Solid-State-Laufwerke (SSDs) ermöglichen dank ihrer umfangreichen internen Parallelität einen schnelleren Datenzugriff. Sie bieten zahlreiche Vorteile wie höhere Startgeschwindigkeit, Energieeffizienz, bessere Widerstandsfähigkeit und eine kompakte Bauweise. Außerdem sind sie im Vergleich zu anderen Speicheroptionen langlebiger.
Allerdings haben SSDs auch ihre Grenzen. SSDs speichern Daten elektronisch mithilfe von Flash-Speicher. Die Zellen nutzen sich mit der Zeit ab und arbeiten weniger effizient, was sich auf die nutzbare Lebensdauer des Laufwerks auswirkt.
Wie lange hält eine SSD?
SSDs verwenden Flash-Speicher zur Datenspeicherung. Mithilfe von NAND-Flash-Chips, ähnlich denen in Flash-Karten oder USB-Laufwerken, lesen und schreiben SSDs Daten elektronisch. Sie nutzen integrierte Schaltkreise zur Datenspeicherung und bestehen aus einem Transistorgitter, das Daten im binären Zahlensystem speichert.
Die SSD nutzt zur Datenspeicherung einen integrierten Schaltkreis. Sie verfügt über einen elektronischen Controller und eine Reihe von NAND-Chips. Diese Chips benötigen für ihren Betrieb keine Stromversorgung. Stattdessen bestehen sie aus einem Transistorgitter, das Daten im binären Zahlensystem speichert.
Das binäre Zahlensystem kennt zwei Zustände: 0 und 1. Fließt Strom durch die Transistoren, ist ihr Zustand 1. Fließt kein Strom, bleibt der Wert 0. Zu Beginn befinden sich die Transistoren im Zustand 1. Beim Schreiben einer Datei oder beim Speichern werden einige Transistoren blockiert, wodurch ihr Wert zu 0 wird.
Auch wenn SSDs wesentlich schneller als mechanische Festplatten sind, verfügen sie über nichtflüchtigen Speicher. Dadurch werden sie mit der Zeit weniger zuverlässig, da sich die Transistoren abnutzen und ihre Fähigkeit verlieren, Ladung zu halten. Mit zunehmender Nutzung werden diese Laufwerke unzuverlässiger. SSDs haben von Haus aus eine begrenzte Lebensdauer.
Mit jedem Schreibvorgang wird die SSD weniger effizient. Denn zum Überschreiben von Daten müssen die vorhandenen Daten zunächst gelöscht werden. Dazu benötigen NAND-Chips eine Spannung, um Elektronen durch den Isolator zu schicken.
Durch die kontinuierlichen Schreib- und Löschzyklen nutzt sich der Isolator ab. Daher können die Flash-Zellen nicht unbegrenzt programmiert und gelöscht werden. Somit bestimmen das NAND-Design und die Nutzung der SSD, wie lange sie hält.
Lesen Sie mehr über die Vorteile von SSDs.
Welche Faktoren beeinflussen die Lebensdauer einer SSD?
Im Wesentlichen bestimmen drei Faktoren die Zuverlässigkeit einer SSD: das Alter der SSD, die im Laufe der Zeit insgesamt geschriebenen Terabytes (TBW) und die Laufwerkschreibvorgänge pro Tag (DWPD).
Das Alter der SSD
Das Alter der SSD bestimmt ihre Leistung und Langlebigkeit. Auch wenn Hersteller angeben, dass ihre SSDs zehn Jahre halten können, beträgt die durchschnittliche Lebensdauer einer SSD weniger als zehn Jahre. Entscheidend ist vor allem die Nutzung.
Laut dem Bericht der Google und der University of Toronto stieg die Ausfallrate von Laufwerken mit zunehmendem Alter der SSD. Allerdings mussten sie 25 % seltener ersetzt werden als Festplattenlaufwerke.
