Technologiefortschritte bei HDDs und SSDs Neue Dimensionen bei Speed und Kapazität

Anbieter zum Thema

KIOXIA Europe GmbH / Retail-SSDs

SANDISK UK Limited

Seagate Technology (Netherlands) BV (Germany Branch)

Micron Semiconductor Deutschland GmbH

Toshiba Electronics Europe GmbH

mehr weniger

Samsung Electronics GmbH

Western Digital Corporation

WatchGuard Technologies GmbH

Impossible Cloud GmbH

mibeca GmbH – Mike Bergmann Akademie

weniger

Immer größer, immer schneller: Das anhaltende Datenwachstum und die Nachfrage nach immer schnellerem Storage, vor allem für KI, treibt die Entwicklung bei SSDs und HDDs voran. Das sind die aktuellen Technologietrends.

Bis zu 150 Petabyte an Daten werden in großen Unternehmen im Schnitt gespeichert, so eine Studie von Hitachi Vantara. Bis 2026 soll sich diese Datenmenge noch verdoppeln. KI-Anwendungen sind ein wesentlicher Treiber für dieses Datenwachstum. Um dieser Datenflut Herr zu werden, sind vor allem Speichermedien mit sehr hoher Kapazität nötig, denn ständig neue Rechenzentren zu bauen, ist auf Dauer keine Option. Aber die Entwickler von Speichermedien wie SSDs und auch HDDs stellen sich dieser Herausforderung.

HAMR ist serienreif

Einige Hersteller von Storage-Systemen wie Pure Storage und neuerdings auch IBM läuten der HDD bereits das Totenglöckchen. Tatsächlich erleben HDDs durch die Cloud und auch den KI-Boom gerade einen Höhenflug, da SSDs bei den Kosten pro TB immer noch um ein Vielfaches teurer sind und die HDD-Performance für einen großen Teil des Datenbestands gut ausreicht. Allerdings muss die Kapazität bei Festplatten weiter wachsen, damit sie im Rennen bleiben können. Eine wichtige Entwicklung ist dabei HAMR (Heat Assisted ­Magnetic Recording). Seagate hat diese HAMR mit der Mozaic-3+-Technologie inzwischen in die Serienfertigung gebracht und erreicht bei SMR-Platten aktuell 3,6 TB pro Platter. Im Labor laufen bei dem Hersteller bereits Magnetscheiben mit einer Kapazität von mehr als sechs TB, so ­Seagate.

Western Digital hat bisher betont, dass die Zeit für HAMR noch nicht reif sei und stattdessen auf ePMR und OptiNAND für die Kapazitätssteigerung setze. Inzwischen ist HAMR auch hier auf der Roadmap: Ende 2026 sollen die ersten HDDs serienreif sein und mit UltraSMR bis 44 TB erreichen. Bei CMR-Platten peilt der Hersteller bis zu 36 TB an. Auch organisatorisch zeigt sich bei Western Digital, dass man an die Zukunft der Festplatte glaubt: Seit Ende Februar ist man wieder ein reiner HDD-Hersteller. Die bisherige Tochter Sandisk übernimmt als wieder eigenständiger Hersteller das Flash-Geschäft. Toshiba, der dritte Hersteller von HDDs, plant bereits dieses Jahr die Produktion von HAMR-HDDs als Samples. Bisher nutzte die Firma FC-MAMR mit Microwellen statt Laser für eine höhere Speicherdichte.

HDMR als nächste Stufe nach HAMR

Mehr als 100 TB Kapazität soll ab 2030 die HDMR-Technologie (Heat Dot Magnetic Recording) ermöglichen, an der sowohl Western Digital als auch Seagate arbeiten. Sie kombiniert das Laser-unterstützte Schreiben der Daten bei HAMR mit BPM (Bit Patternd Media). Dabei werden die Daten nicht mehr in einem Film aus unregelmäßigen Magnetpartikeln gespeichert, sondern in einer regelmäßigen Struktur aus sogenannten Inseln, die mit einem lithografischen Verfahren auf der Oberfläche der Platter erzeugt werden. Das soll die ­Flächendichte dramatisch steigern, erfordert aber präzisere Laser.

