Solid State Drives (SSDs ) werden schnell zum bevorzugten Computerspeicher für Betriebssysteme und Apps. Sie finden sie in den neuesten Laptops, Telefonen, Tablets und sogar Konsolen.
Mit ihrer hervorragenden Leistung und Haltbarkeit sorgen diese Laufwerke für Furore, aber was genau ist eine SSD?
Wie herkömmliche Festplattenlaufwerke (HDDs) funktionieren
Um zu verstehen, was SSDs so besonders macht, müssen wir kurz die Zeit zurückdrehen und einen Blick auf herkömmliche Festplattenlaufwerke (HDDs) werfen. Eine Festplatte war bis vor Kurzem der Standard-Laufwerkstyp, den man in praktisch allen Computern finden konnte.
Im Inneren der Festplatte befinden sich eine oder mehrere rotierende Festplatten, die „Platter“ genannt werden. Jeder Plattenteller ist in Spuren und Sektoren unterteilt. Die Platten bestehen meist aus Aluminium oder Glas und sind mit magnetischem Material beschichtet.
Die Oberfläche der Platte enthält Milliarden einzelner Bereiche, die jeweils ein einzelnes Datenbit darstellen. Der Bereich kann magnetisiert oder entmagnetisiert sein und eine Eins oder eine Null darstellen.
Während sich die rotierenden Platten mit Tausenden von Umdrehungen pro Minute bewegen, schweben winzige Lese-/Schreibköpfe, die an Schwingarmen befestigt sind, haarscharf über der Platte und lesen vom Laufwerk oder schreiben darauf.
Festplattenlaufwerke sind unglaublich komplizierte Geräte mit vielen winzigen, präzisen und zerbrechlichen beweglichen Teilen. Es ist ein modernes Wunder, dass sie so gut funktionieren.
So funktioniert ein Solid State Drive (SSD)
SSDs haben mehr mit Halbleitergeräten wie CPUs und RAM gemeinsam als mit Festplatten. SSDs und HDDs fungieren beide als Speichergeräte, SSDs funktionieren jedoch auf ganz unterschiedliche Weise.
In einer typischen SSD finden Sie nur Computerchips. Es gibt den Controller-Chip der SSD, der verwaltet, wie und wo Daten gespeichert werden, aber der Großteil einer SSD besteht aus Flash-Speicherchips.
Flash-Speicher ist ein „nichtflüchtiger“ Speicher. Flüchtiger Speicher, wie RAM, bleibt nicht bestehen, wenn der Strom ausgeschaltet wird – die dort gespeicherten Daten verschwinden. Im Gegensatz dazu bleiben Ihre Daten bei nichtflüchtigem Speicher (wie SSDs oder USB-Laufwerken) auch dann erhalten, wenn der Strom ausgeschaltet ist. Aus diesem Grund werden USB-Sticks auch als „Flash-Laufwerke“ bezeichnet!
Moderne SSDs (und die meisten USB-Flash-Laufwerke und Speicherkarten) verwenden eine Art Flash-Speicher namens NAND-Flash-Speicher. Es ist nach einer der Arten von Logikgattern benannt, die Sie in einem Mikrochip herstellen können. Im NAND-Speicher gibt es „Zellen“, die unterschiedliche elektrische Ladungsniveaus speichern können. Durch Messen des Ladezustands einer Speicherzelle können Sie feststellen, ob es sich um eine Eins oder eine Null handelt. Um den Inhalt einer Zelle zu ändern, ändern Sie einfach den Ladezustand darin..
In der Welt des NAND-Speichers gibt es viele verschiedene Variationen der Technologie. Beispielsweise haben Sie möglicherweise einige Samsung-SSDs mit der Bezeichnung „V-NAND“ oder „vertikales“ NAND gesehen. Hier sind die Speicherzellen vertikal gestapelt, was mehr Speicherkapazität bei gleichem Silizium-Footprint ermöglicht. Auch Intels 3D NAND ist mehr oder weniger die gleiche Technologie.
