Hybridlaufwerke: Festplatten mit Flash-Turbo
Hohe Geschwindigkeit trifft große Kapazität
Mit den heutigen Hybridlaufwerken stehen Speicherlösungen zur Verfügung, die hohe Geschwindigkeit mit großer Speicherkapazität kombinieren. Mithilfe eines selbstlernenden Algorithmus, der Datenverteilung und -speicherung koordiniert, erreichen diese Laufwerke eine Performance, die auf SSD-Niveau (Solid State Drive) liegt.Herkömmliche Festplatten (HDDs) punkten traditionell durch Kostenvorteile und hohe Speicherkapazitäten. Flash-basierende SSDs überzeugen vor allem durch ihre schnellen Lese- und Schreibzugriffe. Wollen Anwender hohe Speicherkapazitäten nutzen, ohne dabei Abstriche bei der Performance zu machen, stehen ihnen dafür hybride Laufwerke zur Verfügung. Diese kombinieren die Vorteile der beiden Welten mithilfe einer dreistufigen Architektur: Für den Cache-Speicher nutzt ein solches System ein Highspeed-DRAM (flüchtiger Speicher, Dynamic Random Access Memory) mit geringer Kapazität. Darüber hinaus kommt eine Magnetscheibe mit hoher Speicherkapazität zum Einsatz. Drittens enthalten hybride Laufwerke einen NAND-Flash-Speicher (nichtflüchtiger Speicher, "not and") als zweitem Cache-Bereich. Dieser Speicher zeichnet sich durch mittlere Speicherkapazität und Schreib-/Lesegeschwindigkeit aus sowie durch Kosten pro Byte, die zwischen denjenigen von DRAMs und Magnetscheiben liegen. Eine hybride Festplatte analysiert kontinuierlich das Anwenderverhalten beim Datenzugriff mithilfe eines speziellen Algorithmus. Daten, die häufig in Nutzung sind, werden auf dem nichtflüchtigen NAND-Chip abgelegt, um einen schnellen Zugriff zu ermöglichen. Umgekehrt verlagert das Laufwerk Daten, die seltener zur Verwendung kommen, vom NAND-Chip auf die HDD für die langfristige Speicherung. Dies ermöglicht erhebliche Performance-Verbesserungen zum Beispiel auch beim Booten des Rechners. Die hybriden Laufwerke lassen sich dabei unkompliziert in PC-Systemen einsetzen. Diese erkennen das Laufwerk genauso wie konventionelle HDD- und SSD-Lösungen, die der Nutzer damit problemlos ersetzen kann. Die Installation einer zusätzlichen Software ist dazu nicht nötig. Suchzeiten und Umdrehungsgeschwindigkeiten limitieren bei einer herkömmlichen HDD die Random Access Performance. Meist kommen Command-Reordering-Techniken zum Einsatz, um diese Verzögerungen zu minimieren. Trotzdem sind HDDs aber immer noch auf 200 bis 300 IOPS (Input/Output Operations Per Second) begrenzt. Die NAND-Speicher-Performance wiederum ist beschränkt durch die Zugriffszeit auf den NAND-Speicher, aber diese lässt sich durch die Erhöhung der Anzahl der Kanäle und der Dies (Die: nicht eingehauster Halbleiterchip) verbessern, um parallele Zugriffe zu ermöglichen. Ein solches Verfahren kann die Random-Lese- und Schreib-Performance des NAND-Speichers auf mehrere tausend IOPS verbessern - ein deutlich höherer Wert als bei jeder Standard-HDD. Beträgt die Kapazität des beim Hybridlaufwerk verwendeten NAND-Speichers zum Beispiel 8 GByte, entspricht dies nur rund einem Prozent der Speicherkapazität einer 1 TByte großen HDD. Deshalb ist eine effiziente Verwendung des NAND-Speichers als Cache unerlässlich und folglich auch eine exakte Bestimmung der Daten, die im NAND-Speicher abzulegen sind. Unterschiedliche Schreib- und Lesegeschwindigkeiten Zu berücksichtigen ist dabei, dass die drei Storage-Tiers eines Hybridlaufwerks - SDRAM, NAND-Speicher und Magnetscheibe - unterschiedliche Schreib- und Lesegeschwindigkeiten aufweisen. Geschriebene Daten legt das Laufwerk zunächst im NAND-Speicher ab und erst später auf der Magnetscheibe. Beim Lesen von Daten überprüft es, ob sich diese im NAND-Speicher befinden. Ist dies der Fall, können die Daten sehr schnell an das System gesendet werden. Andernfalls wird sie das Laufwerk von der Magnetscheibe lesen, an das System senden und zugleich im NAND-Speicher ablegen. Mithilfe dieses Algorithmus ist sichergestellt, dass sich kürzlich auf das Laufwerk geschriebene oder von ihm gelesene Daten im NAND-Speicher befinden - und damit schnell zugänglich sind.
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