Mehr Layer für immer größere SSDs

Eine höhere Kapazität bei SSDs wird derzeit primär über zusätzliche Lagen mit Speicherzellen erreicht. Auf der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) haben Kioxia und Sandisk ihre­ zehnte TLC-3D-NAND-Generation mit 332 Layern vorgestellt. Durch die zusätzlichen Layer und eine höhere planbare Dichte der Speicherzellen will man die Bitdichte gegenüber BiCS 8 mit 218 Layern um insgesamt 59 Prozent gesteigert haben. Zum Einsatz kommt dabei, wie schon bei BiCS 8, die von beiden Unternehmen entwickelte CBA-Technologie (CMOS directly Bonded to ­Array). Zudem soll die NAND-Schnittstellengeschwindigkeit um 33 Prozent auf nun 4,8 Gbps zugelegt haben.

Noch auf BiCS 8 basiert die LC9-Serie von Kioxia mit bis zu 122,88 TB Speicherplatz, die allerdings QLC-NAND mit CMOS Bonded to Array-Technologie (CBA) verwendet. Die Dual-Port-2,5-Zoll-SSD mit PCIe-Gen5-Interface gehört zur Enterprise-Klasse und wurde laut dem Hersteller für generative KI-Anwendungen entwickelt.

Samsung will diese Werte mit der ebenfalls auf der ISSCC präsentierten V-NAND-V10-Technologie noch deutlich übertreffen. Das Unternehmen zeigte auf der Konferenz einen TLC-NAND-Speicher mit mehr als 400 ­Layern und einem nochmals höheren Datendurchsatz. Laut ZDNet Korea soll Samsung dafür ein Hybrid-Bonding-Patent des chinesischen Herstellers YMTC nutzen. Sowohl Kioxia als auch Samsung haben sich 3D-NAND mit 1.000 Lagen als Ziel gesetzt. QLC-NAND kommt durch die Bit pro Zelle mit weniger Lagen aus und ist damit günstiger. Allerdings sind QLC-SSDs konstruktionsbedingt langsamer und weniger haltbar. Etliche Hersteller von Storage-Systemen wie IBM und Pure Storage nutzen die Speicher trotzdem für Appliances mit hoher Kapazität, da sie die Nachteile durch ein intelligentes Management der Speicherzellen ausgleichen können. PLC-Flash (Penta Level Cell) kann noch höhere Speicherdichten erreichen. Allerdings hört man von PLC zuletzt weniger, da eine hohe Haltbarkeit und Performance hier noch schwieriger zu erreichen sind.

Schnellere SSDs mit PCIe Gen6 oder optischer Schnittstelle

Gerade bei SSDs kommt es nicht nur auf die Kapazität, sondern auch auf die Performance an. Denn sie werden als Datenträger für Speichersysteme verwendet, die für Anwendungen genutzt werden, die einen sehr hohen Datendurchsatz und eine minimale Latenz benötigen. Ein wichtiger Faktor dafür ist die Schnittstellengeschwindigkeit. Micron hat im August 2024 die erste Datacenter-SSD mit PCIe-Gen6-Interface präsentiert, die seinerzeit laut dem Hersteller beim sequenziellen Lesen bis zu 26 GB/s erreichen sollte, doppelt so viel wie bei den schnellsten PCIe-Gen-5-Modellen. Auf der DesignCon 2025 Anfang März in Santa Clara zeigte Micron die PCIe-Gen6-SSD gemeinsam mit Astera Labs in Aktion. Dabei wurden zwei Micron-SSDs mittels eines Scorpio P-Series Fabric Switch von Astera mit einem CPU-Host und einer Nvidia-H100-GPU verbunden. Mittels GPUDirect ­Storage (GDS), einem Teil von Nvidias Magnum-IO-Software-Stacks für das Datacenter, wurde ein direkter Datenpfad zwischen den SSDs und der H100-Karte aufgebaut und mit einer Leseper­formance von rund 27 GB/s die von Micron genannte Performance sogar noch übertroffen. PCI-Express 6.0 ermöglicht auf 16 Lanes einen bidirektionalen Durchsatz von bis zu 256 GB/s und ist damit der Schlüssel zu noch schnelleren KI-­Systemen mit zukünftigen CPUs und GPUs.

Keine höhere Schnittstellengeschwindigkeit, aber eine bessere Signalqualität bei größerer Entfernung zwischen Controller und Speichergerät soll die Breitband-SSD mit optischer Schnittstelle ermöglichen, die Kioxia gemeinsam mit Kyocera und AIO entwickelt. Die PCIe-Gen5-SSD stammt von Kioxia, Kyocera steuert ein optoelektronischem Integrationsmodul bei und AIO Core den optischen Transceiver.

Geschwindigkeit, Kapazität und Nachhaltigkeit

3D-Flash-Speicher von Kioxia und SanDisk

(ID:50348998)