Typen von SSDs und Schnittstellen
SSDs gibt es in verschiedenen Formfaktoren und NAND-Flash-Speichertypen. Dies bestimmt die maximale Leistung einer SSD sowie deren Preis.
Flash-Speichertypen
Nicht alle NAND-Flash-Speicher sind hinsichtlich Datendichte und Leistung gleich. Sie werden sich aus unserer obigen Diskussion erinnern, dass SSDs Daten als elektrische Ladungen in Speicherzellen speichern.
Wenn eine Zelle nur ein einziges Datenbit speichert, spricht man von SLC oder Single-Level-Cell-Memory. MLC-Speicher (Multi-Level-Cell) und TLC-Speicher (Triple-Level-Cell) speichern zwei bzw. drei Datenbits pro Zelle. Beim QLC-Speicher (Quad-Level Cell) sind es vier Bits pro Zelle.
Je mehr Datenbits Sie in einer einzelnen Zelle speichern können, desto günstiger kann Ihre SSD sein oder desto mehr Daten können Sie auf demselben Raum unterbringen. Das klingt nach einer großartigen Idee, aber dank der Funktionsweise von SSDs gehen Laufwerke schneller kaputt, wenn eine Multi-Bit-Speichermethode verwendet wird. SLC-Speicher ist der leistungsstärkste und langlebigste NAND-Typ mit langer Lebensdauer. Allerdings ist es auch bei weitem das teuerste und nur in High-End-Laufwerken zu finden.
Aus diesem Grund verwenden die meisten Consumer-SSDs MLC oder TLC und wenden spezielle Methoden an, um ihre Nutzungsdauer so weit wie möglich zu verlängern. Auf das Problem des SSD-Verschleißes gehen wir etwas später in diesem Artikel unter den Nachteilen der Technologie ein.
SSD-Formfaktoren
SSDs gibt es in verschiedenen Formfaktoren. Ein „Formfaktor“ ist einfach die physische Form des Geräts und der Verbindungsstandard, dem es entspricht. Da SSDs ursprünglich als Ersatz für Festplatten konzipiert waren, sollten die ersten Geräte für Verbraucher-Desktops dort eingesetzt werden, wo zuvor Festplatten waren.
Hier kommt das Design 2,5-Zoll-SATA-SSD ins Spiel. Sie können einfach Ihre aktuelle 2,5-Zoll-Laptop-Festplatte herausnehmen und eine dieser SSDs anschließen..
Die SSD in diesem Gehäuse benötigt nicht allzu viel Platz, aber es machte absolut Sinn, da Laptops und die meisten modernen Desktops bereits über 2,5-Zoll-Laufwerksschächte und SATA-Anschlüsse auf ihren Motherboards verfügen. Sie können auch Adapter erwerben, mit denen Sie ein 2,5-Zoll-Laufwerk in den 3,5-Zoll-Schacht eines Desktops einbauen können.
Diese 2,5-Zoll-Laufwerke beanspruchten nicht nur unnötigen Platz, sondern waren auch auf 600 MB/s begrenzt, da dies die Grenze der SATA-3-Schnittstelle ist.
Der mSATA-Standard (Mini-SATA) löst das Platzproblem. mSATA hatte physisch die gleiche Form, Größe und den gleichen Anschluss wie der PCI-Express-Mini-Kartenstandard, aber die beiden Kartentypen sind elektrisch nicht kompatibel.
Der mSATA-Standard wurde mittlerweile durch den M.2-Standard ersetzt. M.2-SSDs können je nach Karte und Motherboard-Kombination SATA oder PCIe sein.
M.2-Karten können auch doppelseitig mit Komponenten auf beiden Seiten sein und variieren in der Länge. Es ist immer wichtig, sicherzustellen, dass das Motherboard Ihres Computers mit der M.2-SSD kompatibel ist, die Sie damit verwenden möchten!
