Beste SSD-Festplatte für weniger als 100 Euro : Kaufberatung, welche SSD man kaufen sollte

SSD ist der große Name bei internen Speicherlösungen für Verbraucherspeicher. Seine Vorteile gegenüber herkömmlichen Festplatten sind so bedeutend, dass seine Verwendung in allen Arten von Computern, sowohl tragbaren als auch Desktop-Computern, bei denen zumindest das Hauptlaufwerk auf Festkörperspeichern basiert, inzwischen standardisiert ist.

Beste SSD-Festplatte für weniger als 100 Euro

Crucial BX500 1TB CT1000BX500SSD1(Z)-bis zu 540 MB/s Internes SSD (3D NAND, SATA, 2,5-Zoll)

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Wenn sie von den Herstellern massiv in neuen Geräten eingesetzt werden, gilt dasselbe auch für Erneuerungen, bei denen ein Solid-State-Laufwerk eine der besten Hardware-Aufrüstungen ist, die ein Anwender zur Verbesserung alter Geräte vornehmen kann. Unabhängig davon, ob eine Laptop-Festplatte ersetzt oder eine SSD (allein oder zusammen mit ihr) in einen Desktop-Computer eingebaut wird, die Vorteile sind von der ersten Minute an spürbar, was die Leistung, aber auch die Lärmreduzierung, die Wärmeabgabe oder den Stromverbrauch betrifft, die sich aus der NAND-Flash-Speicherbasis und dem Verzicht auf bewegliche Teile ergeben.

Ein klares Zeichen für die Beliebtheit von SSDs, aber Festplatten haben auf dem Unternehmensmarkt (Server und Rechenzentren) und auf dem Verbrauchermarkt für externe Speicher, ob NAS oder externe Platte, wo wir die Vorteile der Platten nutzen können, die wir durch SSDs ersetzen, noch ein Leben vor sich.

Heute aktualisieren wir unseren SSD-Leitfaden mit den neuesten Nachrichten für das vierte Quartal und einer Auswahl aktueller Modelle und ihrer Preise, wobei wir deren Leistung, Formate, Schnittstellen und alles, was ein Benutzer über diese Art von Laufwerken wissen muss, überprüfen.

Trotz ihrer wachsenden Präsenz im Unternehmen herrscht immer noch eine gewisse Verwirrung darüber, wie SSDs funktionieren und was ein Laufwerk vom anderen unterscheidet. Konzepte wie NAND-Chips, Multi-Level-Zellen und Floating-Gate-Technologien können ziemlich entmutigend sein, wenn man immer noch in Form von rotierenden Scheiben und beweglichen Betätigungsarmen denkt, Komponenten, die im SSD keinen Platz haben.

Je besser Sie verstehen, wie SSDs funktionieren, desto mehr können Sie sie in Ihrer Organisation effektiv auswählen, einsetzen und verwalten. Um Ihnen dabei zu helfen, führt Sie dieser Artikel in mehrere wichtige SSD-Konzepte ein, damit Sie sich ein klareres Bild von den Komponenten machen können, die in ein SSD eingehen, und wie sie zusammenarbeiten, um einen zuverlässigen, nichtflüchtigen Speicher bereitzustellen.

Wie eine HDD ist eine SSD ein nichtflüchtiges Speichergerät, das Daten unabhängig davon speichert, ob es an die Stromversorgung angeschlossen ist oder nicht. Eine HDD verwendet jedoch magnetische Medien, um ihre Daten zu speichern, während die SSD elektronische ICs verwendet, um bestimmte Ladezustände aufrechtzuerhalten, die wiederum Datenbitmuster abbilden.

SSDs basieren auf Flash-Speichertechnologien, die es ermöglichen, Daten mehrfach zu schreiben, zu lesen und zu löschen. Flash-Speicher ist in zwei Varianten erhältlich: NOR und NAND. Obwohl jede dieser Technologien Vor- und Nachteile hat (wir werden später noch sehen), hat sich NAND als die bevorzugte Technologie herauskristallisiert, weil sie schnellere Lösch- und Schreibzeiten bietet. Die meisten zeitgenössischen SSDs basieren auf NAND-Flash, weshalb dies auch der Schwerpunkt dieses Artikels ist.

Eine Unternehmens-SSD enthält mehrere NAND-Flash-Chips zur Datenspeicherung. Jeder Chip enthält einen oder mehrere Würfel, und jeder Würfel enthält eine oder mehrere Ebenen. Eine Ebene ist in Blöcke und ein Block in Seiten unterteilt.

Von diesen sind Blöcke und Seiten das größte Problem, nicht weil man sie direkt konfiguriert oder manipuliert, sondern weil die Daten auf einem NAND-Chip geschrieben, gelesen und gelöscht werden.

Eine Seite besteht aus mehreren Zellen, die jeweils ein oder mehrere Datenbits enthalten. Ein Datenbit wird durch einen elektrischen Ladungszustand dargestellt, der durch Elektronen bestimmt wird, die zwischen den isolierenden Schichten innerhalb der Zelle gefangen sind. Jedes Bit wird entweder als geladen (0) oder entladen (1) aufgezeichnet und liefert die zur Darstellung der Daten erforderliche Binärformel.

Die heutigen NAND-Flash-Chips verwenden Floating-Gate-Zellen oder Ladungsfallenzellen. Bis vor kurzem basierten die meisten NAND-Flash-NAND-Chips auf Floating-Gate-Technologien, bei denen Elektronen zwischen zwei Oxidschichten in einem als Floating-Gate bezeichneten Bereich gefangen sind. Die untere Oxidschicht ist dünn genug, um Elektronen durchzulassen, wenn Spannung an das darunter liegende Substrat angelegt wird. Die Elektronen bewegen sich bei einem Schreibvorgang innerhalb des Floating-Gates und bei einem Löschvorgang außerhalb des Floating-Gates.

