SSD praxisnah. ie Technology von Solid State Drives (SSD) rückt in letzter Zeit immer mehr in den Fokus, wenn es um Speicherlösungen

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1 Bild 1: Die auf Flash-Speicher basierenden Solid State Disks bieten viele Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Harddisks. DIE TECHNIK DER SOLID STATE DRIVES TEIL 1/3 SSD praxisnah Solid State Drives (SSD) sind schon seit ein paar Jahren in aller Munde, und so langsam wird diese Technologie reif für den Massenmarkt. Die Preise sind innerhalb der letzten Jahre um 30 % pro Jahr gefallen und machen damit eine SSD erschwinglich. Zudem wurden die Controller und die Firmware entsprechend verbessert. Vor allem weil Windows 7 SSD unterstützt, ist das Interesse sprunghaft gestiegen. D ie Technology von Solid State Drives (SSD) rückt in letzter Zeit immer mehr in den Fokus, wenn es um Speicherlösungen geht. Die SSDs haben eine rasante Entwicklung durchlaufen und sind kaum noch mit den ersten SSDs zu vergleichen, die relativ langsam waren. Zudem kämpfte die erste Generation immer wieder mit technischen Problemen: Zum einen reduzierte sich im Laufe der Zeit die Lese- und Schreibgeschwindigkeit, und zum anderen wurden die SSDs vom System oft nicht richtig erkannt oder sie wurden falsch eingesetzt. Entscheidend ist auch, dass die SSD mittlerweile bezahlbar geworden ist. Kostete vor zwei Jahren eine SSD (MLC) noch CHF 3,90/GByte, sind dies heute «nur» noch CHF 1,70 pro GByte. Stellt man die Vorteile der SSD einer Harddisk (English Hard-Disk-Drive, HDD) gegenüber, dann gibt es für etliche Anwendungen keinen Grund mehr, eine HDD einzusetzen (Tabelle 1). Nichts bewegt sich ausser Daten. Eine SSD ist letztlich nichts anderes als eine grosse Flashkarte, aufgebaut mit Flash-Speicherbausteinen und einem Controller (Bild 2). Letzterer ist das Herz einer jeden SSD. Dafür, dass die SSD am Host (PC, Notebook oder Server) korrekt erkannt wird und die Daten richtig ausgetauscht beziehungsweise gespeichert werden, sorgt die Firmware im Controller. Die Firmware ist für eine hohe Zuverlässigkeit und hohe Datenraten entscheidend. INFOS MSC-Gleichmann Schweiz AG 8604 Volketswil Tel SLC MLC Kapazität (Grösse) + Schreib-Löschzyklen + Lesen + + Schreiben + Zugriffszeit + Power + erweiterter Temperaturbereich + Preis + Tabelle 1: Vor- und Nachteile der SLC- und MLC-Technologien.

2 52 megalink B A U E L E M E N TE auf ihrer Seite: keine Mechanik, schneller im Datentransport, kürzere Zugriffszeit, tieferer Stromverbrauch, weniger Hitzeentwicklung, leichter, keine Geräusche durch drehende Scheiben, schlagunempfindlich und eine längere Lebensdauer (Tabelle 1). Nachteil ist der höhere Preis, wobei hier in den letzten Jahren ein durchschnittlicher Preisverfall von 30 % zu verzeichnen war. Ob in naher Zukunft der Preis einer SSD an den Preis einer HDD herankommt, ist noch nicht absehbar. Insbesondere, da die neuen 25 nm SSDs Probleme mit der Lebensdauer haben. Bild 2: Innenansicht einer typischen SSD. Mehrere Bits teilen sich eine Zelle. Generell werden zwei Typen von Nand-Flashspeicher (es gibt auch sogenannte Or-Flashspeicher, die jedoch bei SSDs nicht verwendet werden) unterschieden: Single Level Cell (SLC) und Multi-Level-Cell (MLC). Bei SLCs wird pro Speicherzelle ein Bit gespeichert, eine MLC kann, je nach Ausführung, zwei, drei oder vier Bit pro Speicherzelle speichern (Bilder 3 und 4). Daraus ergibt sich für die MLC eine höhere Speicherdichte und ein günstigerer Preis pro Gigabyte. Nachteile der MLC gegenüber SLC sind eine höhere Zugriffszeit (0,2 ms gegenüber 0,1 ms), eine niedrige Endurance (Schreib-Löschzyklen) und damit eine höhere Fehlerwahrscheinlichkeit. Die