Hybridantrieb – Wikipedia

Logisches oder physisches Speichergerät, das sowohl Solid-State- als auch Festplattenspeicher enthält

Beim Rechnen a Hybridantrieb ((Solid State Hybrid-Laufwerk – – SSHD) ist ein logisches oder physisches Speichergerät, das ein schnelleres Speichermedium wie ein Solid-State-Laufwerk (SSD) mit einem Festplattenlaufwerk mit höherer Kapazität (HDD) kombiniert. Ziel ist es, die kostengünstige Speicherkapazität herkömmlicher Festplatten um einen Teil der Geschwindigkeit von SSDs zu erhöhen. Der Zweck der SSD in einem Hybridlaufwerk besteht darin, als Cache für die auf der Festplatte gespeicherten Daten zu fungieren und die Gesamtleistung zu verbessern, indem Kopien der am häufigsten verwendeten Daten auf der schnelleren SSD gespeichert werden.

Es gibt zwei Hauptkonfigurationen für die Implementierung von Hybridantrieben: Dual-Drive-Hybridsysteme und Solid-State-Hybridantriebe. In Hybridsystemen mit zwei Laufwerken werden physisch getrennte SSD- und HDD-Geräte auf demselben Computer installiert, wobei die Optimierung der Datenplatzierung entweder manuell vom Endbenutzer oder automatisch vom Betriebssystem durch Erstellen eines „hybriden“ logischen Geräts durchgeführt wird. In Solid-State-Hybridlaufwerken sind SSD- und HDD-Funktionen in einer einzigen Hardware integriert, wobei die Optimierung der Datenplatzierung entweder vollständig vom Gerät (selbstoptimierter Modus) oder durch vom Betriebssystem bereitgestellte „Platzierungshinweise“ durchgeführt wird ( Host-angedeuteter Modus).

Ein Vergleich von SSHD- und Dual-Drive- oder FCM-Designs auf hoher Ebene

Es gibt zwei „Hybrid“ -Speichertechnologien, die NAND-Flash-Speicher oder SSDs mit der HDD-Technologie kombinieren: Hybrid-Systeme mit zwei Laufwerken und Solid-State-Hybrid-Laufwerke.

Hybridsysteme mit zwei Antrieben[edit]

Hybridsysteme mit zwei Laufwerken kombinieren die Verwendung separater SSD- und HDD-Geräte, die auf demselben Computer installiert sind. Allgemeine Leistungsoptimierungen werden auf drei Arten verwaltet:

  1. Vom Computerbenutzer, der manuell häufiger aufgerufene Daten manuell auf das schnellere Laufwerk legt.
  2. Durch die Betriebssystemsoftware des Computers, die SSD und HDD zu einer einzigen kombiniert HybridvolumenDies bietet dem Endbenutzer eine einfachere Erfahrung. Beispiele für die Implementierung von Hybrid-Volumes in Betriebssystemen sind die „Hybrid-Speicherpools“ von ZFS.[1]bcache und dm-cache unter Linux,[2] und Apples Fusion Drive und andere auf Logical Volume Management basierende Implementierungen[3] unter OS X.[4]
  3. Durch Chipsätze außerhalb der einzelnen Speicherlaufwerke. Ein Beispiel ist die Verwendung von Flash-Cache-Module (FCMs). FCMs kombinieren die Verwendung separater SSD- (normalerweise ein mSATA-SSD-Modul) und HDD-Komponenten und verwalten Leistungsoptimierungen über Host-Software, Gerätetreiber oder eine Kombination aus beiden. Ein Beispiel ist die Intel Smart Response Technology (SRT), die durch eine Kombination bestimmter Intel-Chipsätze und Intel-Speichertreiber implementiert wird. Sie ist heute die häufigste Implementierung von FCM-Hybridsystemen. Was dieses System mit zwei Laufwerken von einem SSHD-System unterscheidet, ist, dass jedes Laufwerk seine Fähigkeit beibehält, auf Wunsch vom Betriebssystem unabhängig angesprochen zu werden.