NVMe-SSDs verwenden den Non-Volatile-Memory-Express-Standard, mit dem der Computer über PCIe, das üblicherweise für Grafikkarten verwendet wird, auf den SSD-Speicher zugreifen kann. PCIe verfügt über viel mehr Bandbreite als SATA, sodass schneller SSD-Speicher sein volles Potenzial entfalten kann.
Die Vorteile von SSDs
Es gibt viele Gründe, warum SSDs schnell zum Standard in der Speichertechnologie werden. Während einige anfängliche Kinderkrankheiten sie eine Zeit lang aus der Mainstream-Computerwelt fernhielten, sind sie jetzt an einem Punkt angelangt, an dem wir sie jedem empfehlen können. Sogar die neueste Videospielkonsolen verwenden jetzt SSD. Hier sind die wichtigsten Stärken, die SSDs zu ihrer aktuellen Popularität verholfen haben.
SSDs sind schnell
Die schnellste mechanische Festplatte weltweit, die Seagate Mach.2 Exos 2X14, kann dauerhafte Übertragungsraten von 524 MB/s erreichen. Das ist fast so schnell wie eine SATA-3-SSD, aber das typische mechanische Laufwerk, das Sie heutzutage in Computern finden, kann irgendwo zwischen 100 MB/s und 250 MB/s erreichen, wenn Sie sich das High-End-Modell des Marktes ansehen .
Typische M.2-PCIe-SSDs, wie sie in Laptops der Mittelklasse zu finden sind, bieten 2,5 bis 3,5 GB/s. Die neuesten M.2-PCIe-SSDs erreichen nahezu 8 GB/s, was eine unglaubliche Datenmenge darstellt. Sequentielle Schreibgeschwindigkeiten sind normalerweise etwas langsamer als Lesegeschwindigkeiten, aber die Daten fliegen mit enormer Geschwindigkeit in beide Richtungen..
Es geht auch nicht nur um Übertragungsgeschwindigkeiten. Mechanische Festplatten benötigen Zeit, um die Platten hochzudrehen und die Laufwerksköpfe an ihren Platz zu bringen. Das Finden der richtigen Stelle auf der Platte für eine Datenanforderung wird als „Suchzeit“ bezeichnet. Bei SSDs beträgt diese Latenzzahl effektiv Null.
SSD kann Daten von jedem Ort innerhalb ihrer Speicherzellen sofort lesen und dies sogar parallel tun. Unabhängig davon, wie Sie es aufteilen, befinden sich SSDs in einem anderen Leistungsuniversum als selbst die besten mechanischen Festplatten, unabhängig davon, wie Sie es aufteilen.
Wenn Sie die Festplatte eines Computers auf eine SSD aufrüsten, erleben Sie viel schnellere Startzeiten und eine sehr schnelle Systemreaktionsfähigkeit. Ganz einfach, weil Ihre CPU nie auf Daten von Ihren Speicherlaufwerken warten muss. Es ist eine fantastische Möglichkeit, einem alten Windows-System neues Leben einzuhauchen.
SSDs sind langlebig
SSDs sind ungefähr so langlebig wie jede andere Solid-State-Komponente wie eine CPU oder ein RAM und haben keine beweglichen Teile. Sofern sie nicht durch einen Stromstoß zerstört werden, sollten sie auf unbestimmte Zeit oder zumindest so lange laufen, wie der Computer für Sie nützlich bleibt. Flash-Speicher sind außerdem sehr widerstandsfähig gegen Stoßschäden, im Gegensatz zu Festplatten, die leicht zerstört werden, wenn sie herunterfallen, insbesondere während sich die Platten drehen.
Diese Haltbarkeit macht sie perfekt für Laptops und deshalb verfügen Ultrabooks wie das Apple MacBook Air, der iMac und andere Mitglieder der Mac-Computerfamilie über leistungsstarke integrierte SSDs.