Lebensdauer einer SLC liegt bei zirka Schreib-Löschzyklen pro Flashzelle und bei MLC bei zirka Bei den heute erhältlichen MLCs, die in 25-nm-Technologie gefertigt werden, sinkt die Lebensdauer sogar auf 3000 Schreib-Löschzyklen pro Zelle. Damit sind der Controller und das Handling der SSD mehr gefordert, damit eine hohe Lebensdauer erreicht wird. Die Lebensdauer der Flash-Speicher ist ein sehr wichtiges Kriterium. Dabei spielt die halbdurchlässige Isolierschicht um das Floating-Gate, das die Daten speichert, eine besonders kritische Rolle (siehe Bilder 3 und 4). Die Isolierschicht soll die Elektronen mit wenig Aufwand (niedrige Schreibspannung) hinein lassen und so lange wie möglich speichern. Derzeit gilt eine Dicke der Schicht von 10 nm als untere Grenze, um eine genügend hohe Lebensdauer zu erreichen. Es ist sehr schwierig, die Strukturen weiter zu verkleinern und so die Speicherdichte weiter zu erhöhen. Derzeit geben die Flash-Hersteller eine Haltbarkeit (Rentention) von 10 Jahren an. Elektronik schlägt Mechanik. Eine HDD (Festplatte) kann praktisch eins zu eins durch eine SSD ausgetauscht werden. Ausser dem höheren Preis hat die SSD bei fast allen Vergleichen gegenüber einer HDD die Vorteile Bild 3: SLC Flashzelle (grafisch vereinfacht dargestellt). Bild 4: MLC-Flashzelle (grafisch vereinfacht dargestellt). Alle Daten in Reih und Glied. Hauptbestandteil der SSD sind die Nand Flash-Chips. Diese sind als Array zusammengefasst und werden je nach SSD beziehungsweise Controller über mehrere Kanäle angesprochen. Ein Flash-Chip ist in 2 KByte oder 4 KByte grosse sogenannte Pages/Seiten unterteilt. Die Blöcke haben üblicherweise eine Grösse von 128 KByte, 256 KByte oder 512 KByte. So ergeben zum Beispiel 128 Pages eine Blockgrösse von 512 KByte. Bild 5 zeigt den Aufbau eines typischen Flash-Chips mit 8 GByte Grösse, das aus Seiten besteht. Jede 4 KByte grosse Seite verfügt für die Fehlerkorrektur (ECC) zusätzliche 128 Bytes. Eine Besonderheit bei der Flash Technology ist, dass auf eine einzelne Page

3 Mehr als Steckverbinder von 40 führenden Herstellern im Katalog oder Online Shop: NEU: COMPONA-Katalog 2011/12 Der Distributor für Verbindungstechnik und Kabelassemblies hat im neuen Katalog 2011/12 mit mehr als Artikeln auf 780 Seiten das Sortiment seit der letzten Ausgabe um weit mehr als 1500 Steckverbinder erweitert. Viele neue Produkte wurden in das Katalogsortiment integriert. Trotzdem stellt auch diese neuste Ausgabe nur eine Übersicht dar. Bild 5: Typische Flash-Array-Organisation (Quelle: Samsung). Bild 6: Links PATA Interface und rechts SATA Interface. Bild 7: Typische SSD-Formfaktoren (1- -Münze als Grössenvergleich). geschrieben werden kann, aber nur Blockweise gelöscht werden kann, da die Pages als Blöcke zusammengefasst sind. SSDs werden zur Verbindung mit dem PC fast nur noch mit Serial Advanced Technology Attachment (SATA) Interface angeboten, nachdem Parallel Advanced Attachment (PATA) vor ein paar Jahren abgekündigt wurde (siehe Bild 6). Der ATA-Standard hiess früher IDE (Integrated Device Electronics) und wurde nach der Einführung des seriellen Bus-Design (S-ATA) mit dem Zusatz P-ATA zur Unterscheidung abgeändert. SATA bietet gegenüber PATA unter anderem die Vorteile einer höheren Datentransferrate, Hot-Plug (ein- und ausstecken im laufenden Betrieb) sowie eine vereinfachte Kabelführung. PATA kann nur maximal 133 MByte/s übertragen, während SATA II mit 300 MByte/s spezifiziert ist. Hot-Plug ist speziell bei RAID-Systemen ein Vorteil, da eine SSD als Festplatte und eine zweite als Datenspiegel (Mirror) beziehungsweise Daten-Backup verwendet werden kann. SSDs SATA III erreichen eine theoretische, maximale