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Do More Warum nicht alle SSDs gleich sind

Das Design von SSD umfasst zwei integrierte Schlüsselkomponenten: den nicht-flüchtigen Speicher und den Controller.

Solid-State-Speicher ist ein spannender Technikbereich, der für eine breite Palette an Enterprise-Anwendungen eine hohe Leistung verspricht. Leider sorgten einige SSD-Hersteller (SSD – Solid State Drive) für Verwirrung mit gewagten Behauptungen und der Positionierung ihrer Lösungen für das Unternehmen, wo diese im tatsächlichen Einsatz nicht immer den geweckten Erwartungen gerecht wurden. Zudem verstärkte das Fehlen von Teststandards im Enterprise-Raum – eine anwendungsintensive Umgebung für Unternehmen, die keine übermäßigen Fehler dulden können – dieses Problem.

Entwicklung einer SSD: Grundlagen

Das Design von SSD umfasst zwei Schlüsselkomponenten, die zur Erstellung einer Solid-Lösung integriert sein sollten: den nicht-flüchtigen Speicher und den Controller.

Der am häufigsten in SSDs verwendete Speicher ist nicht-flüchtiger NAND-Flash-Speicher und wird in unterschiedlicher Qualität hergestellt. NAND ist so konzipiert, dass es entweder Single Level Cell (SLC) oder Multi Level Cell (MLC) verwendet. SLC führt ein Bit pro Zelle (1 bpc), ist robuster, jedoch auch erheblich kostspieliger mit größerer Speicherkapazität herzustellen. Auch hat SLC den Nachteil, hohe Kosten mit geringerer Gesamtkapazität zu kombinieren.

MLC NAND hat eine geringere Lebensdauer, da mehrere Datenbits in jeder Zelle geteilt werden, aber MLC bietet eine größere Speicherkapazität und kann wesentlich kostengünstiger hergestellt werden. MLC wird mit Varianten mit 3 Bit pro Zelle (3 bpc) und 2 Bit pro Zelle (2 bpc) angeboten, wobei die 3-bpc-Varianten die größte verfügbare Kapazität auf Kosten langsamerer Leistung bieten.

Nach dem NAND wird eine entscheidende Komponente einer SSD zum Controller. Der Controller ist die Kommandozentrale für den NAND-Speicher, die bestimmt, wo jede Speicherzelle Daten liest oder schreibt, und mit der Schnittstelle zum Computer kommuniziert. Da NAND an sich als Medium nicht perfekt ist, besteht ein entscheidender Teil der Entwicklung daraus, wie der Controller reagiert und Fehler korrigiert. Zudem beschränkt NAND die Anzahl der Schreibvorgänge pro Zelle, die vor einem Verschleiß der Zelle möglich sind. Ein gut konzipierter Controller umfasst mehrere Arten der Verschleißabstufung, eine Technik, die mithilfe von Algorithmen die Nutzung der Zelle verwaltet und die Daten über das ganze NAND verteilt, um die SSD-Lebensdauer zu maximieren.

Zuletzt sind NAND und sein Controller in den Zusammenbau von Elektronik und ASIC als endgültige Komponenten des Systems integriert. Das ASIC- und Elektronikdesign unterstützt die erforderlichen Stromspannungen zum SSD. Designs und die Qualität der gewählten Komponenten können hier variieren. Ein schlechtes ASIC-Design kann zu vorzeitigem Komponentenausfall führen, das ist also kein Bereich, der vernachlässigbar wäre.

MLC und SLC im Unternehmen

In den Anfängen der SSD-Designentwicklung war die Positionierung von SLC-basierten Designs für die leistungsstärksten Enterprise-Anwendungen gedacht, jedoch nur für Nischenanwendungen eingesetzt, bei denen die Speicherkosten keine wichtige Rolle spielten.

