Solid State Drives. Copyright 2014 MediaCom IT-Distribution GmbH. KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION

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1 Grundlagen SSD Hintergrundinformationen zum Thema Solid State Drives Copyright 2014 MediaCom IT-Distribution GmbH. KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 1

2 EINFÜHRUNG DEFINITION Eine SSD (Solid State Drive) ist ein auf Flash Chips aufgebautes Speichermedium, das festplattenartig angesprochen wird GESCHICHTE 1978: Erste RAM basierte SSD von StorageTek 1995: Erste Flash basierte SSD von M Systems (später SanDisk) AKTUELLER STAND DER TECHNIK (CONSUMER) Schnittstelle: SATA III (6Gbit/s) Kapazität: 1TB Lesegeschwindigkeit: ca. 540MB/s Schreibgeschwindigkeit: ca. 520MB/s IOPS: KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 2

3 EINFÜHRUNG BAUFORM msata SSD 4.57cm (1.8 ) 635cm(2 6.35cm (2.5 ) 8.89CM (3.5 ) msata KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 3

4 EINFÜHRUNG SSD HERSTELLER CONTROLLER HERSTELLER Crucial Intel Kingston Indilinx Intel Jmicron OCZ Plextor Marvell Sandforce Samsung Toshiba KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 4

5 VOR- & NACHTEILE VORTEILE SSDs haben signifikante Vorteile gegenüber herkömmlichen Festplatten, wie beispielsweise: Sh Schnelle Zugriffszeiten it Hohe Schreib /Lesegeschwindigkeit Vollkommen lautlos im Betrieb Extrem robust Niedriger Stromverbrauch Daten sind circa 10 Jahre lang lesbar KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 5

6 TECHNISCHE GRUNDLAGEN AUFBAU EINER SSD Cache SATA Flash Speicher Controller KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 6

7 TECHNISCHE GRUNDLAGEN CONTROLLER Neben dem verwendeten Flash Speicher ist der Controller die Hauptkomponente in Bezug auf die Leistungsfähigkeit der SSD. Er istunter anderem für diese Dienste verantwortlich: Fehlerkorrektur (ECC) Wear Leveling (Abnutzung der Speicherzellen) Bad Block Management (Markierung von defekten Speicherzellen) Native Command Queuing (NCQ) Garbage Collection Verschlüsselung Dbi Dabei gilt: Je mehr Funktionen der Controller unterstützt und je besser er diese ausführt, desto performanter ist die SSD KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 7

8 TECHNISCHE GRUNDLAGEN CONTROLLER Was passiert, wenn der SSD Controller seine Arbeit nicht zuverlässig verrichtet ist immer wieder in der Presse zu lesen: Neue Firmware soll Intels SSD Probleme lösen Intel hat Berichte von Anwendern bestätigt, denen zufolge sich eine SSD der Baureihe 320 nach einem Verlust der Stromversorgung nur noch mit 8 MByte Kapazität meldet und unbenutzbar ist. (26. Juli 2011, golem.de) Erneute Probleme mit dem SandForce 2281 Controller Setzt man das Passwort wird dieses erfolgreich an die SSD übertragen, so dass der Anwender augenscheinlich erfolgreich das Passwort eingestellt hat. Nach einen Neustart wird dann das Kennwort wieder abgefragt jedoch nicht akzeptiert. Der Zugriff auf die Daten ist damit nicht mehr möglich. (15. September 2011, ht4u.de) Firmware Update behebt BSOD Problem des SandForce Controllers Wie es aussieht hat SandForce endlich ein Firmware Update bereitgestellt, das das berüchtigte BSOD Problem (Blue Screen of Death) beheben soll, von dem SF 2200 basierte SSDs von Anfang an heimgesucht wurden. (21. Oktober 2011, tomshardware.de) KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 8