Die Herausforderung beim Floating-Gate-Ansatz besteht darin, dass sich die Schicht jedes Mal, wenn eine Spannung angelegt wird und Elektronen die Oxidschicht durchqueren, leicht abbaut. Je mehr Schreib- und Löschvorgänge zahlreich sind, desto größer ist die Degradation, bis die Zelle schließlich möglicherweise nicht mehr verwendbar ist.

Denken Sie jedoch daran, dass die SSD-Technologien einen langen Weg zurückgelegt haben, indem sie zuverlässiger und langlebiger geworden sind und gleichzeitig mehr Leistung bieten und mehr Daten speichern. Gleichzeitig sinken ihre Preise weiter, was sie wesentlich wettbewerbsfähiger macht.

Die Anbieter erforschen weiterhin neue Technologien, um SSDs weiter zu verbessern. Zum Beispiel wenden sich mehrere Anbieter der Fallenladetechnologie in ihren NAND-Zellen zu. Ladungsfallenzellen sind ähnlich wie Floating-Gate-Zellen, mit dem Unterschied, dass sie andere Isolationsmaterialien und Methoden zum Einfangen von Elektronen verwenden, so dass die Zellen weniger verschleißanfällig sind. Allerdings haben Ladungsfallentechnologien ihre eigenen Zuverlässigkeitsprobleme, so dass keiner der beiden Ansätze ideal ist.

Es geht natürlich um viel mehr als Floating-Gate- und Ladetechnologien, aber das sollte Ihnen eine Vorstellung davon vermitteln, was vor sich geht, wenn Sie auf diese Begriffe stoßen. Sie sollten aber auch wissen, dass Gate-Technologien nur ein Teil der Gleichung sind, wenn es um das Verständnis der Struktur von NAND-Zellen geht.

Tatsächlich ist die größte Sorge bei der Bewertung von SSDs die Anzahl der in jeder Zelle gespeicherten Bits. Heute akzeptieren SSDs ein bis vier Bits pro Zelle, mit einer korrelierten Anzahl von Ladungszuständen pro Zelle. Beachten Sie, dass die Lieferanten auch an Fünf-Bit-Zellen auf der Ebene der Fünf-Bit-Zellen auf der Ebene der Penta-Zellen (PLC) arbeiten.

Wenn Sie anfangen, mehr Bits in jede Zelle zu pressen, leidet leider die Leistung und die Zellen verschleißen schneller. Eine QLC-Einheit mag mehr Daten enthalten und viel billiger sein, aber eine SLC-Einheit bietet die beste Leistung und hält länger, wenn auch zu einem höheren Preis.

Zusätzlich zu der Tatsache, dass mehr Bits pro Zelle gepresst werden, haben die Lieferanten auch die Zellen reduziert, damit mehr auf jeden Chip passen. Dies erhöht zwar die Datendichte, kann jedoch dazu führen, dass elektrische Ladungen von einer Zelle zur anderen durchsickern, so dass zusätzliche Techniken eingesetzt werden müssen, um Datenkorruption zu vermeiden und die Datenintegrität zu erhalten. Aber auch darauf haben die Anbieter eine Antwort: NAND 3D.

Beim 3-D-Ansatz entfernen sich die Anbieter von der Verengung der Zellen und stapeln die Zellen schichtweise übereinander, wodurch Chips entstehen, die deutlich mehr Daten aufnehmen können. In Kombination mit Multi-Bit-Technologien wie MLC oder TLC ermöglicht NAND 3D eine schnellstmögliche Steigerung der Chip-Dichte über die Grenzen hinaus, ohne die Datenintegrität zu beeinträchtigen. Der V-NAND-Chip der sechsten Generation von Samsung beispielsweise kombiniert 3-D- und TLC-Technologien, um bis zu 256 Gb Daten auf 136 Zellenschichten zu speichern.

SSD-KOMPONENTEN

NAND-Chips sind das Herzstück des SSD, das die Hauptfunktion der Datenspeichereinheit erfüllt. Aber ein SSD umfasst auch mehrere andere wichtige Komponenten, die zusammenwirken, um Lese-, Schreib- und Löschvorgänge zu erleichtern.

Trotz der Unterschiede zwischen SSDs enthalten alle NAND-Chips, erfüllen spezifische Formfaktoren und Schnittstellenstandards und bieten in der Regel eine bestimmte Art von Cache, der als Speicherpuffer dient. (Alle Unternehmensspeichergeräte -HDDDD und SSDs – verfügen über einen integrierten flüchtigen Cache). Ein SSD umfasst auch einen Controller zur Verwaltung von Laufwerksoperationen und Firmware, um dem Controller die zur Durchführung dieser Operationen erforderlichen Befehlssätze zur Verfügung zu stellen.

Lesen und Schreiben von Daten

Wie oben erwähnt, erfolgt das Lesen und Schreiben von Daten auf Seitenebene. Das Lesen der Daten ist ein ziemlich einfacher Vorgang. Wenn das Gerät eine Datenanforderung empfängt, erkennt der Controller die richtigen Zellen, bestimmt die Ladezustände und stellt sicher, dass die Daten korrekt zurückgegeben werden, gegebenenfalls unter Verwendung eines Pufferspeichers. Der gesamte Prozess hat wenig langfristige Auswirkungen auf die Einheit selbst.

