In mobilen Geräten wie Smartphones, MP3-Playern und Tablets dominiert Flash-Speicher gegenüber ferromagnetischen Festplatten schon seit längerem. Nun hält die Flash-Disk - die gängige Bezeichnung lautet Solid State Drive / Disk (SSD) - zunehmend auch Einzug im Computer. Insbesondere Netbooks und Subnotebooks wie das Macbook Air haben die SSD salonfähig gemacht.
Geringere Kapazitäten und hoher Gigabyte-Preis
Je nach Kapazität und Flash-Speicher-Technik liegt der GB-Preis für SSDs zwischen 1,40 und 20 Euro. Für 2,5-Zoll-Laufwerke mit klassischer Magnettechnik muss der Kunde hingegen 10 bis 50 Cent pro Gigabyte berappen. Durchschnittlich kostet das Gigabyte bei einer Solid State Disk im jeweils günstigsten Fall also noch zehnmal so viel. Die Kapazitätslücken sind dagegen weitgehend geschlossen: 512-GB-Modelle gibt es unter anderem von A-Data, Kingston, OCZ, Super Talent oder Toshiba. OCZ bietet SSDs mit 1 TB Speichervolumen an. Sogar ein 2-TB-Modell gibt es - zum stolzen Preis von über 7.000 Euro.
Deutlich ungünstiger fällt der Vergleich mit 3,5-Zoll-Festplatten aus. Bei den Desktop-Modellen liegt der Gigabyte-Preis zwischen 5 Cent und 1,20 Euro. Im ungünstigsten Fall kostet bei dieser Gegenüberstellung das Gigabyte einer Solid State Disk also bis zum 400-fachen einer 3,5-Zoll-HDD.
Geräuschlos, sparsam und kaum kaputt zu kriegen
Kommen wir nun zu den Vorteilen, die SSDs gegenüber herkömmlichen Festplatten haben: Eine Solid State Drive arbeitet gänzlich ohne bewegliche Teile, ergo erzeugt die Festplatte auch kein Betriebsgeräusch. Zudem sind SSDs dadurch auch viel robuster als ferromagnetische Laufwerke, die im Betrieb Erschütterungen von maximal 350 G vertragen, während SSDs bis zu 1.500 G aushalten. Keine beweglichen Teile zu haben, macht SSDs obendrein unempfindlicher gegenüber übermäßiger Wärmeentwicklung: Sie vertragen eine Betriebstemperatur von bis zu 70 Grad Celsius, während herkömmliche 2,5-Zoll-Modelle bereits ab 55 Grad Celsius die Segel streichen.
Und sparsamer im Stromverbrauch sind SSD auch noch. Vor allem im Leerlauf glänzen sie mit extrem niedrigen Werten zwischen 0,06 und 0,6 Watt, während sich klassische 2,5-Zoll-Platten zwischen 0,5 und 2,0 Watt genehmigen. Aber auch die Verbrauchswerte unter Last liegen in einem genügsamen Bereich zwischen 0,15 und 2,5 Watt, insbesondere die Intel X25-M SSDSA2MH080G1 spielt hier mit 0,06 sowie 0,15 Watt eine Vorreiterrolle. All diese Eigenschaften prädestinieren SSD insbesondere für den Einsatz im Notebook und lassen klassische Scheibedreher schlecht aussehen.
Technik: Das sollten Sie über SSDs wissen
Während herkömmlichen Festplatten eine Datenscheibe magnetisieren, um Informationen zu speichern, nutzen SSDs dazu elektrische Ladungszustände in Speicherzellen. Anders als etwa beim Arbeitsspeicher bleiben die Ladungszustände auch erhalten, wenn die SSD von der Stromzufuhr getrennt ist - nur deswegen lässt sich die SSD als Massenspeicher nutzen. Für die Datenspeicherung kommen grundsätzlich zwei Techniken zum Einsatz: Die Single Level Cell (SLC) speichert mit einer fest definierten Spannung nur ein Bit pro Flash-Zelle. Die Technik Multi Level Cell (MLC) sichert bis zu vier Bit pro Speicher-Zelle, muss allerdings beim Auslesen unterschiedliche Spannungen anlegen. MLC-Chips erlauben daher höhere Speicherkapazitäten pro Fläche und sind deshalb auch deutlich preisgünstiger als ihre SLC-Kollegen. Letztere sind dafür leistungsfähiger und grundsätzlich langlebiger.