Datenrate von bis zu 600 MByte/s beziehungsweise bis zu 6 GBit/s. Die Verbindung erfolgt über 15 Pins: Drei nebeneinander liegende Pins mit 3,3, 5 und 12 Volt sowie fünf Masse-Pins übernehmen die Stromversorgung. Die Daten werden über sieben Pins (Bild 6, ganz rechts) seriell transportiert. Die Pins sind unterschiedlich lang, damit Hot-Plug also das Ein- und Ausstecken unter Strom möglich ist. Die meisten SSDs sind im 2,5"-Format erhältlich, teilweise auch mit 1" oder 1,8". Die ersten SSDs waren 3,5" gross (siehe Bild 7). SSDs mit 3,5" sind heute sehr selten, da eine 2,5"-SSD mittels Einbaurahmen in jeden 3,5"-Slot passt. Lesen Sie in der November-Ausgabe der «Megalink», wie Wear-Leveling, ECC und Bad-Block-Management eine sichere, zuverlässige Datenspeicherung ermöglichen. ((BU)) SSD MLC SSD SLC HDD Kapazität 16 GByte bis 800 GByte 16 GByte bis 800 GByte 160 GByte bis 3,5 TB Interface SATA, PATA, msata SATA, PATA, msata SATA, PATA Lesen (MByte/s), SATA III bis 480 MByte/s bis 480 MByte/s bis 150 MByte/s Schreiben (MByte/s) bis 380 MByte/s bis 380 MByte/s bis 100 MByte/s Zugriffszeit (ms), typ. 0,15 ms bis 0,2 ms 0,1 ms 8 ms Power (W) bis 3,5 Watt bis 3 Watt bis 8 Watt Geräuschentwicklung typ. 0 Sone 0 Sone 0,9 Sone Schockbetrieb (g), typ g 1500 g 300 g Gewicht (g) 50 g 50 g >100 g Temperaturfestigkeit 0 70 C 0 70 C und C 5 55 S.M.A.R.T teilweise ja ja Preis / GByte, typ. 1,40 Franken 2,80 bis 3,70 0,05 Franken Tabelle 2: SSD-Vergleich zu HDD Binder: von vorne verschraubbare M8-Flanschsteckverbinder mit Litzen und IP67 Bei Litzenverdrahtung im Gerät bietet Binder jetzt neu auch die Möglichkeit, den Steckverbinder von innen durch das Gehäuse zu positionieren und von vorne zu verschrauben. Die 3-, 4- und 6-poligen vergossenen Flanschstecker und Flanschdosen sind mit Schlüsselflächen versehen, die eine Verdrehsicherung sicherstellen. Der O-Ring als Dichtung des Kundengehäuses ist bereits montiert. 3M: Hochgeschwindigkeits- Twinaxial-Flachbandkabel 3M führt die erste Generation des ersten flachen, faltbaren und längsseitig abgeschirmten Hochleistungs-Twinaxial-Flachbandkabel der Branche ein. Das 3M-Twinaxialkabel der Serie SL8800 ist die einzige zur Zeit am Markt verfügbare Kabellösung für Anwendungen mit hoher Datenübertragungsrate, die mit einer geringen bis gar keiner Beeinträchtigung der elektrischen Leistung um engste Radien verlegt und geknickt werden kann. COMPONA AG 8320 Fehraltorf

4 Bild 1: Der Controller einer Solid State Drive ist entscheidend für eine hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und schnelle Datenraten. (Bild Intel) DIE TECHNIK DER SOLID STATE DRIVES TEIL 2/3 SSD schnell und zuverlässig Der erste Teil dieser Artikelserie erläuterte unter anderem die Grundbausteine der Solid State Drives (SSDs): die Flash-Chips. Dieser Teil erläutert die Techniken, um eine hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und grossen Datendurchsatz zu erreichen. D ie Firmware (Software) der SSD ist entscheidend für eine hohe Zuverlässigkeit und schnelle Datenraten. Sie sorgt unter anderem dafür, dass die Daten richtig in die Flash-Chips geschrieben und wieder gelesen werden. Wesentliche Aufgaben der Firmware sind zudem (siehe Bild 2): Wear-Leveling Bad Block Managemant Garbage Collection EDC/ECC AUTOR Robert Herth INFOS MSC-Gleichmann Schweiz AG 8604 Volketswil Tel Je nach Technologie und Struktur beträgt die typische Lebensdauer eines einzelnen Flash-Chips mit SLC-Technologie Schreib-Löschzyklen und mit MLC-Technologie 5000 Zyklen (1. Teil des Artikels in Megalink 10/2011 erläutert diese beiden Technologien). Bei einer SSD, die aus einem Flash-Array besteht, kann jedoch nicht von der Lebensdauer