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Eine SSD, oder Solid State Drive, wird in neueren Computern und Laptops als Festplatte verwendet, auf ihr werden deine Daten gespeichert. Sie gelten als verlässliche Speichermedien, und speichern die Daten auf einem sogenannten „Flash Memory“ ab. Es gibt sie intern verbaut, und als externe Speichermedien.

SSDs ersetzen immer mehr, die altbekannten HDD(Hard Disk Drive) Festplatten im Computer, im Prinzip übernehmen sie die selbe Aufgabe. Sie sind wesentlich schneller als HDDs, und weniger für Fehler, oder Schäden anfällig. Mit einer SSD fährt das Betriebssystem des Computers signifikant schneller hoch, Programme werden schneller ausgeführt, und Dateien können schneller abgespeichert werden.

Eine herkömmliche HDD Festplatte besteht wesentlich aus folgenden Bauteilen:  sich drehenden Platten, und einem Schreib/-Lesekopf, der mit einem sich mechanisch bewegenden Arm verbunden ist. Eine HDD schreibt, und liesst Daten auf magnetisch beschichteten Platten. Die magnetischen Platten können zu mechanischen Ausfällen führen ,dem sogenannten „Headcrash einer Festplatte„.

Im Vergleich zur HDD, hat die SSD keine mechanischen Teile, die verschleissen können. Sie ist somit besser für den alltäglichen Gebrauch geeignet. Die zwei Hauptbestandteile einer SSD, sind der „Flash Controller“, und die „NAND Flash Memory Chips„. SSD Festplatten sind für hohe Lese/-Schreib Leistungen, bei fortlaufenden und direkten Datenanfragen optimiert.

SSDs werden überall da eingesetzt, wo HDDs ersetzt werden können. In folgenden Verbraucher Produkten werden sie unteranderem verbaut, PCs, Laptops, Spielkonsolen, digitalen Kameras, MP3 Playern, Smartphones, Tablets und USB-Sticks.  Des weiteren finden sie noch in Grafikkarten Verwendung. Im allgemeinen sind sie teurer, als die alten HDD Festplatten.

Der stetig steigende Datengebrauch (höherer Input, bzw. Output) von Usern, hat ihre Entwicklung angetrieben, und sie zur allgemeinen Marktakzeptanz geführt. Da SSDs weniger Verzögerungen als HDDs aufweisen, können sie effizient schneller Dateien lesen, und zusätzliche Arbeitsbelastungen handhaben. Die niedrigere Latenzzeit führt dazu, dass die Flash SSD, Daten direkt und unmittelbar aus dem Speicher abrufen kann.

Hochleistungsrechner, Laptops, Desktopcomputer und jeder andere Anwender, der ohne Verzögerung auf die Dateien zugreifen will, profitiert von der SSD Technologie. Diese Eigenschaften machen es für Unternehmen möglich, grosse Datenmengen von stark frequentierten Datenbanken abzurufen.

Einfach erklärt - so funktioniert eine SSD!

SSDs lesen und schreiben Daten, auf miteinander verbundenen Flash Speicher Chips aus Silikon. Die SSDs werden von den Herstellern folgendermassen aufgebaut:

– Es werden Chips in einem Gitter gestapelt, um eine unterschiedliche Dichte zu erhalten.

SSDs lesen/- schreiben Daten auf einer zugrundeliegenden Reihe verbundener Flash Speicher Chips. Diese Chips benutzen FGTs( Floating Gate Transistors), um mit elektrischer Ladungen versorgt zu werden, dies ermöglicht es der SSD, Dateien ohne Stromzufuhr abzuspeichern. Jeder FGT fasst ein einzelnes Datenbit, ausgewiesen entweder als eine 1, für eine geladene Zelle, oder als eine 0, wenn die Zelle keine Ladung hat.

Jeder Block der Daten gespeichert hat, ist mit gleichbleibender Geschwindigkeit zugänglich. Sie kann die Dateien jedoch nur auf leeren Blöcken abspeichern. Wenngleich SSDs Tools haben, um dem entgegenzuwirken, wird die Leistung über die Zeit nachlassen. 

