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Eine "Solid State Disk", ein "Solid State Drive" oder kurz "SSD" genannt, ist eine "voll elektronische Festplatte", die nur mit Flash-Speicherchips arbeitet.

 

Wie ist eine SSD aufgebaut?

 

Eine SSD besteht eigentlich nur noch aus einer Platine, die mit Steuer- und Speicherchips bestückt ist. Eine solche "Disk" funktioniert ähnlich wie heutige USB-Speichersticks. Die Bauform und die Anschlüsse werden den heutigen Festplatten angepasst, damit man eine Solid State Disk problemlos anstelle der "normalen" Festplatte einsetzen kann. Solid State Disks wurden als "Pionier" dieser Technik erstmals von der Firma SAMSUNG in den Baugrößen 2,5 Zoll und 1,8 Zoll, also hauptsächlich für den Einsatz in mobilen Geräten, hergestellt. Inzwischen gibt es einige Firmen, die SSD-Laufwerke produzieren.

 

Wie wird eine SSD angeschlossen?

 

Wie oben bereits genannt, verwenden die Hersteller die gleichen Anschlüsse, wie sie auch heute für Festplatten üblich sind. Erste Modelle kamen noch mit einem PATA (ATA/IDE) Anschluss auf den Markt. Vorwiegend wird man heute aber sicher den inzwischen als Standard geltenden S-ATA-Anschluss, oder für externe Geräte den eSATA-Anschluss benutzen. Denkbar ist für externe Geräte ist auch USB 3.0. Ältere Anschlüsse, wie  PATA (ATA/IDE), SCSI oder USB 2.0 werden wohl für eine SSD nicht  mehr verwendet werden, da die Datenübertragungsgeschwindigkeit hier zu gering ist. Durch die gleichen Anschlüsse wie sie bei handelsüblichen Festplatten verwendet werden, ist gewährleistet, dass SSDs auch problemlos in bestehende Systeme eingebaut werden können.
Ob es Solid State Disks auch z.B. für den Einsatz in PCMCIA- bzw. Express Card Steckplätzen geben wird, bleibt abzuwarten.

 

Welche Vorteile hat eine SSD?

 

Die Solid State Disk könnte ich in absehbarer Zeit zu einem ernstzunehmenden Ersatz für Festplatten entwickeln.
Zum einen befinden sich in einer Solid State Disk keine mechanischen Teile mehr. Dadurch arbeitet eine SSD komplett lautlos. Das wiederum reduziert auch die Wärmeentwicklung.
Ein weiterer Vorteil der fehlenden Mechanik ist die deutlich höhere Zugriffsgeschwindigkeit. Heutige Schnittstellen wie z.B. S-ATA arbeiten schon deutlich schneller, als Standard Festplatten das erlauben. Daher würde sich eine Umstellung auf eine SSD lohnen, diese können bereits heute etwa 85-mal so schnell die Daten liefern wie eine Standard Festplatte.
Da sich in einer SSD nichts mehr bewegt, ist diese auch unempfindlich gegenüber Stöße und Erschütterungen. Das ist besonders bei tragbaren Geräten oder externen Festplatten sehr wünschenswert.
Ein weiterer Vorteil ist die Lebensdauer einer SSD. Gegenüber einer heutigen Festplatte soll eine SSD deutlich länger halten. SAMSUNG versprach für seine Erste SSD z.B. eine Lebensdauer von etwa 100.000 Betriebsstunden. Auch für das Archivieren von Daten ist eine SSD somit besser geeignet als eine Festplatte. Angeblich sollen die Daten etwa 10 Jahre problemlos archiviert werden können.
Und noch ein Vorteil muss genannt werden: SSDs benötigen durch das fehlen der Motoren deutlich weniger Strom als eine Standard Festplatte. Das ist vor allem für tragbare Geräte wie Laptops interessant, die mit einer Solid State Disk deutlich länger im Akkubetrieb arbeiten könnten.

 

Gibt es auch Nachteile bei einer SSD?