Im Laufe der Zeit geschriebene Terabytes
In der IT-Branche wird die Lebensdauer einer SSD in TBW angegeben. Meist beträgt die Lebensdauer einer SSD 256 TBW. Dies ist der grundlegende Garantiezeitraum, nach dem sich die Speicherzellen abzunutzen beginnen.
Nach Überschreiten des TBW-Werts steigt die Wahrscheinlichkeit eines Laufwerksausfalls und von Datenverlust. Daher wird empfohlen, das Laufwerk zu ersetzen, sobald der angegebene TBW-Wert ausgeschöpft ist.
Laufwerkschreibvorgänge pro Tag
SSDs verfügen außerdem über einen DWPD-Wert, der angibt, wie viele Daten pro Tag während der Garantielaufzeit der SSD geschrieben werden können. Er wird in Gigabyte gemessen. Je höher der DWPD-Wert, desto größer ist die Ausdauer der SSD. Beim Kauf einer SSD können Sie daher den DWPD-Wert berücksichtigen, um eine bessere Kapazität und Leistung zu erhalten.
So wird die Ausdauer von SSDs mit Flash-Speicher gemessen
Die Ausdauerbewertung von NAND-Flash-SSDs wird in Schreibzyklen angegeben. Ihre Anzahl an Schreibzyklen ist begrenzt; danach beginnt sich die Oxidschicht der Flash-Speicherzellen abzubauen. Dies beeinträchtigt die Leistung der SSD.
Die Ausdauer wird auch als Programmier-/Löschzyklus oder P/E-Zyklus bezeichnet. Wenn neue Daten auf der SSD gespeichert werden, muss ein vorhandener Datenblock elektrisch gelöscht werden. Leider verschlechtert ein kontinuierlicher P/E-Zyklus die Oxidschicht der NAND-Flash-Speicherzellen. Dadurch nutzen sich diese Zellen schließlich ab, was ihre Fähigkeit zur Datenspeicherung beeinträchtigt.
Ein weiteres unerwünschtes Phänomen, das die SSD-Leistung beeinträchtigt, ist die Schreibverstärkung. Beim Schreiben von Daten auf das Speicherlaufwerk wird die tatsächlich geschriebene Datenmenge vervielfacht. Dadurch steigt die Zahl der Schreibvorgänge und die zuverlässige Betriebsdauer der SSD verkürzt sich, was ihre Konsistenz beeinträchtigt. Zu den verschiedenen Faktoren, die die Schreibverstärkung beeinflussen, gehören Garbage Collection, Over-Provisioning, Metadaten, Protokollstrukturen und Deduplizierung.
Bei den Flash-Ausdauerwerten von Architekturen mit Single-Level-Cell (SLC), Multi-Level-Cell (MLC) und Triple-Level-Cell (TLC) gibt es wesentliche Unterschiede:
- SLC-NAND-Flash hält etwa 50.000 bis 100.000 Schreibzyklen aus.
- MLC-NAND-Flash hält bis zu 3.000 Schreibzyklen aus. Die eMLC- oder Enterprise-MLC-Variante unterstützt etwa 10.000 Schreibzyklen.
- TLC-NAND-Flash hat eine geringe Ausdauer und hält etwa 300 bis 1.000 Schreibzyklen aus.
Erfahren Sie mehr über den Geschwindigkeitsunterschied zwischen SSDs und HDDs.
So schätzen Sie die Lebensdauer Ihrer SSD
Die Lebensdauer einer SSD hängt hauptsächlich von TBW und DWPD ab. So können Sie die Lebensdauer der SSD schätzen:
TBW
TBW gibt an, wie viele Daten das Laufwerk während seiner Lebensdauer schreiben kann. Hat eine SSD beispielsweise eine TBW-Bewertung von 300, kann das Laufwerk 300 TB Daten schreiben, bevor es ersetzt werden muss.
Die Samsung-85-Pro-Serie umfasst SSDs mit Kapazitäten von 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB, 2 TB und 4 TB. Sie basiert auf 3D-V-NAND und verfügt über eine zehnjährige Garantie.