Das Schreiben von Daten ist eine Programmieroperation, die die Datenbits in den gewünschten Ladezustand versetzt, ein Prozess, der vom Controller orchestriert wird. – Das erstmalige Schreiben von Daten auf eine Seite ist fast so einfach wie das Lesen der Daten. Der Prozess wird komplexer, wenn Sie diese Daten bearbeiten, was erfordert, dass sie zuerst gelöscht und dann neu geschrieben werden müssen, ein Prozess, der allgemein als Programm/Löschzyklus (P/E-Zyklus) bezeichnet wird.

Bei einem typischen P/E-Zyklus wird der gesamte Block mit den Zielseiten in den Speicher geschrieben. Der Block wird dann zum Löschen markiert und die aktualisierten Daten werden in einen anderen Block umgeschrieben. Der eigentliche Löschvorgang wird asynchron ausgeführt, um die Leistung zu optimieren.

Der Controller koordiniert die Lösch- und Schreibvorgänge unter Verwendung fortschrittlicher Datenverwaltungsalgorithmen. Selbst wenn nur eine einzige Änderung auf einer einzigen Seite erfasst werden muss, wird ein ganzer P/E-Zyklus gestartet. Der Block wird zum Löschen markiert und alle seine Daten werden neu geschrieben.

Der Regler löscht den Block bei Bedarf oder als Teil eines Optimierungsprozesses. Wenn der Block gelöscht wird, setzt der Controller jedes Bit in jeder Zelle auf 1. Danach können Daten auf jede Seite im Block geschrieben werden. Wenn jedoch einige Bits auf einer Seite auf 0 gesetzt sind, und sei es auch nur eines, ist die gesamte Seite für das Schreiben von Daten gesperrt.

Wenn sich ein SSD zu füllen beginnt, werden die Schreib- und Umschreibvorgänge komplexer und verlangsamen sich. Der Controller muss herausfinden, wo die Daten gespeichert werden sollen, was zu Löschblöcken führen kann, die zum Löschen, Verschieben und Konsolidieren von Daten markiert sind, oder zur Durchführung mehrerer P/E-Zyklen. Je voller das Laufwerk ist, desto umfangreicher sind diese Operationen, weshalb die Leistung mit dem Erreichen der Kapazität eines Laufwerks nachlassen kann.

Aufgrund der vielen P/E-Zyklen werden routinemäßig mehr Daten auf das Laufwerk geschrieben als geändert werden, ein Merkmal, das allgemein als Schreibverstärkung bezeichnet wird. Beispielsweise kann die Aktualisierung einer einfachen 25 KB-Textdatei dazu führen, dass 250 KB an Daten geschrieben werden, was zusätzlichen Zellverschleiß verursacht.

Ein Flash-SSD kann nur eine begrenzte Anzahl von P/E-Zyklen vor dem Ausfall unterstützen. Je mehr Bits in jede Zelle gequetscht werden, desto kleiner ist die Anzahl und desto schneller ist die Ausfallzeit. Beispielsweise könnte ein MLC-Laufwerk bis zu 6.000 P/E-Zyklen pro Block unterstützen, ein TLC-Laufwerk hingegen bis zu 3.000.

Wenn sich die P/E-Zyklen zu summieren beginnen, beginnen die Zellen zu versagen. Aus diesem Grund verwenden SSDs eine Vielzahl von Strategien, um die Lebensdauer eines Laufwerks zu verlängern, die Zuverlässigkeit zu gewährleisten und die Datenintegrität aufrechtzuerhalten, darunter

Wear Leveling: Eine controller-basierte Operation zur gleichmäßigen Verteilung von P/E-Zyklen auf NAND-Chips, um zu verhindern, dass Zellen vorzeitig ausfallen.
TRIM-Befehl: Ein Betriebssystembefehl, um den freien Speicherplatz eines Laufwerks zu konsolidieren und zum Löschen markierte Blöcke zu löschen, was die Leistung verbessern und die Schreibanwendung minimieren kann.
Überbereitstellung: Zusätzlicher Laufwerksspeicherplatz, der für Verwaltungsprozesse wie Wear-Leveling und zur Reduzierung der zusätzlichen Schreibverstärkung reserviert ist, die entsteht, wenn ein Laufwerk überfüllt wird.
Caching: Ein Prozess der Datenspeicherung im Speicher, um die Leistung zu erhöhen und, wenn effektiv genutzt, die P/E-Zyklen zu minimieren.
Fehlerkorrekturcode (Error Correction Code, ECC): Ein Prozess, bei dem Daten auf Fehler überprüft und dann, falls erforderlich, korrigiert werden.

Ein SSD kann auch Strategien zur Leistungsverbesserung beinhalten. Beispielsweise implementieren Flash-Laufwerke die Abfallsammlung, einen Hintergrundprozess zum Verschieben, Konsolidieren und Löschen von Daten. Es wird diskutiert, ob “Abfallsammlung” die Schreibverstärkung erhöht oder verringert. Es hängt davon ab, wie Garbage-Collection-Operationen implementiert werden und von der Qualität der Algorithmen, die zur Durchführung dieser Operationen verwendet werden.

SSD-Firmware-Updates können neben anderen Arten von Problemen auch Leistungs-, Zuverlässigkeits- und Integritätsprobleme beheben. Wann immer Sie eine neue SSD installieren, besteht einer der ersten Schritte darin, sicherzustellen, dass Sie die neueste Firmware verwenden. Dies sind nicht notwendigerweise die einzigen Taktiken, die ein Antrieb anwenden wird, aber sie gehören zu den häufigsten.

