Es lebe die Revolution

 

Gastbeitrag von Azzkickr

Diskussion

 

Auf dem Hardwaremarkt kündigt sich erstmals seit Jahren wieder eine Revolution an. Neben den eher evolutionären Weiterentwicklungen wie DirectX 11, 32nm-Herstellungsprozessen bei Prozessoren, dem BIOS-Nachfolger EFI sowie den neuen Anschlüssen Display Port,
S-ATA III und USB 3.0 steht uns in einem lange vernachlässigten Bereich ein deutlich spürbarerer Leistungssprung bevor: die aktuelle Festplattentechnik steht vor ihrer Ablösung.

Dinosaurier sterben aus – schon wieder

Ursprünglich erfunden von der Firma IBM im Jahre 1956 (1) hat sich die Funktionsweise von Festplatten, sog. Hard Disk Drives, bis heute nur in Details, z.B. den verwendeten Materialien, der physischen Größe und bei der Speicherkapazität verändert. Das Grundprinzip blieb aber unangetastet: Sämtliche Daten werden in binärer Form durch gezielte Magnetisierung auf (mehreren) drehbaren Metallplatten, sog. Plattern,  gespeichert. Jenes Speichern sowie das spätere Abrufen der Daten wird durch Schreib- und Leseköpfe übernommen. Genau dieses, technisch sehr komplexe Zusammenspiel von Metallplatten und Schreib- bzw. Leseköpfen stellt jedoch den Flaschenhals der altgedienten Festplattentechnik dar. Selbst modernste Serverfestplatten, welche ihre Metallplatten mit bis zu 15.000 Umdrehungen pro Minute bewegen, sind an die Grenze des Machbaren gelangt.

Im privaten Konsumentenmarkt stellt gegenwärtig das Modell "VelociRaptor" der Firma Western Digital die Speerspitze in Sachen Leistungsfähigkeit dar. Durch ihre 10.000 Umdrehungen pro Minute realisiert sie eine, für klassische Festplatten beachtliche Zugriffszeit (2) von etwa 7.0 Millisekunden beim Lesen von Daten und 4.0 Millisekunden beim Schreiben selbiger. Je nach dem um welche Daten  es sich handelt (hierzu später mehr), werden diese anschließend im Durchschnitt mit vergleichsweise zügigen 100 MB/s (3) verarbeitet. Dies sind hervorragende Werte für eine traditionelle Festplatte, selbst wenn dadurch eine erhöhte Lautstärke, ein höherer Stromverbrauch sowie ein relativ hoher Anschaffungspreis in Kauf genommen werden muss.

Dennoch: die Raptoren laufen Gefahr, ein zweites Mal in ihrer Geschichte auszusterben. Die Nachfolgetechnik bringt sich in Stellung. Vorhang auf für die Solid State Drives!

Wer braucht schon Bewegung?

Entgegen den mechanischen Festplatten erlaubt es die Funktionsweise von SSD’s, ohne bewegliche Teile auszukommen. Die Hauptbestandteile einer SSD sind Flash-Chips, wie man sie im Prinzip bereits von USB-Sticks und Speicherkarten kennt sowie ein Controller, der die Zugriffe darauf koordiniert. Dabei ist die Qualität der SSD stark vom Typ der jeweils verwendeten Flash-Chips und Controller abhängig. Auf dem aktuellen Markt unterscheidet man bei den verbauten Chips zwischen NAND-Chips des Typs SLC (Single Level Cell) und MLC (Multi Level Cell). Der technische Unterschied zwischen den beiden Varianten liegt in der Art der Speicherung von Daten. Während SLC-Chips pro Zelle nur ein Bit speichern können, ist es MLC-Chips möglich pro Zelle bis zu vier Bit zu speichern. In der Praxis äußert sich dies vor allem darin, dass MLC-Chips höhere Speicherkapazitäten ermöglichen, aufgrund des komplexeren Datenverarbeitungsverfahrens aber bei Schreibzugriffen potentiell etwas langsamer sind und die prognostizierte Lebensdauer niedriger ausfällt. Nichtsdestotrotz sind  MLC-Laufwerke spürbar billiger und somit für den Heimnutzer die attraktivere Wahl.

