ein. |
|---|
| konventionelle Festplatte | Flash-SSD Commercial | Flash-SSD Industrial | |
|---|---|---|---|
| max. Kapazität | 1000 GB | 64 GB | 352 GB |
| Betriebstemperatur | 5 bis 55 °C | 0 bis 70 °C | -40 bis 85°C |
| Schreibzyklen | unbegrenzt | 100 000 / Flashzelle | 1 bis 5 Millionen / Flashzelle |
| Datenerhalt | keine Angaben | 10 Jahre | 10 Jahre |
| Blackbox-geeignet | nein | nein | ja |
| Sicheres Löschen | ja | unvollständig | ja |
| S.M.A.R.T. | ja | nein | ja |
| Markt-Überblick | Verfügbare und bald folgende Flashfestplatten im neuen „kommerziellen“ Sektor. |
|---|
| Kapazität | Formfaktor Anschluss |
Geschwindigkeit lesend/schreibend |
Preis | Verfügbarkeit | |
|---|---|---|---|---|---|
| Samsung | 32 GB | 2.5" / PATA | 50 / 30 MB/s | 400€ | Auslaufmodell |
| Hama | 32 GB | 2.5", 1.8" / PATA | 50 / 30 MB/s | 490€ | ja |
| Transcend | 32 GB | 2.5" / PATA | 42 / 33 MB/s | 400€ | ja |
| SanDisk | 32 GB | 2.5", 1.8" / SATA, PATA | 62 / 36 MB/s | ~350€ | 3. Quartal 2007 |
| Ritek | 32 GB | 2.5", 1.8" / SATA , PATA | 50 / 30 MB/s | ~350€ | 3. Quartal 2007 |
| Samsung | 64 GB | ? , 1.8" / SATA, ? | 65 / 45 MB/s | ? | 3. Quartal 2007 |
| Intel | 20, 40 GB | - / USB-DOM | 40 / 15 MB/s | ? | 3. Quartal 2007 |
Aufgrund ihrer Stoßfestigkeit werden Flashfestplatten auch im sogenannten 100-Dollar-Laptop und seinem „Konkurrenten“, dem Classmate PC eingebaut. Damit wird diese neue Technik überraschenderweise im günstigsten Segment serienmäßig zum Einsatz kommen. Die verwendeten Laufwerke fassen zwischen 0,5 und 2 GB und kosten mit rund 10$ deutlich weniger als konventionelle Festplatten, die dafür ein vielfaches Fassungsvermögen haben.
Vermutlich wird Apple Inc. ab Herbst seine MacBook- Reihe um ein Modell mit Samsung's Flashfestplatte der zweiten Generation erweitern. Apple hat durch die Nutzung von Flash-Speichern in den iPod Nano- und iPhone-Modellen schon längere Zeit Erfahrung mit SSD-Drives und seit geraumer Zeit großvolumige, günstige Lieferverträge mit Samsung. Bereits jetzt bieten Fujitsu und Dell ausgewählte Modelle mit optionaler Flashfestplatte und rund 500€ Aufpreis an.
Notebooks mit Flash-SSD: Apple, Fujitsu, Dell
Windows Vista und Flashspeicher
Windows Vista versucht, Festplattenzugriffe auf HHDs zu optimieren. Es erkennt sie und kopiert meistverwendete Programm- und Betriebssystem-Dateien in deren Flashteil.
Vista soll zudem von USB-Sticks profitieren. Es bietet hierzu an, mit ihnen eine HHD nachzuempfinden, indem ein Teil ihres Speicherplatzes als schneller Zwischenspeicher genutzt wird. Obwohl beide Flashspeicher einander ähneln, ist der Geschwindigkeitsvorteil doch nicht ganz vergleichbar. Dies liegt am Ansatz: Bei HHDs werden die meist genutzten Dateien gesammelt; auf USB-Sticks nur, was während des Betriebs nicht mehr in den Arbeitsspeicher passt. Sie dienen als kostenfreie RAM-Erweiterung. Repräsentative Tests zeigen daher nur bei PCs mit weniger als 1 GB Arbeitsspeicher einen spürbaren Vorteil für die „ReadyBoost“ genannte Idee. Anders als bei HHDs bleibt hier die Festplatte auch weiterhin auf Touren. Sie enthält zudem ein Abbild des Zwischenspeichers, das verwendet wird, wenn der USB-Stick abgezogen wird. Die auf ihn ausgelagerten Daten werden sicherheitshalber mit 128 Bit verschlüsselt und das Laufwerk vor Gebrauch sinnvollerweise kurz auf ausreichende Geschwindigkeit getestet. Der verwendete Schlüssel wird jedoch im Arbeitsspeicher abgelegt und ist so nach jedem Standby oder Aussschalten verloren. Beim Anschalten schreibt Vista daher den kompletten Cache neu, was mehrere Minuten in Anspruch nehmen kann. Laut Microsoft-Mitarbeiter Robert Hensing [1] ist dieses Problem mit einem Update jedoch mittlerweile behoben. ReadyBoost erfordert eine Laufwerksgröße von 256 MB, maximal verwendet Vista 4 GB. Der verwendete Anteil ist beim Anschließen einstellbar.