Vergessen Sie jedoch nicht, dass sich die Speichertechnologien rasch weiterentwickeln und die Art und Weise, wie wir über Gedächtnis und Speicherung denken, in gewisser Weise neu definiert wird. Beispielsweise kann ein Intel Optane-Laufwerk Daten wie NAND speichern, aber fast mit der gleichen Geschwindigkeit wie DRAM arbeiten, wodurch die Lücke zwischen traditionellem Speicher und herkömmlichem Speicher überbrückt wird. Ob Optane oder eine ähnliche Technologie den Blitz ersetzen wird, steht noch nicht fest, aber zweifellos wird es etwas bewirken, dann werden wir eine ganz andere Diskussion führen.

WIE EINE SSD-FESTPLATTE FUNKTIONIERT

Um zu verstehen, warum diese Laufwerke so nützlich sind, ist es wichtig zu verstehen, wie die Speicherarchitektur eines Computers und jedes seiner Teile – Cache, RAM und Massenspeicherlaufwerk – funktioniert. Der Cache ist die interneste Speichereinheit, während RAM der Mittelpunkt ist. Das Speicherlaufwerk ist der Ort, an dem alle anderen Daten gespeichert werden, die persistent sein müssen, und an dem Betriebssystemdaten, Anwendungen, Spiele, Konfigurationsdateien und alle Benutzerdateien, Dokumente, Videos oder Musik gespeichert werden.

Es besteht ein großer Unterschied in der Leistung zwischen den drei. Der Cache-Speicher ist sehr schnell, aber mit geringer Kapazität. RAM arbeitet auch im Nanosekundenbereich, aber es ist sehr teuer und seine Kapazität ist begrenzt. Im Gegenteil, eine herkömmliche Festplatte arbeitet im Millisekundentakt. Infolgedessen stellte das Speichersystem einen großen Engpass für die Leistung des gesamten PCs dar. Und hier kommt die SSD viel schneller ins Spiel, wodurch die Programm- und Prozess-Ladezeiten erheblich verkürzt werden und sich der Computer viel schneller anfühlt.

SSDs oder “Solid State Drives” haben den gleichen Zweck wie eine Festplatte: Daten und Dateien für den langfristigen Gebrauch zu speichern. Der Unterschied besteht darin, dass moderne SSDs (seit 2010) eine Art Flash-Speicher verwenden (ähnlich dem im RAM verwendeten), aber im Gegensatz zu ihnen basieren sie auf NAND-Ports, die nicht jedes Mal, wenn der Computer ausgeschaltet wird, Daten löschen. Daten in einem SSD bleiben auch dann erhalten, wenn es keinen Strom hat. Da es sich um nichtflüchtige Speicher handelt, benötigen sie keinerlei konstante Stromversorgung oder Batterien, um auch bei einem plötzlichen Stromausfall keine gespeicherten Daten zu verlieren.

SSD-LEITFADEN: FORMATE, SCHNITTSTELLEN, MODELLE UND PREISE

Im Vergleich zu einer typischen Festplatte mit Magnetplatten, Drehteller und Lesenadel ändert sich die Struktur einer SSD vollständig. Es hat keine mechanischen oder beweglichen Teile und verwendet ein elektrisches Zellensystem, um Daten schnell zu senden und zu empfangen. Infolgedessen und zusätzlich zu anderen Vorteilen bieten selbst die SSDs mit der geringsten Leistung die dreifache Datenübertragungsleistung einer Festplatte.

SSD-FORMATE

Das beliebteste und vielseitigste Format ist ein Format, das die gleichen Standards wie Festplatten verwendet, nämlich 2,5 Zoll. Wenn Sie es auf einen Laptop montieren wollen, müssen Sie sicherstellen, dass seine Höhe unterstützt wird, da es 9,5 mm und 7 mm dicke Laufwerke gibt. Für Desktop-Computer können Sie alle vorhandenen verwenden. Sie können sie so verwenden, wie sie geliefert werden, obwohl es ideal ist, einen 3,5-Zoll-Adapter für eine bessere Montage an einem PC-Turm zu kaufen.

Das zweitwichtigste zu bewertende Format ist das so genannte M.2, mit Vorteilen in Bezug auf Größe, Gewicht und Verbrauch im Vergleich zu den Standardformaten 2,5-3,5 Zoll mit den Abmessungen 80 x 22 und 3,5 mm. Eine Variante ist mSATA, mit Abmessungen von 50,8 mm x 29,85 mm x 4,5 mm noch kleiner, aber weniger unterstützt. Zu seinen Nachteilen zählen etwas höhere Kosten und geringere Vielseitigkeit, da nicht alle Hauptplatinen dies unterstützen. Der Leistungsabschnitt ist derselbe wie zuvor bei der Verwendung von SATA, obwohl er bei der Verwendung von PCIe viel höher ist, wie wir später sehen werden. Dieses Format setzt sich immer mehr durch und wird für neue Karten empfohlen, die dieses Format unterstützen.

Ein drittes Format, das wir bei Desktop-Computern finden können, ist die Art der Karte, die direkt in einen PCI-Steckplatz auf der Hauptplatine gestanzt wird. Dieses Format umfasst Laufwerke, die ihre Chips direkt auf die Karte montieren, oder wenn die Karte als Zubehör verwendet wird, um das vorherige M.2 auf Karten zu montieren, die keinen speziellen Anschluss haben.

SSD-SCHNITTSTELLEN

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal beim Kauf einer SSD ist der Anschlussbus, an den sie angeschlossen sind. 2,5-3,5-Zoll-Festplatten können an die SATA-Schnittstelle angeschlossen werden (kaufen Sie nichts, was nicht SATA-III – 6 Gbps unterstützt), während M.2 sowohl an SATA als auch PCIe angeschlossen werden kann. Letztere sind am häufigsten anzutreffen und machen den Unterschied in der Leistung aus.

