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Die Unterschiede zwischen Enterprise-SSDs und Consumer-SSDs

von Luca
Enterprise vs Consumer SSD

SSDs werden auch wie Prozessoren in eine Consumer- und eine Enterprise-Reihe unterteilt. Sie werden nicht viele Unterschiede feststellen, wenn sie zwei ähnliche SSDs derselben Marke vergleichen, die jedoch für unterschiedliche Anwendungen vorgesehen sind.

Enterprise versus Client SSDs

Consumer SSDs sind jedoch auf einen 8-stündigen Betrieb pro Tag ausgelegt, während Enterprise SSDs auf einen 24/7 Betrieb mit höchster Datenzuverlässigkeit, -verfügbarkeit und -integrität optimiert sind.

Wir haben einen solchen Vergleich für Laufwerke von Micron durchgeführt. Wir haben die Serie 1300 (Client/Consumer-SSD) und die Serie 5300 PRO (Enterprise) verglichen. Beide SSDs haben ähnliche Parameter.

Hersteller Micron Micron
Herstellernummer MTFDDAK1T0TDL-1AW1ZABYY MTFDDAK960TDS-1AW1ZABYY
Family 1300 5300 PRO
Kapazität 1TB 960GB
Schreibgeschwindigkeit 520 MBps 520 MBps
Lesegeschwindigkeit 530 MBps 540 MBps
IOPS (zufällige Schreibgeschwindigkeit) 87000 35000
IOPS (zufällige Lesegeschwindigkeit) 90000 85000
Schnittstelle SATA III SATA III
TBW 400TB 2600TB
Garantie 3 Jahre 5 Jahre

Abgesehen von den beiden Parametern TBW und der Garantie (bzw. die Haltbarkeit im Allgemeinen), sind die Unterschiede gering. Was ist also der wesentliche Unterschied zwischen Enterprise- und Consumer-SSDs? Um diese Frage beantworten zu können, müssen wir zunächst ein paar etwas weniger bekannte Begriffe erklären.

SSD Spezifikationen, die in Online-Shops oft nicht angegeben werden

Logical Block Adressing (LBA)

Der Begriff Logical Block Addressing (LBA) oder deutsch Logische Blockadressierung bezeichnet eine Adressierungmethode bei SCSI- und SATA-Festplatten.

Bei Enterprise-SSDs erfolgen zufällige Zugriffe über die gesamte Logische Blockadressierung, während bei Consumer-SSDs lokale Zugriffe nur in einem eingeschränkten LBA-Bereich auftreten können.

Power Loss Protection

Die sogenannte Power Loss Protection sorgt dafür, dass im Falle eines Stromausfalls der Inhalt des Caches noch sicher auf die Flash-Zellen geschrieben werden kann. Diese Funktion ist besonders wichtig und steht im Gegensatz zu Consumer-SSDs oft den Enterprise-SSDs zur Verfügung.

Over Provisioning (OP)

Dies ist der gesamte verfügbare Flash-Speicher, der nicht für den Benutzer, sondern für die Algorithmen, die das Laufwerk verwalten, zur Verfügung steht. Er wird verwendet, um die Lebensdauer der SSD zu verlängern. Beispielsweise könnte eine 800 GB Festplatte tatsächlich 960 GB oder sogar 1000 GB Speicherplatz haben. Dieser überschüssige Speicher dient als Backup für den Fall, dass der verfügbare Speicher des Benutzers mit der Zeit aufgebraucht wird.

Write Amplification Factor (WAF)

Der Schreibverstärkungsfaktor. Dies ist das Verhältnis zwischen der Datenmenge, die wir schreiben (vom Host geschrieben), und der tatsächlichen Datenmenge, die im Flash-Speicher des Laufwerks gespeichert ist. Die Daten in SSDs werden in Datenblöcken geschrieben (die viel größer sind als die von HDDs). Wenn weitere Daten zu einem bereits teilweise belegten Datenblock hinzugefügt werden, werden die vorhandenen Daten verschoben, mit neuen Daten kombiniert und dann beschrieben. Das hat zur Folge, dass das Schreiben einer Datei, die 2 MB wiegt, tatsächlich 4 MB kosten kann. Der Koeffizient zwischen diesen beiden Werten wird WAF genannt. In diesem Beispiel ist WAF gleich 2. Wie Sie sehen können, hat dieser Koeffizient eine signifikante Bedeutung für die Lebensdauer von Festplatten. Oft wird er als die Anzahl von Schreibvorgängen innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls bis zum ersten Ausfall angegeben. Normalerweise liegt dieser Parameter zwischen 2,5 und 5. In Extremfällen kann er sogar 30 erreichen.

