SSD-Grundlagen: Ein Überblick über die Technologie der schnellen Speicher

SSDs haben bei vergleichsweise geringen Kosten enorme Auswirkungen auf die gefühlte Performance eines Rechners. Eine stärkere CPU oder GPU merkt man im Alltag fast nicht - eine SSD statt HDD im Rechner dagegen schon. Aber wie funktionieren sie eigentlich?

Zuerst mal möchten wir noch einmal kurz näher beleuchten, was alle bereits zu wissen glauben, um sicherzustellen, dass wir auf der gleichen Grundlage aufbauen. Solid State Drives bestehen je nach Definition aus drei bis vier Kernkomponenten, die wir nachfolgend kurz benennen wollen.

Der Controller

Aktuell sehen wir hier eine wilde Mischung aus ARM- und RISC-Prozessoren. Allen ist gemein, dass sie die Daten vom Host zum Flash und wieder zurück vermitteln. Proprietäre Controller-Typen verlieren immer mehr an Relevanz – und das ist letztlich gut für die Kunden, weil eine Standardisierung immer die Leistungsfähigkeit der Produkte und den Konkurrenzkampf der Hersteller fördert. 

Flash-Speicher

Bei SSDs reden wir praktisch immer von NAND-Flash. Bei NAND-Flash werden die Zellen in Reihe geschaltet und es kann immer nur blockweise gelesen werden. Vorteil gegenüber NOR-Flash, bei dem die einzelne Zelle adressiert werden kann, ist der wesentlich geringere Platzbedarf für Adressleitungen. Somit wird bei NAND-Flash-Speicher eine erheblich höhere Datendichte auf dem Chip erreicht.

Auf die einzelnen Typen des NAND-Flashs wollen wir später im Detail eingehen, aber soviel sei jetzt schon verraten: Einfacher ist der Überblick in den letzten Jahren nicht geworden. 

Platine (PCB) und Cache

Flash- und Controller-Bausteine wollen natürlich auf einer hochwertigen Platine untergebracht werden; inzwischen kommen hier in der Regel 6- oder 8-lagige Platinen zum Einsatz. Zum Vergleich: Eine handelsübliche SD-Karte hat zwei Lagen, ein Mainboard acht Lagen und die Platine eines Smartphone gerne mal 12 Lagen.

Je nach Art des Controllers kommt noch ein weiter Chip dazu – ein DRAM-Cache. Auch hier gibt es verschiedene Ansätze: Bei einigen SSDs wird dieser Cache rein zur Unterstützung der internen Controller-Funktionen genutzt, andere greifen auch in Form von Schreib-Caches auf diesen Chip zurück. Zwingend erforderlich ist er nicht; die lange Zeit so beliebten SF2281-Controller von LSI kamen komplett ohne Cache aus.

Für die fertige SSD fehlen dann nur noch einige passive Bauelemente zur Spannungsregulierung, ein Konnektor sowie je nach Bauform das Gehäuse.

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28 Kommentare
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    Dein Kommentar
  • quixx
    Zitat:

    ...ist der wesentlich geringere Platzbedarf für Datenleitungen.


    Adressleitungen!

    Da frage ich mich schon, wie so ein Blockschaltbild mental erfasst werden kann, wenn der Autor die ersten Schritte beim Verständnis der Datenspeicherung übersprungen hat.

    "Sind eben Adressdatenleitungen" mag als Ausrede für einen reinen Käufer genügen. Für jemand, der IT verstehen will, sicher nicht. Jede, auch die simpelste Speicherzellenanordnung hat zwei Typen von Anschlüssen:
    Adress- oder Datenleitung.

    Der dritte Typ ist Kommando, da reicht erstmal prinzipiell eine: "read or write".
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  • Tesetilaro
    entspann dich, das kann passieren, auch wenn es das nicht sollte - ich trigger Gerald an, was die Ausbesserung angeht...
    Wenn Du das netter formuliert hättest, vermutlich sogar mit einem dicken Danke - so hat das einen beigeschmack ;)
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  • quixx
    Anonymous sagte:
    - so hat das einen beigeschmack ;)


    Hast recht.

    Aber so eine Ignoranz schockiert erst mal, wenn man etwas über SSDs lernen will.

    Denn ich lese solche Artikel nicht, um Korinthen zu kacken.

    Kann man solche Artikel nicht deutlich als "aus dem Französischen übersetzt" kennzeichnen?

