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Die Lebenserwartung von 20-nm-Flash: Kein Grund zur Sorge

Intel SSD 335 (240 GB) im Test: Mit 20nm-NAND zum Preisrutsch?
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Die Lebenserwartung: Auch bei SSDs das Allerwichtigste

Die Maximalanzahl garantierter Schreibzugriffe (auf English: ‘Write Endurance’) wird oft verwendet, um gegen SSDs im Allgemeinen und gegen bestimmte SSD-Technologien im Speziellen zu argumentieren, obwohl es kaum jemanden geben wird, der dadurch wirklich schon Daten verloren hat.

Wer eine SSD in Desktop-PC oder Notebook einsetzen will, sollte sich von der maximalen Schreibzyklenanzahl keineswegs den Schlaf rauben lassen. Es ist mehr als unwahrscheinlich, dass sie im normalen Büroalltag dieser Grenze auch nur nahe kommen. Micron und Intel schätzen, dass ein typischer Büroanwender zwischen 7 und 10 GB an Daten schreibt, also etwa zwei DVDs mit Daten. Selbst Power-User, die darüber weit hinausgehen, werden es nach Adam Riese nicht schaffen, ihre SSD vor Ablauf der Garantiezeit zu zerstören. Sollte die SSD doch Probleme machen, dann ist das typischerweise eher ein Bug in der Firmware.

Trotzdem ist es interessant zu beobachten, wie die Maximalanzahl der Schreibzyklen mit jeder neuen Fertigungstechnologie schrumpft und wie die Hersteller es auf der Systemebene schaffen, der Physik ein Schnippchen zu schlagen. Da es sich bei der Intel SSD 335 um die allererste SSD auf Basis des IMFT 20nm-Flash handelt, interessiert es uns brennend, wie sich ihre Lebenserwartung von der einer SSD 330 unterscheidet.

Was uns bei dieser Abschätzung hilftm heißt ‘Media Wear Indicator’, kurz MWI - ein Abnutzungsindikator, der bei 100 beginnt und sich im Zuge der Verwendung allmählich Richtung 0 bewegt. Da die Anzahl der Lösch- und Schreibzyklen einer Zelle von NAND-Flash begrenzt ist, ist der MWI ein guter Indikator, welcher Prozentsatz an Schreibzyklen noch übrigbleibt.

Wenn der Indikator 0 erreicht hat, dann sind die Lösch- und Schreibzyklen der SSD erschöpft. Das heißt nicht unbedingt, dass kein Schreibvorgang mehr möglich ist, aber man muss sich des Risikos bewusst sein, auf einer SSD, die nominell am Ende ihrer Lebenserwartung angelangt ist, noch wichtige, vielleicht unwiederbringliche, Daten abzuspeichern. Im kommerziellen Umfeld, etwa bei Servern, wird dem MWI große Beachtung geschenkt und eine entsprechend großzügige Reserve einkalkuliert.

Theoretisch verkraftet 20nm-Flash weniger Schreibzyklen – aber ist das in der Praxis relevant?

Maximalanzahl Schreibzyklen
sequenzielle Test-Last, QD=1, 2 MB
Intel SSD 320
Intel SSD 335
NAND-Typ
Intel 25 nm MLC
Intel 20 nm MLC
Bruttokapazität
320 GB
256 GB
Netto-Kapazität (nach IDEMA)
300 GB
240 GB
Overprovisioning (Reserveblöcke)
7%
7%
gezählte Lösch-Schreibzyklen (IDEMA)5460
1037
gezählte Lösch-Schreibzyklen (brutto)51191538
Schreibdatenmenge je Prozent des MWI16,38 TB
3,60 TB

Intel spezifiziert die maximale Schreibdatenmenge für die SSD 335 nicht, aber unsere Analyse ergibt die Zahl von 360TB von nichtkomprimierbaren Schreibdaten. Wenn man dem MWI Glauben schenken darf, dann liefert uns eine einfache Berechnung (Schreibdatenmenge je Prozent des MWI mal 100 geteilt durch die SSD-Größe) das Ergebnis, dass eine 20-nm-Flash-Zelle etwa 1500 Lösch-Schreibzyklen aushält. Obgleich das gegenüber den 5000 Zyklen, die Intel für 25nm-Flash spezifiziert, sehr niedrig wirkt, sollte es keinen Grund zur Besorgnis darstellen.

Denn die Maximalanzahl der Lösch-Schreibzyklen gilt pro Flashzelle. Je grösser aber die SSD ist, desto länger dauert es, bis alle Zellen einmal gelöscht und wieder beschrieben wurden, was bedeutet, dass größere SSDs auch länger halten. So gesehen macht es durchaus Sinn, dass Intel vorerst nur eine 240GB-SSD mit 20nm-Technologie anbietet. Wenn man annimmt, dass jeden Tag 10GB an Daten geschrieben werden - ein Wert, der ohnehin hoch angesetzt ist, weil der SandForce-Controller ja in Hardware komprimiert – dann dauert es länger als 100 Jahre, bis alle Flash-Zellen an ihrer Lebenserwartungsgrenze angekommen sind.

