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Was ist eine SSD?

| Autor: Klaus Länger

Grundlagenwissen zum IT-Business
Grundlagenwissen zum IT-Business (Bild: © adiruch na chiangmai - Fotolia.com)

SSD steht für Solid-State-Disk oder Solid-State-Drive. Diese Massenspeicher auf Halbleiter-Basis ohne bewegliche Teile haben in den vergangenen Jahren einen enormen Aufschwung erlebt. In einigen Bereichen haben SSDs die traditionelle Festplatte bereits verdrängt.

Solid-State-Disks (SSD) sind nichtflüchtige Datenspeicher, bei denen die Informationen in Halbleiterbausteinen gespeichert werden. Gegenüber herkömmlichen Festplatten haben SSDs den Vorteil, dass sie ohne mechanische Bauteile auskommen und sehr kompakt gebaut werden können. Zudem liegen bei den heute üblichen NAND-Flash-SSDs die maximalen Datentransferraten vor allem bei sequenziellen Zugriffen deutlich über der herkömmlicher HDDs und die Zugriffszeiten sind wesentlich schneller.

Die Entwicklung der SSD

Die ersten SSDs der 1980er und 1990er Jahre mit Festplatten-Interface nutzen batteriegepufferten DRAM als Datenspeicher. Allerdings waren diese Geräte extrem teuer und konnten sich daher nicht durchsetzen. Der Durchbruch der SSD erfolgte erst mit günstigeren NAND-Flash-SSDs. Hier kommen nichtflüchtige Speicherchips zum Einsatz, bei denen die Speicherzellen blockweise elektrisch beschrieben oder gelöscht werden.

Diese SSDs mit SATA-Schnittstelle wurden zunächst meist in Notebooks eingebaut. Hier kamen neben der Performance auch Vorteile wie die Unempfindlichkeit gegen Stöße und die geringere Leistungsaufnahme zum Tragen, während Nachteile wie die geringere Kapazität und der höhere Preis weniger stark ins Gewicht fallen, als bei Desktop-PCs. Einen wichtigen Schub für die Verbreitung der SSD war 2011 das Ultrabook-Konzept von Intel.

Die maximale Kapazität von SSDs übersteigt inzwischen die, herkömmlicher Festplatten. Allerdings liegt der Preis pro GB bei SSDs immer noch deutlich über dem von HDDs. Bei Servern wird dieser Nachteil allerdings teilweise durch Mechanismen wie Datenkompression und Deduplikation abgemildert. Eine wichtige Entwicklung für die Kapazitätssteigerung von SSDs war 3D-NAND durch Samsung. Hier sind höhere Kapazitäten durch den Einsatz mehrere Flash-Layer auf einem Chip auch ohne kleinere Speicherzellen möglich. Auch andere NAND-Flash-Hersteller haben inzwischen eigene 3D-Verfahren implementiert.

Die ersten SSDs ohne NAND-Flash bieten Intel und Micron an. Beide Firmen haben gemeinsam 2015 die 3D-XPoint-Technologie vorgestellt. Diese SSDs sollen gegenüber NAND-Speichermedien eine höher Leistung bei wahlfreien Schreibzugriffen ermöglichen und zudem eine längere Lebensdauer bieten. Intel vermarktet 3D-XPoint-Speichermedien unter dem Namen „Optane”.

Schnittstellen und Formfaktoren

Bei Desktop-PCs und in Servern dominieren SSDs im 2,5-Zoll-Formfaktor. Bei PCs meist mit SATA- bei Servern mit SAS-Schnittstelle. Bei Notebooks werden zunehmend SSDs in Form von M.2-Karten verwendet, die sowohl mit SATA- als auch mit PCI-Express-Schnittstelle und NVMe-Interface angeboten werden. Sie haben die bisher verwendeten mSATA-Karten weitestgehend abgelöst. Auch etliche neue Mainboards verfügen über eine oder zwei M.2-Schnittstellen. Daneben werden auch SSDs in Form von PCI-Erweiterungskarten angeboten, die höhere Geschwindigkeiten, als die SATA-Schnittstelle ermöglichen. Hier wurden zunächst mehrere SATA-SSDs als RAID-0-Verbund kombiniert. Inzwischen werden hier meist M.2-PCIe-SSDs auf einer Adapterkarte verwendet. Während die maximale Datenrate von SATA-SSDs durch den für HDDs entwickelten AHCI-Standard (Advanced Host Controller Interface) auf etwa 550 MB/s limitiert ist, können über vier PCIe-Lanes angebundene NVMe-SSDs beim sequenziellen Lesen bis zu 4.000 MB/s erreichen. Mit der U.2-Schnittstelle können auch 2,5-Zoll-SSDs über PCI-Express und NVMe angebunden werden.

In Smartphones und in Tablets mit ARM- und oft auch Intel-Atom-Prozessoren werden keine SSDs als Massenspeicher verwendet, sondern mit SD-Karten verwandte eMMC- (embedded Multimedia Card) oder UFS-Speichermedien (Universal Flash Storage).

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