Verschleiß und Ausfallvorhersage
Konventionelle und Flashfestplatten verschleißen mit der Zeit. Während sich das bei ersteren aus der Abnutzung der Mechanik ergibt, wirkt bei der Flashtechnik ein elektrischer Effekt begrenzend. Lesevorgänge sind hier zwar unbegrenzt möglich, je nach Qualität kann eine Flashzelle aber nur zwischen 100.000 und 5 Millionen Schreibvorgänge absolvieren. Danach „vergisst“ sie, was neu geschrieben wird.
Flashspeicher wären so mitunter schon nach wenigen Tagen defekt. Dem wirken seit einigen Jahren „Wear-Levelling“-Verfahren entgegen. Der Controller im Flashlaufwerk verteilt Schreibvorgänge auf alle Speicherzellen so, dass jede möglichst gleich häufig beschrieben wird. Er arbeitet autark und ist vom Rest des Computers aus weder sichtbar, noch beeinflussbar.
Dieses Verteilungs-Verfahren gibt es in verschiedenen Ausbaustufen. So verwendet eine Flashfestplatte häufig komplexere Controller, als ein USB-Stick und sehr wenige Wechseldatenträger auch gar keinen. Hier können dann Software-Lösungen wie in Windows Vista oder das Dateisystem JFFS2 unter Linux aushelfen.
Je nach Ausbaustufe führt das Verfahren zu einer Haltbarkeit, die konventionellen Festplatten nahe kommt, oder sie übertrifft.
Eine Ausfallvorhersage wie bei konventionellen Festplatten (S.M.A.R.T.), fehlte bei SSDs jedoch. Bei Laufwerken über 1000 € hat sie MSystems daher vor einigen Jahren und SiliconSystems im vergangenen eine vergleichbare ergänzt. Letztere ist jedoch kein Standard und auf diesen Hersteller begrenzt.
Die Prüfung ist im Vergleich zu konventionellen Festplatten sehr übersichtlich: es wird ausschließlich geprüft, ob von den 2 bis 4 Prozent Reserveblöcken noch mehr als 95 Prozent übrig sind. Ist dies nicht mehr der Fall, geht das Laufwerk sicherheitshalber in einen Nur-Lese-Modus über. Da bei guten „Wear-Levelling“-Verfahren alle normalen Sektoren zu ähnlicher Zeit abgenutzt sind, ist ein Ausfall nach der Verwendung erster Reservesektoren vermutlich nahe.
Ein Nebeneffekt aller Verteilungs-Verfahren ist, dass kein sicheres Löschen mehr möglich ist. Der Hintergrund ist im folgenden Abschnitt erläutert.
Siehe auch: JFFS2 in der englischen Wikipedia
Methoden der Nutzungsverteilung
Dateien werden immer als Bitfolge geschrieben. Heute enthält eine Flashzelle meist 2 Bits (ein Viertel Byte), welche in Blöcken von 2.000 oder 4.000 Byte zusammengefasst sind. Angesprochen werden vom Controller immer ganze Blöcke. Beim Lesen einzeln, beim Schreiben werden sie abermals zusammengefasst - zu einem „Erasable Block“. Dieser enthält 32 oder 64 Blöcke. Bei jeder Änderung in einem seiner Blöcke wird der zunächst nicht gelöscht, sondern als unaktuell markiert. Geschrieben wird in den nächsten freien Block desselben Erasable Block. Erst, wenn alle seine Blöcke unaktuell sind, wird er einmal komplett gelöscht. Somit müssen bei jedem geänderten Byte mehrere Kilobyte (der nächste Block) neu geschrieben werden. Und damit entstünde eine inakzeptable Haltbarkeit. Im folgenden Beispiel wird eine Textdatei viermal überarbeitet und gespeichert.