 

Wo so viel "Licht" ist, gibt es leider auch "Schatten". Flash-Speicherbausteine, besonders große mit mehreren Gigabyte Speichervolumen, sind heute noch deutlich teurer als die mechanischen Teile einer Festplatte. Dazu kommt noch, dass die Speicherbausteine noch nicht mit übermäßig großem Speichervolumen hergestellt werden können. SAMSUNG hat 2006 eine Solid State Disk im 2,5 Zoll Format vorgestellt, die ein Speichervolumen von "nur" 32 Gigabyte erreichte. Diese "mini" SSD kostete aber bei der Einführung stolze 700,- EUR! Das sind knapp 22 EUR je Gigabyte Speicher. Eine mechanische 2,5 Zoll Festplatte mit 100 Gigabyte Speicher bekam man 2006 bereits für etwa 100 EUR. Das war dann nur 1 EUR je Gigabyte. Vergleicht man eine SSD mit einer großen 3,5 Zoll Festplatte fällt der Preisunterschied noch deutlicher aus. Hier lag 2006 der Preis je Gigabyte bei etwa 0,25 EUR!

 

Das wird sich in den nächsten Jahren allerdings noch ändern! Schließlich steht die Entwicklung hier noch ganz am Anfang. Bereits bis 2008 hat SAMSUNG die 100 Gigabyte Grenze bei SSDs überschreiten. 2009 gibt es auch einige andere Hersteller die SSD-Laufwerke produzieren und die maximale Speicher-Obergrenze liegt bereits bei 250 GB, auf 2,5 Zoll Standard-Festplatten Niveau.
Die Größen der SSD-Festplatten nähern sich somit also bereits denen der Standard Festplatten, der Preis leider noch nicht. Zwar ist dieser im Verhältnis zu 2006 auch schon deutlich gefallen, aber eine 250 GB SSD kostet auch 2009 noch immer über 520,- EUR! Es gibt aber auch 2009 noch Hersteller, die für eine 160 GB SSD über 700,- EUR verlangen. Der Preis je Gigabyte liegt somit 2009 bei einer SSD noch zwischen 2,05 EUR und 4,50 EUR. Eine 2,5 Zoll Standard Festplatte mit 300 GB kostet 2009 etwa 220 EUR und ist mit etwa 0,75 EUR je Gigabyte nur unwesentlich günstiger als 2006.
Es ist aber damit zu rechnen, dass immer mehr Hersteller auch SSD-Festplatten anbieten werden, dadurch wird der Preis voraussichtlich bis 2011 in etwa auf Standard-Festplatten Niveau liegen.

Allerdings hat sich jetzt nach Fertigstellung größerer SSD-Laufwerke ein weiteres Problem gezeigt, an dem man arbeiten muss: das defragmentieren. Als Ersatz einer Festplatte werden auch auf einer SSD, nach längerem Gebrauch, die Daten fragmentiert. Je nach verwendeter Technik, kommt es wohl dadurch auf einer SSD nach längerem Gebrauch zu Geschwindigkeitseinbußen. Allerdings kann man durch die verwendete Speichertechnik nicht einfach, wie bei einer Standard-Festplatte die Daten defragmentieren! Ausserdem werden beim defragmentieren, so wie es bei den Standard-Festplatten angewendet wird, sehr viele Schreib- und Lesezugriffe ausgeführt. Flash-Speicherbausteine altern bei jedem Schreib- und Lesezugriff. Daher würde das defragmentieren die Lebenszeit einer SSD deutlich verkürzen. Hier müssen die Hersteller wohl noch nachbessern und sich nach alternative Möglichkeiten umsehen.

Welche Flash-Speicher Bauweisen werden benutzt?

