Solid-State-Drive: Was ist SSD?

Was ist ei­gent­lich SSD? Hinter der Abkürzung verbirgt sich eine moderne und schnelle Fest­plat­ten-Tech­no­lo­gie. Vorläufer der SSDs gab es al­ler­dings schon seit den 1950er Jahren, die ei­gent­li­chen SSD-Speicher ab 1970. Die damaligen Lösungen waren extrem teuer, hatten eine geringe Le­bens­er­war­tung und verloren ohne Strom­ver­sor­gung die Inhalte (flüchtige Da­ten­spei­cher).

Erst in den 1990er Jahren kam die erste Flash-basierte SSD auf den Markt, die die einmal ge­spei­cher­ten Daten un­ab­hän­gig von der Strom­ver­sor­gung behielt, also nicht­flüch­tig war. Neben den Flash-Modulen werden auch SDRAM-Spei­cher­mo­du­le – vor allem als Zwi­schen­spei­cher während der Nutzung – ein­ge­setzt, die zwar flüchtig, aber bedeutend schneller als her­kömm­li­che RAMs sind. In­dus­tri­el­le SSDs erreichen aktuell Spei­cher­ka­pa­zi­tä­ten bis zu 100 TeraByte bei 5 Millionen Schreib­zy­klen und einem zu­ge­si­cher­ten Da­ten­er­halt bis zu 10 Jahren. Sie kommen z. B. auf schnellen Servern mit SSD zum Einsatz.

Die englische Abkürzung „SSD“ steht für Solid State Drive. Mit „Solid State“ werden Halb­lei­ter­bau­ele­men­te be­zeich­net; „Drive“ ist das Laufwerk – auf Deutsch sinngemäß also „Laufwerk aus Halb­lei­ter-Elementen“. Seltener kursiert auch die Be­zeich­nung „Fest­kör­per­lauf­werk“. Bei einer SSD handelt es sich also um eine Anordnung von sehr vielen Halb­lei­ter­ele­men­ten, die von einer Da­tei­ver­wal­tung zur Spei­che­rung von digitalen Daten genutzt werden. Für die Or­ga­ni­sa­ti­on der Daten auf einer SSD können die in separaten Ratgebern erklärten Da­tei­ver­wal­tungs­sys­te­me FAT32 und NTFS benutzt werden.

In einer SSD werden die zu spei­chern­den In­for­ma­tio­nen in Halb­lei­ter­zel­len ge­schrie­ben. Diese Zellen bewahren ihren Status auch dann, wenn keine Strom­ver­sor­gung anliegt – das Prinzip des Flash-Speichers. Dabei kann eine einzelne Spei­cher­zel­le nur zwei Zustände haben: geladen oder ungeladen. Diese Methode trägt die Be­zeich­nung Single Level Cell (SLC) und wird vor allem in sehr teuren, in­dus­tri­el­len SSDs verwendet. Eine Zelle ent­spricht dabei einem Bit – was ver­deut­licht, wie viele solcher Zellen nötig sind, um bei­spiels­wei­se ein Gigabyte (1 GB) zu rea­li­sie­ren: Das sind 10⁹ = 1 Milliarde Spei­cher­zel­len (exakter Wert: 2³⁰ = 1.073.741.824). Ein einzelner Buchstabe in ASCII-Codierung ver­braucht allein schon 8 Bits. Da lässt sich erahnen, wie viel Spei­cher­platz für ein Text­do­ku­ment oder gar für Bilder benötigt wird.

Al­ler­dings ist es auch möglich, ver­schie­de­ne Span­nungs­grö­ßen in einer Zelle zu nutzen, sodass mehr als 1 Bit pro Spei­cher­zel­le ge­spei­chert werden kann. Diese Art der Spei­che­rung wird Multi Level Cell (MLC) genannt und erlaubt meist 2 Bits pro Zelle. Somit kann man mehr Daten auf der Fläche un­ter­brin­gen und Kosten sparen. Ihr Nachteil ist die geringere Anzahl an Schreib­zy­klen. Ein weiterer Ver­dich­tungs­schritt heißt Triple Level Cell (TLC), was die Her­stel­lungs­kos­ten weiter senkt.

