Leistungsexplosion: Solid State Disk von Intel im Test

(http://www.zdnet.de/magazin/39195838/leistungsexplosion-solid-state-disk-von-intel-im-test.htm)

von Kai Schmerer, 8. September 2008

Intels 80-GByte-SSD X25-M setzt neue Standards in Sachen Performance. Der ZDNet-Test zeigt aber auch, dass bereits langsamere und vor allem günstigere SSD-Modelle die Performance von Rechnern drastisch steigern können.

Moderne magnetische Festplatten bieten zwar mit 1 Terabyte Speichervolumen eine ungeheure Datenkapazität, aber in Sachen Leistung bleiben die mechanischen Disks deutlich hinter der rasanten Entwicklung in anderen PC-Bereichen zurück. Während in den vergangenen Jahren die Performance von Prozessoren, Grafikkarten und Arbeitsspeicher teils enorm gestiegen ist, bleiben die magnetischen Festplatten trotz Verbesserungen das mit Abstand langsamste Glied in der Performancekette moderner Rechnersysteme. SSDs sollen diesen Engpass beseitigen.

SSD steht für Solid State Drive (Festkörperlaufwerk) oder Solid State Disk (Festkörperscheibe). Allerdings handelt es sich dabei weder um ein mit mechanischen Bauteilen bestücktes Laufwerk, wie man sie in herkömmlichen magnetischen Festplatten findet, noch findet man in SSDs eine Scheibe. Stattdessen bestehen die meisten SSDs, die als Festplattenersatz für Desktops, Notebooks und Server gedacht sind, aus Flash-Speicherzellen im NAND-Format[1], einem Controller und einer kleinen Platine, auf der sämtliche elektronischen Bauteile untergebracht sind. Die derzeit erhältlichen SSD-Modelle mit SATA-Schnittstelle verfügen nicht über einen nativen Serial-ATA-Controller, sondern sind mit einem PATA-SATA-Interpreter ausgestattet. Dadurch unterstützen die "Laufwerke" meistens kein Native Command Queuing[2].

Ein wichtiges Unterscheidungskriterium bei SSDs[3] ist, ob die verwendeten Flash-Speicherzellen als Single Level Cell (SLC) oder als Multi Level Cell (MLC) aufgebaut sind. SLCs können in einer Zelle nur ein Bit speichern, während MLCs mehrere Bits, meistens zwei, speichern können. In der Praxis wirkt sich die unterschiedliche Technik wie folgt aus: Im Vergleich zu MLCs verfügen SLCs über eine höhere Lebenswerwartung, sind vor allem bei Schreibzugriffen leistungsfähiger, aber auch deutlich teurer als MLC-basierte SSDs.

Vorteile von SSDs gegenüber magnetischen Festplatten

Nachteile von SSDs gegenüber magnetischen Festplatten

Als weiteres Argument gegen SSDs wird oftmals die reduzierte Haltbarkeit der nicht beliebig beschreibbaren Flash-Zellen ins Feld geführt. Die von Intel jetzt vorgestellten SSD-Modellen X25-M für Notebooks und Desktops und der X25-E für Server sind genauso langlebig wie herkömmliche Festplatten. Bei einem typischen Workload von 100 GByte pro Tag halten die SSDs länger als fünf Jahre, wobei die meisten Anwender nicht über einen Workload von 20 GByte pro Tag kommen. Die mittlere Betriebszeit zwischen Ausfällen (MTBF[4]) gibt Intel für die X25-M mit 1,2 Millionen Stunden an. Die Server-SSD X25-E soll sogar auf eine MTBF von 2 Millionen Stunden kommen.Intels erste SSD X25-M (MLC-NAND) mit 80 GByte Kapazität ist mit einem nativem SATA-Controller inklusive Unterstützung von Native Command Queuing[2] und einem 16 MByte großen Cache ausgestattet. Das 2,5-Zoll-Modell ist für den Einsatz in Notebooks und anderen mobilen Geräten gedacht und soll ab einer Abnahme von 1000 Stück circa 600 Dollar kosten.

Intel gibt die sequentielle Schreib-/Lese-Performance der X25-M mit 250 MByte/s (Lesen) und 70 MByte/s (Schreiben) an. Die erste öffentliche Demonstration der neuen SSD-Modelle fand bereits im August auf dem Intel Developer Forum in San Francisco statt. Auf zwei - bis auf die Speicherlösung - identisch ausgestatteten HP-Notebooks lief ein Script zur Erstellung eines Videos ab. Das SSD-Notebook erledigte die Aufgabe in 29,6 Sekunden, während das Notebook mit herkömmlicher Festplatte über 1,5 Minuten verstreichen ließ.