Die Zugriffe auf die Speicherchips steuert, wie bei den klassischen Scheibendrehern ein Controller-Chip, dessen Qualität maßgeblichen Einfluss auf die Leistung hat. Ein Cache zur Datenpufferung fehlt hingegen noch bei vielen SSDs, was sich negativ auf die Datenraten im Alltagsbetrieb auswirkt. Der Grund dafür sind die unterschiedlichen Aufzeichnungstechniken:
Während klassische Festplatten die Daten Sektor für Sektor auf der Speicherschicht schreiben, geschieht das bei Solid State Drives blockweise, da Flash-Speicher-Zellen in größeren Gruppen hintereinander geschaltet sind. Gerade bei großen Datenmengen kommt es deshalb bei SSD ohne Datenpuffer zu einem Einbruch der Datenraten. Das der Controller Daten nur in Blöcken überträgt, hat aber auch Vorteile: Es erhöht die Lebensdauer der Flash-Zellen, da mit steigender Anzahl der Zugriffe die Fähigkeit abnimmt, elektrische Ladungszustände zu speichern.
Deshalb setzten Solid State Drives auch eine weitere Technik ein, die die Zellenalterung reduzieren soll: Der Controller verteilt mittels ausgeklügelter Algorithmen Zugriffe so gleichmäßig wie möglich auf alle zur Verfügung stehenden Zellen. Zudem besitzen SSDs - ähnlich wie klassische Festplatten - Reservespeichersplatz, um defekte Zellen beziehungsweise Sektoren in begrenztem Maße ersetzen zu können.
Trotz all dieser Techniken bleibt die tatsächliche Lebensdauer von Solid State Drives bis auf weiteres ein Mysterium. Denn die maximal mögliche Anzahl von Schreibvorgängen, die eine Flashzelle aushält, variiert je nach Typ und Fertigungsqualität um den Faktor 50: Während minderwertige MLC-Bausteine bestenfalls 100.000 Schreibzyklen überdauern, können erstklassige SLCs mehr als 5 Millionen Schreibzugriffe bewerkstelligen. Und selbst die Herstellerangaben - sofern man sie recherchieren kann - sind auch nur ein statistischer Mittelwert. Erst Langzeit- und Alterungsstudien, die die noch junge Massenspeichertechnik in den kommenden Jahren begleiten, werden daher Aufschluss über die Lebenszeit einer SSD bringen. Unterem Strich ist die Haltbarkeit aktueller Solid State Drives aber durchaus mit herkömmlichen Festplatten vergleichbar.
Eine weitere wichtige technische Kenngröße ist die Zuverlässigkeit (MTBF = Mean Time Between Failures), also die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen. Bei SSDs liegt die MTBF zwischen einer und zwei Millionen Stunden, herkömmlichen 2,5-Laufwerken müssen mit 0,3 bis 0,6 Millionen Stunden vorlieb nehmen. SSDs fallen also nicht schneller aus als klassische Scheibendreher - ganz im Gegenteil.
Auf das Innenleben kommt es an!
Ein Blick ins Innenleben einer SSD verrät viel über deren Qualität und Leistungsfähigkeit Preisgünstige SSDs wie die 128-GB-Modelle Transcend TS128GSSD25S-M, G.Skill FM-25S2S-128GB und Patriot Warp SSD V2 PE128GS25SSD verwenden beispielsweise identische Chips: die Flash-Speicherchips K9HCG08U1M-PCB0 von Samsung sowie den SATA/300-Controller JMF602 von Jmicron, der die Datenpufferung über einen Cache-Baustein gar nicht unterstützt. Hersteller wie Intel und Samsung, die selbst Flash-Speicher produzieren, nutzen hingegen ihren eigenen speziellen Chips sowie für diese optimierte Controller.
Solche hauseigenen Lösungen sind deutlich leistungsfähiger als die Stangenware. Anderseits lassen sich Intel und Samsung die maßgeschneiderten SSDs auch fürstlich bezahlen. Aber auch hier kommt Bewegung in den Markt. So verbaut beispielsweise Kingston jetzt aktuelle Intel-Technik und Hersteller wie Corsair, OCZ und Patriot dürfen auf das technische Grundgerüst der wegweisenden Samsung MMDOE56G5MXP-0VB zurückgreifen.
Tempo: Zugriffszeiten und Datenraten
Bei herkömmlichen 2,5-Zoll-Festplatten muss die Laufwerkssteuerung zunächst den gewünschten Datensektor suchen, den zuständigen Schreib-Lese-Kopf dorthin bewegen und warten, bis der Kopf ruhig über der Spur läuft. Im Mittel dauert das, je nach Modell, zwischen 6 und 10 Millisekunden. Eine SSD kann hingegen jede Speicherzelle direkt ansteuern und so unmittelbar auf Daten zugreifen. Sie benötigt dafür durchschnittlich nur ein hundertstel dieser Zeitspanne. Auf die Praxis übertragen ist so etwa die Datei- und Index-Suche auf einer SSD spürbar schneller.