Allerdings bieten nicht alle SSDs selbst unter demselben Linkbus die gleiche Leistung, die von den verwendeten Speichern und insbesondere von ihrem Controller abgeleitet wird. Der Benutzer, der heute ein SSD kauft, sollte sich nicht mit weniger als einem Laufwerk zufrieden geben, das sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben von SATA nicht 500 MByte pro Sekunde erreicht. Es gibt sehr billige SSDs, die diese Daten vor allem in schriftlicher Form senken. Vermeiden Sie sie, sie sind es nicht wert.

M.2s, die PCIe verwenden, sind die schnellsten Laufwerke, die man bei Solid-State-Speichern für Verbraucher findet. Sie nutzen die native PCI-e-Schnittstelle, um ihre Leistung auf ein theoretisches Maximum zu steigern, das fünfmal schneller ist als an SATA angeschlossene Solid-State-Laufwerke und fünfzehnmal schneller als Festplattenlaufwerke. Obwohl der Preis ursprünglich für den Massenkonsum unerschwinglich war, hat sich der Abstand zu SATA dramatisch verringert, wie Sie im SSD-Kaufleitfaden am Ende sehen werden. Wenn Sie es sich leisten können, zögern Sie nicht, die Zukunft der PC-Speicherung liegt in ihren Händen.

Es lohnt sich auch zu wissen, dass die neue Generation von M.2 PCIe-SSDs den NVM Express-Standard unterstützt, der von Grund auf entwickelt wurde, um die Vorteile der niedrigen Latenz und Parallelität von PCI Express-SSDs zu nutzen, eine spektakuläre Leistung zu liefern und das Laufwerk bootfähig zu machen, so dass Sie ganz auf andere Speicherlaufwerke verzichten können. Wenn Sie diese Art von SSD erwerben, um eine Festplatte vollständig zu ersetzen, stellen Sie sicher, dass die Karte das NVM-Protokoll unterstützt bzw. darauf aufgerüstet werden kann, um das Laufwerk bootfähig zu machen. Andernfalls können Sie es nicht als Hauptlaufwerk für die Betriebssysteminstallation verwenden, aber Sie können es zur Datenspeicherung verwenden.

SSD-SPEICHERKAPAZITÄT

Es besteht ein wichtiger Unterschied zwischen der Art und Weise, wie eine SSD und eine HDD Daten verarbeiten. Ein SSD schreibt Daten in Teilen, die “Seiten” genannt werden. Eine Gruppe von Seiten wird als Block bezeichnet, und um neue Daten in einen belegten Block zu schreiben, muss zunächst der gesamte Block gelöscht werden. Um Datenverlust zu vermeiden, müssen alle Blockinformationen zunächst an eine andere Stelle verschoben werden, bevor der Block gelöscht werden kann. Erst wenn die Daten verschoben und der Block gelöscht wurde, kann er geschrieben werden.

Dieser Prozess verläuft fast augenblicklich, erfordert aber leeren Raum, um richtig zu funktionieren. Wenn nicht genügend Freiraum vorhanden ist, verliert der Prozess an Effizienz und verlangsamt sich. Wir kommentieren diesen technischen Abschnitt, weil er sich auf die Kapazität beim Kauf eines SSD auswirkt. Für maximale Effizienz sollten wir etwa 20% der Einheit frei lassen.

Aus diesem Grund empfehlen wir derzeit den Kauf einer Festplatte von mindestens 250 GB, wenn Sie diese in einen Laptop einbauen möchten, um die installierte Festplatte zu ersetzen. Wir würden 128- und 64-Gbyte-Laufwerke vermeiden, es sei denn, das Budget ist kritisch oder der Laptop hat den doppelten Einbauraum und wir wollen SSDs mit einer Festplatte kombinieren. Oder PCIe M.2 SSD und SATA SSD, möglich auf vielen Laptops und allen neuen Desktops.

Auf einem Desktop-PC sind die Anforderungen an die Speicherkapazität höher, unabhängig davon, ob Sie alle Festplatten ersetzen (teurer, aber effektiver) oder die SSD (als erstes System- und Anwendungs-Bootlaufwerk) mit den installierten Festplatten koexistieren lassen. Die Möglichkeiten sind sehr vielfältig.

Die Montage einer SSD mit geringer Kapazität und niedrigem Preis, die neben der Festplatte arbeitet, ist eine gute Option, um nicht zu viel Geld auszugeben. Wenn Ihr Budget größer ist und Sie das Beste wollen, können Sie sich für die vollständige SSD entscheiden. 1, 2 und 4 Tbyte-Laufwerke sind bereits üblich; Fixstars hat 6 Tbyte-Modelle im Angebot; SanDisk oder Samsung werden in diesem Jahr 8 8 Tbyte-Laufwerke verkaufen, und Intel von Micron wird 10 Tbyte-Modelle anbieten.

WIE LANGE DAUERT EINE SSD?

Trotz ihrer mechanischen Komponenten sind Festplatten immer noch die “Norm” in Bezug auf die Langlebigkeit von Speicherlaufwerken, daher ihr massiver Einsatz in Rechenzentren rund um die Uhr, wo Zuverlässigkeit an erster Stelle steht. Darüber hinaus erfordern sie Tests und Zertifizierungen, die Monate dauern können, und bisher war der Zustrom von SSDs eher schüchtern.

Im Gegensatz zu Festplatten haben SSDs keine beweglichen Teile, was ihnen einen großen Vorteil in Bezug auf mechanische Ausfälle verschafft. Im Gegensatz dazu sind SSDs anfälliger für Stromausfälle, während das Laufwerk in Betrieb ist, was zu Datenkorruption oder sogar zum Totalausfall des Geräts führt. Darüber hinaus haben die Speicherblöcke eines SSD eine begrenzte Anzahl von Schreiboperationen.

