Solid State Storage

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Solid State Storage
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist Solid State Storage?
Solid State Storage (SSS) ist eine Methode der Datenspeicherung durch Geräte mit
integriertem Schaltkreis anstelle von rotierenden magnetischen oder optischen Medien.
SSS ist gewöhnlich nicht flüchtig und kann in Form von Halbleiterfestplatten, -karten
oder -modulen auftreten. Zusätzlich beinhaltet SSS die Schnittstellenoptionen PATA
(veraltet), SATA, SAS, Fibre-Channel oder PCIe.
Was ist eine Halbleiterfestplatte?
In Unternehmen verwendete Halbleiterfestplatten (SSDs) sind Datenspeichermedien, die
nicht bewegliche Flash-Speichertechnik anstelle von rotierenden magnetischen Scheiben
oder optischen Medien einsetzen. SSDs sind mit traditionellen Festplattenschnittstellen
wie SATA oder SAS kompatibel und haben einen üblichen Festplattenformfaktor wie
3,5, 2,5 oder 1,8 Zoll.
Was ist der Unterschied zwischen einer USB-Flash-Festplatte und einer
Halbleiterfestplatte?
Sowohl USB-Flash-Festplatten als auch SSDs verwenden NAND-Flash-Speicher. Der
Unterschied zwischen einer einfachen USB-Flash-Festplatte und einem Speichermedium
der Enterprise-Klasse, wie z. B. in Bladeservern und externen Speichersystemen, liegt
in der Qualität des verwendeten NAND-Speichers sowie des beteiligten Controllers und
der Schnittstelle.
Was ist Flash-Speicher?
Flash-Speicher ist nicht flüchtiger, wiederbeschreibbarer Speicher. Im Gegensatz zu
DRAM müssen dazu vor dem Speichervorgang Datenblocks gelöscht werden, was eine
geringere Schreib- als Leseleistung zur Folge hat. Flash-Speicher unterstützt nur eine
begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen und diese variiert je nach verwendeter Technik.
Flash-Speicher ist als NAND oder NOR erhältlich. SSDs verwenden NAND-FlashSpeicher, weil dieser widerstandsfähiger und günstiger ist, seine Zellen dichter sind und
Schreib-/Löschvorgänge schneller durchgeführt werden als bei NOR-Flash-Speicher.
Im NOR-Flash-Speicher wird der Binärcode von Programmen gespeichert und dieser
verfügt über eine hohe Leistung bei Lesevorgängen.
Solid State Storage
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist NAND?
NAND ist eine technologische Beschreibung für die verwendete Gatterstruktur zum
Erschaffen einer Form von Flash-Computerspeicher, die elektronisch gelöscht und neu
programmiert werden kann. Der Speicher ist nicht flüchtig, das heißt, es wird kein Strom
benötigt, damit die Informationen auf dem Chip gespeichert bleiben. Aktuell besteht der
Großteil des Speichers von Halbleiterfestplatten aus Flash-Speichern auf NAND-Basis.
Was ist der Unterschied zwischen SCL- und MLC-NAND-Technik?
NAND-Speicher verwendet entweder die Flash-Technik Single Level Cell (SLC) oder
Multi Level Cell (MLC). Bei SLC NAND wird ein Bit pro Zelle gespeichert und diese
Technik bietet eine hohe Widerstandsfähigkeit (rund 50.000 Schreibvorgänge pro
Zelle). MLC NAND verwendet zwei Bits pro Zelle und verfügt somit über eine größere
Kapazität, verschleißt allerdings schneller als SLC NAND (nur rund ein Zehntel der
Widerstandsfähigkeit von SLC-Flash). Der neuere NAND-Flash-Speicher mit drei Bits
pro Zelle (rund 1.000 unterstützte Schreibvorgänge) und vier Bits pro Zelle (nur wenige
hundert unterstützte Schreibvorgänge) ist für Anwendungen mit einer sehr beschränkten
Zahl von Schreibvorgängen geeignet.
Was ist DRAM?
Für die meisten Endanwender ist DRAM Speicher; magnetische Festplatten, Halbleiterfestplatten und NAND-Speicher sind Speichermedien.
