Festplatte und SSDs: Unterschiede und Einsatzoptionen

Was ist eine SSD?

Ein Solid-State-Laufwerk (Solid-State Disk) ist eine Art nichtflüchtiger Speicher, der Daten auf einem integrierten Solid-State-Schaltkreis speichert. Das Speicherlaufwerk hat keine beweglichen Teile und ist für hohe Leistung und geringe Latenzzeiten optimiert. Die meisten der heutigen SSDs enthalten einen oder mehrere NAND-Flash-Speicherchips, in denen die Daten als elektrische Ladungen gespeichert werden. Das Laufwerk enthält außerdem einen Controller, der die Datenspeicherung sowie die Lese- und Schreibvorgänge verwaltet.

SSDs werden häufig nach der Anzahl der Bits kategorisiert, die in jeder Zelle gespeichert werden können:

• Single-Level Cell (SLC): Jede Zelle enthält nur ein Bit an Daten.
• Multi-Level Cell (MLC): Jede Zelle enthält bis zu zwei Datenbits.
• Triple-Level Cell (TLC): Jede Zelle enthält bis zu drei Datenbits.
• Quad-Level Cell (QLC): Jede Zelle enthält bis zu vier Bits an Daten.

Mit zunehmender Anzahl von Bits in jeder Zelle steigt die Dichte des Laufwerks. Einige Hersteller verringern auch die Größe der Zellen, um mehr Zellen in ein Laufwerk zu packen und so die Dichte weiter zu erhöhen. Die höhere Dichte kann jedoch auf Kosten der Leistung und Haltbarkeit gehen. Außerdem werden die Daten auf Seitenebene (Page Level) gelesen und geschrieben, aber auf Blockebene gelöscht, was die Leistung und Haltbarkeit weiter beeinträchtigen kann.

Um diese Probleme zu kompensieren, führt der Controller Operationen wie Wear Leveling, Overprovisioning und Fehlerkorrekturcode (Error Correction Code) durch. Darüber hinaus bieten viele Hersteller mittlerweile 3D-NAND-Chips an, bei denen die Zellen übereinander gestapelt sind, um mehrere Schichten zu bilden, wodurch die Dichte erhöht und die Leistung aufrechterhalten werden kann.

Was ist eine Festplatte (HDD)?

Ein Festplattenlaufwerk ist eine weitere Art von nichtflüchtigem Speicher, nur dass es bewegliche Teile enthält. Ein Festplattenlaufwerk nutzt elektromagnetische Technologien, um Daten auf sich drehenden Platten (Platter) zu speichern, die mit magnetischem Material beschichtet sind. Die Platten befinden sich in einem Schutzgehäuse zusammen mit einem Controller, der die Speicherung, den Zugriff und das Schreiben der Daten auf den Platten verwaltet. Die Daten werden auf einer HDD in Blöcken gespeichert, die von den Antriebsköpfen nach dem Zufallsprinzip gelesen werden können.

HDDs gibt es in vielen Formfaktoren. Unternehmen verwenden sie sowohl als Primär- als auch als Sekundärspeicher. Sie unterstützen auch bestimmte Schnittstellentypen, wie zum Beispiel SATA und SAS.

Eine Festplatte kann in einem Computer oder in einer externen Speichereinheit installiert sein. In Unternehmen ist sie oft Teil eines Speicher-Arrays, um die Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern. HDDs können sich in Bezug auf Speicherkapazität und Leistung erheblich unterscheiden. Selbst die fortschrittlichste HDD für Unternehmen kann jedoch nicht das gleiche Leistungsniveau wie eine SSD bieten.

Vergleich der Produkteigenschaften von SSD und HDD

Bei der Wahl zwischen SSDs und HDDs sollten die Entscheidungsträger wissen, wie sich die beiden Technologien in Bezug auf Kapazität, Leistung, Benutzerfreundlichkeit, Haltbarkeit und Kosten unterscheiden.

Kapazität

SSDs erreichen bei vergleichbarer Baugröße deutlich höhere Gesamtkapazitäten als HDDs, was auf ihre höhere Speicherdichte zurückzuführen ist. Während etwa SSDs mit bis zu 100 TB erhältlich sind – wie das Modell ExaDrive DC100 von Nimbus Data – liegt die derzeitige Obergrenze bei Enterprise-HDDs, etwa der Exos Mozaic 3+ von Seagate, bei 32 TB.

Durch ihre kompaktere Bauform und geringeren Energiebedarf pro Terabyte ermöglichen SSDs eine effizientere Nutzung von Rackspace sowie reduzierte Strom- und Kühlkosten – ein entscheidender Vorteil in Rechenzentren mit hohem Kapazitätsbedarf.

Geschwindigkeit

Leistung ist der Hauptgrund, warum Unternehmen bereit sind, die höheren Kosten pro Terabyte für SSDs in Kauf zu nehmen. Zwar übernehmen HDDs weiterhin einen Großteil der Datenspeicherung in Rechenzentren, doch in puncto Geschwindigkeit und Latenz sind sie SSDs deutlich unterlegen – ein entscheidender Faktor für geschäftskritische Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf.

Die 9550 NVMe-SSD von Micron verspricht beispielsweise bis zu 14 GB/s sequentielle Lese- und 10 GBps sequentielle Schreibgeschwindigkeit. Vergleichen Sie dies mit der Mach.2 Exos 2X14 von Seagate, einer Festplatte mit zwei Aktuatoren, die eine maximale anhaltende Übertragungsrate von 524 MB/s bietet.

