Die Performance-Eigenschaften von Solid-State-Laufwerken auf Flash-Basis, sogenannte Flash SSDs, sind nicht unumstritten. Während bei den neuesten Produkten die Spitzenleistung mit einem Durchsatz von nahezu 250 MB/s und mehrere tausend I/O-Vorgänge pro Sekunde mehr als beeindruckend ist, kann die Performance im alltäglichen Gebrauch ganz anders aussehen. Sie kann nämlich dermaßen abfallen, dass selbst herkömmliche Festplatten eine konstantere Performance bieten. Von den Produkten mit schwacher Performance einmal abgesehen bieten die jüngsten Produktgenerationen von Intel und Samsung aber dennoch mehr Vor- als Nachteile. Wir haben im Detail analysiert.

Wie definiert sich Performance?

Im Vergleich zu Flash-SSDs ist die Performance-Bewertung von normalen Festplatten einfach: Für Desktop- und Notebook-Laufwerke ist der Datendurchsatz in Megabytes pro Sekunde und die Zugriffszeit in Millisekunden entscheidend. Bei Servern und Workstation-Produkten benötigen Sie vor allem hohe I/O-Performance, um eine entsprechende Kaufentscheidungen treffen zu können. Obwohl auch die Energieeffizienz immer wichtiger wird, sind die angesprochenen Charakteristika weiterhin die entscheidenden Eckpunkte.

Für die Messung der Performance in realen Umgebungen verwendet man Anwendungs-Benchmarks, da diese repräsentative Betriebssequenzen simulieren. Das Festplatten-Format (3,5”/2,5”), die Aufzeichnungstechnologie, Datendichte und die Umdrehungsgeschwindigkeit sind die Schlüsselfaktoren mit dem größten Einfluss auf die Performance. Abgesehen davon sind verbleibende Faktoren wie die Interface-Bandbreite oder Cache-Kapazität lediglich zweitrangig.

Flash-SSDs sind anders

Im Wesentlichen eignen sich Festplatten am besten zum sequentiellen Lesen und Schreiben von Daten. Wenn allerdings die Köpfe zur Bearbeitung zufälliger Vorgänge neu positioniert werden müssen, so verlangsamt das den Durchsatz und die Anzahl der möglichen I/O-Operationen pro Sekunde entsprechend. Hier treten Flash-SSDs ins Rampenlicht: Diese Produkte zeichnen sich durch eine äußerst kurze Zugriffszeit aus, da sie statt mechanische Komponenten zu bewegen lediglich die richtige Position innerhalb des Speicher-Arrays ansprechen müssen. Zudem bieten aktuelle SSDs ungefähr den doppelten maximalen Durchsatz einer herkömmlichen Festplatte, indem sie – ähnlich wie bei 2- und 3-Kanal-RAM-Konfigurationen bzw. der RAID-Technologie – den Flash-Speicher in mehreren Kanälen aufreihen. Erst durch die Auswertung der I/O-Performance wird schließlich die Intelligenz des Flash-Controllers deutlich, der in einer Flash-SSD eingesetzt wird: Durch den Controller wird die Performance maximiert und Wear Leveling für die Flash-Zellen zur Verfügung gestellt, so dass diese sich gleichmäßig abnutzen.

Die SSD als Black Box

Flash-SSDs sind mit der Zeit immer komplexer geworden und ähneln mittlerweile einer Art Black Box. Während man sich bei herkömmlichen Festplatten noch leicht vorstellen kann, wie Daten gespeichert werden, ist die physische Positionierung und Strategie zum Speichern von Daten bei Flash-SSDs nicht ganz so einfach. Je nach Typ des NAND-Flash-Speichers können Sie einschätzen, ob eine Flash-SSD lediglich bei sequentiellen Lesevorgängen gut ist oder ob diese zudem auch hohe Schreib- und I/O-Performance bietet. SLC-Flash (Single Level Cell) ist schneller, da es pro Flash-Zelle nur ein einzelnes Bit speichert. Allerdings ist SLC generell teuer – und damit meist zu teuer für Mainstream-Produkte. Die Alternative nennt sich MLC-Flash (Multi Level Cell). Dieser Typ speichert anhand mehrerer Spannungsebenen mehrere Bits pro Flash-Segment und bietet dadurch höhere Kapazitäten.

Allerdings führt die Kombination von klugen Controllern und mehreren Flash-Kanälen zu einer dynamisch angepassten Nutzung der verfügbaren Flash-Ressourcen. Ein sequentieller Datenstrom wird also niemals wirklich sequentiell geschrieben. Da eine Datei wenige Bytes bis hin zu vielen Gigabytes groß sein kann und Schreibvorgänge oft ein Auslesen, Löschen und Neubeschreiben von MLC-Zellen beinhalten, nimmt die Komplexität der Datenspeicherung tendenziell zu, was einen erheblichen Einfluss auf die Flash-SSD-Performance haben kann. Die Performance-Einflüsse werden umso stärker, sofern Sie die gesamte SSD-Kapazität nutzen, wodurch dem Flash-Controller weniger Möglichkeiten zur Optimierung der Performance bleiben. Diesbezüglich stehen allerdings ein paar Möglichkeiten zum Gegensteuern zur Verfügung - wie auch Firmware-Aktualisierungen einzelner Hersteller. Letztere dienen der Optimierung der Flash-Controller und verringern etwaige Performance-Schwankungen, bis zukünftige Betriebssysteme hoffentlich neue Dateisystemen bieten, die sich des zugrundeliegenden Speichertyps (Flash oder Festplatte) bewusst sind und Schreibvorgänge entsprechend anpassen.