Fujitsu Deutschland Festplatten versus Flash-Speicher

Redakteur: Jan Vollmuth

Die Anforderungen an Speichermedien in mobilen Endgeräten sind hoch: Maßgeblich sind Speicherkapazität, Performance, Energieverbrauch, Geräuschkulisse und Lebensdauer – aber auch einfache

Firmen zum Thema

( Archiv: Vogel Business Media )

Die Anforderungen an Speichermedien in mobilen Endgeräten sind hoch: Maßgeblich sind Speicherkapazität, Performance, Energieverbrauch, Geräuschkulisse und Lebensdauer – aber auch einfache Bedienung. Die Anforderungen in der Industrie- und Unterhaltungselektronik weichen jedoch stark voneinander ab und bestimmen die Wahl des jeweils am besten geeigneten Speichermediums.

Wissen ist Macht – auch wenn es um die Auswahl eines Speichermediums für mobile Endgeräte geht: Nur wer die Eigenheiten der Alternativen kennt, kann beurteilen, ob sie seinen Anforderungen gerecht werden.

Bildergalerie

Flash-Speicher bestehen aus dem Speicher an sich und dem Controller, der den Schreib- und Lesevorgang steuert. Ihr Funktionsprinzip gleicht einem RAM (Random Access Memory), mit Ausnahme der Löschzyklen: Die Bytes eines Flash-Speichers können einzeln adressiert, die Speicherzellen aber nur Blockweise gelöscht werden. Das Wiederbeschreiben erfordert zunächst eine Löschoperation. Ihre Lebensdauer beträgt max. 100 000 Schreib- und Löschzyklen. Jede Änderung der gespeicherten Daten bedeutet einen neuen Schreibvorgang und eine Herausforderung für den Controller: Er muss die Daten häufig umschichten, um eine gewisse Lebensdauer zu garantieren. Dies kann zu Problemen führen, beispielsweise werden alte Zellen nicht vollständig übertragen oder sind danach nur noch zum Teil lesbar. Die Fehlerquote liegt bei bis zu 0,5%. Zudem wird die Leistung durch den langsamen Schreibvorgang eingeschränkt.

Derzeit max. 10 MBit/s auf Flash-Speicher übertragen werden – Festplatten bieten hingegen schnelle Datentransferraten bis zu 150 MBit/s. Der Zeitverlust von Flash-Speichern verringert ihre Leistung und äußerst sich in höheren Zugriffszeiten.

Erste Folgerung: Flash-Speicher werden eher für Lesevorgänge eingesetzt, Festplatten für komplexe Anwendungen.

Die beiden bestimmenden Flash-Architekturen NAND- und NOR-Flash unterscheiden sich vor allem in der internen Ansteuerungslogik und damit in der Zugriffsgeschwindigkeit. Während NAND großen Speicher auf kleinem Raum bietet, lassen sich mit NOR erheblich kürzere Zugriffszeiten realisieren. Den Markt dominiert NAND-Flash dank des größeren Speichers.

SLC-Flash-Speicher werden in der Industrie kaum noch nachgefragt

Eine weitere Differenzierung ergeben sich aus den Löschzyklen und damit dem Einsatzgebiet. SLC-Chips (siehe Kasten) adressieren mit rund 100?000 Löschzyklen vor allem Industrie-Anwendungen wie CNC-Maschinen, Testsysteme, Datenbanksysteme oder Bootlaufwerke. Diese macht sie zwar für die Industrie interessant, aber in Konkurrenz mit Festplatten und deren unbegrenzten Löschzyklen können sie nicht bestehen. Für komplexe und zeitintensive Industrieanwendungen sowie anspruchsvolle High-End-Speichereinsätze wie Blade Server oder hoch sensible Industrieanlagensteuerungen sind Festplatten auch künftig erste Wahl. Daher wird die SLC-Variante der Flash-Speicher kaum noch nachgefragt.

MLC-Speicher mit nur rund 10?000 Löschzyklen wiederum eignen sich zwar nicht für die Industrie, aber umso mehr für den CE-Markt: Niedriger Energieverbrauch, geringe Betriebstemperatur, sehr niedrige Geräuschkulisse und hohe Schockresistenz sowie die kleine, leichte Bauform machen sie zum idealen Medium zum Austausch von Daten zwischen verschiedenen Geräten oder als Wiedergabemedium für Musik, Bilder und Filme. MLC-Speicher kommen z.B. in MultimediaCards (MMC) oder USB-Sticks zum Einsatz.