Benutzerfreundlichkeit

SSDs sind leistungsfähiger als HDDs und ermöglichen es den Endbenutzern, Probleme schneller zu lösen und eine höhere Produktivität zu erreichen. Administratoren profitieren auch von der längeren Lebensdauer von SSDs.

SSDs sind leiser, was dazu beiträgt, den Geräuschpegel in ihren Arbeitsumgebungen zu senken, und sie erzeugen weniger Wärme, was den Kühlungsbedarf reduziert. Außerdem müssen SSDs im Gegensatz zu HDDs nicht defragmentiert werden, obwohl sie immer noch ein gewisses Maß an Wartung erfordern, beispielsweise die Aktualisierung der Firmware und die Überwachung des Zustands der Festplatte.

Langlebigkeit

SSDs haben einen großen Vorteil gegenüber HDDs, da sie keine beweglichen Teile haben. Bei einer Festplatte handelt es sich im Grunde um ein mechanisches Gerät mit Komponenten, die sich ständig drehen, wenden oder neu positionieren. Die Komponenten nutzen sich ab, und das Speicherlaufwerk ist anfälliger für physische Schäden. Wenn man zum Beispiel eine Festplatte umstößt, können sich die Antriebsarme verstellen, was zu einer Fehlfunktion führt.

HDDs erzeugen auch mehr Wärme, was die Haltbarkeit beeinträchtigen kann. Administratoren kennen sich mit der HDD-Technologie jedoch gut aus und können Maßnahmen ergreifen, um die Risiken zu verringern. Außerdem können die Speicherzellen einer SSD mit der Zeit kaputt gehen, was sich auf die Lebensdauer des Laufwerks auswirkt. Daher führen SSD-Controller Vorgänge wie Wear Leveling oder Overprovisioning durch, die dazu beitragen, die Lebensdauer der Zellen zu verlängern.

Kosten

Herkömmliche Festplatten dominieren weiterhin in Rechenzentren, da die Kosten pro Terabyte nach wie vor deutlich niedriger sind als bei SSDs. Die Datacenter SSD PM9A3 NVMe-SSD von Samsung kostet beispielsweise etwa 1.726 Euro für 15,36 TB, was 112 Euro/TB entspricht. Im Gegensatz dazu kostet die Exos X18 HDD von Seagate 280 Euro für 16 TB, was weniger als 17,5 Euro/TB entspricht.

Bei Kostenschätzungen muss jedoch mehr als nur die Anfangsinvestition berücksichtigt werden. So verbraucht eine SSD beispielsweise weniger Speicherplatz und Strom. Außerdem ist sie haltbarer als eine HDD, was zu einer längeren Lebensdauer führt.

Wie sollte man zwischen SSD und HDD wählen?

Aufgrund der Leistungs-, Haltbarkeits- und Energievorteile entscheiden sich Unternehmen für SSDs, um geschäftskritische Anwendungen zu unterstützen, die einen schnellen Datenzugriff erfordern. Zu diesen Anwendungen gehören Online-Banking, Aktienhandel, Flugreservierungen und Echtzeit-Analysen.

In Rechenzentren und anderen Unternehmensumgebungen werden jedoch nach wie vor in großem Umfang Festplatten verwendet, wobei die niedrigeren Kosten ein wichtiger Grund dafür sind. Sie eignen sich gut für warme und kalte Daten, wie zum Beispiel Überwachungsvideos oder Mediatheken, sowie für Backup- und Archivierungsdaten. Diese Art von Daten fällt oft in großen Mengen an, obwohl Unternehmen nicht so häufig auf sie zugreifen müssen wie auf warme Daten. Tatsächlich sind HDDs oft eine gute Wahl, wenn die Datenmengen SSDs zu kostspielig machen.

Sowohl SSDs als auch HDDs können bei der künstlichen Intelligenz eine Rolle spielen, die eine große Datenmenge benötigt, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. HDDs können zum Beispiel die großen Rohdatenmengen speichern und massive Data Lakes unterstützen, indem sie ein zentrales Repository bereitstellen, wenn Daten aus verschiedenen Quellen aufgenommen werden. SSDs können dann die Daten umwandeln, große Sprachmodelle (LLM) erstellen und das KI-Training durchführen.

Alternative Speicheroptionen

Neben SSDs und HDDs nutzen Unternehmen auch Bandspeicher als dritte Speicheroption – insbesondere für große Mengen kalter oder inaktiver Daten wie Backups und Archive. Trotz wiederholter Prognosen über ihr Ende werden Magnetbänder seit Jahrzehnten in Rechenzentren eingesetzt und bleiben aufgrund ihrer Kosteneffizienz, Langlebigkeit und Sicherheit weiterhin relevant.

Der gängige Standard ist das Linear Tape-Open (LTO)-Format, aktuell in der neunten Generation (LTO-9). Eine LTO-9-Kassette bietet bis zu 18 TB native und 45 TB komprimierte Speicherkapazität.

Bänder sind günstiger als Festplattenlösungen, benötigen weniger Wartung, verbrauchen kaum Energie und sind besonders resistent gegen Umwelteinflüsse und Cyberangriffe – vor allem, wenn sie offline gelagert werden. LTO-9 unterstützt zudem Funktionen wie Verschlüsselung und Write Once Read Many (WORM) zur verbesserten Datensicherheit.

Allerdings erfordert Bandspeicherung höhere Anfangsinvestitionen und ist beim Datenzugriff durch das lineare Lesemodell deutlich langsamer als plattenbasierte Systeme.