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Was ist ein Solid-State Drive?

Ein Solid-State Drive (SSD) ist ein halbleiterbasiertes Speichergerät, das in der Regel NAND-Flash-Speicher verwendet, um persistente Daten zu speichern. Die Solid-State-Technologie transformiert das Speichern mit Hochgeschwindigkeits-Flash-Speicher.

Jeder NAND-Flash-Speicherchip besteht aus einer Reihe von Blöcken, die auch als Gitter bezeichnet werden. Innerhalb jedes Blocks befindet sich eine Reihe von Speicherzellen, die als Seiten oder Sektoren bezeichnet werden. Die Anzahl der in jeder Zelle gespeicherten Bits kann variieren und sie werden typischerweise entweder als Ein-Bit-Zellen (d. h. „Single Level Cells“ oder „SLC“), 2- und 3-Bit-Zellen (d. h. „Multi-Level Cells/MLC“ und „Triple-Level Cells/TLC“) oder Quad-Bit-Zellen („QLC“) kategorisiert. Dabei zeichnet sich jeder Zellentyp durch seine Stärken und Schwächen aus. Während SLCs für ihre Zuverlässigkeit, hohen Geschwindigkeiten aber auch für ihren Preis bekannt sind, haben QLCs den Vorteil, dass sie günstiger sind. Jedes Grid kann zwischen 256 KB und 4 MB speichern. Die Zentraleinheit (CPU) fungiert als Controller für alle Lese- und Schreibaufträge im Speicher. Aufgrund ihrer Größe und ihres geringen Energiebedarfs sind sie ideal für Laptops, Tablets und Smartphones.  

SSDs versuchen, HDDs durch die Verwendung eines nichtflüchtigen Festkörperspeichers zu imitieren, sind jedoch wesentlich schneller als die traditionelle Festplatte oder Diskette. HDDs haben eine inhärente Latenzzeit und Zugriffszeit, die durch mechanische Verzögerungen beim Drehen der Platte und der Bewegung des Lese-/Schreibkopfs verursacht werden. Da SSDs keine beweglichen Teile haben, sind die Latenzzeit und die Zeit für den Zugriff und die Speicherung von Daten deutlich geringer.

Laut Gartner (Link außerhalb von ibm.com) entwickeln sich Solid-State Drives zur bevorzugten Speicherplattform für strukturierte Daten-Workloads, was durch Innovationen im Bereich der NAND-Flash- und SCM-Technologie (Storage Class Memory) vorangetrieben wird. Gartner geht davon aus, dass bis 2025 mehr als 40 % aller lokal durchgeführten IT-Aktivitäten im Bereich Speicherverwaltung und -support durch Managed Storage as a Service ersetzt werden. Im Jahr 2021 waren es noch weniger als 5 %.

Flash-Speicher

Flash-Speicher, auch als Flash-Memory bekannt, ist eine Art von Solid-State-Technologie, die Flash-Speicherchips zum Schreiben und Speichern von Daten verwendet. Flash-Speicherlösungen können von USB-Laufwerken bis hin zu Arrays auf Unternehmensebene reichen. All-Flash-Arrays wurden zur Maximierung und Beschleunigung der Leistung entwickelt, ohne die Zwänge der herkömmlichen SAN-Funktionen (Storage Area Network). Sie sind besser für Multi-Cloud-Umgebungen und Speicherprotokolle wie NVMe geeignet. Da die meisten modernen SSDs auf Flash basieren, ist Flash-Speicher in der Regel ein Synonym für ein Solid-State-System. 

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Arten von Solid-State Drives

Wie der Name schon sagt, werden interne Solid-State Drives in einem Computer installiert und direkt mit dem Motherboard verbunden. Externe SSDs hingegen werden wie externe HDDs angeschlossen, häufig an USB 3.0-Ports, und dienen ähnlichen Zwecken. Interne SSDs werden über Standard-SATA, IDE und m.2 angeschlossen, während externe SSDs USB-, eSATA- und Thunderbolt-Anschlüsse nutzen.

Es gibt zwei Haupttypen von SSD-Formfaktoren: 

- mSATA III, SATA III und traditionelle SSDs: Auch wenn SATA-SSDs wahrscheinlich am weitesten verbreitet sind, handelt es sich dabei eher um eine alte Technologie, da mit der Absicht entwickelt wurde, anstelle einer Festplatte installiert zu werden. Abhängig von Ihrem Gerät (z. B. ein Desktop-PC) benötigen Sie daher möglicherweise einen Schachtadapter oder ein Gehäuse. Während die einfache Installation die Verbreitung von SSDs erleichtert hat, wird diese Schnittstelle mit der Einführung von PCIe- und NVMe-SSDs allmählich auslaufen. Im Vergleich dazu sind mSATA III, SATA III und herkömmliche SSDs in ihrer Geschwindigkeit begrenzt und haben im Vergleich zu neueren Versionen von SSDs auf dem Markt einen geringeren Durchsatz.

