Hybrid-Festplatten und SSDs im Aufwind

Rund 89 Prozent aller Notebooks sind 2012 noch mit einer klassischen magnetischen Festplatte ausgeliefert worden. Laut IDC wird der Anteil bis 2016 aber dank sinkender Flash-Preise zugunsten von SSDs (Solid State Drives), Hybrid-Festplatten und Dual Drives (SSD und HDD im Duett) auf nur noch etwa 52 Prozent sinken. Die "Hybriden" stehen noch ganz am Anfang - das zeigen schon die vielen Kürzel wie Hybrid-HDD, H-HDD, HHD und SSD. Doch schon in ein paar Jahren sollen sie sich noch vor der SSD zum zweitgrößten Notebook-Storage-Segment mausern. Mit den stetig wachsenden Flash-Speichern könnten sie zunehmend auch in Desktop-PCs und Workstations Einzug halten.

Hybrid-HDDs vor dem Durchbruch

Vermarket werden Hybrid-Festplatten als das "Beste aus beiden Welten" oder als perfekte Symbiose gewohnt hoher Festplattenkapazitäten mit der Geschwindigkeit einer SSD, auch wenn dies mit den heutigen kleinen Flash-Speichern nicht ganz erreicht wird. In der Regel werden 4 bis 8 GByte NAND-Flash-Speicher verbaut. In den kommenden Jahren soll die Kapazität aber auf 50 GByte und mehr steigen. Das werde Hybridplatten einen Leistungsschub bescheren, der auch den Weg in den B2B-Markt für Desktop-PCs und Workstations ebne, erwartet IDC-Analyst Daniel Bizo.

Der Vorläufer der modernen Hybrid-HDD (H-HDD), damals noch mit SDRAM, war die Quantum Rushmore von 1997. Sie wurde, wohl auch wegen des hohen Preises, drei Jahre später wieder eingestampft. Den Neuanfang mit Flash-Speichern machte im März 2007 die zwei Jahre später von Seagate übernommene Festplattensparte von Samsung. Seagate selbst hat Mitte 2007 nachgezogen und war samt dem Samsung-Part somit lange Zeit ziemlich allein auf weiter Flur.

Eine Sonderstellung nimmt die Mitte 2011 von OCZ Technology präsentierte RevoDrive Hybrid mit 100 GByte MLC-Flash und 500 GByte bis 1 TByte Festplattenspeicher ein. Denn es handelt sich dabei um eine PCIe-Steckkarte, womit sie sich für Desktop-PCs und Tower-Workstations, aber nicht für Notebooks eignet. Toshiba ist erst Ende 2012 auf den Plan getreten, Western Digital als dritter Festplattenhersteller hat zwar schon Muster versandt, allerdings noch keine fertigen Produkte auf dem Markt. WD arbeitet für die Hybrid-Laufwerke auch mit SanDisk zusammen, wie das Unternehmen Anfang Mai bekannt gab.

Western Digital WD Black SSHD
Western Digital hat zwar schon Samples verschickt und die WD Black SSHD auf der CES 2013 vorgestellt, die Verfügbarkeit lässt aber weiter auf sich warten.

Seagate SSHD
Seagate bietet inzwischen seine dritte Generation von Hybrid-Festplatten an. Neben der Serie Laptop SSHD im 2,5-Zoll-Format gibt es auch 3,5-Zoll-Modelle der Serie Desktop SSHD.

Toshiba MQ01ABD-H
8 GByte NAND-Flash hat Toshiba der ersten H-HDD mit dem kryptischen Namen MQ01ABD-H mitgegeben. Es gibt auch schon einen Prototypen mit 16 GByte Flash-Speicher.

Toshiba H-HDD Aufbau
So sieht der Aufbau der Hybrid-Lösung von Toshiba aus.

Intel SSD 910er Serie
SSDs als PCI-Express-Karten finden hauptsächlich in Workstations oder Servern Verwendung. Intels Enterprise-SSDs der Serie 910 bieten bis zu 800 GByte Kapazität und mit 2 GByte/s einen viermal so hohen Speicherdurchsatz als 2,5-Zoll-SSDs mit SATA III.

Toshiba SSD-Lineup
Toshibas SSD-Lineup zeigt die verschiedenen Formfaktoren und Größen, die Flash-Chips teils schon aus der 19-mm-Fertigung.

Samsung SSD 840
Samsung ist mit der Serie SSD 840 einer der ersten Anbieter von SSDs vom Typ TLC. In der Pro-Variante sind bis zu 512 GByte drin.