eines einzelnen Flash- Speicherchips auf die des Gesamtsystems geschlossen werden. Daten schonend speichern. Deshalb sorgt Wear-Leveling (auf Deutsch etwa «Gleichmässiges Abnutzen») dafür, dass die Flashzellen gleichmässig abgenutzt werden und damit die Lebensdauer der SSD steigt. Es gibt zwei Methoden des Wear-Leveling: «Dynamisch» und «Statisch». Viele Hersteller von SSDs nutzen beide Methoden, um die Abnutzung der Flashzellen so lange wie möglich hinauszuzögern. Dynamisches Wear-Leveling bedeutet, dass die am wenigsten benutzten, aktuell freien Flashblöcke verwendet werden. Dies geht bei einer noch unbenutzten SSD natürlich problemlos, da die Flashzellen so gut wie leer sind. Bei einer benutzten SSD, die bereits viele Daten abgespeichert hat, könnten dadurch jedoch die Zellen schneller abgenutzt werden. Deshalb lagert das statische Wear- Leveling die Daten auf wenig benutzte Flashblöcke um und sorgt so für eine gleichmässige Abnutzung aller Flashzellen. Defekte Speicherzellen ersetzen. Mit dem sogenannten Bad Block Management (BBM) kann die Firmware die Lebensdauer einer

5 Wear-Leveling Cache Bad Block Management Host Garbage Collection E D C / E C C Flash- Array LBA Mapping Controller Bild 2: Vereinfachtes Blockdiagramm einer SSD. SSD weiter erhöhen. Üblicherweise werden in einer SSD mit SLCTechnologie 2 Prozent der Speicherkapazität als sogenannte Reserveblocks (Spareblocks) für die Datenspeicherung gesperrt. Bei der MLC-Technology werden zirka 7 Prozent als Reserve verwendet. Deshalb verfügen SSDs über Speicherkapazitäten von «nur» 60 GByte bei einem 64 GByte Flash-Array oder 120 GByte bei einem 128 GByte Flash-Array. Defekte Speicherblöcke (Bad Blocks) können schon in neuen Flash-Chips vorhanden sein. Diese werden vom Hersteller in einer Art Notizblock (Bad Block Table) im Flash mit einem Flag gekennzeichnet, damit diese nicht mehr verwendet werden. Während des Lebenszyklusses einer SSD kommen immer mehr defekte Blöcke dazu. Ist eine Flashzelle verbraucht sie lässt sich also nicht mehr korrekt mit neuen Daten beschreiben, dann wird diese mit einem Flag gekennzeichnet und aus dem Reserveblock wird Ersatz genommen (Bild 3). Speicherfehler korrigieren. Mithilfe von Error Correction Codes (ECC) beziehungsweise Error Detection Codes (EDC) können Bitfehler korrigiert und so die Endurance (maximale Anzahl der SchreibLösch-Zyklen) erhöht werden. Wenn ein Flash-Block in die Nähe seiner maximalen Schreib-Lösch-Zyklen kommt, dann steigt die Wahrscheinlichkeit eines Bitfehlers. Bitfehler lassen sich mit EDC/ECC erkennen und teilweise korrigieren. Dazu werden bei SLCs normalerweise pro 512 Byte Daten zusätzlich 8 Bit und bei MLCs pro 1 KByte Daten zuätzlich 24 Bit an Korrekturdaten abgespeichert. Da die teure SLC-Technologie weniger Bitfehler hat als die MLC-Technologie, benötigt sie weniger zusätzlichen Speicherplatz für die Fehlerkorrektur. Bitte nicht ausfallen. Als Mass für die Lebensdauer einer SSD geben Hersteller die sogenannte Mean Time Between Failures (MTBF) an zu Deutsch: die mittlere Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen. Typische Werte bei SSDs liegen im Bereich von 1 bis 2 Millionen Stunden. Dieser Wert sollte jedoch nur als Hochrechnung und Richtwert angesehen werden. Die Lebensdauer einer SSD hängt von vielen Faktoren ab. Werden zum Beispiel deutlich mehr Daten gelesen als geschrieben, so hält eine SSD deutlich länger, als wenn sehr häufig geschrieben wird. Die Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, das Gehäuse oder die Qualität und Struktur der FlashChips spielen ebenso eine Rolle wie die sogenannte Write Amplification (siehe nächster Abschnitt). Neben der Anzahl der Schreib-Lösch-Zyklen ist auch die Zeitspanne der fehlerfreien Datenhaltung (Retention) eine wichtige Kenngrösse für die Flashzelle. Es handelt sich um die minimale, vom