Eine zweite Demo mit einem Spiele-PC von Falcon Northwest demonstrierte, dass auch die Performance von 3D-Spielen durch den Einsatz der neuen Intel-SSD zulegen kann. So erzielte die Spiele-Demo mit zwei WD Veloci Raptor im Raid-0-Verbund 16,76 fps, während das System mit Intel-SSD ungefähr die doppelte Leistung bot. Die Interpretation von Festplatten-Benchmarkwerten ist nicht so einfach. Zwar beherrschen zahlreiche Tools unterschiedliche Verfahren zur Performancemessung. Allein deren Gewichtung für das Gesamtergebnis spiegelt nicht unbedingt die Anforderungen wieder, die etwa beim Start von Applikationen oder des Betriebssystems an die Storage-Lösungen gestellt werden. In diesem Bereich ist die Zugriffszeit weit bedeutsamer als die Bandbreite beim sequentiellen Lesen und Schreiben von Daten. Somit ist die Performance zufälliger Lesevorgänge von kleinen und großen Dateien beim Start von Betriebssystem und Anwendungen ausschlaggebend. Werden hingegen große Videodateien kopiert, spielen die Werte von sequentiellen Lese- und Schreiboperationen eine große Rolle.

Im Vergleich zu einer herkömmlichen magnetischen Festplatte von Seagate (ST3750640AS) zeigt bereits die fast zwei Jahre alte Samsung-SSD (MCB0E32G8APR) das Potential der Flash-Technologie. Obwohl das Gesamtergebnis der Xbench-Messung die Seagate mit einem Wert von 43,6 mehr als doppelt so schnell wie die Samsung mit 20,84 erscheint, verläuft der Start des Betriebssystems mit der Samsung deutlich schneller. Statt 19 Sekunden benötigt Mac OS für den Start auf der Samsung-SSD nur 11,1 Sekunden. Ähnliches zeigt sich beim Start von Applikationen. Photoshop CS3 startet in knapp 6 Sekunden, während der Start von der Seagate-Festplatte mit 16 Sekunden wesentlich länger dauert.

Die Schreibperformance der alten Samsung-SSD ist jedoch weniger berauschend. Hier treffen noch die alten Vorurteile zu, dass SSDs zwar beim Lesen schnell sind, aber bei Schreiboperationen Nachteile aufweisen. Daher erreicht die Samsung im Gesamtergebnis bei zufälligen Lese- und Schreiboperationen nur einen Wert von 12,3, während die Seagate mit magnetischen Platten 29,3 erzielt.

Transcend bietet mit der TS64GSSD25S-M eine der günstigsten MLC-SSDs an. Für 155 Euro erhält man eine SSD mit 56 GByte. Das Modell kann zwar im Bereich von sequentiellen Lese- und Schreib-Operation nicht ganz mit der Seagate-Festplatte mithalten, dafür hängt sie diese bei den zufälligen Lese- und Schreibtests deutlich ab. Beim Start des Betriebssystem kann die Transcend ähnlich wie die ältere Samsung-SSD der Seagate-Platte deutlich davonziehen.

Intel X25-M setzt neue Standards in Sachen SSD-Performance

Die SLC-SSD von Transcend erreicht ein Gesamtergebnis von 95,37. Insgesamt betrachtet ist das SLC-Modell mehr als doppelt so schnell wie die Seagate-Platte. Dass MLC nicht unbendingt langsamer als die SLC-Technik sein muss, beweist Intel mit der X25-M. In sämtlichen Xbench-Tests setzt das Intel-Modell neue Maßstäbe. Mit einer maximalen Lesegeschwindigkeit von knapp 250 MByte/s erreicht sie beim sequentiellen Lesen von 256-KByte-Blöcken schon annähernd die Grenze der SATA-II-Schnittstelle mit 300 MByte/s[5]. Insgesamt erreicht die X25-M mit 80 GByte Kapazität (Netto: 74,5 Gigabyte) einen sagenhaften Xbench-Wert von 270,32. Das stellt alles in den Schatten, was derzeit an Storage-Lösungen am Markt vertreten ist. Selbst ein Raid-0-Verbund aus mehreren SATA-Platten kann mit der Performance der Intel X25-M nicht mithalten. Allerdings zickt das Vorserienmodell beim Start des Betriebssystem noch etwas. Statt des erwarteten Rekords startet Mac OS langsamer als mit einer magnetischen Festplatte. Auch die Versuche mit anderen Testplattformen bringt im Test keine Besserung. Möglicherweise sorgt die Firmware der Intel-SSD im Zusammenspiel mit SATA-Controllern noch nicht mit jeder Plattform für eine optimale Zusammenarbeit. Im laufenden Betrieb zeigt die Platte hingegen keine Auffälligkeiten, außer, dass sie sehr schnell ist.