Glücklicherweise haben die neuen Generationen enorme Fortschritte in der Zuverlässigkeit gemacht. Alle SSDs enthalten zusätzliche freie Speicherzellen, damit sie bei Ausfall anderer nicht an Kapazität verlieren und die fehlerhaften Sektoren neu zugewiesen werden. Ausdauertests haben diese erhöhte Zuverlässigkeit bei einigen Serien von Laufwerken bestätigt, die nach Bestehen eines Schreibtests von über 2 Petabyte überlebt haben. Eine riesige Datenmenge, für deren Vervollständigung unter realen Bedingungen (normaler Gebrauch) ein Benutzer unter realen Bedingungen Dutzende von Jahren benötigen würde.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Hersteller bei den neuesten SSD-Generationen auf NAND-TLC-Flash-Speicher mit dreifacher Ausbaustufe pro Zelle setzen und als nächstes QLC oder Quad-Core pro Zelle folgen werden. Diese Technologie erhöht die Speicherdichte und senkt die Kosten, reduziert aber den Widerstand früherer Formate wie MLC und insbesondere SLC, Single-Layer Cell, das nur ein Bit pro Zelle speichert und auf dem Verbrauchermarkt nicht zu sehen ist.

Um dies auszugleichen, haben die besten Hersteller die Garantie auf 5 Jahre auf Verbrauchereinheiten erhöht, während es professionelle Modelle mit einer Garantie von bis zu 10 Jahren gibt. Die offizielle durchschnittliche Lebensdauer eines SSD wird auf 5 bis 7 Jahre geschätzt.

Alle großen Hersteller (Samsung, Kingston, OCZ-Toshiba, SanDisk-WD, Crucial, Seagate usw.) werden uns attraktive Modelle anbieten, die sich in Größe, Leistung und Kapazität unterscheiden. Und die gute Nachricht setzt sich fort, was die Kosten betrifft, und zwar zu niedrigeren Preisen als im Januar, als wir diesen Leitfaden zum letzten Mal aktualisiert haben, weil der Preis für SSD auf historische Niveaus gesunken ist: etwa 10 Cent pro GB und weniger.

WAS SIND DIE UNTERSCHIEDE ZWISCHEN SSD UND KLASSISCHER FESTPLATTE?

Das ist eine häufig gestellte Frage. Ein Solid-State-Laufwerk hat keine beweglichen Teile im Vergleich zu einem Festplattenlaufwerk mit zwei Hauptkomponenten:

Ein Spindelmotor zum Drehen einer oder mehrerer Schichten von Platten.
Ein Aktuator zum Bewegen eines Lese-/Schreib-“Kopfes” auf Platten
Ein Solid-State-Laufwerk besteht vollständig aus Halbleiterkomponenten, daher ist die Schock- und Vibrationsfestigkeit deutlich besser als bei einer Festplatte. Weitere überlegene SSD-Attribute sind geringerer Stromverbrauch und bessere Leistung, insbesondere bei kleinen Datenblöcken. Festplatten sind immer noch auf dem Markt, weil sie höhere Kapazitäten zu einem niedrigeren Preis als SSDs bieten können.

WAS IST EIN SOLID STATE DRIVE?

Ein Solid-State-Laufwerk wird verwendet, um in einem vorhandenen Computersystem eine bessere Leistung und/oder einen geringeren Stromverbrauch als eine Festplatte zu erzielen. Es wird auch für neue Computerprojekte oder eingebettete Systeme verwendet, die eine kleinere physische Größe, Entfernbarkeit, weniger Strom, höhere Leistung und/oder einen niedrigeren absoluten Preis erfordern, wenn eine geringe Kapazität erforderlich ist. Es gibt einen wachsenden Trend auf dem Laptop-Markt, SSDs anstelle von Festplattenlaufwerken zu installieren. Dies ist ein rasch wachsender Trend, schon vor 2 oder 3 Jahren wurden sie in Laptops und vormontierten Geräten kaum noch eingesetzt.

Wie funktionieren Solid-State-Laufwerke?

Ein Solid-State-Laufwerk emuliert eine Festplatte in einem Host-Computer oder eingebetteten System. Dies geschieht mit einem speziell entwickelten Controller, der die gleiche elektrische Schnittstelle wie eine Festplatte hat. In vielen Fällen hat sie genau denselben Anschluss und denselben physikalischen Formfaktor wie die Festplatte.

Andere Steuerschaltungen verwalten den NAND-Flash-Speicher, der SSD-Daten speichert. Während die Controller-Funktion relativ einfach zu sein scheint, gibt es hinter den Kulissen viele Probleme bei der Verwaltung von NAND-Flash und erfordert viel Planung, um einen zuverlässigen SSD-Controller zu schaffen.

DIE ROLLE VON NAND FLASH

NAND-Flash ist überall um uns herum – in unseren Smartphones, modernen Fernsehern und den Computern und Tablets in unseren Wohnungen und Büros. Es findet sich auch im Außenbereich, in allen Arten von Geräten, von Ampeln bis hin zu digitalen Werbetafeln, Fahrgastdurchsagesystemen und Anzeigen. Alles, was über künstliche Intelligenz (KI) verfügt und Daten speichern muss, enthält wahrscheinlich NAND-Flash.