6 40 megalink B A U E L E M E N TE werden dies wird als «Read-Modify-Write» bezeichnet. Wie gut oder schlecht der Write-Amplification-Wert ist, entscheiden mehrere Faktoren wie: Garbagge Collection TRIM-Befehl Volumenmanager der Flash-Blöcke Alignment der Betriebssoftware OS Alignment/Misalignment Die heutigen SSDs sind mittlerweile so weit optimiert, dass die Write-Amplification zwischen 1 bis 5 liegt. Als einfacher Überschlag zur Berechnung der SSD-Lebensdauer (SSD-LD) kann folgende Berechnung angesetzt werden: Bild 3: Bad Block Management. (Quelle Samsung) Flashhersteller garantierte Zeit, in der eine abgespeicherte Information fehlerfrei erhalten bleibt, das heisst in der Regel keine Datenverluste auftreten. Weniger schreiben ist mehr. Wie bereits erläutert, sind SSDs in Blöcke oder Pages unterteilt. Wird auch nur ein Byte darin geändert, muss der gesamte Block neu geschrieben werden. Tatsächlich schreibt das Laufwerk intern also mit einem in der Firmware festgelegten Tempo die Blöcke neu. Anwender und Leistungstests nehmen jedoch nur die wenigen geänderten Bytes wahr. Dieser Effekt verlangsamt die Schreibgeschwindigkeit und wird als «Write Amplification» (WA) bezeichnet. Nur wenn die zu schreibende Datenmenge also mindestens der Grösse eines Blockes entspricht, kann überhaupt die maximale Schreibgeschwindigkeit erreicht werden und die Nutzrate entspricht der Schreibrate. Die «Write Amplification» (WA) wird wie folgt berechnet: Dieser Wert ist ein Schlüsselfaktor, wenn es um die Lebensdauer geht, da ein sehr effektives Schreiben der Daten die Anzahl Schreib- Lösch-Zyklen reduziert und damit die Lebensdauer der SSD verlängern kann. Je nach SSD liegt der Wert meistens zwischen 1 bis 10, wobei der Wert «1» den effektivsten Wert darstellt, da die Daten mit der gleichen Geschwindigkeit in die SSD geschrieben werden, wie diese vom Host geliefert werden. Der Controller-Hersteller Sandforce gibt sogar einen Wert von 0,5 an. Dies basiert auf der Tatsache, dass die Sandforce Controller die Daten über eine Kompressionslogik ins Flash-Array schreiben und nicht, wie bei anderen Controllern, die Daten über ein RAM ausgelagert, modifiziert und wieder ins Flash geschrieben Mögliche Probleme rechtzeitig erkennen. Mithilfe der Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.) können wichtige Parameter einer HDD oder SDD permanent überwacht und somit drohende Defekte frühzeitig erkannt werden. Informationen wie Laufzeit, Temperatur, Startzyklen oder die Zahl der als bereits defekt markierten Sektoren helfen, einen Daten-Gau zu vermeiden. Benchmark-Programme wie zum Beispiel Christal Disk oder HDD-Health greifen auf die Smart-Daten zu. Wer diese Tools auf dem Rechner installiert, kann eine Diagnose der HDD beziehungsweise SSD durchführen. Lesen Sie in der Dezember-Ausgabe der «Megalink», welche weiteren Faktoren die Lebensdauer einer SSD beeinflussen, was bei einem Stromausfall passiert und wohin sich die Technologie entwickelt. Megalink Plus Den ersten Teil dieses Artikels finden Sie auf Interview mit Markus Gabrielli, Managing Director MSC Gleichmann Schweiz AG Herr Gabrielli, welche Marktchancen räumen Sie Solid State Disks auf dem Schweizer Markt ein? Prinzipiell recht gute. Wenn eine neue Technologie Faktor zwei oder drei teurer ist, als die bisher favorisierte, kann man natürlich nicht erwarten, dass einem die Kunden sofort die Türe einrennen. Aber das grundsätzliche Interesse an einem Umstieg auf Solid State-Speicher ist definitiv vorhanden. Und die Kosten sind ja in