Problemfall Windows

In Sachen Betriebssystemstart hat sich während des Tests zudem gezeigt, dass die Windows-Betriebssysteme wie XP SP3, Vista SP1, Server 2008 erst dann von einer SSD schnell starten, wenn der SATA-Controller nicht als AHACI konfiguriert ist. Erst mit der Einstellung Legacy-IDE startet XP SP3 mit knapp 11 Sekunden ähnlich schnell wie das in der Zusammenarbeit mit SSDs problemfreie Mac OS. Offensichtlich nutzt Windows das Potential der SSD-Technik nicht vollends aus. SSD-Hersteller wie Sandisk haben auf diesen problematischen Umstand[6] ebenfalls schon hingewiesen.

Bildergalerie

Auch günstige SSDs wie die Transcend TS64GSSD25S-M, die bereits ab 155 Euro erhältlich ist, zeigen die SSD-typischen Vorteile einer niedrigen Zugriffszeit, was sich beim Start von Anwendungen und Betriebssystemen bemerkbar macht.
Intels neue SSD X25-M schlägt in der Spiele-Demo die derzeit schnellste SATA-Platte im Raid-0-Verbund VelociRaptors von Western Digital.
Das Notebook links arbeitet mit einer herkömmlichen magnetischen Festplatte, während das rechte Modell Intels SSD verwendet. Die Multimedia-Demo läsuft mit dem SSD-Notebook deutlich schneller ab.
Auch für den Serverbereich plant Intel SSD-Modelle vorzustellen.

SSD-Benchmarks[7]

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Offensichtlich ist Intel mit der X25-M ein großer Wurf gelungen. Die gebotenen Leistungsdaten sind überzeugend. Noch dürfte der Preis von knapp 600 Dollar für das 80-GByte-Modell vielen Anwendern zu hoch sein. Dennoch, wer einmal die SSD-Technik im Einsatz gesehen hat, wünscht sich, diese Technologie sofort und jeden Tag nutzen zu können. Möglicherweise werden auch andere Hersteller die aus dem Joint Venture zwischen Intel und Micron entstandenen Flash-Bausteine für SSDs verwenden, womit die Preise für schnelle Solid State Drives weiter unter Druck geraten könnten. Allerdings ist neben leistungsfähigen Flash-Bausteinen für eine performante SSD auch ein nativer SATA-Controller mit Support für Native Command Queuing nötig. Diesen wird Intel vermutlich nicht der Konkurrenz anbieten und somit muss der Mitbewerb auf den von für Anfang 2009 von Controllerhersteller Jmicron angekündigten Baustein warten.

Für kostenbewusste Anwender lohnt der Blick auf das relativ günstige Modell von Transcend TS64GSSD25S-M. Zwar ist der Preis pro Gigabyte mit 2,77 Euro deutlich höher als bei vergleichbaren Festplatten mit lediglich 22 Cent, doch dafür bekommt der Anwender schon beim Start des Betriebssystems die Gewissheit, dass auch das Transcend-SSD-Modell mit MLC-Technik den Performanceengpass beim Dateizugriff effektiv beseitigt. Ebenso wird man sich an einem Start von Photoshop von nur 6 Sekunden erfreuen, während mit einer magnetischen Festplatte dafür 16 Sekunden vergehen.

Als Ergänzung für ein Desktop-System eignet sich das Transcend-Modell trotz der relativ geringen Kapazität von 56 GByte allemal - das Betriebssystem und die wichtigsten Anwendungen passen auf die SSD in jedem Fall. Zwar ist der Einsatz der 2,5-Zoll-SSDs nicht für Desktops vorgesehen, doch aufgrund des geringen Gewichts von ledigich 50 Gramm kann man die Modelle problemlos auch in Standard-Desktop-Gehäuse befestigen. Schließlich vibriert eine SSD nicht wie eine Festplatte, die nur festverschraubt in einem Desktopgehäuse seinen Dienst verrichten sollte.

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