SanDisk ReadyCache
32 GByte Flash sollen schlappen Desktop-PCs mit der SanDisk ReadyCache Beine machen.

Transcend HSD310
Nur 10 g leicht, ist Transcends HSD310 im Half-Slim-Format ideal für Tablets und Ultrabooks. Nur etwas mehr Kapazität als 64 GByte wäre schön.

OCZ Vector SSD
5 Jahre Garantie gibt OCZ auf die Vector SSD mit SATA-III-Speed und bis zu 512 GByte Speicherkapazität. Andere haben ihe Garantie auf 3 Jahre verkürzt. Der Barefoot 3 Controller stammt von der neuen Tochter Indilinx.

OCZ Vector PCIe SS
Auf der CES 2013 als Prototyp gezeigt, bietet die OCZ Vector PCIe SS eine Lesegeschwindigkeit von bis zu 1000 MByte/s.

Kein Wunder, dass IDC-Mann Bizo den Hybrid-Anteil noch als marginal bezeichnet. Mit Toshiba und Western Digital als neuen Mitspielern soll der Hybridzug jetzt erst richtig anrollen. IDC geht davon aus, dass der H-HDD-Anteil bei Notebook-Festplatten von 5 Prozent in diesem Jahr bis 2015 auf 20 Prozent steigen wird. Demnach würden die Hybriden die SSD (17 Prozent Marktanteil in 2015) schon hinter sich lassen. Zusammen mit den Dual Drives sollen Hybridlösungen dann sogar schon 25 Prozent des Notebook-Storage-Marktes ausmachen.

Seagate mit neuer SSHD-Generation

Seagate hat seine dritte Generation von Hybrid-Festplatten auf der CeBIT 2013 vorgestellt. Neben der Serie Laptop SSHD im 2,5-Zoll-Format gibt es auch 3,5-Zoll-Modelle der Serie Desktop SSHD.

Die Notebook-Hybrid-Festplatten bietet Seagate in den Bauhöhen 7,0 und 9,5 mm an. Neben bis zu 1 TByte Kapazität verbaut der Hersteller 8 GByte MLC-NAND. Zusätzlich gibt es noch einen DRAM-Cache von 64 MByte. Die Desktop SSHD wird mit 1 und 2 TByte Kapazität angeboten. Der Flash-Speicher ist wie bei der Laptop SSHD 8 GByte groß.

Toshiba kombiniert NAND, DDR2 und HDD

Toshiba sieht sich als einziger Anbieter von Storage-Lösungen, der sowohl HDD- als auch NAND-Flash-Technologien entwickelt, so Europa-Vize-Chef Martin Larsson. Die Mitte 2012 angekündigten ersten eigenen Hybrid-Laufwerke haben eine dreistufige Konfiguration, die pyramidenförmig das Optimum an Preis-Leistung und Kapazität verkörpern soll.

Als Basis dient eine Festplatte mit einer Kapazität bis 1 TByte, in der Mitte liegt der flinkere NAND-Flash-Speicher mit bis zu 10 GByte, an der Spitze ein kleiner, superschneller DDR2-SDRAM-Cache. H-HDDs sind zwar auf das GByte berechnet weit günstiger als SSDs. Da aber derzeit noch Single-Level-Cells (SLC) zum Einsatz kommen, sieht Toshiba in naher Zukunft noch keine Preisänderung kommen - zumindest solange noch keine Hybriden mit der günstigeren Multi-Level-Cell-Variante (MLC) eingeführt werden.

Die Ende September 2012 vorgestellten 2,5-Zoll-H-HDDs der Serie MQ01ABD-H kommen mit 8 GByte NAND-Flash- und 1 TByte oder 750 GByte Festplattenspeicher und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 5400 U/min .Die SATA-Transferrate gibt Toshiba mit 6 GBit/s an, die Geräuschentwicklung im Suchmodus mit niedrigen 24 dB. Als Besonderheit weist der Hersteller auf selbstlernende Algorithmen zur Performance-Steigerung hin, die das Anwenderverhalten beim Datenzugriff analysieren, um jeweils den optimalen "Speicherort" für die Daten zu bestimmen. Häufig genutzte Daten zum Bespiel werden im schnellen NAND-Cache abgelegt, weniger häufig genutzte vom Flash-Speicher auf die Magnetscheibe verlagert.

