Was ist SSD-RAID? Wie RAID die SSD-Leistung verbessern kann

SSD-RAID ist eine Methode zur Steigerung der Leistung von Solid-State-Laufwerken (SSDs) und wird häufig zum Schutz von Daten eingesetzt, indem redundante Datenblöcke auf mehrere SSDs verteilt werden.

Ein redundantes Array unabhängiger Festplatten (RAID) ist eine Virtualisierungstechnologie für die Datenspeicherung, die mehrere physische Speicherlaufwerke zu einer oder mehreren logischen Einheiten zusammenfasst, um Datenredundanz und eine optimierte Leistung zu erreichen.

Heutzutage verfügen die meisten Mainboards über integriertes RAID, doch das ist nicht zwingend erforderlich; bei fehlender RAID-Unterstützung lassen sich RAID-Controller in Mainboards integrieren. Standalone-RAID-Systeme werden häufig für große Storage Area Networks (SANs) mit enormen Datenmengen und viel Cache-Speicher eingesetzt. RAID kommt außerdem in Gaming-PCs und bei geschäftlichen Anwendern zum Einsatz.

Während SSDs zuverlässiger sind als Festplattenlaufwerke (HDDs), haben SSDs zwar keine beweglichen Teile, können aber dennoch ausfallen, was zu Datenverlust führen kann. SSD-RAID wird in erster Linie zum Schutz vor einem solchen Datenverlust eingesetzt und kann zusätzlich zu Leistungssteigerungen führen. Darüber hinaus ist SSD-RAID für Anwendungen nützlich und effektiv, bei denen die Datenlese- und -schreibgeschwindigkeit sowie der Datenschutz besonders wichtig sind.

SSD-RAID-Funktionen

Die zuverlässigen und leistungsorientierten Speicherlösungen von SSD-RAID bieten wichtige Werkzeuge und Mechanismen für die Speicherbereitstellung. Im Folgenden sind einige Funktionen von SSD-RAID aufgeführt.

Schnellere Datenlese- und -schreibgeschwindigkeiten

SSD-RAID wird aufgrund seiner schnellen Fähigkeit zum Lesen und Schreiben von Daten häufig empfohlen und ist dabei einer einzelnen SSD überlegen. Ein mit mehreren SSDs konfiguriertes RAID-Array kann das Lesen und Schreiben von Daten erheblich beschleunigen.

Beispielsweise ermöglicht das Striping-Verfahren, eine einzelne Datei auf zahlreiche SSDs zu verteilen. Dadurch werden zusammenhängende Daten auf mehrere Laufwerke verteilt und können schneller gelesen und geschrieben werden. RAID 0 ist als Stripe-Volume mit mindestens zwei Laufwerken beliebt und kann die Kapazität erhöhen, indem die Kapazitäten mehrerer SSDs zusammengelegt werden.

Fehlertoleranz

Die Fehlertoleranz von SSD-RAID ist ein besonders attraktives Merkmal, das viele Unternehmen anspricht. Die Spiegelungsfunktion gewährleistet Fehlertoleranz, wobei die RAID-Level von der Anzahl der in einem System verwendeten SSDs abhängen.

Fehlertoleranz wird häufig zum Schutz von Daten eingesetzt, indem redundante Datenblöcke auf mehrere SSDs verteilt werden. Sie kann so konfiguriert werden, dass die Datenintegrität durch Sicherungs- oder Korrekturverfahren geschützt wird.

Verwaltungswerkzeuge

Die Verwaltungswerkzeuge von SSD-RAID vereinfachen die Konfiguration und Verwaltung von RAID-Controllern und ermöglichen deren Steuerung über eine Benutzeroberfläche (UI) oder eine Kommandozeilenschnittstelle (CLI). Die dedizierte Software erkennt und überwacht den Status mehrerer SSDs und ermöglicht die Konfiguration der Controller. Allerdings können die Funktionen der SSD-RAID-Verwaltungswerkzeuge je nach Plattform variieren.

Wie funktioniert SSD-RAID?

SSD-RAID basiert auf drei grundlegenden Konzepten – Striping, Spiegelung und Parität –, um die Leistung zu steigern und eine höhere Datensicherheit zu gewährleisten.