| Schreibvorgang | 1 | 2 | 3 | 4 | weiter wie 2 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Block | |||||||
| 1 | Datei.txt | unaktuell | unaktuell | löschen | Datei.txt | ... | |
| 2 | leer | Datei.txt | unaktuell | löschen | leer | ... | |
| 3 | leer | leer | Datei.txt | löschen | leer | ... | |
| 5 | leer | leer | leer | leer | leer | ... | |
| 6 | ... | ... | ... | ... | ... | ... |
| Ein Erasable Block | umfasst hier der Übersicht wegen nur drei Blöcke. Jeder Block umfasst 2 oder 4 KB. |
|---|
Dynamic Wear Levelling
Soll ein Erasable Block beschrieben werden, wird hier von den noch nicht belegten der am wenigsten abgenutzte ausgewählt. Dies ist vergleichsweise einfach im Controller umzusetzen. Es hat den Nachteil, dass bei gut gefülltem Laufwerk der wenige freie Platz schneller abgenutzt wird. Die Schreibzyklen steigen um den Faktor 25 gegenüber fehlendem Wear-Levelling.
Static Wear Levelling
Soll ein Erasable Block beschrieben werden, wird hier der am wenigsten abgenutzte ausgewählt. Ist dieser schon belegt, werden dessen Daten auf einen anderen umverlagert, dann die neuen Daten geschrieben. Dies erfordert einen etwas komplexeren Controller, führt aber zu sehr gleichmäßiger Abnutzung. Die Schreibzyklen steigen um den Faktor 100 gegenüber fehlendem Wear-Levelling.
Defekte Blöcke
Scheitert ein Schreibversuch auf einen Block, wird dieser wie bei konventionellen Festplatten als nicht mehr benutzbar markiert und ein Reserveblock aktiviert.
Siehe auch: Wear Levelling in der englischen Wikipedia | Flash-Haltbarkeit berechnen (am Ende der Seite)
Sicheres Löschen und Defragmentierung
Alle bekannten Betriebssysteme löschen Dateien nicht komplett, sondern entfernen nur den Eintrag im Inhaltsverzeichnis des Dateisystems. Dies beschleunigt den Löschvorgang, ermöglicht aber auch eine Wiederherstellung der Datei. Daher gibt es Software oder wie bei Linux Befehle, um die Datei wirklich zu überschreiben. Dieses Überschreiben leiten Flashsspeicher mit Nutzungsverteilung dann aber auf die bisher am wenigsten benutzten Blöcke, nicht auf jene, in denen die Datei steht. Um dieses Sicherheitsleck zu nutzen, müsste aber das Laufwerk geöffnet und der Controller gegen einen ausgetauscht werden, der dann alle Blöcke ausliest. Zudem fehlt die Information, welche Blöcke zu einer durch „Überschreiben“ gelöschten Datei in welcher Reihenfolge gehören. Kryptographiehersteller warnen trotzdem vor Einsatz solcher Laufwerke, da zumindest Schlüssel auffindbar sein könnten.
Behebbar ist das Problem erst durch einen Controller, der auf Wunsch vorübergehend die Nutzungsverteilung abschalten kann und so ein „Secure Erase“ ermöglicht. Entsprechende Laufwerke sind aber nur im Hochpreissegment zu finden, etwa von M-Systems. Diese enthalten dann auch Löschalgorithmen nach US-AirForce oder Navy-Standard. Für den Heimgebrauch dürfte es bereits genügen, das Laufwerk einmalig mit Dateien zufälligen Inhalts vollständig zu beschreiben. Somit wird jeder Sektor einmal überschrieben, unbesehen seines Nutzungsgrades. Hierbei ist die Verwendung von Dateien wichtig; ein dateisystemloses Beschreiben hat nicht den gewünschten Effekt. Ab Windows XP leistet dies etwa DiskBench. Ein Nebeneffekt ist das unberührt bleibende Inhaltsverzeichnis des Dateisystems das alle Datei- und Ordnernamen enthält.
Eine Defragmentierung ist wegen der unbeeinflußbaren Nutzungsverteilung nicht möglich, aufgrund der marginalen Zugriffszeit jedoch auch nicht nötig.
Siehe auch: DiskBench - Flashmedien hinreichend sicher löschen
Solid State Drives im Vergleich
Im Folgenden sind die derzeit aktuellen Verfahren zum Vergleich aufgeführt.