Zudem sind sequentielle Schreibvorgänge deutlich SSD-freundlicher als zufällig verteilte Schreibzugriffe. Die folgenden Zahlen stammen aus unserem Testbericht zu Intels SSD 520 und dienen hier nur zur Illustration, sie verdeutlichen aber, dass sequentiell geschriebene komprimierbare Daten selbst für kleine SSDs durchaus schonend sind.

Auswirkung zufälliger Schreibzugriffe auf die Lebenserwartung
Lastverhältnis: 35% 128 KB sequenziell, 65% 4 KB zufällig
128 KB sequenziell: 66% Lesevorgänge, 34% Schreibvorgänge
4 KB zufällig: 66% Lesevorgänge, 34% Schreibvorgänge
Full Span, QD=1,  Dauer rund 3 Stunden
Intel SSD 520 60 GB
nicht komprimierbar
Intel SSD 520 60 GB
komprimierbar
Schreibdatenmenge vom Computer211 GB
583 GB
tatsächliche Schreibdatenmenge zum NAND-Flash616 GB
100 GB
Write Amplification
2,9x
0,17x
aufgebrauchter Prozentsatz des MWI (E2)0,078%
0,037%
Lebenserwartung bei diesem Szenario0,170 Jahre0,905 Jahre
Geschätzte Lebenserwartung der SSD
(bei geschriebenen 7 GB pro Tag)
5,12 Jahre75,37 Jahre

Von Gesprächen mit SandForce wissen wir, dass das Ausmaß der Datenkomprimierung bei allen SSDs mit SandForce-Controller gleich ist und nicht etwa von der Firmware abhängt – mit anderen Worten, die Write Amplification ist unabhängig vom Herstellerlogo auf der SSD gleich groß.

Da unsere Milchmädchenrechnung ergeben hat, dass das neue 20nm-Flash etwa 30% der Lebenserwartung des 25nm-Flash aufweist, können wir die Lebenserwartungswerte aus der obigen Tabelle mit 0,3 multiplizieren, um die theoretische Lebenserwartung des hypothetischen 60GB-Modells der SSD 335 zu erhalten. 5,12 Jahre mal 0,3 ergibt aber nur 1,5 Jahre – eine nominelle Lebensdauer, die natürlich für ein Produkt mit dreijähriger Garantiezeit inakzeptabel wäre. SSD-Hersteller ziehen es selbstverständlich vor, wenn die theoretische Lebensdauer ihre Produkte die Garantiezeit übersteigt – insofern ist es unwahrscheinlich, dass es jemals ein Modell der SSD 335 geben wird, das über eine geringere Speicherkapazität als 180GB verfügt.

Heißt dass, dass die Kapazität zukünftiger SSDs mit Flash-Chips der 1x-nm-Generation zwangsläufig immer weiter zunehmen wird? Nicht unbedingt, denn die 64GB Samsung 840 Pro hat trotz 21nm-Flash eine Garantiezeit von fünf Jahren. Auch Intel wird vielleicht eine technische Lösung finden, um dem stetigen Abschmelzen der Flash-Lebenserwartung Einhalt zu gebieten.

Alle 4 Kommentare anzeigen.
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  • ypnaphelios , 12. November 2012 10:06
    Gibt es auch eine 480 GB große Variante mit 120 GB?

    ...die 240 GB große Variante mit 240 GB herausgebracht...

    Ansonsten: Schöner Artikel.
  • Brat , 12. November 2012 13:08
    fülle mal eine ssd mit 1byte grossen dateien auf 4kb sektoren, dann ja
  • benkraft , 12. November 2012 16:22
    ypnapheliosGibt es auch eine 480 GB große Variante mit 120 GB?...die 240 GB große Variante mit 240 GB herausgebracht...Ansonsten: Schöner Artikel.


    Danke für den Hinweis. Drei Mal drüber gelesen, dann doch nicht gesehen. Manchmal sind es die offensichtlichsten Dinge, die man nicht erkennt.... Ist korrigiert.
  • klomax , 17. November 2012 14:34
    Die höhere Lebenserwartung einer 240er gegenüber einer 60er oder 120er ist wohl in Relation zur Speicher-Auslastung zu sehen. - Und wie ich das Laufwerk überhaupt nutze (Auslagerung, Read-Only mit vereinzelten Installationen, etc...).

    Die Rechnungen klingen horrormäßig, sind aber für einen durschnittlichen Anwender zu vernachlässigen.

    Eine große SSD hält imo dann nicht länger, wenn sie bis unter den Rand andauernd vollgeschrieben und dann wieder gelöscht wird. - Deshalb lässt man ja auch einen prozentualen Anteil des Laufwerks frei, egal ob 60 GB oder 512 GB, um den Verschleiß zu minimieren.

    Dass eine kleine 20nm-Legion (von Speicherzellen) schneller aufgerieben werden kann als eine große, naja, das versteht sich beinahe von selbst. - Größere Legionen halten im günstigsten Falle natürlich länger durch, aber das hängt auch von der Strategie ab, im Falle der SSD-Technik vom Anwendungsszenario.
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