Striping

Beim Striping werden Daten in Blöcke aufgeteilt und auf mehrere Speichergeräte verteilt, sodass die Daten gleichmäßig auf zwei oder mehr Laufwerke verteilt werden. Dadurch kann eine einzelne Datei auf mehrere SSD-Laufwerke verteilt werden, was die Datenlese- und -schreibgeschwindigkeit sowie die Leistung erhöht. Bei der Verteilung auf mehrere SSDs können Daten auf verschiedene Arten aufgeteilt werden.

Spiegelung

Bei der Spiegelung werden Daten dupliziert, indem sie gleichzeitig auf zwei oder mehr separate SSDs geschrieben werden. Durch das Kopieren der Daten auf ein weiteres Laufwerk lassen sich die Daten wiederherstellen, wenn ein einzelnes Laufwerk im Array ausfällt; für kritische Daten ist dieses Verfahren besonders effektiv.

Das Schreiben derselben Daten auf zwei oder mehr Laufwerke macht die Datenwiederherstellung schnell und einfach. Wenn eines der Laufwerke in einem Array ausfällt, ermöglicht der RAID-Controller das Duplizieren der Daten vom funktionierenden Laufwerk auf eine neue SSD. Im Falle eines Ausfalls sind die Daten sofort auf dem zweiten Laufwerk verfügbar, das ohne Ausfallzeit weiterarbeiten kann.

Parität

SSD-RAID verwendet aus Sicherheits- und Leistungsgründen Paritätsberechnungen, während die Daten auf mehrere SSDs verteilt werden. Die Fähigkeit zur Paritätsberechnung wird in Laufwerks-Arrays zur Fehlertoleranz eingesetzt, indem die Daten auf den Laufwerken berechnet und die Ergebnisse auf einem anderen Laufwerk gespeichert werden. Die Berechnung erfolgt üblicherweise binär oder durch eine XOR-Operation (exklusives Oder), bei der ein Bit einer SSD mit einem Bit eines zweiten Laufwerks verglichen und das berechnete Ergebnis auf einem dritten Laufwerk gespeichert wird.

Hardware-RAID vs. Software-RAID

Speichersysteme wenden RAID auf der Ebene des gesamten Laufwerks an, während Redundanz zur Verwaltung von Daten mit feinerer Granularität dient. Dies lässt sich mit Hardware-RAID oder Software-RAID umsetzen – je nachdem, was für Ihren aktuellen Technologie-Stack am besten geeignet ist.

Hardware-RAID erfordert einen dedizierten Controller, der im Server installiert und auf dem Mainboard oder auf einer separaten RAID-Karte betrieben wird. RAID-Karten verwalten die RAID-Arrays, indem sie dem System logische Datenträger bereitstellen. Hardware-RAID ermöglicht mehrere unterschiedliche RAID-Konfigurationen gleichzeitig, und der Datenzugriff ist in der Regel schneller bei gleichzeitig höherer Fehlertoleranz.

Software-RAID wird dagegen auf dem internen Server ausgeführt und erfordert im Allgemeinen die Installation eines RAID-Treibers oder einer Software zum Erstellen und Verwalten der RAID-Infrastruktur. Wenn kein RAID-Controller vorhanden ist und die SSDs direkt mit dem Mainboard verbunden sind, kann die RAID-Konfiguration über ein Dienstprogramm im Betriebssystem gesteuert werden.

Software-RAID wird für lokale Speicherlösungen dringend empfohlen, und viele Betriebssysteme bieten Implementierungen von Software-RAID. Außerdem ist es oft günstiger und erfordert abgesehen vom Speicher-Array nur wenig dedizierte Hardware.

SSD-Nutzung mit verschiedenen RAID-Leveln

SSD-RAIDs können in verschiedene Level konfiguriert werden, wodurch sich Leistung und Datensicherheit verbessern lassen. Die Storage Networking Industry Association (SNIA) hat die RAID-Level und die zugehörigen Datenformate standardisiert.

