Hybridantrieb – Wikipedia

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Speichergerät mit Solid-State- und Festplattenspeicher

Beim Rechnen ist 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 (HDD) mit höherer Kapazität kombiniert. Die Absicht besteht darin, der kostengünstigen Speicherkapazität herkömmlicher HDDs einen Teil der Geschwindigkeit von SSDs hinzuzufügen. Der Zweck der SSD in einem Hybridlaufwerk besteht darin, als Cache für die auf der HDD gespeicherten Daten zu fungieren und die Gesamtleistung zu verbessern, indem Kopien der am häufigsten verwendeten Daten auf der schnelleren SSD aufbewahrt werden.

Es gibt zwei Hauptkonfigurationen für die Implementierung von Hybridlaufwerken: Dual-Drive-Hybridsysteme und Solid-State-Hybridlaufwerke. In Hybridsystemen mit zwei Laufwerken werden physisch getrennte SSD- und HDD-Geräte in demselben Computer installiert, wobei die Datenplatzierungsoptimierung entweder manuell vom Endbenutzer oder automatisch vom Betriebssystem durch die Erstellung eines “hybriden” logischen Geräts durchgeführt wird. Bei Solid-State-Hybrid-Laufwerken sind SSD- und HDD-Funktionen in eine einzige Hardware integriert, wobei die Optimierung der Datenplatzierung entweder vollständig vom Gerät (selbstoptimierter Modus) oder durch Platzierungs-„Hinweise“ des Betriebssystems ( Host-hinted-Modus).

Ein High-Level-Vergleich von SSHD- und Dual-Drive- oder FCM-Designs

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

Hybridsysteme mit Doppelantrieb[edit]

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

  1. Vom Computerbenutzer, der Daten, auf die häufiger zugegriffen wird, manuell auf dem schnelleren Laufwerk ablegt.
  2. Durch die Betriebssystemsoftware des Computers, die SSD und HDD zu einem einzigen vereint combines Hybridvolumen, um dem Endbenutzer eine einfachere Erfahrung zu bieten. Beispiele für Hybrid-Volume-Implementierungen in Betriebssystemen sind die “Hybrid Storage Pools” von ZFS,[1]bcache und dm-cache unter Linux,[2] und Apples Fusion Drive und andere auf Logical Volume Management basierende Implementierungen[3] unter OSX.[4]
  3. Durch Chipsätze außerhalb der einzelnen Speicherlaufwerke. Ein Beispiel ist die Verwendung von Flash-Cache-Module (FCM). FCMs kombinieren die Verwendung separater SSD- (normalerweise ein mSATA-SSD-Modul) und HDD-Komponenten, während Leistungsoptimierungen über Host-Software, Gerätetreiber oder eine Kombination aus beidem verwaltet werden. Ein Beispiel ist die Intel Smart Response Technology (SRT), die durch eine Kombination bestimmter Intel-Chipsätze und Intel-Speichertreiber implementiert wird und heute die gebräuchlichste Implementierung von FCM-Hybridsystemen ist. Was dieses Dual-Laufwerk-System von einem SSHD-System unterscheidet, ist, dass jedes Laufwerk seine Fähigkeit behält, auf Wunsch unabhängig vom Betriebssystem angesprochen zu werden.

Solid-State-Hybrid-Laufwerk[edit]

Solid-State-Hybrid-Laufwerk (auch bekannt unter dem Initialismus SSHD[a]) bezieht sich auf Produkte, die eine beträchtliche Menge an NAND-Flash-Speicher in ein Festplattenlaufwerk (HDD) integrieren, was zu einem einzigen integrierten Gerät führt.[7] Der Begriff SSHD ist ein genauerer Begriff als der allgemeinere Hybridantrieb, das zuvor verwendet wurde, um SSHD-Geräte und nicht integrierte Kombinationen von Solid-State-Laufwerken (SSDs) und Festplattenlaufwerken zu beschreiben. Das grundlegende Designprinzip von SSHDs besteht darin, Datenelemente zu identifizieren, die am direktesten mit der Leistung verbunden sind (Daten mit häufigem Zugriff, Boot-Daten usw.) und diese Datenelemente im NAND-Flash-Speicher zu speichern. Das wurde gezeigt[8] um eine deutlich verbesserte Leistung gegenüber der Standard-HDD zu erzielen.