Der maximale TBW-Wert einer 25-GB-SSD beträgt 150. Bei SSDs mit 512 GB und 1 TB Kapazität liegt der maximale TBW-Wert bei 300. Das 2-TB-Laufwerk hat eine TBW-Kapazität von 450 TB, das 4-TB-Laufwerk eine von 600 TB.
DWPD
DWPD gibt an, wie oft die gesamte SSD während ihrer Lebensdauer täglich neu beschrieben werden kann. Als Beispiel können Sie ein 200-GB-SSD-Laufwerk mit einem DWPD-Wert von 1 und einer Garantiezeit von fünf Jahren betrachten. Das bedeutet, dass Sie fünf Jahre lang täglich 200 GB neu schreiben können, ohne dass ein Ausfall zu erwarten ist.
Anhand dieser Daten können Sie auch den TBW-Wert berechnen. Da Sie fünf Jahre lang an 365 Tagen jeweils 200 GB schreiben können, ergibt sich folgender TBW-Wert:
200*365*5 = 365.000 GB oder 365 TB Schreibvorgänge
Wenn der DPWD-Wert 2 beträgt und die übrigen Faktoren unverändert bleiben, also die SSD-Kapazität 200 GB und die Garantiezeit fünf Jahre beträgt, können Sie den TBW-Wert folgendermaßen schätzen:
2*200*365*5 = 730.000 GB oder 730 TB Schreibvorgänge
Berechnung
Zur Berechnung der SSD-Lebensdauer können Sie folgende Formel verwenden:
(Schreibzyklen * Kapazität) / (SSD-Faktor * pro Jahr geschriebene Daten)
Betrachten wir eine Samsung 850 PRO, eine TLC-SSD mit einer Kapazität von 1 TB.
Dann gilt:
Schreibzyklen = 3.000
Kapazität = 1 TB oder 1.000 GB
SSD-Faktor: tatsächliche Datenmenge zur tatsächlich geschriebenen Datenmenge = 5 (angenommen)
Pro Jahr auf das Laufwerk geschriebene Datenmenge = 1.500–2.000 GB (geschätzt)
Die Formel lautet somit:
(3,000 * 1,000)/(5 * 1,750)
= 342 Jahre
Es kann nicht garantiert werden, dass das Laufwerk 342 Jahre lang zuverlässig funktioniert. Auf Grundlage dieser Annahmen wird die Oxidschicht der SSD jedoch so lange halten.
Lesen Sie mehr über die besten und schnellsten SSDs.
Mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen
Die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) wird häufig bei HDDs zur Leistungsmessung verwendet. Im Fall von SSDs ist sie jedoch nicht aussagekräftig. MTBF basiert auf kleinen Stichproben und ist eine statistische Bewertung. Sie definiert die durchschnittliche Zeit zwischen Systemausfällen. Je höher der MTBF-Wert, desto zuverlässiger ist das betreffende Gerät.
Bei einer HDD beträgt die MTBF etwa eine halbe Million Stunden. Das entspricht ungefähr 57 Jahren. Für SSDs wird eine durchschnittliche MTBF von 2,5 Millionen Stunden angegeben. Sie ist jedoch weniger aussagekräftig, da es keine belastbaren Belege gibt.
Bei der Berechnung der SSD-Lebensdauer liefern TBW und DWPD daher praktischere Ergebnisse.
Bewährte Methoden zur SSD-Wartung
Auch wenn SSDs sehr langlebig sind, können bei ihnen in kürzerer Zeit mehr Fehler auftreten als bei HDDs. Um die Zuverlässigkeit und Lebensdauer dieser Laufwerke zu verbessern, haben Hersteller fortschrittliche Technologien wie die folgenden entwickelt:
Wear-Leveling
Diese Methode sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Programmier-/Löschzyklen über den gesamten Speicherblock der SSD. Es gibt zwei Arten von Wear-Leveling: dynamisches und statisches.
