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.