SSDs können auf 3 Typen von Speichern basieren:

  • Single Level Cell
  • Multi Level Cell
  • Triple Level Cell

Auf der SLC(Single Level Cell) kann jeweils ein einzelnes Datenbit gespeichert werden, eine 1, oder eine 0.Ein SLCs Speicher ist die teuerste Version für die SSD, deshalb auch die schnellste und langlebigste. MLC(Multi Level Cell) können je Zelle 2 Datenbit Daten abspeichern, und haben gemessen an der physischen Speichergrösse, ein höheres Speichervolumen als die SLC. Nachteilig wirkt sich die geringer Schnelligkeit in der Datenspeicherung aus. TLC( Triple Level Cell) fassen 3 Datenbit je Zelle. TLC ist die billigste Möglichkeit, der Speicherung von Daten auf der SSD, ausserdem sind sie langsamer in der Datenspeicherung, und sind nicht solange haltbar wie die anderen. TLC stellen zusätzlich mehr Flash Kapazität als SLC, und MLC bereit.

Was sind die wichtigsten Eigenschaften einer SSD?

Verschiedene Besonderheiten charakterisieren den Aufbau einer SSD. Da sie nicht mit beweglichen Teile aufgebaut ist, ist sie von den typischen mechanischen Defekten der HDD verschont. Des weiteren sind SSDs sehr viel leiser, und verbrauchen weniger Strom. Im Prinzip sind sie geräuschlos. Da sie weniger wiegen als HDDs, können sie in Laptops und kleineren Geräten verbaut werden.

Zusätzliche SSD Controller Software stellt voraussagende Analysen zur Verfügung, die den User vor potenziellen Defekten der SSD warnen können. Da Flash Speicher anpassbar sind, können die Hersteller die verwendbare Speicherkapazität durch Datenanpassungs Techniken begrenzen.

Einige SSD Fachbegriffe, die du kennen solltest:

  • Solid State Drive(SSD)SSD wird typischer Weise benutzt, um sich auf den Solid State Storage( im deutschen auch bekannt unter: „Halbleiterlaufwerk„) zu beziehen, es wird oftmals in einem HDD Formfaktor eingebaut.
  • Singel Level Cell(SLC) – es ist eine Art von Flash Speicher, die einen Datenbit je Zelle speichert. Er ist der teuerste, schnellste und langlebigste Speicher Typ unter den Nand Flashs. 
  • Multi Level Cell(MLC) – Das ist ein Nand Flash Chip, der zwei Datenbit je Zelle abspeichert. Er ist langsamer und anfälliger für Verschleiss als die SLC, jedoch auch günstiger zu haben.
  • Enterprise Multi Level Cell(eMLC)eMLC ist eine verbesserte Version der MLC, die bei einigen Defiziten der MLC Abhilfe schafft. Sie wird in SSD Produkten für Unternehmen immer beliebter.
  • Non Volatile Random Access Memory( VMRAM) – Dies ist ein Hochgeschwindigkeitsspeicher, der extrem schnell ist, so wie DRAM. Er kann die Dateien auch behalten, wenn keine Stromzufuhr besteht. Er wird als eine Art Cache in Solid State Storage Systemen verwendet.

Was sind die Vorteile bzw. Nachteile einer SSD?

Die Vorteile von SSDs gegenüber HDDS sind:

  • Schnellere Lese/-SchreibgeschwindigkeitSSDs können schneller auf grössere Dateien zugreifen.
  • Schnellere Bootzeit und Leistung – da die Festplatte nicht wie eine HDD, sich erst zu drehen beginnen muss. Sie reagiert schneller, und stellt eine schnellere Ladezeit bereit.
  • Haltbarkeit – SSDs sind stossfester, und werden nicht so heiss wie HDDs, da sie nicht aus beweglichen Teilen bestehen.
  • Stromverbrauch – da sie keine beweglichen Teile antreiben muss, benötigt sie weniger Strom als eine HDD.
  • Leiser – sie ist geräuschlos, da sie keine sich drehende, oder bewegende Einzelteile hat.
  • Grösse – SSDs werden in unterschiedlichen Formfaktoren( Grössen) angeboten, während HDD Grössen begrenzt sind.