SSD bald mit Speicher "satt"

Obwohl OCZ mit der PCI-Express-Karte OCZ RevoDrive Hybrid selbst eine ähnliche Lösung für Desktop-PCs im Angebot hatte, glaubt der Hersteller nicht, dass H-HDDs zu Mainstream-Speicherprodukten oder zur Alternative heranwachsen, denn dafür sei der Leistungszuwachs nicht signifikant genug. Alle Indikatoren würden daher auf die SSD weisen.

Die Vorteile der Solid State Drives liegen auf der Hand: Da keine mechanischen Bauteile verwendet werden, sind sie sehr viel stoßfester als herkömmliche HDDs. Und weil kein Schreib-/Lesekopf in Position gebracht werden muss, arbeiten sie nicht nur deutlich schneller, sondern auch geräuschlos, stromsparender und brauchen kaum Wärmeabfuhr- ein wichtiger Pluspunkt für Rechenzentren.

Die Flash-Technologie macht auch den Weg für neue Formfaktoren und Gerätedesigns frei, für noch dünnere Ultrabooks zum Beispiel. Außerdem sind sie auch wesentlich schmutz-, druck- und temperaturresistenter als konventionelle Festplatten. Nachteilen wie der hohen Abnutzbarkeit und das erschwerte Löschen begegnen die Hersteller durch verschiedene Technologien wie Wear Leveling und Secure Erase.

Abgesehen davon übersteigen Haltbarkeitsversprechen wie die von Intel (5 Jahre bei täglichem Neubeschreiben oder 20 GByte Datenaufkommen) das normale Nutzerverhalten bei Weitem, sagt IDC-Analyst Bizo. Er als Vielnutzer müsse sich demnach 20 Jahre lang keine Sorgen machen. Mit dem erwarteten Trend zu 256 GByte als Mainstream werde auch dem Gegenargument der geringen Speicherkapazitäten langsam der Wind aus den Segeln genommen. Hohe Kapazitäten sind zwar immer noch ein wichtiges Kaufkriterium, aber je "satter" die Kunden sich dabei fühlen und je stärker die Preise sinken, desto mehr überwiegen die anderen Vorteile und desto attraktiver wird die SSD, so Bizo.

Intel fordert herkömmliche HDDs heraus

Der Chipriese Intel sieht sich mit der Serie 335 für Consumer, der Serie 910 für Rechenzentren und Cloud-Computing sowie mit der Big-Data- und HPC-Serie DC S3700 gut und sehr breit aufgestellt im Markt für SSDs. Die Intel SSD 335 Serie ist die erste aus der 20-nm-Fertigung von IM Flash Technologies (IMTF), einem Joint Venture mit Micron. Mit einer Kapazität von bis zu 240 GByte für knapp 200 Euro soll sie sich als SATA-III-SSD mit 6 GBit/s sowie mit überragenden sequenziellen Schreib- und Lesegeschwindigkeiten (450 MByte/s und 500 MByte/s) auch als Festplattenersatz eignen.

Bei der 910er-Reihe mit PCIe-Schnittstelle und 800 GByte NAND-Flash ist der Speicherdurchsatz mit bis zu 2 GByte/s viermal so schnell wie bei der Serie 335. Mit der eigenen High Endurance Technology (HET) will Intel die Lebensdauer von günstigeren MLC-NAND-Flash-Chips dabei denen der sonst weit länger haltbaren SLC-Variante angeglichen haben.

Toshiba lässt 19-nm-Technologie vom Stapel

Toshiba hat mit verschiedenen Konnektoren wie SATA, Micro SATA und Mini-PCI sowie mit neuen Formfaktoren wie mSATA eine ganze Reihe von SSDs auf MLC-Basis im Programm, darunter auch die neue 6 GBit/s schnelle Serie THNSNFxxxGzzS als erste, deren NAND-Flash-Chips schon in der 19-nm-Technologie gefertigt sind.

Diese kommen in verschiedenen Größen und Formfaktoren sowie mit Kapazitäten von 64 bis 512 GByte. Mit einer Lese- und Schreibgeschwindigkeit von 524 und 461 MByte/s sollen die neuen SSDs auch dank der Strukturverkleinerung doppelt so schnell sein wie die vorangegangene HG3-Serie. Der Energieverbrauch von weniger als 0,1 W im Benchmark-Test Mobile Mark 2007 Workload klingt bestechend.

Samsungs SSD 840 mit TLC

Als Weltpremiere hat der Flash-Weltmarktführer Samsung auf dem SSD Global Summit in Seoul im September 2012 die neue Produktreihe SSD 840 mit SATA III (6 Gbit/s) gefeiert.