Dynamic Random Access Memory (DRAM) ist eine Art von RAM-Speicher, bei dem
jedes Datenbit in einem separaten Kondensator in einem Chip gespeichert wird. Da echte
Kondensatoren Ladung verlieren, gehen die Informationen mit der Zeit verloren, wenn
der Kondensator nicht regelmäßig neu aufgeladen wird. Aufgrund der Eigenschaft des
Neuaufladens handelt es sich um einen dynamischen Speicher im Gegensatz zu SRAM
und anderen statischen Speichern.
Der Vorteil von DRAM liegt in seiner einfachen Struktur: Pro Bit werden nur ein Transistor
und ein Kondensator benötigt, im Vergleich zu vier Transistoren bei SRAM. So erreicht
DRAM eine sehr hohe Dichte. Anders als Flash-Speicher ist DRAM ein flüchtiger Speicher,
denn die Daten gehen verloren, sobald die Stromversorgung unterbrochen wird.
Wie unterscheiden sich Halbleiterfestplatten von herkömmlichen Festplatten?
Der Unterschied zwischen den heutigen Halbleiterfestplatten und herkömmlichen
magnetischen Festplatten liegt in der Datenspeicherung. Halbleiterfestplatten sind
komplexe Speichermedien, die nicht bewegliche Speicherchips (hauptsächlich nicht
flüchtigen NAND-Speicher) anstelle der rotierenden Magnetscheiben herkömmlicher
Festplatten verwenden. Bei magnetischen Festplatten werden die Daten direkt vom
Host genommen und auf das rotierende Medium geschrieben. Im Gegensatz dazu
können Halbleiterfestplatten keine Informationen schreiben, ohne zunächst nacheinander
sehr große Datenblocks zu löschen und anschließend neu zu schreiben (auch als
Programmier-/Schreibzyklus bezeichnet).
Da sich Halbleiterfestplatten und magnetische Festplatten in ihrer Effizienz unterscheiden,
ergänzen sie sich und können gemeinsam verwendet werden. Halbleiterfestplatten
bieten ultraschnellen wahlfreien Datenzugriff (hohe IOPS- (Inputs-Outputs Per Second-)
Leistung), einen geringen Energieverbrauch, eine geringe Größe und eine hohe physische
Belastbarkeit (aufgrund keiner beweglichen Teile), sind aber allerdings teurer. Herkömmliche magnetische Festplatten bieten schnellen sequenziellen Datenzugriff mit großer
Kapazität, Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu einem deutlich geringeren Preis.
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Solid State Storage
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Das Produktportfolio von Seagate umfasst Lösungen für Halbleiterfestplatten und
magnetische Festplatten.
Was ist Wear-Levelling?
Wear-Levelling ist der von einem SSD-Controller verwendete Prozess zur Maximierung
der Lebensdauer des Flash-Speichers. Bei diesem Verfahren wird dem Verschleiß
in allen Speicherblöcken entgegengewirkt, indem Schreibvorgänge auf die FlashSpeichergeräte aufgeteilt werden.
Welche Herausforderungen ergeben sich für Halbleiterfestplatten?
Es gibt im Wesentlichen drei Probleme für die Verwendung von Halbleiterfestplatten in
Unternehmen: Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit, fehlende Branchenstandards
und hohe Kosten.
Problem bei der Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit
Halbleiterfestplatten verschleißen mit der Zeit. NAND-Flash-Speicher können nur eine
begrenzte Zeit auf einen Speicherblock (oder eine Speicherzelle) geschrieben werden.
Auf einem SLC-Speicher sind im Allgemeinen ca. 50.000 Programmier-/Löschzyklen
möglich, auf einem MLC-Speicher dagegen nur rund ein Zehntel davon (5.000 Zyklen).
Sobald die Schreibgrenze eines Speicherblocks (oder einer Speicherzelle) erreicht ist,
„vergisst“ der Speicherblock, was gespeichert wird, und es kann zur Beschädigung von
Daten kommen. Seagate arbeitet aktiv an der Entwicklung von Techniken wie WearLevelling-Algorithmen, um Probleme bei der Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit
zu beheben.
Fehlende Standards
Halbleiterfestplatten speichern Daten auf andere Weise als magnetische Festplatten.