Die Kehrseiten der SSD sind folgende:

  • Kostenfaktor – SSDs kosten einfach mehr als die herkömmlichen HDDs.
  • Erwartete Einsatzdauer – Manche SSDs, solche z.B die Nand Flash Speicher Chips verwenden, können nur eine gewisse Anzahl von Datenspeicherungen durchführen. Solange HDDs funktionieren, können sie alte Dateien immer wieder überschreiben.
  • Leistung – Die Einschränkung der Anzahl von Speicherzyklen, führt über die Zeit, zu einer verminderten Leistung.
  • Speicher Optionen – aus Kostengründen, werden SSDs gewöhnlich in kleineren Modellen verkauft.
  • Datenrettung SSDist teilweise aufwendiger als bei HDDs.

Was für Typen von SSD Non Volatile Speichern gibt es?

NAND, oder NOR unterscheiden sich schaltungstechnisch in der Art und Weise, welches Logic Gate sie benutzen. NAND SSDs nutzen einen 8 Pin Serien Zugang, um Daten zugänglich zu machen. Mittlerweile werden NOR Flash Speicher in Smartphones verbaut, sie unterstützen 1 Byte mit wahlfreiem/direkten Zugriff.

Im Vergleich mit NAND, bietet NOR Flash schnellere Ladezeiten, diese Technik ist jedoch generell kostspieliger. NOR speichert die Dateien in grossen Stücken, d.h. es dauert länger, Dateien zu löschen, oder neu zu erstellen. Die Kapazitäten von NOR, um auf den Arbeitsspeicher zuzugreifen, werden verwendet um Code auszuführen. Bei NAND Flash wird sie für die Speicherung verwendet. Die meisten Smartphones verwenden beide Typen von Speichern. NOR wird verwendet, um das Betriebssystem zu laden, entfernbare NAND Speicherkarten ergänzen den Speicher.

Welche SSD Typen gibt es?

Folgende Typen von SSD gibt es:

  1. Solid State Drive – Basis Modell der SSD, sie weist die geringste Leistung auf. SSDs sind Flash Festplatten, die mit SATA( Serial Advanced Technology Attachment), oder mit SAS(serial attached SCSI) laufen. Sie sind der günstigste Einstieg in die SSD Technologie. Für viele Anwender wird die Ladeleistung einer SATA/-SAS SSD völlig ausreichen.
  2. PCIe basierter Flash – dies ist die nächst schneller Möglichkeit. Diese SSDs bieten typischer Weise einen grösseren Datendurchlauf an, sie fertigen mehr Input/-Output pro Sekunde ab. Der grösste Vorteil ist sicherlich, signifikant kürzere Ladezeiten. Der Nachteil bei ihnen ist, dass ein Grossteil von ihnen einen benutzerdefinierten Treiber braucht. Ausserdem schützen sie die gespeicherten Daten nicht so gut!
  3. Flash DIMMs – duale Flash und lineare Speicher Module reduzieren die Ladezeit, sie gehen einen Schritt weiter als PCIe Flash Karten, indem sie die potentiellen PCIe Bus Verbindungen beseitigen. Sie benötigen benutzerdefinierte Treiber speziell für DIMMS, mit speziellen Änderungen am „Read Only I/O System“ auf der Platine. 
  4. NVMe SSDs – Diese SSDs benutzen die NVMe(Non Volatile Memory express) Schnittstellenspezifikation. Dies beschleunigt den Datentransfer zwischen dem Client System, und der SSD über eine PCIe Bus. NVMe SSDs sind für den direkten Hochleistungszugriff auf den Speicher konzipiert. Sie stemmen einen sehr hohen Datenzugriff.
  5. NVME-oF – das NVMe over Fabrics Protokoll ermöglicht den Datentransfer, zwischen dem Hostcomputer, und dem Solid State Storage Gerät. NVMe-oF transferiert die Daten mit dem Ethernet, Fibre Channel und dem InfiniBand.
  6. Hybride DRAM Flash Speicher – DRAM(Dynamic Random Access Memory) bietet einen Mix aus Flash, und Server DRAM Technologie. Diese hybriden Flash Speicher Devices werden verwendet, um den Datendurchlauf zwischen Anwendersoftware und Speicher zu erhöhen.