DWPD und TBW

DWPD (Drive Writes Per Day) ist die Anzahl, wie oft das Laufwerk täglich in seiner vollen Kapazität überschrieben werden kann, bis die Garantie abläuft. TBW (TeraBytes Written) hingegen bezeichnet die Datenmenge, die bis zum Ablauf der Garantie auf dem Datenträger geschrieben werden kann. Der Wert wird in Terabyte angegeben. Beide Werte bestimmen die Haltbarkeit der Festplatte , für die der Hersteller eine Garantie gibt. Verschiedene Hersteller bzw. verschiedene Serien desselben Herstellers können jedoch auf unterschiedliche Weise geprüft werden.

Queue Depth

Dies ist die Anzahl der Operationen (Schreiben, Lesen oder beides gleichzeitig), die der Controller der Festplatte gleichzeitig verarbeiten kann. Typische Werte für Consumer-SSDs sind 4 und 8, während Geschäftslösungen Werte von 128 oder sogar 256 aufweisen können.

Flash Technologie

Die Basis der SSD-Konstruktion ist die Flash-Technologie, auf die wir hier nicht in vollem Umfang eingehen werden. Wir werden nur auf die verschiedenen Typen hinweisen. SLC (Single Level Cell – ein Bit pro Zelle), MLC (Multi Level Cell – 2 Bits pro Zelle), TLC (Triple Level Cell – 3 Bits pro Zelle), QLC – (Quad Level Cell – 4 Bits pro Zelle).

Vorratsdatenspeicherung

Dies ist die Zeitspanne, nach der Daten beschädigt werden können. Die Datenerhaltung wird durch die Temperatur beeinflusst. Je höher die Temperatur ist, desto kürzer ist die Aufbewahrungsdauer der Daten.

Garbage Collection

Dies ist eine Funktion, die die Aufgabe hat, die Nutzung des Flash-Speichers zu optimieren. Sie sorgt für einen gleichmäßigen Verbrauch und die Optimierung der Schreibzellen.

JEDEC

Dies ist eine Organisation, die sich der Standardisierung von Elektronik gewidmet hat. Für SSDs haben wir zwei interessante Standards. JESD218 (Requirements and Endurance Test Method) und JESD219 (SSD Endurance Workloads – Enterprise Drive Test Standard).

Ausgewählte Anforderungen die Enterprise und Consumer SSDs erfüllen müssen

Nun können wir die vorausgesetzten Anforderungen für Consumer- und Client-SSDs überprüfen, da wir bereits mehr über die einzelnen Parameter wissen.

Consumer SSD Enterprise SSD
Entworfen Hauptsächlich zum Lesen Für jede Umgebung vom kontinuierlichen Lesen bis zum kontinuierlichen Schreiben
Haltbarkeit <0.5 DWPD nach JEDEC JESD219 >=0.8 DWPD bei 100% zufälliger Schreiblast 4K
Betrieb 8 Stunden pro Tag 24h/7
Vorratsdatenspeicherung
(bei max. DWPD):
1 Jahr bei 30°C 3 Monate bei 40°C
Schnittstelle SATA, NVMe SAS, SATA, NVMe
Beispiele WD SN720, WD SA-210, Micron 1300, Crucial BX 500, Samsung EVO 970 Western Digital SN640, Western Digital SS530, Micron 5300 PRO, Micron 5300 MAX, Samsung PM983, Samsung SM983, Intel P4510, Intel S4610

Anstelle einer Schlussfolgerungen

Nachdem wir nun mehr über die technischen Parameter von SSDs und deren Anforderungen gelernt haben, fällt auf, dass bei SSDs der Enterprise-Klasse mehr Wert auf Belastbarkeit gelegt wird. Unabhängig davon, ob es sich um höhere Robustheit, längere Garantiezeit oder den Betrieb bei höheren Temperaturen handelt. Dennoch gibt es bei den zuvor genannten Punkten noch einige Aspekte zu beachten.

Festplattenkapazitäten und DWPD/TBW können wir als völlig vertrauenswürdig Parameter annehmen. Diese Werte sind auf der Produktkarte klar beschrieben und stehen in engem Zusammenhang mit der Garantie.

