Solid-State-Storage
Solid-State-Storage (SSS) oder auch Flash-Speicher ist ein Speichermedientyp, der aus Silikonmikrochips besteht. SSS speichert Daten elektronisch anstatt magnetisch wie Festplatten oder Bandmedien. Es gibt drei verschiedene Formfaktoren an Flash-Speicher: Solid-State Drives (SSD), Solid-State Cards (SSC) und Solid-State Module (SSM). Ein großer Vorteil von Flash-Speicher ist, dass es keine mechanischen rotierenden Teile enthält, was einen schnelleren Datentransfer und eine vorhersagbarere Lebensdauer gewährleistet. Da es keine beweglichen Teile innerhalb der SSD gibt, gibt sie weniger Abwärme ab als Festplatten.
Zusätzlich zu schnelleren und konsistenten I/Os, offerieren Flash-Medien das gleiche Niveau an Datenintegrität und Stabilität wie andere elektronische Geräte und benötigen weniger Strom sowie Kühlung als die elektromechanischen Medien. Zudem sind die Flash-Medien meist leichter.
Um die unterschiedlichen Typen zu verstehen, sollte man folgende Solid-State-Storage-Begriffe kennen:
- Solid-State Drive (SSD). SSD ist ein Begriff, der Solid-State-Storage in einem Festplattenformat beschreibt.
- Single-Level Cell (SLC). Dies ist eine Art des Flash-Storage, der pro Zelle nur ein Bit speichert. Es ist der schnellste, zuverlässigste und teuerste Typ an Flash-Speicher, der zudem die höchste Lebensdauer hat.
- Multi-Level Cell (MLC). Dies ist ein NAND-Flash-Chip, der zwei Bits pro Zelle speichert und nicht so schnell und zuverlässig wie SLC ist. Zwar ist dieser Flash günstiger, verfügt aber über eine geringere Lebensdauer.
- Enterprise MLC (eMLC). eMLC kombiniert MLC mit einem Controller und Software, die die Nachteile von MLC abschwächt.
- Triple-Level Cell (TLC). TLC speichert drei Bits pro Zelle und ist entsprechend weniger zuverlässig und schneller als die anderen Flash-Typen. Allerdings ist es der günstigste Flash-Speicher.
- PCI Express (PCIe). PCIe ist ein High-Speed Server-Bus, der in vielen serverbasierten Solid-State-Storage-Produkten zum Einsatz kommt.
- Non-Volatile Random Access Memory (NVRAM). Dies ist High-Speed-Memory und fast so schnell in der Datenübertragung wie DRAM. Allerdings kann es die Daten auch dann vorhalten, wenn kein Strom verfügbar ist. Oftmals wird es als Cache in Solid-State-Storage-Systemen genutzt.
Solid-State-Storage-Trends
Obwohl SSS-Technologie nicht neu ist, so ist das Interesse an dieser Technologie und die wachsende Zahl an Implementierung, um Enterprise-Storage zu optimieren, doch noch relativ jung. Ein Grund dafür sind die sinkenden Preise für Flash, ein anderer die Hardware-Performance. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts haben sich die Prozessorgeschwindigkeiten weiter dramatisch entwickelt, während sich die Read- und Write-Zeiten von mechanischen Festplatten nicht verbessert haben.
Moderne CPUs können Daten schneller prozessieren als HDDs diese bereitstellen können. Diese „Wartezeit“ wird Latenz genannt. Administratoren verringerten Latenz bei Festplatten durch das so genannte Short-Stroking. Beim Short-Stroking wird die Kapazität der Festplatten bewusst verringert, so dass der Schreib-/Lesekopf nur noch eine kleinere Anzahl an Tracks bedient, was die Suchzeiten verringert. Um dann aber wieder auf die benötigten Kapazitäten zu kommen, müssen Administratoren mehr Festplatten installieren.
Im Gegensatz dazu hat Solid-State-Storage keine Suchzeiten. Das reduziert die Latenzen, was die Medien schneller als Festplatten macht, insbesondere für Random Read/Write-Prozesse. Allerdings haben Flash-Medien nur einen geringen performance-Vorteil, wenn es um sequentielle Schreib-Lese-Prozesse geht.
Im Enterprise-Segment wird Solid-State-Technologie für Primärspeicher und als Cache für herkömmliche Disks genutzt. Dieser Cache ist ein neuer Layer zwischen Prozessor und Storage. Einige Branchenkenner erwarten, dass Solid-State-Storage langfristig Festplatten ablösen wird, wenn die Massenproduktion flächendeckend umgesetzt werden kann und die Preise für SSS weiter sinken.
Kosten für Solid-State-Storage
Noch vor kurzer Zeit kostete ein Flash-basiertes externes Storage-System mit 2 TByte RAM in etwa 600.000 US-Dollar. Mittlerweile können Anwender eine PCIe-basierte SSD mit 2 TByte (RAID 0) für weniger als 3.000 US-Dollar erwerben. Eine SSD mit einem TByte kostet in der Regel circa 1.000 US-Dollar. Obwohl die Preise für Flash-Speicher drastisch gesunken sind, so sind SSDs noch immer teurer als HDDs. Eine Festplatte mit zwei TByte ist bereits für 150 US-Dollar erhältlich.
Unterschiedliche Solid-State-Storage-Systeme
Es gibt zwei Arten an Solid-State-Systemen: Flash-Memory-basierte Systeme und RAM-basierte Systeme. Darüber hinaus existieren zwei verschiedene Typen an Flash-Memory: NAND-Flash und NOR-Flash.
NAND-Flash wird meist in Enterprise-SSS-Produkten eingesetzt, da sie höhere Kapazitäten und schnellere Erase- und Write-Zeiten bieten. NAND ist non-volatile (nicht-flüchtiger) Speicher. Das bedeutet, die Daten werden auch dann im Speicher vorgehalten, wenn der Strom nicht mehr fließt. Im Gegensatz dazu ist RAM ein volatiler (flüchtiger) Speicher. Das Medium benötigt ständig Strom, um die Daten vorhalten zu können. RAM-basierte Systeme haben den Vorteil, dass sie relativ geringeren Verschleiß haben, wenn Daten auf sie geschrieben werden.
Flash-basierte Systeme können nur eine begrenzte Anzahl an Writes aufnehmen, denn wie auch magnetische Medien unterliegen sie einem gewissen Verschleiß. Flash-basierte SSDs speichern Informationen in Single-Level Cell (SLC), Multi-Level Cell oder Triple-Level Cell, wobei die Memory-Zellen in Pages gruppiert sind, die Pages wiederum sind in Blocks organisiert. Read- und Write-Prozesse sind Page-orientiert. Erase-Prozesse werden auf ganzen Blocks angewendet. Disk-Drives und Adapter-Karten können RAM- oder Flash-basiert sein, USB-Drives hingegen sind fast ausschließlich Flash-basiert.
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