9 TECHNISCHE GRUNDLAGEN CONTROLLER Dank der ausgezeichneten Lese Schreibe Leistung der aktuellen Marvell Controller (sowohl für komprimierbare als auch nicht komprimierbare komprimierbaredaten) sind diese derzeit die beste Wahl auf dem SSD Markt. Sie bieten Qualität und Funktionsumfang der Server Klasse und sorgen für höchste Leistungswerte SCHNITTSTELLE SSDs mit SATA II (3Gb/s) Anschluss haben technisch bedingt eine maximale Übertragungsrate von knapp 300MB/s. Daher verfügen leistungsstarke SSDs über aktuelle SATA III (6Gb/s) Anschlüsse, wodurch hgeschwindigkeiten i von knapp 600MB/s möglich sind KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 9

10 TECHNISCHE GRUNDLAGEN BAUWEISE Aktuelle SSD Flash Speicher werden entweder in 32nm oder 24nm Technik gebaut. DieMiniaturisierung hat dabei den Vorteil, dass mehr Speicherplatz auf der gleichen Fläche untergebracht werden kann. 24nm Chips haben aber schlechtere Random Werte (vor allen Dingen beim Schreiben) und sind daher langsamer als 32nm Chips KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 10

11 TECHNISCHE GRUNDLAGEN NOR (NOT OR) Parallelschaltung der einzelnen Speicherzellen des Flash Speichers. Vorteile von NOR im Vergleich zu NAND: Sh Schnellere Lesegeschwindigkeit it NAND (NOT AND) Reihenschaltung der einzelnen Speicherzellen des Flash Speichers. Vorteile von NAND im Vergleich zu NOR: Längere Lebensdauer Schnellere Schreibgeschwindigkeit Kompakter, mehr Speicherplatz bei gleicher Baugröße Günstiger KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 11

12 TECHNISCHE GRUNDLAGEN TOGGLE NAND Weiterentwicklung des NAND Speichers mit diesen Vorteilen im Vergleich zu herkömmlichen NAND Speichern: Geringere Leistungsaufnahme Lit Noch schnellere Geschwindigkeiten TOGGLE NAND VON TOSHIBA Toshiba fertigt die branchenweit qualitativ hochwertigsten NAND Flash Speicher deren Übertragungsraten bis zu dreimal so hoch sind wie bei der traditionellen SDRAM Technologie KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 12

13 TECHNISCHE GRUNDLAGEN SYNCHRONER VS. ASYNCHRONER NAND In den tieferen technischen Details wird bei der 25nm Bauweise zwischen sogenanntem ONFi 2.x (synchron) und ONFi1 1.0(asynchron) NAND unterschieden. Während die Performance Werte von synthetischen Tests für SSDs mit synchronem bzw. asynchronem NAND nahezu identisch sind, liefern Real World Tests deutlich bessere Ergebnisse bei synchronem NAND KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 13

14 TECHNISCHE GRUNDLAGEN SLC (SINGLE LEVEL CELL) Speicherzellen, die aus NAND Flash bestehen und jeweils ein Bit speichern. Vorteile von SLC im Vergleich zu MLC: Längere Lb Lebensdauer Schnellere Schreibgeschwindigkeit MLC (MULTI LEVEL CELL) Speicherzellen in denen mehr als ein Bit pro Zelle gespeichert wird. Vorteile von MLC im Vergleich zu SLC: Kompakter, mehr Speicherplatz bei gleicher Baugröße Günstiger KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 14

15 BEGRIFFLICHKEITEN IOPS Die IOPS (Input/Output Operations Per Second) dienen im Vergleich zur Lese /Schreibge schwindigkeit als zuverlässigere Geschwindigkeits angabe. Zum Vergleich: SATA Festplatten erreichen ca. 90 IOPS aktuelle SSDs bis zu IOPS WEAR LEVELING Beim Wear Leveling verteilt der SSD Controller die Schreibvorgänge gleichmäßig auf alle Speicherzellen. Dies sorgt für eine höhere Lebensdauer der einzelnen Speicherzellen und somit der gesamten SSD KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 15