Die verschiedenen SSD Formfaktoren:

SSD Hersteller produzieren SSDs mit unterschiedlichen Formfaktoren. Der geläufigste Formfaktor ist die 2.5 Inch SSD, diese ist in in vielen Grössen verfügbar, und unterstützt SAS, SATA und NVMe Protokolle.

Die drei häufigsten Formfaktoren sind:

  1.  SSDs die im herkömmlichen HDD Formfaktor verbaut werden, sie passen in die selben SAS und SATA Verbindungen wie HDDs.
  2. Solid State Karten, die den Standart Formfaktor für Speicherkarten benutzen, so wie die mit PCIe Serial Port Karte. Eine PCIe verbundene SSD braucht keinen Netzwerk Host Bus Adapter, um Befehle weiterzuleiten. Dies steigert die Leistung des Speichers. Diesen Speichermedien wird auch die sogenannte U.2 SSD zugerechnet, sie wird überwiegend für den Verbau in dünnen Laptops verwendet.

Solid State Module, die in DIMM Modulen verbaut werden. Sie können eine Standart HDD Verbindung, wie SATA nutzen.

Diese Speicher sind als NVDIMM(Non Volatile Dimm Karten) bekannt.

SSD Formfaktoren

Zwei Typen von RAM werden in Computersystemen verwendet:

  1. DRAM – die Daten werden gelöscht, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird.
  2. statische RAM

NVDIMMs stellen den ständigen Speicher zur Verfügung, den der Computer braucht, um Daten wiederherzustellen. Der Flash wird nahe der Hauptplatine verbaut, die Arbeitsprozesse werden in DRAM ausgeführt. Die Flash Komponente liegt dem Speicher BUS bei, um Backups auf Hochleistungsspeicher durchzuführen. Sowohl SSDs und RAM haben Solid State Chips gemeinsam, jedoch funktionieren diese zwei                                                                                          Speicher unterschiedlich in Computersystemen.

Zwei neuere Formfaktoren sind es wert genannt zu werden, M.2 und U.2 SSDs. Sie variieren in ihrer Länge, gewöhnlich sind sie 42mm bis 110mm lang, und sind direkt an die Hauptplatine angeschlossen. Sie kommunizieren über NVMe, oder SATA.  Die kleine Grösse der M.2, also ihre Oberfläche, verhindert das Abkühlen, was über die Zeit ihre Stabilität und Leistung negativ beeinträchtigt. In Unternehmen werden M.2 SSDs oftmals als Boot Hilfen verwendet. Bei Consumer Computern, wie Laptops z.B. werden M.2 SSDs als Speichererweiterungen verwendet.

Eine U.2 SSD stellt eine 2.5 Inch PCIe SSD dar. Diese kleinen Formfaktor SSDs  waren früher als SFF-8639 bekannt. Der U.2 Anschluss ermöglicht es high-speed NVMe basierten PCIe SSDs, sie der Platine zuzustecken, ohne den Server und den Speicher vom Strom zu nehmen.