RAID 0

In einem RAID-0-System sind alle SSDs zu einem einzigen Speicherpool verbunden, um ihre Geschwindigkeit für eine bessere Leistung zu kombinieren. Dabei werden die Daten in Blöcke aufgeteilt und auf die Speicherlaufwerke im Array verteilt. Die Leistung lässt sich durch mehrere Controller weiter steigern, allerdings gehen sämtliche Daten verloren, wenn ein Speicherlaufwerk ausfällt. Ein RAID-0-System eignet sich für Anwender, die ihre Daten regelmäßig sichern, sowie für unkritische Systeme, die hohe Datenlese- und -schreibgeschwindigkeiten benötigen.

RAID 1

RAID-1-Systeme bieten höhere Zuverlässigkeit, da die Daten auf eine zweite SSD gespiegelt werden. In diesem System werden die Daten gleichzeitig zweimal gespeichert, indem sie sowohl auf das Datenlaufwerk als auch auf ein Spiegelungslaufwerk geschrieben werden. Fällt ein Laufwerk aus, können die Daten vom Spiegelungslaufwerk wiederhergestellt werden.

Allerdings arbeitet RAID 1 langsamer und verdoppelt die benötigte Anzahl an SSDs. Es eignet sich ideal für kritische Speicherlösungen und für kleine Server, bei denen Datensicherheit wichtiger ist als Leistung.

RAID 2

RAID-2-Systeme verwenden Striping auf Bit-Ebene mit dedizierter Hamming-Code-Parität, wobei jedes aufeinanderfolgende Bit auf einem anderen Laufwerk gespeichert wird. Der Fehlerkorrekturcode (ECC) wird mithilfe der Hamming-Code-Parität aufgezeichnet, die über mehrere Bits berechnet wird. Jedes Datenbit wird auf einer separaten Festplatte gespeichert, während die ECC-Codes auf unterschiedlichen Laufwerken abgelegt werden.

Dennoch ist RAID 2 teuer und komplexer und wird im Allgemeinen von keinem kommerziellen System verwendet.

RAID 3

RAID 3 verwendet Striping auf Byte-Ebene mit dedizierter Parität, wobei die Daten als aufeinanderfolgende Bytes auf die verschiedenen Laufwerke verteilt werden. RAID 3 bietet einen hohen Durchsatz bei der Übertragung großer Datenmengen, erfordert jedoch möglicherweise auch bei der Übertragung kleiner Dateien umfangreiche Konfigurationen.

Wie RAID 2 benötigt RAID 3 einen speziellen Controller für die synchronisierten Speicherlaufwerke und wird im Allgemeinen von keinem kommerziellen System verwendet.

RAID 4

RAID-4-Systeme verwenden Striping auf Blockebene mit dedizierten Paritätsbits. Wenn ein einzelner Datenblock angefordert wird, arbeitet jede SSD unabhängig und muss nicht synchronisiert werden. Der Hauptvorteil von RAID 4 ist die Parallelität bei Ein- und Ausgabe (I/O): Ein I/O-Lesevorgang muss nicht auf alle Datenlaufwerke verteilt werden und kann parallel ausgeführt werden, was die Leistung verbessert.

Heutzutage wurde RAID 4 weitgehend durch RAID-DP ersetzt, eine proprietäre Implementierung von RAID 4 mit zwei Paritätslaufwerken.

RAID 5

RAID-5-Systeme verwenden Striping von Daten auf Blockebene mit verteilter Parität auf den Speicherlaufwerken und stellen eine Standardkonfiguration dar. Paritäts-Schreibvorgänge und I/O-Operationen werden gleichmäßig auf alle Datenlaufwerke verteilt.

Darüber hinaus ist RAID 5 kostengünstig und für SSD-Subsysteme beliebt geworden. Es erhöht die Sicherheit durch Paritätsdaten und verbessert die Geschwindigkeit, indem Daten über die Speicherlaufwerke verteilt werden. Bei einem Laufwerksausfall können nachfolgende Lesevorgänge anhand der verteilten Parität berechnet werden; es gehen keine Daten verloren.

Wie RAID 3 benötigt RAID 5 mindestens drei Laufwerke, doch die Parität wird im Gegensatz zu den separaten Paritätslaufwerken von RAID 3 auf alle Laufwerke verteilt.