- PCIe und NVMe SSDs: Neuere Formfaktoren wie U.2- und M.2-SSDs verwenden ein Schnittstellenprotokoll namens Nonvolatile Memory Express (NVMe), das von Unternehmen der NVM-Express-Arbeitsgruppe (darunter Samsung, Intel und Seagate) gemeinsam entwickelt wurde. NVMe wird zusammen mit Peripheral Component Interconnect Express (auch bekannt als PCI Express oder PCIe) eingesetzt, um hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten von über 3.000 MB/s bei Lesevorgängen zu erreichen. Die geringere Latenz macht diese Art von SSD ideal für Gamer und ihre Playstations. Diese SSDs werden normalerweise mit einem Kühlkörper zum Schutz vor Überhitzung geliefert. 

Solid-State Drives vs. Festplattenlaufwerke

Die Geschichte von IBM mit der Festplatte reicht bis in die 1950er Jahre zurück, und zwar bis zur IBM 650 RAMAC Festplatte. Festplattenlaufwerke (HDD) verwenden eine sich drehende Magnetplatte und einen mechanischen Schreibkopf, um Daten zu verarbeiten. Die gängigsten Formfaktoren sind 2,5- und 3,5-Zoll-Laufwerke, die für Laptops bzw. Desktops verwendet werden. Die meisten HDDs nutzen eine SATA-Schnittstelle, auch bekannt als Serial ATA. Für spezielle Anwendungen finden Sie auch Serial Attached SCSI (SAS) oder Fibre Channel-Verbindungen. 

Im Gegensatz zu HDDs haben Solid-State Drives (SSD) keine beweglichen Teile, die sie verlangsamen könnten. Dementsprechend sind SDDs wegen ihres hohen Durchsatzes sehr attraktiv. Allerdings müssen Nutzer von Solid-State Drives bei der Speicherkapazität Kompromisse eingehen. Es gibt zwar SSDs mit hoher Speicherkapazität, aber im Vergleich zu HDDs müssen Sie dafür einen Aufpreis zahlen. 

Viele Unternehmen verwenden mittlerweile einen hybriden Ansatz und kombinieren die Geschwindigkeiten von Flash mit dem Speicherplatz von Festplatten. Eine ausgeglichene Infrastruktur erlaubt es Unternehmen, die richtige Technologie für verschiedene Speicheranforderungen zu verwenden. Außerdem bietet dieser Ansatz eine wirtschaftliche Möglichkeit, von traditionellen HDDs zu Flash zu wechseln, ohne ausschließlich diesen neuen Speichertyp zu verwenden.

Vor- und Nachteile von Solid-State Drives
Vorteile:

- Hohe Leistung: Solid-State Drives sind aufgrund ihres Flash-basierten Speichersystems schneller als herkömmliche Festplatten. Sie sind daher ideal für die Ausführung von Apps, das Hochfahren Ihres Windows- oder Mac-Betriebssystems oder die Übertragung von Dateien. Mit abnehmender Speicherkapazität können Solid-State-Drives jedoch zunehmend langsamer werden. 

- Einfache Verwendung: SDDs sind einfach zu installieren und haben keine beweglichen Teile. Aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts sind sie außerdem äußerst portabel, was sie für beliebte mobile Geräte wie das Mac Book und das iPad äußerst attraktiv macht. 

- Langlebigkeit und Zuverlässigkeit: Thermische Probleme, die durch hohe Umdrehungen pro Minute (RPM) und mechanische Abnutzung verursacht werden, führen im Laufe der Zeit zu einer Verschlechterung der Festplatten und machen sie anfällig für Vibrationen, Stürze und Erschütterungen.

Nachteile:

- Begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen: Der größte Nachteil von SSDs ist, dass sie nur eine begrenzte Anzahl von Schreibvorgängen während ihrer Lebensdauer zulassen. Techniken wie Wear Leveling und Overprovisioning tragen jedoch dazu bei, dass auf Unternehmen abgestimmte SSDs viele Jahre lang ununterbrochen im Einsatz bleiben können.

- Kosten: Während die Kosten pro Speichereinheit (d. h. in Gigabyte (GB) oder Terabyte (TB)) von SSDs teurer sind als bei HDDs, ist der Energieverbrauch von SSDs geringer. Im Gegensatz zu HDDs verbrauchen SSDs keinen Strom, um die Festplatten aus dem Ruhezustand hochzufahren. Demzufolge beschert dieses Produktdesign den Unternehmen eine niedrigere Stromrechnung. 

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