Die Lese-/Schreibgeschwindigkeit kann jedoch als ungenauer Parameter bezeichnet werden, da der Hersteller meist nicht angibt, an welcher Stelle und wie gemessen wurde. Bei Consumer-SSDs werden diese Werte oft für den Moment angegeben, in dem die Festplatte frisch aus der Verpackung genommen wird. Das heißt, wenn das Laufwerk neu ist und noch nicht beschrieben wurde. Unter diesen Bedingungen muss der Controller keine „Garbage Collection“ verwenden.

Die Anzahl des IOPS. In diesem Fall ist es ähnlich. Die IOPS für Consumer-Laufwerke werden für ein neues, sauberes Laufwerk angegeben. Wenn die Festplatte jedoch vollständig beschrieben und auf „queue depth“ getestet wird, kann der tatsächliche IOPS-Wert auf bis zu 90% fallen. Bei Enterprise-SSDs werden die IOPS-Werte gemessen, nachdem das Laufwerk vollständig – und manchmal auch mehrfach – beschrieben wurde. Bei Enterprise-Festplatten sollten die gleichen IOPS über die gesamte Lebensdauer des Laufwerks und unter konstanter Arbeitslast verfügbar sein.

Die Anzahl der Hersteller. Betrachtet man die Anzahl der Hersteller von Consumer-SSDs, hat man eine große Auswahl, weil es einfach viele Angebote gibt. Für den Zweck dieses Artikels haben wir versucht zu zählen, wie viele Hersteller es auf dem deutschen Markt gibt. Als wir die Zahl 30 erreichten, haben wir aufgegeben. Wenn es um Business-SSDs geht, zählt auf dem Markt eigentlich: Samsung, Intel, Micron, Western Digital und Kioxia (ehemals Toshiba).

Nur selten lässt sich in der Dokumentation eine Information finden, nach welchen Normen die Tests durchgeführt wurden. Außerdem fehlt es an Informationen über Testverfahren, was es oft unmöglich macht, Testergebnisse zu vergleichen, ohne sie selbst durchzuführen.

Zusammenfassung

Kann man SSDs für die geschäftliche und private Nutzung vergleichen? Unserer Meinung nach, offensichtlich nicht. Dies sind völlig unterschiedliche Produktkategorien. Verbraucherprodukte sind für Lesevorgänge gedacht, und ihre Parameter sollen den Benutzer zum Kauf verleiten. Der Benutzer prüft nämlich nicht, was mit der SSD passiert, wenn sie nicht innerhalb der Garantiezeit kaputt geht.

Server-SSDs haben ganz andere Aufgaben. Sie dienen dazu, den Kunden über die Qualität zu binden und zu Wiederholungskäufen zu animieren. Die Hersteller wissen, dass hier ihre Produkte mit voller Kapazität in einer Lese-, Schreib- oder gemischten Umgebung arbeiten können. Da kein Platz für Kompromisse ist, muss die angebotene Lösung einfach die beste sein. Ja, das Angebot ist recht groß und manchmal unterscheiden sich ähnliche Laufwerke auch im Preis. Dieser wird aber schon durch solche Parameter wie DWPD, TBW oder die Geräteschnittstelle beeinflusst.

Sind Enterprise-SSDs also besser als Client-SSDs? Unserer Meinung nach – ja, wobei alles davon abhängt, wofür ein Kunde diese benötigt. Deshalb fragen wir unsere Kunden oft, wofür sie eine SSD benötigen oder welche Richtlinien sie erfüllen müssen.

Beispiel Testprogramme – die beliebtesten Lösungen auf dem Markt

Zum Abschluss nennen wir Ihnen eine Reihe von Programmen zum Testen von Festplatten, für diejenigen, die die Leistung ihrer eigenen Hardware überprüfen möchten.

  1. AS SSD, Crystal Disk Benchmark – diese beiden Tools funktionieren nur unter Windows. Sie führen synthetische Messungen der Festplatte durch, begrenzen aber die Datenmenge.
  2. FIO – Flexible IO Tester – arbeitet unter Windows, Linux & Free BSD. Die Software ermöglicht es Ihnen, die Größe der Übertragung, die Anzahl der Anfragen, die Antwortzeit und viele andere Variablen zu bestimmen, die in Form von Befehlen abgefragt werden können
  3. VDBench – das Programm läuft nur unter Linux und ist ähnlich wie FIO.
  4. DiskSpd– eine Open Source Lösung, die für Windows verfügbar ist.

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