RAID 6

RAID-6-Systeme verwenden Striping auf Blockebene mit doppelter verteilter Parität statt nur einer Parität. Dadurch wird Fehlertoleranz für den Ausfall von bis zu zwei SSDs gewährleistet. RAID 6 ist für größere Laufwerkskapazitäten und Array-Größen effizient, insbesondere bei hochverfügbaren Systemen.

RAID 6 erfordert mindestens vier Speicherlaufwerke und bleibt selbst dann funktionsfähig, wenn zwei Datenlaufwerke gleichzeitig ausfallen. Die ausgefallenen Laufwerke werden ersetzt, wobei die Wiederherstellung bei SSDs mit hoher Kapazität länger dauert.

RAID 6 eignet sich für Systeme, die eine bessere Leistung und effizienten Speicher bei hoher Sicherheit benötigen. Es ähnelt RAID 5, wird aber nicht so häufig eingesetzt. Die Technologie ist komplex; der Wiederaufbau eines Arrays kann lange dauern.

Verschachteltes RAID

Verschachteltes oder hybrides RAID kann in bestimmten Fällen eine gute Lösung sein. Zu den beliebten hybriden RAID-Systemen gehören RAID 1+0 (RAID 10) und RAID 5+0 (RAID 50). RAID 10 kombiniert mehrere gespiegelte SSDs (RAID 1) und Daten-Striping (RAID 0) in einem einzigen Array, das aus einer Stripe-Gruppe mehrerer gespiegelter Laufwerke aufgebaut ist.

Weitere Informationen zu RAID-Leveln finden Sie unter: RAID-Level erklärt

Die drei wichtigsten Vorteile von SSD-RAID

SSD-RAID ist möglicherweise nicht zwingend erforderlich, doch die Leistung und Geschwindigkeit des Systems, Datensicherheit sowie Zuverlässigkeit und Lebensdauer machen es zu einer beliebten Methode, um Datenverfügbarkeit und Redundanz sicherzustellen.

Leistung und Geschwindigkeit

SSD-RAID ist in puncto Leistung überlegen. Ein SSD-RAID-Array mit mehreren SSDs kann die Leistung enorm steigern. Durch die Aufteilung von Daten in Blöcke und deren Verteilung auf Speichergeräte werden die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten sowie die Gesamtleistung erhöht.

Die sequenzielle Lese- und Schreibgeschwindigkeit von SSD-RAID beträgt etwa das Doppelte eines einzelnen Laufwerks. Eine SSD-RAID-Konfiguration bietet eine bessere Leistung als jede RAID-Konfiguration mit mechanischen Laufwerken, und ein dedizierter Hardware-RAID-Controller arbeitet besser als eine softwarebasierte RAID-Lösung.

Datensicherheit

SSD-RAID gewährleistet eine höhere Datensicherheit als eine einzelne SSD. Bei Verwendung eines einzelnen Laufwerks besteht das Risiko von Datenverlust. Wird die SSD beschädigt, kann im schlimmsten Fall der gesamte Datensatz zerstört werden.

SSD-RAID ermöglicht die Speicherung von Daten auf mehreren Laufwerken in einem RAID-Array. Wird eine SSD im Array beschädigt, schützt eine andere SSD eine Kopie der Daten, sodass Sie Ihre Daten wiederherstellen können.

Zuverlässigkeit und Lebensdauer

SSD-RAID ist eine effektive Möglichkeit, die Datenverfügbarkeit auch bei Ausfällen einzelner Komponenten im System zu gewährleisten. SSD-RAID kann einen oder mehrere Ausfälle in einem Array verkraften. Fällt ein Laufwerk aus, kann es ersetzt werden, woraufhin das System sich selbst wiederherstellt.

Die Lebensdauer von SSD-RAID kann Unternehmen dabei helfen, Daten zu schützen und eine höhere Zuverlässigkeit als ein einzelnes SSD-basiertes System zu erreichen.

Wie wirkt sich RAID auf die SSD-Leistung aus?