Der Algorithmus für dynamisches Wear-Leveling stellt sicher, dass Programmier- und Löschzyklen von Daten gleichmäßig über die NAND-Flash-Speicherblöcke verteilt werden. Der dynamische Algorithmus wird jedes Mal ausgeführt, wenn Daten in den Flash-Speicher geschrieben werden. Mithilfe einer Zuordnung werden die LBAs (logischen Blockadressen) des Betriebssystems mit dem physischen Flash-Speicher verknüpft. Wenn das System Daten neu schreiben muss, wird ein neuer Block verknüpft. Dadurch halten SSDs länger.
Beim statischen Wear-Leveling verknüpft das Betriebssystem ebenfalls mithilfe einer Zuordnung die LBAs mit dem physischen Speicher. In diesem Fall werden unveränderte Blöcke verschoben und durch beschriebene Blöcke ersetzt.
Fehlerkorrekturcode (ECC)
Mit einem Fehlerkorrekturcode kann die Software Bitfehler erkennen und korrigieren. Solche Fehler treten bei NAND-Flash häufig auf. Dadurch können Daten beschädigt werden. ECC kann auch Bitfehler korrigieren, die durch die Abnutzung der Speicherzellen entstehen. So kann es die Lebensdauer der Speicherblöcke verlängern und die Lebensdauer der SSD erhöhen.
Verwaltung fehlerhafter Blöcke
Diese Methode erkennt fehlerhafte Blöcke und verhindert, dass das System Daten in diese Blöcke schreibt. Im NAND-Flash-Speicher gibt es frühe und später auftretende fehlerhafte Blöcke. Frühe fehlerhafte Blöcke sind unvermeidbar, da sie während des Produktionsprozesses entstehen. Später auftretende fehlerhafte Blöcke werden durch die wiederholten P/E-Zyklen verursacht.
Die Verwaltung fehlerhafter Blöcke nutzt die Skip-Block-Methode, bei der der Controller beim Auftreten eines fehlerhaften Blocks zum nächsten funktionsfähigen Block springt. Bei der Reserve-Block-Methode wird der fehlerhafte Block durch einen reservierten funktionsfähigen Block ersetzt. Dadurch verlängert die Verwaltung fehlerhafter Blöcke die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von SSDs.
TRIM
Der TRIM-Befehl löscht gelöschte Seiten und Blöcke, verlängert dadurch die Lebensdauer der SSD und verbessert ihre Leistung. Er hilft dabei, nicht mehr verwendete Datenblöcke zu löschen. So lässt sich der Speicher effizient verwalten, da der Controller angewiesen wird, ungültige Datenseiten zu verwerfen.
Sind SSDs zuverlässiger als HDDs?
SSDs sind schneller, kompakter und langlebiger. Außerdem verbrauchen sie weniger Energie. Sie können die Leistung steigern. Sie werden häufiger in Unternehmensumgebungen eingesetzt. Bei HDDs steigt die Wahrscheinlichkeit mechanischer Ausfälle, und sie sind anfälliger für Schäden.
HDDs sind jedoch günstiger, und selbst im Schadensfall lassen sich Daten meist problemlos wiederherstellen. HDDs sind vorzuziehen, wenn Sie große Datenmengen speichern möchten und nicht häufig darauf zugreifen müssen. Wenn Sie eine schnellere Computerumgebung benötigen, sind SDDs hilfreicher. Hinsichtlich der Leistung sind SSDs daher zuverlässiger.
Fazit: Lebensdauer von SSDs
Es gibt keine perfekten Speichergeräte. Um größere Verluste zu vermeiden, sollten Sie Ihre Daten regelmäßig sichern. Außerdem haben SSDs im Vergleich zu anderen Geräten eine längere Lebensdauer; auch diese hängt jedoch davon ab, wie sorgfältig Sie mit ihnen umgehen. Behandeln Sie Ihre SSD daher mit großer Sorgfalt, damit sie länger hält.
Erfahren Sie mehr über Trends, die den SSD-Markt heute antreiben.