| SDRAM-Disk | CompactFlash-Karte | Flash-Disk | RAM-Disk | Festplatte | |
|---|---|---|---|---|---|
| 5,25"; oder PCI-Karte | per ATA-Adapter | 3,5" / 2,5" / 1,8" | als Teil des Arbeitsspeichers | zum Vergleich; 3,5" S-ATA | |
| Größen | 1 bis 32 GB | 1 bis 16 GB | 4 bis 352 GB | 0 bis RAM-Größe | 80 bis 1000 GB |
| Preis pro GB | 50 bis 100 € | 7 bis 15 € | ab 12 € | ab 50 € | ab 0,17 € |
| Zusammensetzung | Laufwerk 200 bis 700 € + SDRAM |
Adapter 2 bis 20 € + Karte |
- | - | - |
| Anschluss | S-ATA P-ATA - - |
S-ATA P-ATA - - |
S-ATA P-ATA SCSI - |
auf Hauptplatine befestigt | S-ATA P-ATA SCSI SAS |
| Lesen Schreiben |
90 bis 125 MB/s 90 bis 125 MB/s |
10 bis 40 MB/s 9 bis 19 MB/s |
50 MB/s 30 MB/s |
1000 bis 3000 MB/s 1000 bis 3000 MB/s |
60 bis 85 MB/s 60 bis 85 MB/s |
| Zugriff lesend Zugriff schreibend |
0,05 ms 0,05 ms |
0,8 ms 10 bis 35 ms |
0,2 ms 0,2 ms |
0,04 ms 0,04 ms |
9 bis 14 ms 9 bis 14 ms |
| Überschreibbar | beliebig | 0,1 bis 2 Millionen Mal | 0,1 bis 5 Millionen Mal | beliebig | beliebig |
| Lagerbar bei | -25 bis 85°C (SD-RAM-Module) |
-40 bis 85°C (manche) |
-55 bis 95°C (manche) |
-25 bis 85°C | -40 bis 70°C |
| stoßfest – Betrieb stoßfest – Lagerung |
? ? |
2000 G 2000 G |
1500 G 1500 G |
? ? |
60 G 350 G |
| Verbrauch – Zugriff Verbrauch – Ruhe |
10 bis 25 W 3 bis 6 W |
0,25 W 0,0003 W |
1 bis 3 W 0,05 bis 2 W |
8 W pro SDRAM-Modul ? |
10 W 7 W |
| Verhalten beim PC-Ausschalten | konsistent durch Standbystrom |
problemlos | problemlos | Datenverlust; manche Software sichert auf Festplatte |
problemlos |
| Verhalten bei Stromausfall | 3 bis 16h konsistent durch Akku |
problemlos | problemlos | Datenverlust | problemlos |
| Lautlos |
ja | ja | ja | ja | nein |
| Ohne weitere Treiber verwendbar | ja | ja | ja | betriebssystemabhängig | ja |
| Testbericht | Gigabyte i-RAM HyperOs HyperDrive III |
Allgemein, von 2000 SanDisk Extreme III |
Samsung 32 GB SanDisk 32 GB |
- | Beispiel |
| Anbieter (Beispiel) | Gigabyte HyperOs |
Microdia SanDisk |
MSystems Samsung |
siehe Ramdisk |
siehe Hersteller |
| Bemerkungen | Geschwindigkeit begrenzt durch P-ATA/S-ATA-Anschluss auf Hauptplatine. | Mit Abstand günstigste SSD. Erst Adapter ab 2004 unterstützen DMA. | Ein Cache minimiert die Schreibzugriffszeit ggü. CompactFlash. | Größe abhängig von Hauptplatine und Betriebssystem. Nicht bootfähig. | Bieten die Selbstüberwachung S.M.A.R.T. |
Die unteren Preisgrenzen beziehen sich auf die größeren Modelle, die bei allen SSD-Verfahren vergleichbar günstig pro Gigabyte sind. Trotzdem haben die jeweiligen Einstiegsmodelle sehr unterschiedliche Preise.
Bei Betriebssystem-, Programmstarts und wo immer Zugriffszeiten eine Rolle spielen, sind diese Solid-State-Verfahren den Festplatten überlegen. Prinzipbedingt gelingt es ihnen, die obigen Geschwindigkeiten bei zufällig verteilten Zugriffen aufrecht zu erhalten.
Für die CompactFlash-Variante ergibt sich eine weitere Anwendungsmöglichkeit. Dank Adaptern, die als Slotblende befestigt werden, kann die CF-Karte von außen ausgetauscht werden – die Verkabelung bleibt im Gehäuse. Da der Adapter außerdem weder PCI- noch andere Kontaktleisten hat, kann er ganz nach Platzangebot eingebaut werden. Das ist ein Unikum dieser Solid-State-Variante und ermöglicht so Anwendungen, Benutzer oder Betriebssysteme sauber und sicher voneinander zu trennen. Denn so kann jeder Benutzer seine bevorzugte Betriebssystem- und Arbeitsumgebung mitbringen, wobei er gleichzeitig keinerlei Daten im PC hinterlässt, da er die „Festplatte“ einfach mitnimmt. Zusätzlich sind CompactFlash-Karten viel robuster und handlicher als ihre „Vorfahren“, die Festplatten im Wechselrahmen.