 
 

Aktuelle Flash-Speicher für SSD-Laufwerke werden heute in der so genannten NAND-Technik gefertigt. "NAND Flash-Speicher" kann deutlich kleiner hergestellt werden, ist preiswerter in der Produktion und hat eine höhere Schreib- und Lesegeschwindigkeit als die ersten NOR Flash-Speicher Bausteine. Allerdings hat auch die NAND-Technik einige Nachteile:
"NAND Flash-Speicher" arbeitet "Page- und Blockorientiert". Das heißt, eine so genannte Page wird in der Regel aus 512 Bytes zusammengefasst. Mehrere Pages werden dann zu etwa 16 kByte großen Blöcken gruppiert. Eine Page, also 512 Bytes, kann nur einmal beschrieben werden. Ein erneutes schreiben ist erst nach einem Löschvorgang der Page wieder möglich. Löschen ist aber nur Blockweise, also in 16 kByte großen Blöcken, möglich.

Außerdem kann "NAND Flash-Speicher", gegenüber "NOR Flash-Speicher" technisch nicht fehlerfrei hergestellt werden. Fehlerhafte Bytes werden von einer internen Fehlerkorrektur als "defekt" markiert und automatisch vom beschreiben ausgeschlossen. Das geschieht auch während des Betriebes, wenn weitere Fehler festgestellt werden.

Sowohl die Ansteuerung als auch die Verwaltung benötigt "NAND Flash-Speicher" gegenüber "NOR Flash-Speichern" einen deutlich höheren Softwareaufwand des Controllers, da einzelne Bytes nur anhand der "Page- und Blockstruktur" angesprochen werden können. Dennoch überwiegen bei "NAND Flash-Speichern" die Vorteile, so dass diese Speicherart heute überwiegend bei USB-Speichersticks, Speicherkarten und auch bei der SSD verwendet wird.

 

Was bedeutet NOR bzw. NAND?

 

Die Bezeichnungen "NOR" und "NAND" kommen aus dem Bereich der logischen Schaltungen. Dabei werden Schaltungen erstellt, die aus zwei oder mehr Eingängen und einem Ausgang bestehen. Es gibt an allen Eingängen und am Ausgang immer nur zwei Zustände: "0" oder auch "keine Spannung" sowie "1" oder auch "Spannung vorhanden". Je nach Schaltungsart verhält sich der Ausgang immer anders, je nachdem wie die Eingänge beschaltet werden.

  • "NOR" ist eine Kombination aus den zwei logischen Grundschaltungen "NOT" und "OR" oder auf Deutsch "NICHT" und "ODER". Bei dieser Schaltungsform liegt am Ausgang nur dann eine "1" (Spannung) an, wenn an keinem der Eingänge eine "1" anliegt. Sobald ein beliebiger Eingang also auf "1" umschaltet, schaltet der Ausgang auf "0".
  • Auch "NAND" ist eine Kombination aus zwei logischen Grundschaltungen "NOT" und "AND" oder auf Deutsch "NICHT" und "UND". Bei dieser Schaltungsform liegt am Ausgang solange eine "1" (Spannung) an, solange nicht alle Eingänge auf "1" schalten. Erst wenn an allen Eingängen eine "1" (Spannung) anliegt, schaltet der Ausgang auf "0" (keine Spannung).

Würde man beide Schaltungen auf herkömmliche Weise, also mit echten Schaltern als Eingänge nachbauen, wäre die "NOR" Schaltung eine so genannte "Parallelschaltung" und die "NAND" Schaltung eine so genannte "Reihenschaltung".

 

Was bedeutet SLC und MLC bei Flash-Speicher?

 

Neben der oben beschriebenen Unterscheidung zwischen "NOR-" und "NAND-" Speicherchips gibt es noch die Unterscheidung SLC- Chips (Single-Level-Cell) und MLC- Chips (Multi-Level-Cell) bei Flash-Speichern.
Anfangs wurden in einer Speicherzelle (Transistor) meistens zwei Bits gleichzeitig abgelegt. Diese Speicherchips bezeichnet man als MLC- Chips (Multi-Level-Cell).
Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, setzt man heute überwiegend auf SLC- Chips (Single-Level-Cell). Bei diesen wird in einer Speicherzelle (Transistor) nur noch ein Bit gespeichert. Dadurch ist es leichter und vor allem schneller möglich, die einzelnen Bits anzusprechen. SLC Flash-Speicher ist somit schneller als MLC Flash-Speicher. Zwei weitere Vorteile besitzen SLC-Chips: diese haben einen noch geringeren Stromverbrauch und eine höhere Lebenserwartung
Zwar werden für SSD-Festplatten je nach Anwendung noch beide Flash-Speichertypen verbaut, wenn es aber auf Geschwindigkeit ankommt, werden nur noch SLC Flash-Speicher Bausteine eingesetzt.

