SSD: Definition und Funktionsweise
Die Abkürzung SSD steht für Solid State Drive (z. Dt. Halbleiterlaufwerk). Informationen (Daten) werden bei einer SSD elektrisch gespeichert. Im Vergleich: Bei einer HDD erfolgt die Speicherung magnetisch an ganz bestimmten Stellen der Magnetscheibe. Auf der SSD werden Informationen hingegen "chaotisch" abgelegt. Das Auslesen der Daten erfolgt ebenso wie das "Beschreiben" ohne mechanische Bewegungen. Bei einer HDD muss der Schreib-/Lesekopf die Magnetscheibe mechanisch absuchen.
Weil eine SSD keine beweglichen / mechanischen Bauteile enthält, ist diese Art Datenträger weniger anfällig für Erschütterungen oder anderweitige äußere Einflüsse, die zu einem Defekt mit Datenverlust (physikalische Ursachen für Datenverlust) führen könnten. Kommt es zu einem SSD Defekt sind meist andere Ursachen (z. B. das Überschreiben der Daten, Viren / Trojaner, fehlerhaftes Firmware-Update) schuld. Wurden die von den Dateien besetzten Zellen zwar zum Überschreiben freigegeben, jedoch noch nicht mit neuen Informationen überschrieben, können die Daten auf einer SSD meist gerettet werden.
Aufbau einer SSD
Eine SSD besteht grundlegend aus drei Komponenten: der Speichereinheit, dem Controller sowie dem Interface (Schnittstelle).
Speichereinheit
Mehrere Flash-Speicher-Blöcke bilden die Speichereinheit einer SSD. Jede einzelne Speicherzelle kann nur begrenzt häufig beschrieben werden. Wurde die Anzahl an Schreibzyklen bei allen Speicherzellen überschritten (wird von einem Counter gezählt) fällt die SSD aus. Weil eine SSD (je nach Größe) zigtausende Speicherzellen besitzt, sind die Datenträger trotz dieses offensichtlichen Nachteils gegenüber einer HDD äußerst langlebig.
Controller
Wie gut eine SSD ist, wird maßgeblich durch den Controller - das wichtigste Bauteil der SSD - bestimmt. Aufgabe des Controllers ist es, alle auf den Speicherzellen abgelegten Informationen zu verwalten. Nur der Controller weiß, wo sich welche Daten befinden. Außerdem sorgt der Controller dafür, dass Daten in den Zellen mit dem niedrigsten Counter (Anzahl an Schreibvorgängen) gespeichert werden. Dieses Wear Leveling (WL) genannte Verfahren erhöht die Lebensdauer einer SSD - beim dynamischen WL um den Faktor 25, beim statischen WL um den Faktor 100.
Interface
Die dritte SSD Komponente ist das Interface, über das die Kommunikation mit dem Prozessor, dem RAM (Arbeitsspeicher) sowie weiteren Computer-Komponenten stattfindet. Üblicherweise setzen die Hersteller auf die S-ATA II / III Schnittstelle. Zusätzlich kann die eigentlich für Grafikkarten gedachte PCIe-Schnittstelle genutzt werden.
Aufbau im Detail: SATA-SSD der ersten Generation
Die ersten SSD-Generationen kamen im klassischen 2,5-Zoll-Gehäuse mit SATA-Anschluss - dem Format herkömmlicher Notebook-Festplatten. Im geöffneten Gehäuse sind alle drei Komponenten gut zu erkennen: die NAND-Flash-Bausteine der Speichereinheit, der Controller mit seinem DRAM-Cache sowie die SATA-Schnittstelle für Daten und Strom.
Aufbau im Detail: Moderne NVMe-SSD (M.2)
Aktuelle SSDs verzichten komplett auf ein Gehäuse: Beim M.2-Format (meist 22 × 80 mm, daher "M.2 2280") sitzen alle Bauteile offen auf einer kompakten Platine, die direkt auf das Mainboard gesteckt wird. Statt über SATA kommuniziert der Controller per NVMe-Protokoll über mehrere PCIe-Lanes - das macht moderne SSDs um ein Vielfaches schneller. Die Speicherchips selbst sind als BGA-Packages verlötet und enthalten gestapelten 3D-NAND.
3D-NAND: So ist moderner Flash-Speicher aufgebaut
Der größte Fortschritt der letzten Jahre steckt im Speicher selbst. Beim klassischen planaren NAND lagen alle Speicherzellen nebeneinander in einer einzigen Ebene - die Kapazität ließ sich nur durch immer kleinere Zellen steigern. Moderner 3D-NAND stapelt die Zellen dagegen in weit über 200 Ebenen übereinander: Vertikale Kanäle werden durch den gesamten Schichtstapel "gebohrt", und an jeder Kreuzung von Kanal und Wordline-Ebene entsteht eine Speicherzelle. Die Elektronen - also Ihre Daten - sitzen dabei in einer ringförmigen Ladungsfalle (Charge Trap) um den Kanal.
Weil sich die Controller der SSD Hersteller deutlich voneinander unterscheiden, ist die Datenrettung bei einer SSD in schwierigen Fällen nicht mit herkömmlichen Recovery-Tools möglich. Eine professionelle SSD-Datenrettung bildet die Funktion des jeweiligen Controllers nach und kann gelöschte Dateien in vielen Fällen wiederherstellen.
Lars Müller