NAND-Flash ist in verschiedenen Qualitäten erhältlich: Industrie und Verbraucher. Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen NAND-Flash in Industrie- und Verbraucherqualität, daher ist es wichtig, die Auswirkungen dieser Unterschiede auf Zuverlässigkeit, Haltbarkeit, Konformität und Gesamtbetriebskosten (TCO) zu berücksichtigen, bevor Sie den geeigneten NAND-Flash für Ihre Anwendung auswählen.

Herstellungsverfahren

Die Art und Weise, wie NAND-Flash hergestellt wird, kann grundlegende Auswirkungen auf die Leistungsmerkmale haben.

NAND-Flash durchläuft über 800 verschiedene Produktionsprozesse, und es dauert etwa 30 Tage, um einen einzelnen Wafer (der die Größe einer großen Pizza hat, typischerweise 300 mm im Durchmesser, siehe Bild unten) herzustellen. NAND- oder “FABS”-Fabriken sind riesig, laufen rund um die Uhr, 365 Tage im Jahr für maximale Effizienz und sind 100 Mal sauberer als Operationssäle in Krankenhäusern. FABS können verschiedene Typen von NAND-Flash (SLC, MLC, 3D – siehe unten für weitere Informationen) herstellen und sind in verschiedenen Größen erhältlich. Einige der größten FABS können über 100.000 Wafer pro Monat produzieren.

Sobald der Wafer gespalten oder in einzelne Chips geschnitten ist, werden diese analysiert und als 1,2,3 oder 4 klassifiziert, wobei 1 die höchste Qualität darstellt. Die Chips werden dann an einen Lieferanten wie Kingston Technology geliefert, der NAND in seinen Produkten verwendet.

Arten von NAND-Flash

Vereinfacht ausgedrückt, werden die auf NAND-Flash gespeicherten Daten durch elektrische Ladungen dargestellt, die in jeder NAND-Zelle gespeichert sind. Der Unterschied zwischen Single Level Cell (SLC) und Multiple Level Cell (MLC) NAND besteht in der Anzahl der Bits, die jede NAND-Zelle gleichzeitig speichern kann. Das SLC NAND speichert nur 1 Datenbit pro Zelle. Wie der Name schon sagt, speichert das 2-Bit-MLC-NAND 2 Datenbits pro Zelle und das 3-Bit-MLC-NAND 3 Datenbits pro Zelle. Der 3-Bit-MLC wird Triple-Level-Zelle (TLC) und Quadruple-Level-Zelle (QLC) genannt. Je weniger Bits pro Zelle, desto geringer die Kapazität, aber die Daten werden schneller geschrieben und abgerufen, und der NAND-Chip hat einen höheren Widerstandspegel, so dass er viel länger hält. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SLC am schnellsten ist und den höchsten Widerstand, aber eine geringere Kapazität aufweist (typischerweise bis zu 64 GB). TLC ist viel langsamer, mit geringem Widerstand, hat aber eine viel höhere Kapazitätsschwelle.

Es gibt einen neuen Akteur auf dem NAND-Flash-Markt, 3D NAND. Obwohl das Konzept von 3D-NAND nicht neu ist (es gibt es seit fast einem Jahrzehnt), hat es erst in den letzten zwei Jahren seinen Weg auf den Markt im großen Stil gefunden. Dies ist wahrscheinlich die größte Entwicklung von NAND seit seiner Einführung in den 1980er Jahren, aber es war ein Problem, 3D-NAND durchgängig zum Funktionieren zu bringen. Diese Herausforderungen sind nun jedoch überwunden, und 3D-NAND wird zweifellos der NAND-Flash der Wahl für die kommenden Jahre sein.

Laienhaft ausgedrückt, stapelt 3D-NAND Speicherchips übereinander. Einige Hersteller nennen es V (für vertikal) NAND. Der Zweck dieses NAND ist es, Anwendungen und Geräte schneller und effizienter zu machen, mehr Informationen zu enthalten und weniger Strom zu verbrauchen. Das erste Unternehmen, das NAND 3D auf den Markt brachte, war Samsung, ein bekannter Name und bei weitem der weltweit größte Hersteller von NAND-Flash mit einem Anteil von über 40 % am globalen NAND-Markt.

Der konsistente Betrieb von 3D-NAND bei breiten Betriebstemperaturen (-40°C bis 85°C) war für einige Hersteller, die industrielle Märkte beliefern, eine Herausforderung. Der Standardbetriebstemperaturbereich von 0°C bis 70°C ist für Verbraucher, Arbeitsplätze, Server und Rechenzentren ausreichend, aber für Anwendungen, die in rauen Umgebungen oder an abgelegenen Orten arbeiten, ist dieser Temperaturbereich nicht ausreichend. Industrielle Speicheranbieter hatten nun Zeit, das NAND 3D so weit zu analysieren und zu testen, dass es konstant bei breiten Betriebstemperaturen arbeitet und nun für industrielle Anwendungen zur Verfügung steht.

Unterschiede zwischen NAND-Flash-Typen

Für jede Art von NAND-Flash gibt es Vor- und Nachteile. SLC enthält weniger Daten, aber es ist sehr schnell und hat den maximalen Widerstand. Sie ist jedoch die teuerste. Andere Arten von NAND können mehr Daten enthalten und sind billiger, haben aber wesentlich geringere Widerstandswerte und sind oft langsamer. Bei der Entscheidung, welches NAND-Flash für eine Anwendung geeignet ist, ist es daher wichtig, diese Merkmale und ihre Auswirkungen auf die Anwendungsleistung sorgfältig zu berücksichtigen.