Was bringt die Zukunft?

Bereits noch einen Schritt weiter sind inzwischen (2008) die Firmen Micron und Intel, diese haben nun einen Flash-Speicher entwickelt, der etwa fünf mal schneller wie SLC NAND Flash-Speicher sein soll. Es wurde dabei sowohl die Lese- als auch die Schreibgeschwindigkeit deutlich erhöht. Dieser so genannte "High-Speed-NAND" Flash-Speicher soll eine Zugriffsgeschwindigkeit von 200 MB/s beim Lesen und bis zu 100 MB/s beim Schreiben erreichen. Damit eignen sich diese Flash-Speicher Chips sehr gut für den Einsatz in "Solid State Disks" und in "Hybridfestplatten".
Für den Einsatz solch schneller Flash-Speicher Bausteine wird auch eine schnelle Anbindung an den Computer benötigt. Diese liefert heute eigentlich nur S-ATA.

Erst der neue USB Standard 3.0 wird auch schnell genug für externe "High-Speed-NAND Flash-Speicher" sein. Dieser neue USB Standard ist derzeit aber noch nicht verfügbar.

 

Wo wird eine SSD heute eingesetzt?

 

Wenn es nach der besseren Technik und den Herstellern geht sollen SSD-Festplatten schon heute die Standard-Festplatte, vor allem in tragbaren Computern (Laptops), ablösen. Da eine SSD aber noch viel teurer als eine mechanische Festplatte ist, findet diese Technik derzeit nur vereinzelt schon Einzug in tragbare Computer der Oberklasse. Teurere Mini-Laptops (Netbooks) verwenden auch heute schon SSD-Laufwerke, da hier die Speicherkapazität auch noch nicht so hoch sein muss. Diese Geräte kommen meist sowieso nur mit maximal 150 GB Laufwerken auf den Markt. Außerdem ist es gerade bei diesen "Mini-Laptops" wichtig, wenig Strom zu verbrauchen. Auch in Camcordern (digitale Videokameras) und MP3 Musikabspielgeräten werden vereinzelt bereits SSD-Laufwerke verwendet.
Für einen "echten" Ersatz großer Festplatten in Computern zu Hause oder im Büro ist eine SSD sicher noch nicht geeignet. Dafür ist der Speicher einfach noch zu klein und zu teuer. 

 

Gibt es Alternativen?

 

Die günstigste Alternative ist und bleibt derzeit die gute mechanische Festplatte.
Allerdings bieten einige Hersteller auch eine Zwischenlösung von Festplatte und SSD an. Es geht hier darum die Vorteile einer Festplatte wie hohes Speichervolumen und günstiger Preis mit den Vorteilen einer SSD wie leise, niedriger Stromverbrauch und hohes Tempo zu kreuzen. Dabei raus gekommen ist die so genannte "Hybrid Hard Disk" oder kurz "HHD". Dafür wird eine "normale" Festplatte verwendet und man packt einen größeren Flash-Speicher (bisher 256 MB) in die Elektronik. Die wichtigsten "Arbeitsdaten" sollen möglichst immer im Speicher gehalten werden. Dadurch ist die Zugriffsgeschwindigkeit darauf ähnlich gut wie bei der SSD. Erst wenn andere Daten angefordert werden, läuft die Festplatte an und überträgt die Daten in die Speicherbausteine. Danach stoppt die Festplatte wieder.
Eine HHD soll im Betrieb so etwa zu 95% die Daten nur aus dem Speicher liefern können und somit überwiegend lautlos und Strom sparend arbeiten.

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Letzte Aktualisierung: 25.02.2017
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