Bekannte SSD Hersteller:

Der SSD Markt wird von folgenden Herstellern bestimmt:

  • Intel
  • crucial
  • Kingston
  • Samsung
  • SanDisk
  • Micron
  • Seagate 
  • SK Hynix
  • Western Digital

 

Diese Hersteller produzieren, und verkaufen Nand Flash Chips an SSD Händler. Sie verkaufen auch SSDs basierend auf ihren eigenen Flash Chips. Faktoren, die es beim Erwerb einer SSD zu beachten gilt:

  • Lebensdauer – jede SSD Garantie deckt nur eine begrenzte Anzahl an Datenumläufen ab, bestimmt durch den Typ von NAND Flash. Eine SSD, die nur zum Datenlesen benötigt wird, beansprucht die Haltbarkeit nicht so stark, wie eine die zum abspeichern von Daten genutzt wird.
  • Formfaktor – dieser bestimmt, ob eine Austausch SSD mit dem existierenden Speicher funktioniert, und die Anzahl an SSDs, die in ein vorhandenes Gehäuse passen.
  • Schnittstelle – diese bestimmt den maximalen Datendurchlauf, minimiert die Ladezeitschwelle, und das Entfaltungspotenzial der SSD hängt von ihr ab. Die Hersteller sorgen für Kompatibilität mit NVMe, SATA und SAS.
  • Stromverbrauch – die Schnittstelle der Festplatte definiert ausserdem die maximale Stromzufuhr einer SSD. Die meisten SSDs sind aber so konzipiert, dass sie auch mit nicht maximaler  Stromzufuhr laufen.

Aus der langjährigen Verkaufsgeschichte kann man ableiten , das SSDs teurer sind als HDDs. Der Produktionsverbesserungen von Technologie, und der damit verbundenen speicherfähigeren Chips, ist es zu verdanken, dass SSD Technologie immer günstiger wird.  Somit ist es für Endkonsumenten und Unternehmen immer praktikabler, SSDs als Speicher zu wählen, anstatt von herkömmlichen HDD Speichern. Bedingt durch die Covid 19 Pandemie, ist der Chipmarkt jedoch von heftigen Engpässen betroffen, dies führt zu sehr viel höheren Chipeinkaufspreisen. Im Moment sieht es so aus, als würden die Preise für SSDs höher bleiben, als die für HDDs.

SSD oder HDD?

SSDs gelten als sehr viel schneller, als die besten HDDs. Die Reaktionszeit( Latenzeit) ist auch wesentlich reduziert, ausserdem ist eine schnellere Bootzeit zu nennen.

Verschiedene Faktoren beeinflussen die Lebensdauer von SSDs und Hdds, vor allem Hitze, Feuchtigkeit und Korrosion. Auf beiden Festplatten Typen nimmt die Fähigkeit der Datenspeicherung mit der Zeit ab, wobei HHDs im generellen eine höhere Schreibtätigkeit durchführen. Experten raten nicht verwendete SSDs in einer kühlen Umgebung aufzubewahren, damit sie länger funktionieren.

Die sich bewegenden Teile einer HDD erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Defekts.Um dem vorzubeugen, haben HDD Hersteller damit begonnen, Stosssensoren  zu verbauen, um sie und andere Komponenten im inneren des Computers zu schützen. Diese Sensoren wissen, wenn der Computer dabei ist umzufallen. Es werden automatisch die HDD, und andere kritische Hardware heruntergefahren. 

Die Geschwindigkeit mit der Daten ausgelesen werden, kann bei HDDs in Mitleidenschaft gezogen werden, wenn Daten in verschiedene Sektoren der Festplatte abgespeichert werden. Um die Festplatte zu reparieren wird eine Technik, die Defragmentierung heisst verwendet. SSDs speichern die Daten nicht magnetisch ab, so bleibt die Leseleistung beständig, egal an welcher Stelle die Daten auf der SSD gespeichert sind.

HDD vs SSDSSDs haben eine festgelegte Lebensdauer, mit einer begrenzten Anzahl an Datenerstellungszyklen, bevor die Leistung ungleichmässiger wird. Um dem vorzubeugen benutzen SSDs “ Wear Leveling„, dies ist ein Prozess, der die Lebensdauer erhöht. Das Wear Leveling wird vom Flash Controller ausgeführt, der einen Algorithmus benutzt, damit die Schreib/-Löschungszyklen gleichmässig über die Blöcke der SSD ausgeführt werden. Die Überversorgung mit Speicher, den der User nicht benutzen kann, hilft dabei den Einfluss von „Write Amplification“, bedingt durch „Garbage Collection“(Verfahren zur Speicherbereinigung) zu minimieren.