„Haltbarkeit“ bezieht sich in diesem Fall nicht auf das Phänomen des SSD-Verschleißes, das wir in der Liste der Nachteile unten behandeln.
SSDs leiden nicht unter Fragmentierung
Datenfragmentierung ist auf Festplatten ein echtes Problem. Dies geschieht, wenn neue Daten in den ersten verfügbaren Speicherplatz auf dem Laufwerk geschrieben werden. Daher können die Daten einer bestimmten Datei oder eines Satzes verwandter Dateien über den physischen Plattenbereich des Laufwerks verteilt sein.
Dadurch werden die sequentiellen Lesegeschwindigkeiten zerstört und die Suchzeit erheblich verlängert, da die Laufwerksköpfe überall herumfliegen, um alle Teile einer Datei zu finden. SSDs leiden aufgrund ihrer Beschaffenheit nicht unter Fragmentierung. Es ist nicht so, dass Dateien nicht fragmentiert wären. Es spielt einfach keine Rolle, weil es keine beweglichen Teile gibt und es keine nennenswerte Zeit braucht, um darüber zu sprechen..
Eine Defragmentierung belastet das Laufwerk nur unnötig. Wenn Sie etwas mehr über SSD-Fragmentierung erfahren möchten, lesen Sie Sollten Sie eine SSD defragmentieren?
SSDs sind leise
Festplatten sind laut! Das Brummen des Motors, das Rauschen der Festplatte, die Klickgeräusche der sich hin- und herbewegenden Laufwerksköpfe – das ist seit Jahrzehnten das Hintergrundgeräusch für Computerbenutzer.
SSDs hingegen machen überhaupt keine Geräusche. Dies mag wie ein trivialer Vorteil erscheinen, aber laute Computerkomponenten sind lästig. In einigen Anwendungsfällen, beispielsweise bei Computern, die zur Tonaufzeichnung verwendet werden, sind Schallpegel von entscheidender Bedeutung. Es gab teure Festplatten mit speziellen Halterungen und Designs, mit denen versucht wurde, das Festplattengeräusch einzudämmen, aber mit SSDs ist das Problem vollständig gelöst.
Deshalb können wir jetzt einen Computer wie den Apple M1 MacBook Air haben, der keine Lüfter und keine mechanische Festplatte hat. Der gesamte Computer ist Solid-State-fähig und macht daher keinerlei Geräusche!
SSDs sind klein und energieeffizient
SSDs nehmen viel weniger Platz ein als Festplatten und benötigen zum Betrieb viel weniger Strom. Das bedeutet, dass wir kleinere und dünnere Computer, Tablets, Smartphones und andere elektronische Geräte haben können, die schnelle, nichtflüchtige Speicherlaufwerke benötigen.
SSDs können fast vollständig in den Ruhezustand wechseln, wenn sie nicht verwendet werden, und im Gegensatz zu Festplatten können sie fast sofort in den Hochleistungsmodus wechseln. Insgesamt ist der SSD-Stromverbrauch besonders wichtig, um die Akkulaufzeit mobiler Computer und anderer Geräte, die sie verwenden, zu verlängern. Elektromechanische Geräte benötigen zum Betrieb einfach mehr Energie als Halbleitergeräte.
SSDs können die Installationsgrößen verkleinern
SSDs können die Installationsgröße einiger Anwendungen reduzieren, insbesondere Videospiele. Wenn Anwendungen darauf angewiesen sind, dass Daten schnell in den Speicher gestreamt werden, können die Entwickler Informationen an mehreren Stellen auf der Festplatte duplizieren. Dies verkürzt die Suchzeiten, da sich die Laufwerksköpfe immer in der Nähe einer Kopie der benötigten Daten befinden. Das ist zwar ein cleverer Trick, geht aber auf Kosten des Speicherplatzes.