Der Umgang mit diesen Speicherzellen obliegt den Controllern. Von ihrer Qualität hängt nicht nur die endgültige Geschwindigkeit des Laufwerks ab, sondern auch dessen Lebensdauer. Controller verwalten und ermöglichen jeden Zugriff auf eine Speicherzelle. Durch die Tatsache, dass jede dieser Zellen nicht unendlich oft beschrieben werden kann, ist es essentiell davon abhängig, wie der Controller die zu speichernden Daten verteilt. Insbesondere in der Anfangszeit von SSD’s waren die Controller mängelbehaftet und limitierten nicht nur die Leistungsfähigkeit des Laufwerks, sondern sorgten auch für den Verlust von Speicherkapazität und die Beschädigung einzelner Speicherzellen.

Von diesen Kinderkrankheiten ist man mittlerweile ein gutes Stück entfernt. Aktuelle Controller, welche fast ausnahmslos von Samsung, Indilinx, JMicron oder Intel produziert werden, leisten gute Arbeit und können ohne Einschränkung empfohlen werden. Wie jedoch schon im vorherigen Abschnitt anhand der Western Digital VelociRaptor soll aber auch hier, repräsentativ für die allgemeine Leistungsfähigkeit der SSD-Technik, der, für den Privatkonsumenten aktuell beste Vertreter seiner Art zu einem Technologievergleich herangezogen werden: die Intel X25-M.

Vergleich der Generationen

Betrachtet man sich die Ausgangssituation anhand der Preisliste, so kehrt bei beiden Produkten erstmal Ernüchterung ein. Die 74GB-Variante der VelociRaptor kostet aktuell rund 115 Euro, die 150GB-Fassung 135 Euro, womit letztere klar vorzuziehen ist. Demgegenüber stehen 80GB bei der Intel X25-M für knapp 200 Euro. Pro Gigabyte bezahlt man bei Intel somit 1,40 Euro mehr – ein deutlicher Aufpreis gegenüber einem ohnehin schon nicht günstigen Produkt. Beide Datenträger eignen sich dadurch nicht als klassisches "Datengrab", dafür sind die Kapazitäten zu gering und der Kaufpreis zu hoch. Der eigentliche Sinn solcher Festplatten liegt im ständigen Umgang mit vielen verschiedenen, kleineren Daten, also vornehmlich Situationen, wie sie bei der täglichen Arbeit mit dem Betriebssystem auftreten.

Bei einem Blick auf die technische Seite kann die Intel SSD ihren Rückstand wieder aufholen. Durch die Abwesenheit beweglicher Teile ergibt sich ein lautloser, stromsparender und kühlerer Betrieb bei gleichzeitiger Immunität gegenüber äußerlichen Stößen. Hier kann die traditionelle, mechanische Technik nicht mehr mithalten. Hinzu kommt, dass die Intel, wie auch andere SSD’s, kompakter gebaut ist und auch in Notebooks passt. Insbesondere bei der Zugriffszeit lassen sich aber deutliche Unterschiede erkennen: bei der SSD liegt die Zugriffszeit auf Daten, sowohl beim Schreiben als auch beim Lesen bei extrem schnellen 0.1 Millisekunden. In der Praxis bedeutet dies, dass sich keine Verzögerungszeit nach dem Ausführen eines Befehls ergibt; der Zugriff auf die Daten erfolgt unmittelbar. Hiergegen verblassen selbst die vergleichsweise guten 7ms bzw. 4ms der VelociRaptor. Dennoch hängt die endgültige Geschwindigkeit einer Festplatte essentiell davon ab, wie viel Daten sie letztlich pro Sekunde verarbeiten kann. Und an diesem Punkt wird die Thematik nicht nur etwas komplexer, sondern das Ergebnis auch uneinheitlicher. Es gilt, zwischen der theoretischen und maximalen Leistung sowie der realistischeren, weil alltagsnäheren Leistung zu unterscheiden.