Einen noch höheren Beschleunigungsfaktor erfährt die Fullstroke-Zugriffszeit - das ist die Zeitspanne, die die Schreib-/Leseköpfe bei den klassischen Scheibendrehern benötigen, um von den äußersten Datenspuren auf die innersten zu wechseln: Je nach Festplatte dauert dieser Vorgang zwischen 14 und 18 Millisekunden. Bei SSDs hingegen, die keine inneren und äußeren Datenspuren haben, erfolgt der Fullstroke wieder unmittelbar durch den direkten Zugriff auf Speicherzellen. Das kann bis zu 140 Mal schneller gehen, da die meisten SSDs für den Fullstroke nicht länger benötigen als für die mittlere Zugriffszeit.
Datenraten: mit 250 MB/s am technischen Limit
Der direkte Zugriff auf Speichersektoren verhilft SSDs auch zu sehr hohen sequenziellen Transferraten. Dieser Betriebsmodus zeigt das theoretische Maximum, das in der Praxis nur sehr selten erreicht wird; etwa beim Lesen und Schreiben riesiger Mengen kleiner Dateien. Beim sequenziellen Lesen liegt die maximale Datenrate zwischen 101 und 252 MB/s. Damit erreicht selbst die langsamste SSD noch deutlich höhere Datenraten als die aktuell schnellste herkömmliche 2,5-Zoll-Festplatte mit maximal 87 MB/s. Die schnellsten SSDs kommen mit über 250 MB/s fast an die Grenze des mit der SATA/300-Schnittstelle technisch Machbaren.
Neben dem deutlich überlegenen maximalen Tempo haben SSDs noch einen weiteren Vorteil gegenüber den klassischen Scheibendrehern: Sie bieten zudem eine konstant hohe sequenzielle Leserate. So liegt die Differenz zwischen minimaler und maximaler Leserate lediglich zwischen 0,8 und 13,4 MB/s, während sie bei ferromagnetischen Laufwerken zwischen 19 und 43 MB/s beträgt.
Weniger deutlich fällt die Überlegenheit der SSDs bei der maximalen Schreibrate aus. Zwar gibt es Hochleistungs-SSDs, die in der Spitze bis zu 214 MB/s erreichten. Allerdings pendelt sich ein Großteil der SSDs bei knapp 100 MB/s ein. Drei der von unserer Schwesterpublikation PC-Welt getesteten Geräte erreichten nur Schreibraten von 77, 69 sowie 43 MB/s, womit sie zum Teil deutlich unterhalb der Transferleistung von herkömmlichen 2,5-Zoll-Festplatten lagen, die häufig schon über 80 MB/s erzielen.
Einige SSDs mit MLC-Technik schwächeln bei den sequenziellen Schreibraten. So erreicht etwa die Transcend TS128GSSD25S-M minimal nur knapp ein Fünftel (19 Prozent) ihrer maximalen Schreibrate und fällt von knapp 134 auf magere 25,6 MB/s. Die minimale Schreibrate von SSDs mit SLC-Technik hingegen kann sich auf hohem Niveau behaupten. So kommt beispielsweise die Samsung MCCOE64G5MPP-0VA minimal mit 75,4 MB/s noch auf 74 Prozent der maximalen Schreibrate von gut 93 MB/s.
Praxis-Datenraten trennen die Spreu vom Weizen
Die im Praxis-Benchmark der PC-Welt ermittelten Datenraten liegen deutlich unter den sequenziellen Transferraten. Herkömmliche 2,5-Zoll-Festplatten, die in der Spitze in allen drei Tests auf rund 30 MB/s kamen, können hier ebenfalls den meisten SSDs nicht das Wasser reichen: Im Lesetest etwa erreichen diese zwischen 30 und 106 MB/s.
Ein ähnliches Bild ergibt sich für den Kopiertest, bei dem zumindest neun von elf SSDs zum Teil deutlich über 30 MB/s erzielen. Hochleistungs-Modelle wie die Intel X25-E SSDSA2SH032G1C5 und die Samsung MMDOE56G5MXP-0VB kratzen hier sogar an der 100-MB-Grenze. Nur die beiden Transcend-Modelle der ersten SSD-Generation - die Transcend TS64GSSD25S-M sowie die Transcend TS64GSSD25S-S - lagen mit 13,5 respektive 21,9 MB/s signifikant unter der Transferleistung klassischer 2,5-Zoll-Scheibendreher.
Im Schreibtest konnten hingegen bisher nur die vier Modelle Intel X25-E SSDSA2SH032G1C5 (99,8 MB/s), Samsung MMDOE56G5MXP-0VB (83,9 MB/s), Intel X25-M SSDSA2MH080G1 (58,8 MB/s), Samsung MCCOE64G5MPP-0VA (39,6 MB/s) die Überlegenheit der SSDs gegenüber ferromagnetischen Festplatten behaupten. Grund: Allen anderen SSD-Testprobanten fehlt ein Pufferspeicher. Dieses Manko sorgt für massive Einbrüche bei der Praxis-Schreibrate, die sich meist bei nur knapp 21 MB/s einpendelte und bei der Transcend TS64GSSD25S-M sogar auf lächerliche 5,8 MB/s absackte. (PC-Welt/haf)