SSDs erfreuen sich aufgrund ihrer Geschwindigkeit und Haltbarkeit großer Beliebtheit, um die Leistung von Notebooks, Desktops und Workstations zu steigern. Die Verwendung gruppierter SSDs in RAID-Arrays bietet zusätzliche Leistungsgewinne bei Servern. Damit sind SSD-RAIDs die ideale Lösung für Datensatzanwendungen auf Servern, bei denen eine hohe I/O-Leistung wichtig ist.

Beim Striping wird eine einzelne Datendatei auf mehrere SSDs verteilt, die sie gleichmäßig aufteilen. Dadurch entsteht ein schneller Speicher für Transaktionsdateien und die Gesamtleistung steigt. Die Spiegelung dupliziert außerdem eine Datendatei auf mehrere SSDs. Dadurch lassen sich Daten wiederherstellen, wenn ein einzelnes Laufwerk im Array ausfällt, was die Datensicherheit verbessert und die Datenwiederherstellung schnell und einfach macht.

SSDs mit einer RAID-Konfiguration kombinieren Hochgeschwindigkeitsspeicher für Datentransaktionen mit Redundanz für geschäftskritische Anwendungen. Die Datenübertragungsgeschwindigkeiten von SSDs liegen beim Lesen und Schreiben im Allgemeinen zwischen 300 und 600 MB/s. Je nach Konfiguration und Anzahl der SSDs im RAID-Array kann SSD-RAID die Übertragungsgeschwindigkeit schnell auf bis zu 1.000 MB/s steigern. Für schnellere Datenlese- und -schreibvorgänge sowie die Arbeit mit kritischen Daten verbessert SSD-RAID die Leistung und maximiert den Datenschutz.

HDD-RAID vs. SSD-RAID

HDD-RAID und SSD-RAID können gute Optionen sein, um Leistung und Datensicherheit zu verbessern. Im Folgenden sind einige Vergleiche aufgeführt.

Lohnt sich SSD-RAID?

Ein SSD-RAID-Array kann zu weiteren Leistungssteigerungen, höherer Geschwindigkeit und größerer Zuverlässigkeit führen. Für Unternehmen oder große Systeme, bei denen Rechengeschwindigkeit und Datensicherheit wichtige Faktoren sind und Kosten keine Rolle spielen, kann SSD-RAID die perfekte Lösung sein.

Wer sollte keine SSD mit RAID verwenden?

SSD-RAID ist teurer und kann für Einsteiger oder technisch nicht versierte Benutzer zu einem komplexen Wartungsproblem werden.

• Kosten: SSDs sind teurer als HDDs, und für den Aufbau eines SSD-RAID-Arrays sind mehrere SSDs erforderlich. Unternehmen mit einem begrenzten Budget für ihr System sollten kein SSD-RAID einsetzen, außer um zusätzlichen Backup-Speicher bereitzustellen.
• Wartungsprobleme: Es besteht kein Zweifel daran, dass SSD-RAID mit Wartungsproblemen verbunden ist, da eine Defragmentierung seine Lebensdauer beeinträchtigen kann. Für Einsteiger oder technisch nicht versierte Benutzer kann dies zusätzlichen Aufwand bedeuten. Kleine Unternehmen oder persönliche Systeme mit begrenztem Zugang zu Fachpersonal sollten RAID-Systeme oder SSD-RAID vermeiden.
• Hohe Geschwindigkeit ist nicht erforderlich: Eine einzelne SSD ist für die allgemeine Nutzung schnell genug. In den meisten Fällen ist eine hohe Rechengeschwindigkeit für kleine Systeme und die private Nutzung optional, da eine einzelne SSD eine gute Leistung erbringen kann.

Die 3 besten verfügbaren RAID-SSDs

OWC SSD Mercury Elite Pro Dual Mini Portable RAID

OWC SSD Mercury Elite Pro Dual Mini ist insgesamt die beste Wahl, gemessen an Leistung und Preis. Der Mercury Elite Pro Dual Mini ist ein leistungsstarkes tragbares RAID – eine perfekte Kombination aus Preis, Leistung und Geschwindigkeit.

Er verfügt über die vom Benutzer wählbaren Modi RAID 0 und RAID 1, die je nach Bedarf konfiguriert werden können. Im RAID-0-Modus bietet der Mercury Elite Pro Dual Mini schnelle Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 989 MB/s, während RAID 1 durch gespiegelte Laufwerke eine höhere Datenredundanz gewährleistet.