Betrachtet man sich zuerst die maximalen, sequenziellen Transferraten, welche in der Praxis nur beim Zugriff auf sehr große Dateien, z.B. beim Kopieren von Filmdateien, und damit eher selten eine Rolle spielen, so lässt sich erkennen, dass die Intel beim Schreiben von Daten bei rund 80MB/s limitiert, wohingegen die VelociRaptor knapp 130MB/s erreicht. Die sequenzielle Leseleistung hingegen spricht Bände für die SSD: hier ist es die Intel, die bis zu 280MB/s erreicht. Demgegenüber stehen gut 125MB/s für die VelociRaptor (4).

Wie bereits erwähnt sind dies aber eher unwichtige Ergebnisse, die lediglich dazu dienen die theoretische Leistungsfähigkeit der Festplatte zu demonstrieren. Im alltäglichen Gebrauch sind es viel mehr die zufälligen Zugriffe auf kleine Dateien, die von Speichermedien absolviert werden müssen. Und hier schlägt letztendlich die Stunde der Intel X25-M: beim zufälligen Lesen von 4KB-kleinen Dateien, wie es in Windows häufig vorkommt, erreicht sie sehr gute 88MB/s. Dieses Ergebnis wird jedoch schier sensationell, wenn man sich den Wert der VelociRaptor betrachtet: sie erlangt lediglich 0.78MB/s (5). Ähnliches gilt für das zufällige Schreiben von 4KB-Dateien: Hier sind es 44MB/s, denen 1.5MB/s gegenüberstehen (6).

Bedenkt man nochmals, dass dies die Werte für die häufigsten Einsatzgebiete sind, so lässt sich ein deutlich flotteres Arbeiten mit dem Betriebssystem erwarten. Und letztlich wird diese Erwartung nicht enttäuscht: insbesondere das Starten von kleineren bis mittelgroßen Programmen wird erheblich beschleunigt. In vielen Fällen ist die Applikation bereits einen Bruchteil nach dem Doppelklicken geöffnet und startbereit. Für Spieler gleichsam interessant wie mitunter ernüchternd: Die Ladezeit von Spielen wird zwar ebenfalls um 10-20% reduziert, diese Verkürzung hält sich subjektiv betrachtet aber in Grenzen. Zudem ist das Maß der Verbesserung davon abhängig, auf wieviele einzelne Dateien das Spiel während des Ladevorgangs zurückgreifen muss. Im Prinzip gilt: je mehr (kleine) Dateien, desto deutlicher ist eine SSD im Vorteil.

Qualität hat seinen Preis

Das Ergebnis ist ziemlich eindeutig: selbst wenn man die synthetischen Werte ignoriert und sich nur auf das subjektive Gefühl verlässt, so kommt man nicht umher, der Intel X25-M seine Empfehlung auszusprechen. Bedenkt man, dass sich zu dem Geschwindigkeitsvorteil noch die Lautlosigkeit, die kühlere Betriebstemperatur, der geringere Stromverbrauch sowie die kleineren Dimensionen gesellen, fällt der hohe Preis kaum noch ins Gewicht. Deswegen: wer aktuell 200 Euro übrig hat und dessen andere Komponenten noch gute Arbeit verrichten, der sollte die Investition wagen. Der gefühlte Geschwindigkeitsschub wird in den meisten Fällen größer sein, als jener von einer Grafikkarten-, oder Prozessorgeneration zur nächsten.[TP]

1) Die erste Festplatte trug den Namen IBM 350, wog rund 500kg und hatte eine Baugröße von 61cm. Ihre Speicherkapazität lag bei 5 Megabyte.
2) der Zeitraum, bis sich die gewünschte Stelle der Metallplatte unterhalb des Schreib- oder Lesekopfes befindet
3) Mittelwerte; sowohl für die Schreib- als auch Lesegeschwindigkeit gültig. Siehe auch Tom's Hardware Test VelociRaptor Ergebnisse: Transferraten
4) Vgl. Computerbase Test: HDD vs. SSD -Abschnitt ATTO Disk Benchmark
5) Vgl. Computerbase Test: OZC Vertex 120 GB - Abschnitt Iometer
6) Vgl. Computerbase Test: HDD vs. SSD - Abschnitt Iometer