In direkter Konkurrenz zu Flash-Speichern stehen z.B. Fujitsus externe, portable 2,5“-Festplatten: Die Handy-Drive-Serie ist extrem leicht und mit einem kompakten, ultraflachen Aluminiumgehäuse äußerst robust. Die HDDs sind primär für den mobilen Einsatz konzipiert, ohne Anwendung eines Netzteiles. Die Stromversorgung erfolgt über die USB-2.0-Schnittstelle, die eine max. Datenübertragungsrate bis zu 60 MBit/s ermöglicht.

Zudem verwendet die Handy-Drive-Serie die serielle Schnittstellentechnologie SATA. Flash-Speicher wie die CompactFlash-Karte verwenden hingegen immer eine PATA-basierende Schnittstelle. Da SATA die älteren PATA-Anschlüsse fast völlig ablösen wird, können Flash-Speicher mittelfristig keine passende Verbindungsschnittstelle anbieten, und es wird an Nachfolgemodellen fehlen. Interne Festplatten können hingegen neben PATA auch SATA und SCSI/SAS als Schnittstellentechnologie verwenden. In der Unterhaltungselektronik sind digitale Speicherchips stark gefragt: überall dort, wo Informationen persistent – also nicht flüchtig – auf kleinstem Raum gespeichert werden müssen, von USB-Sticks und MP3-Playern, bis hin zu Speicherkarten für Digitalkameras, Mobiltelefone und oder Handhelds. Die kleine, leichte Bauform der Flash-Chips ist ideal für den Consumer-Einsatz. Auch das Preis-Leistungs-Verhältnis stimmt. Flash-Speicher sind günstige Massenspeicher – bei geringen Kapazitätsanforderungen. Bei Bedarf an hohen Speicherkapazitäten liegen die Flash-Kosten pro MByte allerdings höher als bei Festplatten. Heute sind Flash-Kapazitäten von 128 MByte bis zu 8 GByte üblich. Im Vergleich: Die kleinste Fujitsu-Festplatte speichert 40 GByte – und kostet soviel wie ein Flash-Modul mit hoher Speicherkapazität. Der Break-Even-Point des Festplatteneinsatzes ist damit bereits bei einem Bedarf unterhalb 40 GByte erreicht.

Vor allem der mobile Festplattenmarkt fordert große Speicherkapazitäten. Der Ruf nach mehr Leistung wird immer lauter, sowohl für externe Speicheranwendungen als auch im Highend-Audio/Video-Computing wie bei Computerspielen, der Videobearbeitung, Audioaufnahmen und DVR. Prinzipiell gilt, je mehr Speicher zur Verfügung steht, desto besser können Grafiken, Bilder oder Präsentationen verwaltet werden. Für optimale digitale Darstellungen und deren schnelle Bearbeitung, sind große Kapazitäten also unumgänglich. Die Kapazitätsgrenze von Fujitsus 2,5-Zoll-HDDs liegt derzeit bei 200 GByte. Zudem bieten sie hohe Stoßfestigkeit, ruhigen Betrieb und geringen Stromverbrauch. Diese Entwicklungen ermöglichen es Herstellern, High-End-Notebooks zu produzieren, die mit der Performance entsprechender Desktop-Pendants konkurrieren können.

Die Einsatzgebiete von Flash-Speichern und Festplatten unterscheiden sich deutlich und stehen nur selten in direkter Konkurrenz zueinander. Welches Storage-Medium eignet sich am besten für welche Anwendung?

Dies lässt sich anhand der Vor- bzw. Nachteile beider Speicherlösungen leicht beantworten: Für Anwendungen mit geringen Speicheranforderungen und niedrigen Überschreibungsraten wie MP3-Player, Digital-Kameras, Handhelds etc. ist die Flash-Technologie optimal geeignet. Für Anwendungen mit hohen Speicher- und Leistungsanforderungen wie z.B. dem Desktop-Gebrauch, für High-End-Speichereinsätze, hochsensible Industrieanwendungen usw. ist die Festplatte am besten geeignet.

Bevor Flash-Speicher Festplatten in mobilen Endgeräten ablösen werden, sind enorme Entwicklungsschritte in der Flash-Technologie nötig. So müssten die begrenzte Überschreibbarkeit und die Schreibgeschwindigkeit enorm erhöht werden, zudem reichen die bislang angekündigten Kapazitäten von 16 GByte für einen umfassenden Desktop-Gebrauch nicht aus – um an die Speicherkapazität einer 200-GByte-Festplatte heranzureichen, wären viele Chips nötig. Außerdem wäre hier das Preis-Leistungs-Verhältnis bei steigender Speichergröße nicht mehr konkurrenzfähig.

Fujitsu Deutschland, Tel. +49(0)89 323780

*Georg Dietsch ist Director Storage Products Group EMEA, Fujitsu Deutschland

(ID:180540)