Für SSDs entwickelte Anwendungen müssen dies überhaupt nicht tun. Da die SSD praktisch keine Latenz hat und Daten von überall auf dem Laufwerk sofort lesen kann, darf nur eine Kopie der Daten vorhanden sein..
Konsolen wie die PlayStation 5 haben bereits gezeigt, wie stark SSDs die Installationsgrößen verkleinern können, insbesondere in Kombination mit Komprimierung, was uns zum nächsten Vorteil bringt.
SSDs können beschleunigt werden
Wenn Sie der Meinung sind, dass SSDs bereits sehr schnell sind, könnten Sie diese Laufwerke beschleunigen, um wirklich hohe Leistungswerte zu erzielen. Das alles ist der Kompressionstechnologie zu verdanken. Die Daten werden stark komprimiert auf der SSD gespeichert. Wenn die Informationen angefordert werden, werden sie in Echtzeit dekomprimiert, wodurch die Rohdatenübertragungsgeschwindigkeiten der SSD effektiv erhöht werden.
Der einzige Haken ist, dass Sie zum Dekomprimieren einen leistungsstarken Prozessor benötigen, SSDs verfügen jedoch derzeit nicht über einen solchen Prozessor. Es stellt sich heraus, dass GPUs hervorragend für diese Art von Arbeit geeignet sind. Mithilfe von Software-APIs (Application Programmer Interface) wie den DirectStorage und Nvidias RTX IO von Microsoft können GPUs der neuesten Generation beschleunigt werden nicht nur 3D-Grafik, sondern auch SSD-Leistung.
Die Nachteile von SSDs
SSDs haben viele wünschenswerte Eigenschaften, aber die Technologie ist nicht perfekt. Einige Aspekte des SSD-Besitzes sind nicht ganz so angenehm, wie wir es uns wünschen.
SSDs sind teurer
Festplatten sind im Preis stark gesunken und haben die Datenmenge, die sie speichern können, auf ein wahnsinniges Maß an Dichte erhöht. Das Ergebnis ist, dass ein Gigabyte Festplattendaten viel weniger kostet als selbst der günstigste NAND-Flash.
SSD-Preise sind in den letzten Jahren stark gefallen, aber die Leute verwenden im Allgemeinen immer noch relativ kleine SSDs im Bereich von 256 GB bis 512 GB. SSDs sind für Anwendungen und Betriebssysteme reserviert, während HDDs immer noch über Massenspeicher für Mediendateien oder Anwendungen verfügen, die nicht von SSD-Geschwindigkeiten profitieren.
Die gute Nachricht ist, dass die Transistordichte und die Herstellungsprozesse wie bei allen Halbleitertechnologien wahrscheinlich einen exponentiellen Trend aufweisen werden, der zu niedrigeren Kosten und größerem Platzbedarf führt. Derzeit erfordern die meisten Budgets eine Mischung aus SSD- und HDD-Speicher.
SSDs können verschleißen
Obwohl SSDs sehr langlebig sind und mehr Belastungen aushalten als HDDs, weisen sie auch eine längere Lebensdauer auf, unterliegen jedoch einem Verschleiß. SSD-Verschleiß tritt auf, weil das Schreiben von SSDs in Speicherzellen zerstörerisch ist. Jedes Mal, wenn ein Bit in eine SSD-Speicherzelle geschrieben wird, verliert diese ein wenig ihre Fähigkeit, eine Ladung zu halten..
Im Laufe der Zeit wird eine Zelle durch wiederholte Schreibvorgänge funktionsunfähig. SLC-SSDs können die meisten wiederholten Schreibvorgänge verarbeiten, bevor eine bestimmte Zelle kaputt geht, aber MLC-, TLC- und QLC-Zellen sind in dieser Reihenfolge anfälliger. Frühe Consumer-SSDs könnten besorgniserregend bald ausfallen, aber heutzutage verfügen Laufwerke über Strategien wie Wear Leveling und Overprovisioning, um die Schreibdauer der SSD zu verlängern.