Aus diesem Grund gelten die von magnetischen Festplatten verwendeten geprüften und
bewährten Branchenstandards nicht auch für den Einsatz von NAND-Flash-Technik.
Seagate fördert durch Organisationen wie JEDEC und SNIA aktiv die Entwicklung von
SSS-Branchenstandards, um die Verwendung von Halbleiterfestplatten in Unternehmen
zu fördern.
Hohe Kosten
Aktuell sind die Kosten von SLC-Speichern rund dreimal so hoch wie bei MLCSpeichern und das hat im Wesentlichen zwei Gründe: Erstens speichern Medien auf
MLC-NAND-Basis zwei Daten-Bits pro Zelle und ermöglichen so eine doppelt so große
Speicherkapazität pro Quadratmillimeter Silizium (die kostspieligste Komponente
des Speichers). Zweitens nimmt das MLC-Volumen rund 90 Prozent des gesamten
NAND-Speichers in Anspruch und erhöht so weiter die Größenvorteile bei der Fertigung1.
Heute konzentrieren sich Halbleiterwerke (englisch „fabs“) hauptsächlich auf die
Fertigung von MLC-Speichern. Es müssen beträchtliche Investitionen getätigt werden,
um bestehende Werke neu auszurichten oder neue Werke zu bauen, die den im
Unternehmen nötigen Qualitäts-, Konsistenz- und Support-Richtlinien gerecht werden.
Die Unterhaltung von Halbleiterwerken ist teuer und komplex. Laut einer Schätzung
aus dem Jahre 2010 betragen die Kosten für den Bau eines neuen Halbleiterwerks
mehrere Milliarden US-Dollar2.
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1
„Halbleiterfestplatten: MLC-Technik in Unternehmen“, Berichtnr. FI-NFL-SSD-1109, www.forward-insights.com/report14.html, November 2009.
2
Semiconductor fabrication plant (Halbleiterwerk)“, Wikipedia, en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_fabrication_plant, März 2010.
Solid State Storage
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wie wirkt sich SSS auf die Architektur von Unternehmen aus?
Die Technik Solid State Storage erfordert für eine optimale Leistung grundlegende
Veränderungen in der IT-Architektur von Unternehmen. Dies hat sowohl Auswirkungen
auf die physische Hardware (Festplatten, Host-Bus-Adapter, Schnittstellen, Integrationspunkte) als auch die Software-Infrastruktur (Betriebssysteme, Anwendungen).
Während die Veränderungen bei der Hardware allmählich auf dem Markt erscheinen,
ist für die Veränderungen bei der Software mehr Zeit nötig.
Quellen
• StorageSearch.com
• Storage Magazine
• Electronicdesign.com
• Wikipedia.org
• stackoverflow.com
• The New York Times
• Maximum PC
Die Definition und Umsetzung dieser Architekturveränderungen nimmt mehr Arbeit
in Anspruch. Der Lebenszyklus von Daten, Zugriffs- und Nutzungsmustern muss
verstanden und Datenspeicher und Verarbeitungshierarchien müssen neu bewertet
werden. Zusätzlich müssen die Durchsatzraten und die Latenzzeitakkumulation
neu kalibriert und Lösungen zur automatischen Einteilung, Migration und zum Ablegen
von Daten entwickelt werden.
Was sind die Marktchancen für Halbleiterplatten und werden sie die
herkömmlichen Festplatten überholen?
Solid State Storage ist ein aufstrebendes Segment des traditionellen EnterpriseSpeichermarkts. Für Seagate sind Halbleiterfestplatten ein kleines, aber sehr
wichtiges Segment des gesamten Enterprise-Speichermarkts, das im Laufe der Zeit
mit dem Voranschreiten der Technik und der Standards noch weiter an Bedeutung
gewinnen könnte.
Das Produktportfolio von Seagate umfasst Lösungen für Halbleiterfestplatten und
magnetische Festplatten und das Unternehmen wird sein Produktangebot bei Bedarf
der Marktnachfrage anpassen.
www.seagate.com
Gebührenfrei: 00 8004 SEAGATE (732 4283)
(gebührenpflichtig: 001 405 324 4714)
Kunden in Österreich wählen bitte zunächst
die Hauptzugangsnummer 0-800-200-288
und dann die 888-212-1077.
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TP612.1-1003DE, März 2010