den letzten Jahren auch schon massiv gesunken. Ich denke, dass spätestens bei Preisen von unter einem Franken/GByte derzeit liegen wir noch bei etwa 1,33 Franken/GByte ein Paradigmenwandel stattfinden wird. In welchen Industrieapplikationen dürften sich SSDs am ehesten durchsetzen? Ich denke überall dort, wo hohe Stossfestigkeit eine wichtige Rolle spielt, beispielsweise in mit PCs ausgestatteten Spezialfahrzeugen. Und natürlich in Applikationen, bei denen es auf schnelle Zugriffzeiten und/oder eine möglichst geringe Geräuschentwicklung ankommt. Für batteriebetriebene Geräte kann darüber hinaus der geringe Stromverbrauch von SSDs ein wichtiges Kaufkriterium sein. Fakt ist: SSDs sind Harddisks technisch in jeder Hinsicht überlegen. Wenn sich also jemand heutzutage noch für den Eissatz einer Harddisk entscheidet, dann in der Regel nur aus Kostengründen und nicht, weil die Harddisk das bessere Produkt für seine Applikation wäre. SSDs werden irgendwann also doch noch den grossen Marktdurchbruch schaffen? Davon gehe ich aus, zumal schon heute immer mehr Schweizer Kunden bereit sind, für die technischen Vorteile, die SSDs gegenüber konventionellen Harddisks ja unbestritten bieten, einen vertretbaren Aufpreis zu zahlen. Gilt Ihr Optimismus für den Schweizer SSD-Markt auch für den gesamten Schweizer Distributionsmarkt? Jein. Sicherlich wird die anhaltende Finanzkrise bei einer Exportquote von rund 80 Prozent mittelfristig auch für die Schweizer Elektro- und Metallindustrie nicht ganz ohne Folgen bleiben. Die leicht rückläufigen Auftragseingänge im 3. Quartal sehe ich nach 18 Monaten weit überdurchschnittlichen Wachstums trotzdem eher als Rückkehr zur Normalität denn als Grund zur Panik. Sicherlich ist der starke Schweizer Franken momentan kein Exportvorteil. Andererseits konnten Markus Gabrielli, MSC-Kunden mit entsprechenden Wäh- Managing Director MSC Gleichmann Schweiz AG. rungsgleitklauseln die letzten Monate bis zu 15 Prozent billiger einkaufen als noch vor einem Jahr. Wir sollten deshalb aufpassen, dass wir die nächste Krise möglicherweise nicht versehentlich künstlich herbeireden.

7 Harddisks (links) werden immer häufiger durch SSDs (rechts) ersetzt. DIE TECHNIK DER SOLID STATE DRIVES SSD PRAXISNAH TEIL 3/3 SSD in der Praxis Jetzt wird es richtig spannend! Während die ersten zwei Teile der Artikelserie theoretische Aspekte der SSD behandelten, wägt sie nun der letzte Beitrag gegenüber der HDD ab. Verschiedene Leistungsindikatoren machen deutlich, wer die Nase vorne hat. V or dem Entscheid für eine bestimmte SSD gilt es, die Applikation genauer zu untersuchen. Jede Anwendung belastet eine SSD anders und beeinflusst direkt ihre Lebensdauer. Ein wesentlicher Entscheidungspunkt, welche SSD zur Empfehlung kommt, ist seine Schreibintensität. Speziell bei Industrieapplikationen kann dann die Entscheidung für eine SSD mit der robusteren SLC-Technologie fallen. Dies ist auch in Anwendungen der Fall, die einen erweiterten Temperaturbereich benötigen, also von 40 bis +85 C. Auch der Preis einer SSD kann ausschlaggebend über die Entscheidung SLC- oder MLCTechnologie sein. MLC SSDs sind um einiges günstiger als SLC SSDs. Anstatt einer SLCDisk kann eine mit MLC-Technologie mit genügend Reserveblöcken eingesetzt werden oder diese mittels eines Tools auf längere Lebenszeit eingestellt werden, indem die Kapazität der SSD reduziert wird. Setzt der Anwen- der die SSD in einen Desktop-PC oder Notebook ein und benutzt seinen Rechner als Privatperson, dann reicht eine MLC SSD. AUTOR Robert Herth INFOS MSC-Gleichmann Schweiz AG 8604 Volketswil Tel Harddisks lassen sich mit geringem Aufwand durch schnellere, sparsamere und lautlose SSDs ersetzen.