SSD-Verschleiß ist ein komplexes Thema. Werfen Sie daher einen Blick auf Alles, was Sie über SSD-Verschleiß wissen müssen für eine ausführliche Diskussion.
SSDs können einen schnellen Bitfehler aufweisen
Alle Formen der Datenspeicherung unterliegen irgendwann der Bitfäule. Dies geschieht, wenn das Speichermedium so stark beeinträchtigt wird, dass es die Daten nicht mehr in lesbarer Form speichern kann.
Verschiedene Medien unterliegen aus verschiedenen Gründen einem Bit-Fehler, aber Festplatten können jahrzehntelang gelagert werden, ohne dass Bit-Fehler ein Problem darstellen. SSDs hingegen können möglicherweise bereits nach wenigen Jahren der Speicherung ihre Daten verlieren. Dies geschieht aufgrund der Verschlechterung der Isolierschicht, die die Ladung in jeder Speicherzelle hält. Wenn die Menge ausläuft, ist die Zelle leer und enthält keine Daten!
Es scheint, dass Bitfäule schneller auftritt, wenn SSDs in einer zu heißen Umgebung aufbewahrt werden, aber so oder so sind sie wahrscheinlich nicht die beste Wahl, um Daten irgendwo in einer Schublade zu speichern.
SSD-Datenwiederherstellung ist schwer bis unmöglich
Es gibt eine hochentwickelte Branche, die sich um die Kunst der Datenwiederherstellung von mechanischen Festplatten dreht. Wenn Sie genug Geld zur Verfügung haben, können Sie sogar Daten von kaputten Laufwerken wiederherstellen, da ein Spezialist das Laufwerk buchstäblich aus Einzelteilen wieder aufbaut.
Auf einer alltäglicheren Ebene können Sie Daten wiederherstellen, die versehentlich gelöscht wurden, da Festplatten die physischen Daten nicht löschen, wenn Sie sie in Windows oder einem anderen Betriebssystem löschen. Stattdessen wird dieser Bereich des Laufwerks einfach zum Überschreiben markiert. Solange das Überschreiben noch nicht erfolgt ist, können Sie es mit einer speziellen Software wiederherstellen.
SSDs machen es fast unmöglich, etwas wiederherzustellen, wenn das Laufwerk beschädigt ist oder Dateien gelöscht werden. Wenn ein Die Festplatte ist beschädigt durch einen Stromstoß beschädigt wird, können Sie es immer noch mit neuer Antriebselektronik umbauen, aber da eine SSD vollständig elektrisch ist, könnte der gesamte Speicher kaputt gehen..
Es hilft auch nicht, dass SSDs über hochentwickelte Controller verfügen, die viele Dinge mit Betriebssystemen für physische Daten tun, von denen sie nichts wissen. Beispielsweise löscht der von SATA-SSDs verwendete TRIM-Befehl präventiv Speicherzellen, die zum Löschen markiert wurden, um das Schreiben neuer Daten zu beschleunigen. Der Wiederherstellungs-Trick funktioniert also nicht bei ihnen!
Die Zukunft ist Solid-State
Obwohl SSDs nicht perfekt sind, stellen sie einen solchen Leistungssprung bei Speicherlaufwerken dar, dass ihre letztendliche Dominanz auf dem Speichermarkt unausweichlich erscheint. Mit der Zeit gehen wir davon aus, dass selbst SLC-SSDs im Preis sinken werden, während weniger langlebige SSD-Typen in puncto Verschleißbegrenzung noch intelligenter werden.
Anfangs gab es auch bei der Festplattentechnologie einige Probleme, aber wir haben das Gefühl, dass alle Probleme, die SSDs noch haben, in Rekordzeit gelöst werden.
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