Solid-State-Hybridantrieb[edit]

Solid-State-Hybridantrieb (auch durch den Initialismus bekannt SSHD[a]) bezieht sich auf Produkte, die eine erhebliche Menge an NAND-Flash-Speicher in ein Festplattenlaufwerk (HDD) integrieren, was zu einem einzigen integrierten Gerät führt.[7] Der Begriff SSHD ist präziser als der allgemeinere Hybridantrieb, das zuvor zur Beschreibung von SSHD-Geräten und nicht integrierten Kombinationen von Solid-State-Laufwerken (SSDs) und Festplattenlaufwerken verwendet wurde. Das grundlegende Entwurfsprinzip hinter SSHDs besteht darin, Datenelemente zu identifizieren, die am unmittelbarsten mit der Leistung verbunden sind (häufig aufgerufene Daten, Startdaten usw.), und diese Datenelemente im NAND-Flash-Speicher zu speichern. Dies wurde gezeigt[8] um eine deutlich verbesserte Leistung gegenüber der Standardfestplatte zu erzielen.

Ein Beispiel für ein oft verwirrtes System mit zwei Laufwerken, das als SSHD betrachtet wird, ist die Verwendung von Laptops, die separate SSD- und HDD-Komponenten in derselben 2,5-Zoll-HDD-Einheit kombinieren und gleichzeitig (im Gegensatz zu SSHDs) diese beiden Komponenten beibehalten sichtbar und für das Betriebssystem als zwei unterschiedliche Partitionen zugänglich. Das Black2-Laufwerk von WD ist ein typisches Beispiel. Das Laufwerk kann entweder als separate SSD und HDD verwendet werden, indem es entsprechend partitioniert wird, oder es kann Software verwendet werden, um den SSD-Teil automatisch zu verwalten und dem Benutzer das Laufwerk als einzelnes großes Volume zu präsentieren.[9]

Betrieb[edit]

Bei den beiden Formen von Hybridspeichertechnologien (Hybridsysteme mit zwei Laufwerken und SSHDs) besteht das Ziel darin, eine Festplatte und eine schnellere Technologie (häufig NAND-Flash-Speicher) zu kombinieren, um ein Gleichgewicht zwischen verbesserter Leistung und Speicherverfügbarkeit mit hoher Kapazität zu erzielen. Im Allgemeinen wird dies erreicht, indem „heiße Daten“ oder Daten, die am unmittelbarsten mit einer verbesserten Leistung verbunden sind, auf dem „schnelleren“ Teil der Speicherarchitektur platziert werden.

Entscheidungen darüber zu treffen, welche Datenelemente für den NAND-Flash-Speicher priorisiert werden, bilden den Kern der SSHD-Technologie. Produkte, die von verschiedenen Anbietern angeboten werden, können dies durch Gerätefirmware, durch Gerätetreiber oder durch Softwaremodule und Gerätetreiber erreichen.

Betriebsarten[edit]

Selbstoptimierter Modus
In dieser Betriebsart arbeitet die SSHD unabhängig vom Host-Betriebssystem oder den Host-Gerätelaufwerken, um alle Entscheidungen bezüglich der Identifizierung von Daten zu treffen, die im NAND-Flash-Speicher gespeichert werden. Dieser Modus führt zu einem Speicherprodukt, das auf einem Hostsystem genau wie eine herkömmliche Festplatte angezeigt wird und funktioniert.
Host-optimierter Modus (oder Host-angedeuteter Modus)
In dieser Betriebsart ermöglicht die SSHD einen erweiterten Satz von SATA-Befehlen, die in der sogenannten Hybrid Information-Funktion definiert sind, die in Version 3.2 der SATA-IO-Standards (Serial ATA International Organization) für die SATA-Schnittstelle eingeführt wurde. Mit diesen SATA-Befehlen werden Entscheidungen darüber, welche Datenelemente im NAND-Flash-Speicher abgelegt werden, vom Host-Betriebssystem, Gerätetreibern, Dateisystemen oder einer Kombination dieser Komponenten auf Host-Ebene getroffen.[10]
Einige der spezifischen Funktionen von SSHD-Laufwerken, z. B. der vom Host angedeutete Modus, erfordern Softwareunterstützung vom Betriebssystem. Microsoft hat die Unterstützung für den vom Host angegebenen Vorgang in Windows 8.1 hinzugefügt.[11] Patches für den Linux-Kernel sind seit Oktober 2014 verfügbar, bis sie in die Hauptlinie des Linux-Kernels aufgenommen werden.[12][13]

Geschichte[edit]

1 TB Seagate Desktop SSHD ST1000DX001

Die Hybridantriebstechnologie hat einen langen Weg zurückgelegt, da sich moderne Implementierungen in den letzten zehn Jahren ab 2007 verbessert haben:

  • Im 2007, Seagate und Samsung stellten die ersten Hybridantriebe mit der Seagate Momentus PSD vor[14] und Samsung SpinPoint MH80[15] Produkte. Beide Modelle waren 2,5-Zoll-Laufwerke mit 128 MB oder 256 MB NAND-Flash-Speicheroptionen. Die Momentus PSD von Seagate betonte die Energieeffizienz für ein besseres mobiles Erlebnis und vertraute auf das ReadyDrive von Windows Vista. Die Produkte waren nicht weit verbreitet.[16]
  • Im Mai 2010Seagate stellte ein neues Hybridprodukt namens Momentus XT vor[17] und benutzte den Begriff Solid-State-Hybridantrieb. Dieses Produkt konzentrierte sich darauf, die kombinierten Vorteile von Festplattenkapazitätspunkten mit SSD-ähnlicher Leistung zu bieten. Es wird als 500-GB-Festplatte mit 4 GB integriertem NAND-Flash-Speicher geliefert.
  • Im November 2011Seagate stellte die sogenannte SSHD der zweiten Generation vor, die die Kapazität auf 750 GB erhöhte und den integrierten NAND-Flash-Speicher auf 8 GB erhöhte.
  • Im März 2012Seagate stellte seine Laptop-SSHDs der dritten Generation mit zwei Modellen vor – 500 GB und 1 TB, beide mit 8 GB integriertem NAND-Flash-Speicher.
  • Im September 2012Toshiba kündigte seine erste SSHD an, die eine SSD-ähnliche Leistung und Reaktionsfähigkeit bietet, indem 8 GB Toshibas eigener SLC-NAND-Flash-Speicher und innovative, selbstlernende Algorithmen mit bis zu 1 TB Speicherkapazität kombiniert werden.
  • Im September 2012Western Digital (WD) kündigte eine Hybrid-Technologieplattform an, die kostengünstigen MLC-NAND-Flash-Speicher mit Magnetplatten kombiniert, um leistungsstarke integrierte Speichersysteme mit großer Kapazität bereitzustellen.
  • Im November 2012Apple Inc. hat das werkseitig konfigurierte Hybrid-System mit zwei Laufwerken namens Fusion Drive veröffentlicht.[18]
  • Im Oktober 2015TarDisk führte das Plug-and-Play-Hybridsystem „TarDisk Pear“ mit zwei Laufwerken ein, mit Optionen für die Größe des Flash-Speichers von bis zu 256 GB.[19]

Benchmarks[edit]

Ende 2011 und Anfang 2012 ermittelten Benchmarks mit einer SSHD, die aus einer 750-GB-Festplatte und 8 GB NAND-Cache bestand, dass SSHDs keine SSD-Leistung beim zufälligen Lesen / Schreiben und sequentiellen Lesen / Schreiben boten, sondern beim Starten und Herunterfahren der Anwendung schneller waren als Festplatten .[20][21]

Der Benchmark 2011 umfasste das Laden eines Images eines Systems, das häufig verwendet wurde und viele Anwendungen ausführte, um den Leistungsvorteil eines frisch installierten Systems zu umgehen. In realen Tests stellte sich heraus, dass die Leistung einer SSD viel näher war als einer mechanischen Festplatte. Verschiedene Benchmark-Tests ergaben, dass die SSHD zwischen einer Festplatte und einer SSD liegt, normalerweise jedoch erheblich langsamer als eine SSD. Bei nicht zwischengespeicherter Direktzugriffsleistung (mehrere zufällige 4-KB-Lese- und Schreibvorgänge) war die SSHD nicht schneller als eine vergleichbare Festplatte. Dies ist nur bei zwischengespeicherten Daten von Vorteil. Der Autor kam zu dem Schluss, dass das SSHD-Laufwerk mit deutlichem Abstand der beste Nicht-SSD-Laufwerkstyp ist und dass die Leistung umso besser ist, je größer der Solid-State-Cache ist.[21]

Siehe auch[edit]

Linux-Themen[edit]

  1. ^ Der Initialismus könnte als „Solid-State-Festplatte“ interpretiert werden.[5] obwohl es häufiger als „Solid-State-Hybrid-Laufwerk“ interpretiert wird.[6]

Verweise[edit]