8 Internationale Fachmesse und Kongress Düsseldorf, Beispiel von einem Benchmarklauf mit dem Tool AS. Störungsfrei in die Zukunft! e-emv.com Die theoretische Lebensdauer berechnen. Eine Privatperson schreibt im Durchschnitt 5 20 GByte Daten pro Tag auf den Massenspeicher. Bei schreibintensiven Anwendungen in der Industrie kann dieser Wert 100 GByte und mehr überschreiten. Bei Verwendung einer 60-GByte-SSD und einer Lebensdauer von 5 Jahren können pro Tag folgende Datenmengen auf die SSD geschrieben werden: 1. Auf eine MLC SSD mit 5000 Schreib-Lösch-Zyklen können total circa 30 TByte geschrieben werden und somit circa 16 GByte/ Tag. 2. Eine SLC SSD erlaubt Schreib-Lösch-Zyklen und somit eine Datenmenge von circa 6000 TByte, womit pro Tag rund 330 GByte geschrieben werden dürfen. Kompakter ist nicht immer besser. Vor rund 3 Jahren betrug die Strukturgrösse der Flash-Chips noch 60 nm. Seit diesem Jahr werden SSDs mit 25 nm hergestellt. Dadurch können die Speicherpreise zwar reduziert werden, aber wegen der kleineren Anzahl an Schreib-Lösch-Zyklen reduzieren die Hersteller gleichzeitig die Kapazität der SSDs. Deshalb sind vermehrt SSDs mit einer Kapazität von 50 oder 100 GByte auf dem Markt, obwohl das Flash-Array 64 beziehungsweise 128 GByte gross ist. Das heisst, nur mit einem grösseren Reservespielraum (Spareblocks) kann die gewünschte Lebensdauer der Disk erreicht werden. Schreiben bis zum Datenverlust. Die Firma MSC hat selbst verschiedene Flashspeicher aufgebaut und Erfahrungswerte über die Jahre gesammelt. So wurden schon im Jahr 1994 Flash-SIMMs aufgebaut, später Flashkarten im PCMCI-Format und später auch Compact-Flashkarten (CFC). Ein Samsung SLC Flash erreichte eine Lebensdauer von über Schreib-Lösch-Zyklen. Laut Datenblatt lag der typische Wert für die Anzahl der Schreib-Lösch-Zyklen bei Auch Bitfehler in Nachbarblöcken hat MSC untersucht, das heisst, die Auswirkung auf den Nachbarblock, wenn ein Block häufig gelöscht wird. Die Qualität bei allen Herstellern ist sehr gut, kann jedoch von einer zur nächsten Charge schwanken. Mithilfe des Industriestandards Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T., System zur Selbstüberwachung, Analyse und Statusmeldung), der in Festplatten eingebaut ist, können wichtige Parameter einer HDD oder SDD permanent überwacht und somit drohende Defekte frühzeitig erkannt werden. Informationen wie Laufzeit, Temperatur, Startzyklen oder die Zahl der als bereits defekt markierten Sektoren helfen, einen Daten-Gau zu vermeiden. Europas Leitmesse im Bereich EMV ist der Marktplatz auf dem die Keyplayer der Branche und hochqualifiziertes Fachpublikum aufeinander treffen Parallel zu Europas bedeutendstem EMV-Kongress, der Industrie und Wissenschaft vereint. Seien Sie dabei! Weitere Informationen unter e-emv.com oder

9 BAUELEMENTE megalink 27 Benchmark-Programme wie zum Beispiel Christal Disk oder HDD-Health greifen auf die Smart-Daten zu. Wer diese Tools auf dem Rechner installiert, kann eine Diagnose der HDD beziehungsweise SSD durchführen. Kosten und Nutzen abwägen. Um die Vor- und Nachteile von SSD und HDD gegeneinander abzuwägen, muss auch die «Total Cost of Ownership» (TCO, Gesamtbetriebskosten) berücksichtigt werden. Eine SSD bietet zwar in fast allen Fällen nur Vorteile, jedoch zu einem höheren Preis. Im Gegensatz zu einer HDD kann bei einer SSD zudem wie beschrieben die Lebensdauer berechnet werden. Bei einer HDD kann nur mittels der SMART-Werte die bisherige Laufzeit berechnet werden. Bei