    Kann man nicht, dann liest sie keiner mehr.
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  • Tesetilaro
    du hast ja keine ahnung :p siehe pn

    mal davon abgesehen, daß der laie nicht drüber stolpert, einfach weil er es nicht besser weiß und der versierte schmunzelt oder meckert...
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  • quixx
    Anonymous sagte:
    du hast ja keine ahnung :p siehe pn


    Internas der THG kenne ich nicht, aber Technik scheinbar besser.
    So sind die Internas eben wichtiger als "stimmt oder nicht".

    Anonymous sagte:

    mal davon abgesehen, daß der laie nicht drüber stolpert, einfach weil er es nicht besser weiß und der versierte schmunzelt oder meckert...


    Der Laie liest das nicht. Ich lese ja auch keine Bunte.
    Jeder liest, was er verstehen will. Ich will Bunte nicht verstehen.

    Um Bunte zu verstehen, müsste man genau wissen wer wen mit wie viel Geld geheiratet hat.
    Um SSDs zu verstehen, muss man Daten- und Adressleitungen auseinander halten.

    (Korinthentechnisch: ...und Busse verstehen)
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  • MyRunner
    Ich hab mir jetzt mal die Stelle durchgelesen. An der Stelle kann ich gut mit allgemeinen "Datenleitungen" leben. Solange hier eh nicht ausgefuehrt wird, wie Datenleitungen und Addressleitungen unterschieden werden und wann welche Daten da drueberwandern.

    Erst wenn es zu den Details kommt, wie die Addressierung und Datenuebertragung genau erfolgt etc, waere das wichtig. So sind "Addressen" auch einfach nur Daten, die halt nicht gespeichert werden.
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  • quixx
    Anonymous sagte:
    Ich hab mir jetzt mal die Stelle durchgelesen. An der Stelle kann ich gut mit allgemeinen "Datenleitungen" leben. Solange hier eh nicht ausgefuehrt wird, wie Datenleitungen und Addressleitungen unterschieden werden und wann welche Daten da drueberwandern.


    Wie schon erwähnt lese ich das um etwas dazuzulernen.
    Da zweifle ich schon, wenn der Begriff Adressleitung nicht gekannt oder falsch geschrieben ist.

    Anonymous sagte:

    Erst wenn es zu den Details kommt, wie die Addressierung und Datenuebertragung genau erfolgt etc, waere das wichtig. So sind "Addressen" auch einfach nur Daten, die halt nicht gespeichert werden.


    Eine selig machende Einstellung.
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  • MyRunner
    Dann kann ich Dir weiterfuehrend z.B. http://www.eeherald.com/section/design-guide/esmod16.html empfehlen. Da gibts dann die Flash Grundlagen.

    Und die "selig machende Einstellung" kann man auch Abstraktion nennen.
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  • quixx
    Anonymous sagte:
    Dann kann ich Dir weiterfuehrend z.B. http://www.eeherald.com/section/design-guide/esmod16.html empfehlen. Da gibts dann die Flash Grundlagen.

    Und die "selig machende Einstellung" kann man auch Abstraktion nennen.


    Puh, schon erschrocken.

    Aber flash ist auch nicht anders bezüglich meiner Einwände

    Selig war eher biblisch gemeint.
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  • Tesetilaro
    Ich mache Dir einen vorschlag Quixx - mach es besser ;)
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  • quixx
    Anonymous sagte:
    Ich mache Dir einen vorschlag Quixx - mach es besser ;)


    Kann ich vermutlich nicht.

    Aber ich verstehe Dich, denn ich rege mich auch über Musik-Kritiker auf, die selbst kein Instrument spielen.
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  • Big-K
    Ihr zwei streitet euch gerne? :)
    Kann mir jemand beantworten warum meine SSD 840 512 im schreiben nur 150MB/s schafft wenn ich das OS drauf ausführe und benche as ssd, aber 340 MB/s schafft wenn das OS von ner anderen Platte aus läuft. Also hier idelt alles rum ist auch nix anderes verkabelt oder sonst was. btw lesen liegt in beiden fällen über 500MB/s gleich auf.
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  • Tesetilaro
    das ist soweit normal, weil das OS über die schiere Menge an zugriffen jede SSD etwas einbrechen lässt, etwas, das Festplatten noch viel mehr betrifft...

    sooo, dafür hat man für festplatten NCQ eingeführt siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Native_Command_Queuing)
    NCQ ist natürlich ursprünglich nicht für SSDs gedacht gewesen, inzwischen aber halbwegs brauchbar, verglichen mit ssds von vor 5 jahren *g* (weil die Firmware der SSD das feature sinnvoll nutzt)

    Siehe auch AHCI und viel spannender NVMe -> http://en.wikipedia.org/wiki/NVM_Express
    Alleine der Vergleich zeigt, wo der Flaschenhals ist ;)