Wahrscheinlich das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen den NAND-Typen ist der Zyklus der Dauer oder der Programmabbruch (P/E). Aufgrund der Funktionsweise des NAND-Flash-Speichers muss eine Zelle gelöscht werden, bevor sie beschrieben werden kann. Der Prozess des Löschens und anschließenden Schreibens einer Zelle wird als P/E-Zyklus bezeichnet. Jedes Mal, wenn eine Zelle gelöscht wird, wird sie beschädigt oder verbraucht, so dass für jede Zelle eine Lebensdauer besteht. Dies wird durch den NAND-Flash-Trick noch verschärft. Eine Zelle kann nur als Block gelöscht werden und wird als Seite geschrieben. Die Größe jedes Blocks und jeder Seite wird durch das Design des NAND-Flash-Chips bestimmt, aber ein Block besteht aus vielen Seiten. Wenn sich die Informationen in einer Zelle ändern, werden sie in eine andere Zelle geschrieben, und alte Daten werden als “zum Löschen bereit” markiert. Dann werden die “guten” Daten in einem Block an eine andere Stelle verschoben und der gesamte Block wird gelöscht.

Selbst wenn sich also die Daten in einer Zelle nicht ändern, durchlaufen sie oft noch einen P/E-Zyklus. Die Zellen werden mittels Verschleißausgleichstechnologie so gleichmäßig wie möglich abgenutzt. Der gesamte Prozess erhöht die Anzahl der P/E-Zyklen und stellt sicher, dass der NAND-Flash nicht mit redundanten Daten gefüllt wird. Die Lebensdauer des Geräts wird als Widerstand definiert und ist proportional zu den P/E-Zyklen des NAND-Flash. Erinnern Sie sich daran, zuerst Datenbits in jeder Zelle zu speichern?

Beim Vergleich verschiedener Arten von NAND sind die typischen P/E-Zyklen wie folgt:

SLC 60.000
MLC von 1.500 bis 3.000 (geringerer Widerstand für Verbraucher/hoher Widerstand für die Industrie)
3D TLC von 500 bis 3.000 (geringerer Widerstand für Verbraucher/hoher Widerstand für die Industrie)

Wie Sie sehen, gibt es einen signifikanten Unterschied in der NAND-Resistenz, und die Wahl des falschen Typs wirkt sich auf die Leistung der Anwendung aus.

3D XPoint (ausgeprägter Kreuzpunkt) ist ein neuer Typ von Speicher, der gemeinsam von Intel und Micron entwickelt wurde. Intel und Micron haben argumentiert, dass 3D XPoint bis zu 1.000-mal schneller und bis zu 1.000-mal widerstandsfähiger als NAND-Flash wäre und zudem eine 10-mal höhere Speicherdichte als herkömmliche Speicher hätte. Die erstgenannten Produkte sind sicherlich schneller und haltbarer als NAND und dichter als herkömmliche Speicher, aber sie sind diesen Ansprüchen noch nicht ganz gerecht geworden.

3D XPoint ist in Intels Optane-Produktreihe zu finden, die sich allmählich auf dem Desktop- und Laptop-Markt durchsetzt.

Überbrückung der Lücke mit SLC-Modus

Der SLC-Modus ist ein hybrider 2-Bit pro MLC-Zelle, der intelligente Firmware zur Emulation von SLC-Speicherzuständen verwendet. Dies führt zu einer höheren Beständigkeit bei MLC (20-30K P/E-Zyklen) bei nur einem Bruchteil der Kosten im Vergleich zu SLC. Für industrielle Anwendungen, bei denen Kosten und Zuverlässigkeit von gleicher Bedeutung sind, bietet dies einen guten Mittelweg. Auf dem Markt wird SLC oft als pSLC bezeichnet, und einige Hersteller haben ihre eigene Marke, wie iSLC und aMLC, aber im Wesentlichen sind sie alle gleich.

Unterschiede zwischen verbraucher- und industrietauglichen NANDs

Industrielles NAND ist typischerweise SLC, SLC-Modus und MLC und bis vor kurzem auch TLC 3D. Die Industriequalität ist in hohem Maße anpassbar und arbeitet bei Betriebstemperaturen zwischen -40°C und 85°C. Sie wird in der Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Transport, Medizin, Schifffahrt, Energie und Infotainment eingesetzt, um nur einige zu nennen.

Die Verbraucherqualität kann nicht kundenspezifisch angepasst werden und arbeitet bei Temperaturen zwischen 0°C und 70°C. Sie ist typischerweise in Telefonen, Laptops, Tablets, PCs und Fernsehern zu finden.

3D-NAND ist eine enorme Entwicklung und hat zweifellos seine Vorteile. Aber ist es wirklich ideal für industrielle Anwendungen? Die Antwort ist, dass es wirklich darauf ankommt, wofür es verwendet wird.

Da 3D-NAND in den Industriesektoren immer beliebter wird, besteht die Befürchtung, dass die Produktion von SLC und MLC eingestellt wird, weshalb die Ingenieure versuchen, auf die 3D-NAND-Technologie umzustellen. SLC und MLC werden nicht von heute auf morgen verschwinden. Tatsächlich sind Angebot und Nachfrage bei beiden aufgrund ihrer einzigartigen Leistungsmerkmale und Anpassungseigenschaften nach wie vor stark.

Es besteht sicherlich keine unmittelbare Notwendigkeit, auf die 3D-NAND-Technologie umzusteigen, da diese Technologie noch relativ neu auf dem industriellen Markt ist und sich in den kommenden Jahren weiterentwickeln wird, da spezialisierte industrielle Hersteller wie Innodisk und ATP Electronics die Grenzen dieser Technologie verschieben. Es ist sicherlich eine Überlegung wert in Verbindung mit SLC- und MLC-Produkten, aber es liegt am unteren Ende des Preis-, Stärke- und Leistungsspektrums.