Industriekunden kommt noch hinzu, dass ein Rechner- oder Notebook-Ausfall möglicherweise als Arbeitsaufwand/Arbeitsausfall angerechnet werden muss. Neben dem geräuschlosen Betrieb und der hohen Robustheit (keine Mechanik) ist der tiefere Stromverbrauch ein weiterer Vorteil von SSDs: Ein Notebook mit einer SSD erzielt zum Beispiel eine rund 10 bis 20 Prozent längere Laufzeit pro Akkuladung als mit einer HDD. Eine Firma kann dadurch zwischen einigen 100 bis etliche 1000 Franken einsparen je nach dem, wie viele Rechner, einschliesslich Notebooks, sie betreibt. Bei einer Server-Farm (Rechenzentrum) können auch Beträge über Franken zustande kommen. Wie schnell darf es sein? Um die Leistung der eingebauten SSD zu testen, eignen sich diverse Benchmarks. Diese zeigen häufig unterschiedliche Werte, was am Tool selbst, der Formatierung oder dem benutzten Computer- und Betriebssystem liegen kann. Daher lohnt es sich, die SSD mittels Lösch- Tool, wie zum Beispiel HDD Erase, in den Ursprungszustand zu bringen. Eine Software, um die Geschwindigkeit zu messen, ist der AS SSD Benchmark. Das Tool führt sowohl synthetische als auch aus der Praxis abgeleitete Tests durch. Die synthetischen Tests ermitteln die sequenzielle und zufällige Lese- und Schreibgeschwindigkeit wie auch die Zugriffszeiten (Bild 2). Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, können auch SSDs in einem RAID-Verbund betrieben werden. Dies ist zwar kostenintensiv, lohnt sich aber speziell bei Anwendungen mit sehr vielen Zugriffen, der höheren Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit. Aufgrund der kurzen Zugriffszeiten sind SSDs bei Serversystemen sehr populär. Die Zukunft der SSD. Die erste Festplatte hatte IBM im Jahre 1956 auf den Markt gebracht. Sie speicherte 5 Millionen 8-Bit-Zeichen (7 Datenbits und 1 Paritätsbit) auf 50 Platten mit einem Durchmesser von je 610 mm. Derzeit erreichen HDDs im 3,5"- Format (5 Platten mit einem Durchmesser von je rund 9 cm) eine Kapazität von 4 TByte. Konkurrenz bekommt die HDD immer mehr durch den starken Preisverfall bei SSDs: In den letzten 2 Jahren sind sie um fast einen Faktor drei billiger geworden. Der Preisunterschied pro GByte ist jedoch noch immer sehr gross. Die Speicherkosten liegen für HDDs bei rund 10 Rappen/GByte, für SSDs um die 1,4 Franken/GByte. Die SSD wird ihren Siegeszug weiter fortsetzen. Die SSD erschliesst neue Anwendungen, die mit HDDs, zum Beispiel wegen der Mechanik, nicht möglich oder nur mit grossem Aufwand möglich wären. HDDs werden jedoch in vielen Anwendungen noch lange verwendet werden, insbesondere wo viel günstiger Speicherplatz benötigt wird. Überall sonst werden SSDs klassische Festplatten langsam aber sicher verdrängen. Megalink Plus Die ersten zwei Teile dieser Artikelserie finden Sie auf Hitachi TM-3000 Tabletop Elektronenmikroskop Neue Generation kleiner, leichter, kompakter Einfachste Bedienung ohne Spezialistenausbildung Vergrösserung bis 30000x keine spezielle Probenaufbereitung notwendig Kleiner Antrieb mit großer Leistung... LM 0830 LM 2070 LM 1247 Lineare DC-Servomotoren Hochdynamische Direktantriebe in kompakter Bauweise Ideal für zyklische Bewegungsabläufe und Positionieraufgaben Einfache Inbetriebnahme in Verbindung mit den abgestimmten Motion Controller und der bedienungsfreundlichen "Motion Manager" Software. MINIMOTOR SA 6980 Croglio Switzerland Tel.: +41 (0) Gewerbestr.18,CH-4105 Biel-Benken Tel , Fax WE CREATE MOTION

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