Halb­lei­ter haben eine begrenzte Le­bens­dau­er. Um dem ent­ge­gen­zu­wir­ken, hat eine SSD eine interne Über­wa­chung, die ab­ge­nutz­te Spei­cher­zel­len aufspürt. Dieses so­ge­nann­te Bad Block Ma­nage­ment markiert Zel­len­blö­cke mit aus­fall­be­droh­ten Spei­cher­zel­len als feh­ler­haft und ersetzt diese durch Zellen aus einer vor­ge­hal­te­nen Reserve. Diese umfasst je nach SSD-Auslegung zwei bis sieben Prozent der Ge­samt­spei­cher­ka­pa­zi­tät und ver­län­gert die Le­bens­dau­er einer SSD erheblich.

Nicht unerwähnt bleiben soll der Son­der­fall Hybrid-Fest­plat­te (auch HHD). Dabei handelt es sich um eine Kom­bi­na­ti­on aus einer HDD-Fest­plat­te und einer SSD. Der schnelle Flash-Speicher der SSD kann die Ge­samt­ge­schwin­dig­keit eines solchen Hybrids gegenüber normalen HDDs steigern, kommt aber an die von sin­gu­lä­ren SSDs nicht heran.

Wo Licht ist, ist auch Schatten; aber der Schatten hält sich bei SSDs wahrlich in Grenzen.

Ein her­aus­ste­chen­der Vorteil der SSDs sind ihre kurzen Zu­griffs­zei­ten auf die Daten, die bei rund einem Hun­derts­tel der Zeiten von HDDs liegen. Dazu kommen viel höhere Da­ten­trans­fer­ra­ten beim Lesen und Schreiben. Eine SSD benötigt keine An­lauf­zeit und hat keine me­cha­ni­schen Bauteile (einmal abgesehen von den Steck­ver­bin­dern zum Anschluss). Zudem ist diese Tech­no­lo­gie er­schüt­te­rungs- und vi­bra­ti­ons­fest, hat einen geringen En­er­gie­be­darf und ent­wi­ckelt so weniger Ei­gen­wär­me. Das Volumen-Spei­cher­platz-Ver­hält­nis ist ebenfalls günstiger. Viele Nutzer schätzen den lautlosen Betrieb einer SSD.

SSD-Fest­plat­ten sind (noch) deutlich teurer als her­kömm­li­che Fest­plat­ten und die Anzahl der Schreib-Lese-Zyklen ist aufgrund der Ei­gen­schaf­ten der benutzten Halb­lei­ter begrenzt. SSD-Laufwerke sind zudem emp­find­lich gegen sehr hohe Tem­pe­ra­tu­ren.

Wei­ter­ge­hen­de In­for­ma­tio­nen zu Vor- und Nach­tei­len der her­kömm­li­chen Fest­plat­te und der SSD finden Sie in unseren Ratgeber SSD vs. HDD. Mehr über das Verfahren Shingled Magnetic Recording zur Erhöhung der Spei­cher­dich­te in ma­gne­ti­schen Spei­cher­me­di­en erfahren Sie in unserem Artikel über SMR.

Im Consumer-Bereich werden immer mehr Geräte mit SSDs bestückt. Dazu gehören Laptops, PCs, Di­gi­tal­ka­me­ras oder digitale Mu­sik­wie­der­ga­be­ge­rä­te. Bei PCs werden ge­gen­wär­tig vielfach SSDs als Sys­tem­plat­te für das Be­triebs­sys­tem und die Programme verbaut, während eine (oft viel größere) HDD die Ar­beits­da­ten speichert. Smart­phones und Tablets haben meist eine kürzere Nut­zungs­dau­er als sta­tio­nä­re Geräte, sodass diese mobilen Begleiter geradezu prä­de­sti­niert für die Nutzung von SSDs sind. All diese Geräte pro­fi­tie­ren von dem geringen Gewicht, der Schnel­lig­keit und Sto­ß­un­emp­find­lich­keit einer SSD. Die Preis­ent­wick­lung von SSDs lässt vermuten, dass künftig alle Spei­cher­lö­sun­gen im End­ver­brau­cher­be­reich mit SSDs bestückt werden.

Pro­fes­sio­nel­le oder in­dus­tri­el­le An­wen­dun­gen sind vor allem Hoch­leis­tungs­ser­ver wie die IONOS-Server mit SSD, als zu­kunfts­ori­en­tier­te Spei­cher­lö­sun­gen. Aber auch High-End-Laptops oder -Desktops sind mit SSDs aus­ge­stat­tet. Zudem kommt diese Spei­cher­tech­no­lo­gie dort zum Einsatz, wo große In­for­ma­ti­ons­men­gen in (fast) Echtzeit be­reit­ge­stellt werden müssen. Dazu gehören Luft- und Raumfahrt – etwa für Flug­schrei­ber –, aber auch mi­li­tä­ri­sche An­wen­dun­gen.