SSD im Vergleich zu eMMC:

eMMCs(embedded MultiMediaCard) werden die Flash Speicher im Computer genannt. Sie werden direkt auf die Hauptplatine eingebaut. Der Aufbau besteht aus einem NAND Flash Speicher und einem Controller, eine integrierte Verbindung sozusagen. EMMC Speicher werden gewöhnlich in Handys verbaut, günstigeren Laptops und IoT(Internet of Things) Anwendungen.

eMMC vs. SSDEine eMMC liefert annäherungsweise die selbe Leistung wie eine SSD. Sie unterscheiden sich hauptsächlich, in der Speichergrösse, wobei Standart eMMCs von 1GB bis 512GB Speicher aufweisen. SSDS gibt es ab 128GB, bis mehreren T(Terabytes). Die eMMCs sind also nur praktikabel für geringeren Speicherbedarf.

In tragbaren Mobilgeräten dienen die eMMCs als Hauptspeicher, oder als Basisspeicher, der mit zusteckbaren SD und microSD Multimedia Karten ergänzt werden kann. Dies ist und war die eigentliche Verwendung für sie, mittlerweile steigt ihre Einsatz stark bei den IoT-Geräten(Internet of Things Geräten). 

SSD vs. hybride Festplatten - Vor und Nachteile im Vergleich:

Obwohl im allgemeinen nicht so verbreitet im Einsatz wie SSDs, sind HDDs(Hybrid Hard Drive) eine alternative. HDDs überbrücken die Lücke zwischen Flash ,und verbauten magnetischen Festplattenpeichern. Sie werden benutzt um Laptops, sowohl in der Speichergrösse, als auch in der Leistung aufzuwerten.

SSD vs. HDDHHDs haben einen konventionelle Plattenaufbau, der etwa 8GB NAND Flash bereitstellt, sozusagen als eine Art Reserve für festplattenbasierte Workloads. Für Computer mit einer limitierten Anzahl von Anwendungen, sind sie hervorragend geeignet. Die Kosten für eine hybride Festplatte fallen etwas günstiger aus, als die für eine HDD.

Die Geschichte und Entwicklung von SSDs:

Die ersten SSD(Solid State Drives) wurden für Consumer Computer entwickelt. Dies änderte sich, als SanDisk im Jahre 1991 die erste Flash basierte SSD auf den Markt brachte. Kommerziell gefertigte SSDs wurden mit Enterprise Multi Level Zellen Flash Technologie gefertigt, sie weisen erweiterte Schreibzyklen auf. 

Weiter wegweisende Jahre in der Entwicklung von SSDs sind:

  • Die Erscheinung des Apple iPods im Jahre 2005, brachte das erste Flash basierte mobile Gerät hervor. Der Siegeszug dieser Technik mündet im heutigen, alltäglichen Gebrauch von mobilen Geräten.
  • Toshiba brachte im Jahre 2007 3D V-NAND auf den Markt. 3D Flash Festplatten steigerten die Speicherkapazität und Leistung.
  • DEL, ehemals EMC kann zugeschrieben werden, das sie als erster, SSDs in Enterprise Speicher Hardware verbaut haben. Diese Entwicklung setzte sich im Jahre 2008 fort, sie wurde im „Symmetrix Disk Aufbau“ angewendet.
  • Toshiba führte im Jahre 2009 TLC (Triple Level Zellen) ein. TLC Flash ist eine Art NAND Flash Speicher, der drei Datenbit Daten pro Zelle speichern kann.
  • IBM brachte das sogenannte“FlashSystem“ im Jahre 2012 auf den Markt, eine All-Flash Anordnungsplattform. In diesem Zeitraum begann die Entwicklung von All-Flash Anordnungen mit SSD Speicher zu verbauen, anstatt mit HDD Technologie.