In den meisten großen Unternehmen sind Systemkosten und IT-Budget beschränkt. Daher könnten MLC-basierte Lösungen geeigneter sein. Jedoch bleibt der Aspekt der Schreibrobustheit und der Zuverlässigkeit beim Einsatz von MLC im Unternehmen ein Anlass zur Sorge. SSD-Entwickler wissen, dass MLC durch das Lösen von Problemen im MLC-Bereich ideal für die Mehrheit der Speichersysteme an den Segmenten mit Transaktionsleistung des oberen Tier 0 geeignet wäre. Daher schlossen sich Seagate und Samsung zusammen, um diese Herausforderungen zu meistern. Mit der Expertise von Seagate in der Fehlerkorrektur von Medien und Samsungs Kenntnissen über NAND nehmen die beiden Unternehmen nun die Entwicklung einer SSD-Lösung auf der Basis von MLC in Angriff, die die Anforderungen der Umgebungen in großen Unternehmen erfüllen kann.

Enterprise- und Client-Klasse

Für herkömmlichen HDD-Speicher (HDD – Hard Disk Drive) wird die Zuverlässigkeit für die Enterprise-Klasse täglich rund um die Uhr bei voller Auslastung getestet. Die Enterprise-Klasse beruht auch auf Umgebungen mit mehreren Festplatten mit Betonung auf Direktzugriffsmuster und gemischte Arbeitslasten. Speicher der Nicht-Enterprise- bzw. Client-Klasse wird auf der Basis der typischen Nutzungszyklen von 8 Stunden pro Tag getestet. Zusätzlich richtet sich Speicher der Client-Klasse an Umgebungen mit nur einer Festplatte.

SSD-Speicherbedarf ist derselbe wie für Festplattenlaufwerke im Unternehmen, aber bis vor Kurzem gab es keine Standards. Zuvor gab es ein Problem am Markt, da viele SSDs als Enterprise-Klasse angepriesen wurden, aber nicht als echte Enterprise-SSDs funktionierten und bei OEM-Qualifikationen und im Außendienst hohe Fehlerraten erfuhren.

Im September 2010 veröffentlichte die JEDEC Solid State Association zwei Gruppen von Standards für die SSD-Lebensdauer und -Zuverlässigkeit. JEDEC JESD218 und JESD219 befassten sich mit den erforderlichen Standards zur Unterscheidung zwischen SSD-Lebensdauer in der Enterprise- und der Client-Anwendungsklasse, den beiden grundlegenden Klassen, die als die Bausteine für die gegenwärtige und die zukünftige Entwicklung von Solid-State-Standards dienen. Beide Dokumente zu Standards sindals Download verfügbar. Diese Standards definieren spezifische Anforderungen für jede Anwendungsklasse, beschreiben eine Testmethodologie und erstellen ein SSD Endurance Rating, das einen Standardvergleich für die SSD-Lebensdauer nach Anwendungsklasse bietet.

Seagate war aktiv an der Entwicklung der JEDEC-Standards beteiligt und führte den Vorsitz im JEDEC JC-64.8 Subcommittee, das die Plattform für die dringend gebrauchte Entwicklung von Solid-State-Standards bot. Durch die aktive Teilnahme an der Entwicklung dieser Standards und das Liefern eines Testpfads werden OEM-Speicherhersteller und Kunden besser bedient, indem sie endlich SSDs haben, die getestet, validiert und dann zuversichtlich in die meisten geeigneten Speicherumgebungen platziert werden können.

Tabelle: MLC und SLC

MLC SLC
Mehrere Bits pro Zelle (2 bpc oder 3 bpc) Ein Bit pro Zelle (1 bpc)
Schnelle Performance, aber langsamer als SLC Schnellste Performance
Kürzere Lebensdauer Längere Lebensdauer
Geringere Kosten Höhere Kosten
Größere Speicherkapazität Geringere Speicherkapazität


Die Informationen dieser Marketingmitteilung erschienen bereits als Artikel unter enterprisestorage.com (Dezember 2010), verfasst von Teresa Worth, Senior Product Marketing Manager bei Seagate, und David Szabados, Senior Corporate Communications Manager bei Seagate.

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