Diese sind als Basic-Version für Heimanwender und in der Pro-Variante für Profi-Anwender erhältlich. Letztere sollen mit einer Lese- und Schreibgeschwindigkeit von 100.000 beziehungsweise 90.000 IOPS (Ein-/Ausgabe-Operationen pro Sekunde) die Leistung konventioneller Festplatten um das Dreifache übersteigen. Die Preise für die Pro-Serie liegen bei rund 400 Euro für 512 GByte, die Basis-Reihe kostet in der Top-Version mit 500 GByte zirka 300 Euro.

Um die Daten von der Festplatte auf die SSD übertragen zu können, hat der koreanische Hersteller im Dezember als kostenloses Add-on eine Data Migration Software nachgelegt, die sich durch 1:1-Klonen der Daten auch für ältere Samsung-SSDs eignen soll. Um im Vergleich zur MLC-Variante weitere Spannungslevel zu erzielen und somit mehr Daten pro Zelle speichern zu können, setzt der Hersteller laut Produktmanagerin Sun Spornraft auf TLC (Triple-Level Cell). Sie ist überzeugt, "dass Flash-basierende Speicher früher oder später herkömmliche Highend-Festplatten ablösen werden".

SanDisk reicht HDD die Hand

SanDisk hat nicht nur SD- und CompactFlash-Karten im Programm, sondern ist auch ein starker Anbieter von SSDs. Die Extreme SSD mit 120 bis 480 GByte bietet hohe Lese- und Schreibgeschwindigkeiten bis 550 MByte/s und hält im aktiven Betrieb bei einer Leistung von nur 0,6 W Temperaturen von 0 bis + 70 Grad aus. Die Ultra Plus SSDs sind nicht ganz so schnell beim Schreiben, bieten aber ähnlich hohe Lesegeschwindigkeiten und niedrige Latenzzeiten.

Besondere Aufmerksamkeit verdient aber die ReadyCache SSD. Die gibt es zwar nur mit 32 GByte; sie beschleunigt aber laut SanDisk mit bis zu viermal kürzeren Boot- und zwölfmal kürzeren Anwendungslade- beziehungsweise Reaktionszeiten den Desktop-PC, ohne die Festplatte auszutauschen. Denn wie bei einem Dual Drive arbeiten die kleine SSD und die Festplatte Hand in Hand. Die mitgegebene ExpressCache-Software von Condusiv Technologies nutzt neueste Algorithmen für die automatische Datenverwaltung.

Transcend macht "halbe Sachen"

Transcend offeriert eine ganze Reihe von SSDs mit verschiedenen Schnittstellen wie SATA III (6 GBit/s) oder SATA II mit bis zu 512 GByte Speicherkapazität, die auch im Consumer-Channel verkauft werden.

Für Industriekunden, etwa für den Embedded-Bereich oder sehr leichte mobile Geräte interessant, sind zwei Lösungen mit einem Gewicht von jeweils nur 10 Gramm. Da ist einmal die Half-Slim SATA II SSD HSD310, welche dieselben Konnektoren wie 2,5-Zoll-Festplatten hat. Sie verfügt über bis zu 64 GByte Flash vom Typ 27 nm MLC und ein DDR2-800 DRAM mit 64 MByte als Cache.

Das Modell MSA630 im mSATA Formfaktor mit 3 GBit/s mit 21 nm MLC von Samsung ist mit einer sequenziellen Lese- und Schreibgeschwindigkeit von 261 MByte/s respektive 82 MByte/s in der 64-GByte-Variante etwas schneller als die HSD310 und damit besser für Tablets und andere ultraleichte Consumer-Produkte geeignet.

Fazit

So gerne es manche Anbieter behaupten: Weder die Hybriden noch die SSDs werden konventionelle Festplatten gänzlich ablösen, jedenfalls nicht in naher Zukunft.

Die SSD zieht zwar bereits in Rechenzentren ein, wird aber im Consumer-Umfeld ihren Platz eher im mobilen Bereich der Notebooks, Ultrabooks und Tablets behalten. Für Desktop-PCs und Workstations sind aufgrund der dort geforderten Speicherkapazitäten die Hybriden (H-HDDs) weit besser geeignet, sich ein gutes Stück vom Kuchen zu holen.

Für einen spürbaren Schub muss dafür aber deutlich mehr Flash-Speicher integriert werden. Ob sich das für die Consumer oder Unternehmensanwender noch rechnet, hängt im Wesentlichen von der weiteren Flash-Preisentwickelung ab. Bis auf weiteres tun es in vielen Fällen auch kleine Flash-Zusatzspeicher.

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag unserer Schwesterpublikation Computerwoche. (cvi)