    Die Hersteller der SSDs geben in den Datenblätter teilweise unumwunden zu, daß oft mit einer ssd die werte als "non-OS device" erreicht wurden, die marketing leute vergessen diesen Hinweis zumeist aus unerfindlichen Gründen :p

    weiter, wenn Du eine 840 Evo hast mach den rapid mode an, wenn Du mehr als 8 GB ram hast, dann baut sich die ein eigene Ramdisk von bis zu 3 GB als cache auf, das bedeutet dann für schicke benchmarks bis zu 6 GB/s als rate (zumindest sequentiell) und ist zumindest spürbar im alltag... Ob der rapid mode auch für die pro möglich ist, weiß ich grad ned
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  • legdocheinei
    Zitat:
    Ich mache Dir einen vorschlag Quixx - mach es besser ;)

    Na der Kommentar hat noch gefehlt. Wenn Du Deinen Fliesenleger demnächst mal anmaulst, weil er auf Deiner Terasse schiefe Fugen gezogen hat, bekommst Du diesen Quatsch hoffentlich mal selber zu hören.

    Das Totschlagargument der Hilflosen...

    So wie THG in der letzten Zeit von redaktioneller Seite krampfhaft in's Wachkoma geführt wird, wäre es vielleicht mal angebracht, Kompetenz im eigenen Aufgabengebiet aufzubauen und auch gelegentliche Kritik sachlich zu prüfen. Dann würde es vielleicht auch mal wieder etwas Reaktion und Austausch zu den Artikeln geben.

    Im Vergleich zu anderen Seiten, gibt es ja kaum noch Kommentare zu Artikeln und die wenigen Reaktionen, die es noch gibt, beschränken sich häufig darauf, warum THG sich so vehement dem Korrekturlesen verweigert oder warum irgendwelche nutzlosen oder gar inhaltlich falschen Newsmeldungen einfach von anderen Seiten kopiert und übernommen werden.
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  • Big-K
    Nein ist keine evo ist die alte.
    Laut recourcenmonitor haten sich die zugriffe in grenzen.
    Hab nen ram drive als sys und browser cache, da kann die kiste ruhig mal abschmieren ohne das was kaputt geht bei nen ssd schreibcache hab ich da so meine bedenken.

    interessant das der Recourcenmonitor bei den Schreibzugriffen von AS SSD kurzzeitig 350MB/s und mehr meldet, das Programm aber dann nur 120-200 MB/s (schwank sehr) ausgibt???
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  • Tesetilaro
    hm, strange - wobei ich verm,ute das liegt an irgendeiner fehleinstellung deiner ram disk... unterschreiben würde ich das aber nicht, firmware aktuell? AHCI angeschalten? etc. das üblcihe halt ;)
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  • Big-K
    hä nene die ramdisk hat mit dem benchmark nix zu tun. das nicht das samsung ding (Asrock).
    Aber ich kann mal AS über die ram disk laufen lassen wenn dich sowas interessiert :)
    Ja is alles aktuell und ohne AHCI bootet der gar net von ssd.
    Funktioniert ja auch beim boot von anderen platte.
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  • quixx
    Anonymous sagte:
    Ihr zwei streitet euch gerne? :)
    Kann mir jemand beantworten warum meine SSD 840 512 im schreiben nur 150MB/s schafft wenn ich das OS drauf ausführe und benche as ssd, aber 340 MB/s schafft wenn das OS von ner anderen Platte aus läuft. Also hier idelt alles rum ist auch nix anderes verkabelt oder sonst was. btw lesen liegt in beiden fällen über 500MB/s gleich auf.


    Mit was misst Du das denn?
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  • Tesetilaro
    schrob er doch ;)

    AS SSD heißt das tool, durchaus brauchbar weil man unkomprimierbare daten auswählen kann und somit der SF mannschaft nen strich durch die rechnunge machen kenn *g*

    Und das ein UNterschied besteht ist nachvollziehbar und normal, wobei mir die differenz zu groß erscheint, ich weiiß nur noch nicht wo der hase im pfeffer liegen könnte *g*

    mach doch bitte mal ein topic im tech support auf / forum frage, mit screen von as ssd, dann sehen wir weiter ;)
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  • Big-K
    Was willst du denn da sehen, glaubst du meiner aussage nicht? :)
    Nee das mir doch jetzt zu viel Arbeit. Sagen wir mal den virenscanner hat grad im hintergrund gerödelt ;)
    Lol jetzt waren es über 300 MB/s im schreiben, also alles ok :p
    Fast 900 im score!
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