SSD - Solid State Disk

SSDs haben im Gegensatz zu Festplatten keine beweglichen mechanischen Teile. Das eigentliche Speichermedium ist ein Flash-Speicher (z. B. NAND-Flash), der die gleiche Schnittstelle wie eine Festplatte hat und auch so angesprochen wird.
Flash-Speicher wird schon lange in Speicherkarten für Digitalkameras, MP3-Player und anderen mobilen Kleinstgeräten eingesetzt. Bei großen Speicherkapazitäten wäre ein Festplatten-Ersatz denkbar.

Lesen und Schreiben

Beim Lesen holt der Flash-Controller immer 2 bis 4 kByte aus den Flash-Zellen und schreibt sie in einen Pufferspeicher. Da beim Lesen keine Lese-/Schreibköpfe mechanisch positioniert werden müssen ergeben sich äußerst geringe Zugriffszeiten.
Das Beschreiben ist wesentlich aufwändiger als das Lesen. Vor dem Beschreiben einer Speicherzelle, muss sie gelöscht werden. Dazu wird an einen großen Erase-Block von typischerweise 128 bis 512 kByte eine hohe Löschspannung angelegt. Dabei verlieren alle Zellen dieses Blocks ihren Inhalt. Erst dann können die Speicherzellen neu beschrieben werden. Dieser Vorgang führt dazu, dass schnelle Festplatten beim Schreiben schneller sind.
Doch bei normalem Nutzungsverhalten machen sich die hohen Zugriffszeiten beim Schreiben nicht negativ bemerkbar. Die meisten Daten werden immer noch aus dem Speicher gelesen. Schreibzugriffe treten wesentlich seltener auf.
Um die niedrige Schreibgeschwindigkeit zu beschleunigen wird der Flash-Speicher um einen bis zu 16 MByte DRAM-Puffer ergänzt. Hier fängt der Speicher die Schreibzugriffe ab und sortiert sie um, damit sie möglichst intelligent auf die einzelnen Speicherblöcke verteilt werden. Obwohl dieses Verfahren mit dem Namen NCQ (Native Command Queuing) für herkömmliche Festplatten eingeführt wurde, ermöglicht es auch SSDs einen Performance-Gewinn. Mit NCQ kann SSD die Daten in intelligenter Reihenfolge auf die freien Flash-Zellen verteilen.

SSD als Festplatten-Ersatz

Immer öfter werden SSDs als Festplatten-Ersatz verwendet. Ihr Vorteil gegenüber herkömmlichen Festplatten ist der geringe Stromverbrauch. Besonders in mobilen Endgeräten ist das wichtig. So wird der Akku weniger stark belastet und hält länger. Zudem arbeiten SSDs vollkommen geräuschlos und haben kürzere Zugriffszeiten, weil keine mechanischen Teile bewegt werden müssen. Um einen bestimmten Sektor zu lesen, muss eine Festplatte die Köpfe auf die richtige Spur bewegen. Diese Bewegung unterliegt einer gewissen mechanische Trägheit, die überwunden werden muss. Dann vergeht noch eine geringe Latenzzeit, bis der gewünschte Sektor am Lesekopf vorbeidreht. Dieser Zeitverlust fällt bei SSDs weg.
Ein vollwertiger Ersatz für Festplatten sind SSDs noch nicht. Der Speicher ist noch nicht groß genug und noch zu teuer in der Herstellung. Besonders bei kleinen Bauformen mit großer Kapazität. Ein Hauptproblem von Flash-Speicher ist die begrenzte Lebensdauer. Je nach Flash-Typ geht eine Speicherzelle nach rund 10.000 oder 100.000 Speichervorgängen kaputt. Zwar wird nicht der gesamte Speicher zerstört. Doch es machen sich Verschleißerscheinungen bemerkbar, die auch zu Datenverlust führen können. Deshalb ist ein ständig auf den Speicher schreibendes Betriebssystem, wie Windows, für Flash-Speicher eher ungeeignet.

Hohe Performance erreichen bisher nur SSDs mit rechenstarken Controllern, die ausgefeilte Wear-Leveling-Algorithmen beherrschen, viele Flash-Chips parallel anbinden und SDRAM-Cache nutzen. Eine Zwischenlösung zwischen Festplatten und SSDs sind Hybrid-Festplatten, die neben dem Plattenspeicher auch einen Chip-Speicher haben, der das Booten des Betriebssystems und den Start von Anwendungen beschleunigen kann.

Anwendungen

Aus Sicht der Geschwindigkeit haben SSDs gegenüber schnellen Festplatten keine Vorteile. Das liegt auch unter anderem daran, weil das Zusammenspiel zwischen Betriebssystem und SSD nicht optimal ist. Speziell das Schreiben von vielen kleinen Dateien bereitet einer SSD in der Praxis häufig Probleme und bremst das System. In der Zukunft wird noch einiges an Know-How in die Controller-Technik gesteckt, um die Defizite auszugleichen.
SSDs sind insbesondere für industrielle und militärische Anwendungen interessant. Hier kommt es weniger auf Preis und Speicherkapazität, sondern auf einen robusten Datenspeicher an. Dazu gehören Datenspeicher ohne mechanische Teile.
Durch die sinkenden Preise bei Flash-Speicher sind SSDs als Festplattenersatz in Notebooks interessant. Dort profitiert man vom geringeren Platz- und Stromverbrauch.

Übersicht: Festplatten

• Festplatte
• CE-Festplatte
• Hybrid-Festplatte

Übersicht: Schnittstellen für SSDs

• P-ATA / Ultra-ATA / EIDE
• SATA / Serial ATA / S-ATA
• SATA-II / Serial-ATA-II
• SATA-3 / SATA-600
• SCSI - Small Computer System Interface
• SAS - Serial Attached SCSI

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• Flash-Speicher
• Halbleiterspeicher
• Speicherkarten
• U3-USB-Stick
• Fragmentierung / Defragmentierung

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