16 BEGRIFFLICHKEITEN TRIM Über den TRIM Befehl teilt das Betriebssystem der SSD mit, daß gelöschte Blöcke nicht mehr benutzt werden. Dies spart Zeit, da der Block nicht zuerst gelöscht werden muß, wenn er das nächste Mal beschrieben wird NCQ Mit NCQ (Native Command Queuing) wird dem Controller die Entscheidung überlassen, in welcher Reihenfolge die einkommende Daten verarbeitet werden. Zudem können Daten auf langsamen Systemen gepuffert werden KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 16

17 BEGRIFFLICHKEITEN GARBAGE COLLECTION Die Garbage Collection ist eine Ergänzung zum TRIM Befehl. Damit neue Blöcke vor dem Beschreiben nicht erst gelöscht werden müssen, werden neue Daten indie Reservesektoren der SSD geschrieben. Befindet sich die SSD im Leerlauf, werden die alten Blöcke gelöscht und mit den Daten aus den Reservesektoren beschrieben. Die Reservesektoren ihrerseits werden danach wieder gelöscht. Damit kann die Schreibgeschwindigkeit stets auf hohem Niveaugehalten werden KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 17

18 RATGEBER SSD WORAUF BEI SOLID STATE DRIVES GEACHTET WERDEN SOLLTE Neben den zuvor beschriebenen Hauptmerkmalen einer SSD (Controller, Firmware, Flash Speicher, Schnittstelle etc.) gibt es noch weitere Punkte, die beim Kauf einer SSDinBetracht gezogen werden sollten, wie beispielsweise: Garantiezeiten und abwicklung Je länger die Garantiezeit desto überzeugter ist ein Hersteller von der Qualität seiner Produkte und umso beruhigter kann der Benutzer einem solchen Produkt seine wertvollen Daten anvertrauen. Beispielsweise bietet Plextor auf seine neuesten SSD Serien fünf Jahre Garantie, die sich aus drei Jahren Pick up Service (Direktabholung beim Kunden) und daran anschließend zwei weiteren Jahren Bring in Service (Einsendung durch den Kunden) zusammensetzt KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 18

19 RATGEBER SSD WORAUF BEI SOLID STATE DRIVES GEACHTET WERDEN SOLLTE Zusätzliche Merkmale, auf die beim Kauf einer SSD unter anderem geachtet werden sollte: Zuverlässigkeit it Die MTBF (Mean Time Between Failures) gibt die mittlere Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen an. Je höher dieser Wert ist, desto zuverlässiger verrichtet das Gerät seine Arbeit. Eine MTBF von 1.5 Millionen Stunden entspricht umgerechnet gut 170 Jahren. Darüber hinaus werden teilweise SSDs vor der Auslieferung vom Hersteller verschiedenen Tests (z.b. Burn it Test) unterzogen, um deren Robustheit zu überprüfen. Diese Maßnahmen resultieren in besonders niedrigen Durchschnittsfehlerrate KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 19

20 RATGEBER SSD WORAUF BEI SOLID STATE DRIVES GEACHTET WERDEN SOLLTE Zusätzliche Merkmale, auf die beim Kauf einer SSD unter anderem geachtet werden sollte: Entwicklung Viele Solid State Drives werden nicht von den Herstellern direkt produziert, sondern lediglich mit deren Label versehen. Dadurch kann es zur Verwendung unterschiedlicher Komponenten und auch Leistungsschwankungen kommen. Darüber hinaus können in diesem Fall Firmware Updates (im Falle von auftretenden Fehlern oder neu hinzugefügten Funktionen) nicht immer gewährleistet und zur Verfügung gestellt werden. Fortschrittliche Hersteller arbeiten daher eng mit den Produzenten der einzelnen Komponenten zusammen, achtet auf höchste Qualität der Bauteile und entwickeln die eigene Firmware kontinuierlich weiter KOMPETENZ IN STORAGE MEDIA SUPPLIES ENERGY DISTRIBUTION 20