So lange halten SSDs
Flash-Speicher im Langzeittest
Zur Lebensdauer von Solid State Disks kursieren diverse Mythen. Um herauszufinden, wie lange sie wirklich halten, mussten 12 aktuelle SSDs seit Ende Juni 2016 im Dauereinsatz zeigen, was sie verkraften – mit überraschenden Ergebnissen.
Weil sie den Rechner flott machen und endlich auch in größeren Kapazitäten bezahlbar geworden sind, kommen SSDs in immer mehr Rechnern zum Einsatz. Zumindest auf dem Papier besitzt Flash-Speicher einen gravierenden Nachteil: Die Lebensdauer seiner Speicherzellen ist begrenzt, was manche Umsteigewillige verunsichert.
Richtig ist, dass sich Flash-Speicher nicht beliebig oft überschreiben lässt. Eine einzelne Zelle hält nur eine bestimmte Anzahl von Schreib-Zyklen aus. Um die Lebensdauer zu erhöhen, bedienen sich die Hersteller diverser Tricks. So setzen SSD-Controller aufwendige Algorithmen ein und verteilen die Schreibvorgänge gleichmäßig über den vorhandenen Speicher (Wear Leveling). Damit lässt sich der Zellentod jedoch nicht unbegrenzt hinauszögern.
In Consumer-SSDs kommt entweder Multi- oder Triple-Level-Cell-Flash (MLC/TLC) zum Einsatz. MLC-Flash bietet höhere Schreibraten und übersteht mehrere tausend Schreib-Zyklen pro Zelle. TLC-Zellen speichern 50 Prozent mehr Information, schreiben aber langsamer und erreichen bei gleicher Strukturgröße nur ein Drittel der Lebenserwartung. Um die Preise zu drücken, nutzen die Hersteller immer feinere Fertigungsprozesse, welche die durchschnittliche Lebensdauer pro Zelle weiter verkürzen können. Steigende Speicherdichte und schrumpfende Strukturbreiten erhöhen die Komplexität und damit den Aufwand für die Fehlerkorrektur – siehe Kasten „Mehr Speicher“ im folgenden Artikel auf Seite 106.
Wie viel sind 70 Terabyte?
Für Käufer einer SSD ist nicht die Lebensdauer einer einzelnen Zelle relevant, sondern eine andere Kenngröße: die Terabyte Written (TBW), also die geschriebene Datenmenge, die das ganze Laufwerk laut Hersteller garantiert verkraftet. Bei einem typischen TLC-Laufwerk der Kapazitätsklasse um 250 GByte liegt dieser Wert je nach Marke zwischen 60 und 80 TBW. Damit ist man im Alltag gut bedient: Um die 70-TBW-Garantie zu reißen, müsste man ein Jahr lang täglich gut 190 GByte schreiben, das Laufwerk also jeden Tag zu zwei Dritteln mit neuen Daten beschreiben – unrealistisch.
In der Praxis liegt das Schreibpensum eines typischen Arbeitsplatzrechners zwischen 20 und 30 Gigabyte pro Tag. Das bestätigten auch Stichproben an Rechnern von Kollegen. Hier reichte die Spanne von durchschnittlich knapp 8 bis 35 GByte an täglichem Schreibvolumen. Selbst wenn man großzügige 40 GByte pro Tag ansetzte, würde man die nominelle „Endurance“ von 70 TBW erst nach knapp fünf Jahren erreichen. Die meisten SSDs vertragen deutlich mehr.
Auf das Muster kommt es an
Um Ihr eigenes SSD-Nutzungsverhalten einschätzen zu können, können Sie einen Blick auf die bereits geschriebene Datenmenge werfen. Hierfür bieten die Hersteller spezielle Tools an, die noch einige mehr oder weniger hilfreiche Zusatzfunktionen in petto haben. Alternativen dazu gibt es auch, etwa CrystalDiskInfo. Ausführlichere Informationen lesen die kostenlosen Smartmontools aus (alle Tools siehe c’t-Link). Wie man die Schreiblast weiter verringert und seine SSD pflegt, erklärt der folgende Artikel – und räumt zudem mit einigen Mythen auf.
Der TBW-Wert gaukelt eine einfach vergleichbare Größe vor, aber in Wahrheit hängt das Ergebnis von zwei Faktoren ab: dem Zugriffsmuster und der zu schreibenden Blockgröße. SSDs sind in Blöcke zu 512 bis 8092 KByte unterteilt, die aus 4 bis 16 KByte großen Pages bestehen. Daten können nur in leere Pages geschrieben werden; teilweise belegte Blöcke lassen sich nicht einfach auffüllen. Werden also viele kleine Datenpakete an die SSD geschickt, belegt jedes einen ganzen Block, selbst wenn es nur eine einzige Page benötigt.
Die Firmware versucht, die Daten mittels Trim, Garbage Collection und anderen Mechanismen zusammenzufassen. Das verursacht zusätzliche Schreibvorgänge, die über die eigentliche Dateigröße hinausgehen, Write Amplification genannt. Bei sequenziellem Zugriff schreibt der Controller die Blöcke im Idealfall nacheinander voll, was weniger Aufräumarbeiten nach sich zieht und die Flash-Zellen schont. Unterschiedliche Nutzungsszenarien produzieren jedoch unterschiedliche Zugriffsmuster. So fallen etwa bei der Text- und Bildbearbeitung sowie beim Programmieren mehr zufällige Schreibzugriffe an, beim Streaming, der Videobearbeitung oder bei Downloads eher sequenzielle.
Diesem Unterschied trägt die amerikanische Halbleiter-Standardisierungsorganisation JEDEC bei ihrer TBW-Definition in der Spezifikation JESD218B Rechnung. Sie unterscheidet zwischen Enterprise- und Client-Einsatz. Das Enterprise Profil besteht ausschließlich aus zufälligen Schreibzugriffen; der Client-Test besteht hingegen zum Großteil aus sequenziellen Zugriffen.
Lasst sie schreiben
So viel zur Theorie. Uns interessierte aber vielmehr, wie lange aktuell beliebte SSDs im Praxiseinsatz wirklich halten. Also besorgten wir uns im Handel je zwei Exemplare der TLC-Laufwerke Crucial BX200, Toshiba OCZ TR150, Samsung SSD 750 Evo und SanDisk Ultra II sowie der teureren MLC-SSDs Samsung SSD 850 Pro und SanDisk Extreme Pro aus der Kapazitätsklasse um 250 GByte. Die steckten wir jeweils zu dritt in Windows-Systeme, die von konventionellen Festplatten booteten. Alle SSDs liefen mit der zum Testbeginn aktuellen Firmware.