Besonderheiten beim Speicher

Um die Schreibleistung dennoch hoch zu halten, wird bei TLC- und QLC-basierten SSDs ein Pseudo-SLC-Puffer verwendet: Die Zellen werden mit nur 1 Bit statt 3 oder 4 Bit beschrieben, was deutlich schneller ist, und in Ruhephasen sichert der SSD-Controller die Informationen dann regulär in TLC- und QLC-Zellen. Der Puffer hat häufig eine feste Größe, meist kombiniert mit einer dynamischen Variante abhängig vom Füllstand der SSD. Ist der SLC-basierte Cache voll, sinkt die Schreibgeschwindigkeit deutlich. Bei den schnellsten Modellen sind es dann noch 1,5 GByte/s anstelle von 3,5 GByte/s. Bei langsamen SSDs fällt die Schreibrate von 520 MByte/s auf 80 MByte/s - das ist weniger als bei einer Festplatte.

3,5 GByte/s oder mehr schaffen SSDs allerdings nur mit sequenziellen Lese- oder Schreibzugriffen und einzig, wenn eine hohe Befehlswarteschlangentiefe (Queue Depth) und viele parallele Threads verwendet werden. Ein schnöder Kopiervorgang reizt eine SSD nicht aus und gerade bei sehr geringen Dateigrößen wie etwa 4 KByte statt 128 KByte sinkt die Leistung drastisch. Die von den Herstellern beworbenen Datenraten sind ergo als "bis zu"-Bestwerte zu sehen, gerade wenn ein SLC-Puffer zum Einsatz kommt.

In den vergangenen Monaten und Jahren erschienen immer mehr SSDs, die keinen DRAM-Cache verwenden. Das spart Kosten, denn es verringert sich die Komplexität des Controllers und es reduziert sich die Anzahl der Packages auf der Platine. Im DRAM liegt die Mapping-Tabelle, damit der Controller weiß, wo sich welche Daten befinden (Abgleich der logischen und physischen Adressen). Fehlt der Cache, landen diese Informationen im Flash-Speicher oder gar im RAM (Arbeitsspeicher) des Computers - Letzteres wird als Host Memory Buffer bezeichnet.

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Ein Wafer mit NAND-Flash-Dies (Bild: Marc Sauter/Golem.de)

Als bisher einziger Hersteller nutzt Intel neben NAND-Flash- auch 3D-Xpoint-Speicher. Dieser basiert auf Phase-Change-Memory, macht sich also das Prinzip eines Phasenwechsels statt verschiedene Spannungszustände zunutze. Der Vorteil liegt bei der sehr niedrigen Latenz, wovon die Input/Output-Operationen bei wahlfreien Zugriffen und geringer Befehlsschlangentiefe drastisch profitieren, sowie der längeren Haltbarkeit der Zellen. Die Nachteile sind die bislang niedrige Kapazität pro Chip und die hohen Kosten. Intel vermarktet 3DXP-basierte SSDs als Optane-Modelle, wobei es auch Hybriden wie die Optane Memory H10 gibt. Diese kombiniert schnellen 3DXP als Daten-Cache mit langsamem QLC-Flash-Speicher.

Mit Samsungs Z-NAND und Toshibas XL-Flash wurden zudem spezielle SLC-Speicher entwickelt, die ebenfalls eine sehr geringe Latenz und hohe Haltbarkeit aufweisen sollen. Erste SSDs wie die SZ985 konnten verglichen zu Intels Modellen wie der P4800X nur bedingt überzeugen, sind aber günstiger.

• Flotter 1-Bit-SLC-Speicher ist selten geworden, meist wird 2-Bit-MLC oder langsamerer 3-Bit-TLC verwendet, einige Modelle nutzen langsamen 4-Bit-QLC und 5-Bit-PLC befindet sich in Entwicklung.
• Je mehr Bit pro Zelle, desto langsamer die Schreibgeschwindigkeit. Bei TLC und QLC wird ein SLC-Puffer für eine höhere Performance benötigt.
• Neben NAND-Flash-Speicher kann auch Storage Class Memory wie 3D Xpoint verwendet werden.