OWC bietet fünf Modelle der tragbaren Mercury Elite Pro Dual Mini Portable RAID-SSD mit 480 GB, 1 TB, 2 TB, 4 TB und 8 TB an; die Preise beginnen beim 480-GB-Modell bei 229,00 US-Dollar.

Dank zweier Laufwerke, USB 3.1 Gen 2 und eines busgespeisten Formfaktors kann sie eine gute Wahl für anspruchsvolle Anwendungen sein. Die OWC SSD Mercury Elite Pro Dual Mini bietet die Leistung und Flexibilität, die Profis bei der Arbeit mit umfangreichen Medieninhalten für leistungsstarke Workflows benötigen.

SanDisk Professional G-RAID Shuttle SSD

SanDisk Professional G-RAID Shuttle SSD ist ideal für hohe Leistung und große Speicherkapazitäten. Es handelt sich um einen konsolidierten Speicher, der eine schnelle Speicherlösung bereitstellt und zur Optimierung von Workflows beiträgt.

Das RAID-Array enthält in jedem Einschub eine 2,5-Zoll-SSD und ist in der Regel für RAID 5 vorkonfiguriert, unterstützt jedoch RAID 0, 1, 10 und 50. Über die Thunderbolt-3-Schnittstelle sind Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2.800 MB/s möglich; außerdem kann das Gerät mit USB 3.2 verwendet werden.

SanDisk bietet die G-RAID Shuttle SSD mit Kapazitäten von 8 TB, 16 TB und 32 TB an. Über die beiden Thunderbolt-3-Anschlüsse lassen sich bis zu fünf Geräte miteinander verbinden.

Die SanDisk Professional G-RAID Shuttle SSD ist eine ideale Wahl für große Speicherkapazitäten, und die RAID-Implementierung bietet eine hervorragende Zuverlässigkeit. Sie stellt eine vielseitige und flexible Speicherlösung bereit, die maximale Leistung und Unterstützung für Workflows mit mehreren Datenströmen gewährleistet.

Glyph Atom RAID SSD

Glyph Atom RAID SSD wurde als tragbare RAID-Speicherlösung zu einem erschwinglichen Preis konzipiert, der ab 99,95 US-Dollar (500 GB) beginnt. Das leichte Aluminiumgehäuse schützt die Daten vor Schäden durch grobe Handhabung.

Die Glyph Atom RAID SSD enthält zwei M.2-SSDs und ist ein mobiles, busgespeistes Speichergerät, das keine externe Stromversorgung benötigt. Sie ist in vier Kapazitätsvarianten mit 500 GB, 1 TB, 2 TB oder 4 TB erhältlich, unterstützt jedoch ausschließlich den Anschluss über Thunderbolt 3.

Atom RAID ist für RAID 0 konfiguriert, um die Leistung zu maximieren, und kann nicht auf andere RAID-Modi umkonfiguriert werden. Bei einem Laufwerksausfall ist es unzuverlässig, und eine Verbindung zu Monitoren ist nicht vorgesehen. Für große Datenübertragungen in kurzer Zeit ist es jedoch eine perfekte Lösung. Glyph Atom RAID ist ein ultraschnelles mobiles RAID mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 950 MB/s und damit ein idealer tragbarer RAID-Speicher.

Benötigen Sie ein SSD-RAID?

Auf dem Markt sind zahlreiche SSD-RAID-Optionen mit nützlichen Funktionen erhältlich. Bei der Auswahl sollten die Anforderungen und der Bedarf Ihres Unternehmens ebenso berücksichtigt werden wie die Kosten. Ein SSD-RAID-System kann zwar die Gesamtgeschwindigkeit und -leistung der Datenverwaltung Ihres Unternehmens verbessern, stellt jedoch möglicherweise eine teure und übermäßig komplexe Option dar, die für kleinere Unternehmen oder die private Nutzung nicht ideal ist.

Weitere Informationen: Solid-State-Laufwerk (SSD): Markt, Überblick, Funktionen, Vorteile und beste Anbieter