Ein Beispiel für ein oft verwechseltes Dual-Drive-System, das als SSHD betrachtet wird, ist die Verwendung von Laptops, die separate SSD- und HDD-Komponenten in derselben 2,5-Zoll-HDD-Einheit kombinieren, während gleichzeitig (im Gegensatz zu SSHDs) diese beiden Komponenten beibehalten werden sichtbar und für das Betriebssystem als zwei unterschiedliche Partitionen zugänglich. Das Black2-Laufwerk von WD ist ein typisches Beispiel; Das Laufwerk kann entweder durch entsprechende Partitionierung als separate SSD und HDD verwendet werden, 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 hybrider Speichertechnologien (Dual-Drive-Hybridsysteme und SSHDs) besteht das Ziel darin, HDD und eine schnellere Technologie (oft NAND-Flash-Speicher) zu kombinieren, um ein Gleichgewicht zwischen verbesserter Leistung und hoher Speicherverfügbarkeit zu bieten. Im Allgemeinen wird dies dadurch erreicht, dass „heiße Daten“ oder Daten, die am direktesten mit einer verbesserten Leistung verbunden sind, im „schnelleren“ Teil der Speicherarchitektur platziert werden.

Entscheidungen darüber zu treffen, welche Datenelemente für NAND-Flash-Speicher priorisiert werden, ist der 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 diesem Betriebsmodus 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 so aussieht und funktioniert, wie es eine herkömmliche Festplatte tun würde.
Hostoptimierter Modus (oder host-hinted mode)
In diesem Betriebsmodus ermöglicht die SSHD einen erweiterten Satz von SATA-Befehlen, der im sogenannten Hybrid Information Feature definiert ist, das in Version 3.2 der Serial ATA International Organization (SATA-IO) Standards für die SATA-Schnittstelle eingeführt wurde. Bei Verwendung dieser SATA-Befehle werden Entscheidungen darüber getroffen, welche Datenelemente im NAND-Flash-Speicher platziert werden, vom Host-Betriebssystem, Gerätetreibern, Dateisystemen oder einer Kombination dieser Komponenten auf Host-Ebene.[10]
Einige der spezifischen Funktionen von SSHD-Laufwerken, wie z. B. der Host-Hinweis-Modus, erfordern Softwareunterstützung durch das Betriebssystem. Microsoft hat Windows 8.1 Unterstützung für den Host-Hinweis hinzugefügt.[11] Patches für den Linux-Kernel sind seit Oktober 2014 verfügbar, bis sie in die Linux-Kernel-Mainline aufgenommen werden.[12][13]

Geschichte[edit]

1 TB Seagate Desktop-SSHD ST1000DX001

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

  • In 2007, Seagate und Samsung haben mit dem Seagate Momentus PSD die ersten Hybridlaufwerke vorgestellt[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 verließ sich auf das ReadyDrive von Windows Vista. Die Produkte wurden nicht weit verbreitet.[16]
  • In Mai 2010, hat Seagate ein neues Hybridprodukt namens Momentus XT . vorgestellt[17] und benutzte den Begriff Solid-State-Hybrid-Laufwerk. Dieses Produkt konzentrierte sich darauf, die kombinierten Vorteile von Festplattenkapazitätspunkten mit SSD-ähnlicher Leistung zu bieten. Es wird als 500-GB-HDD mit 4 GB integriertem NAND-Flash-Speicher ausgeliefert.
  • In November 2011, stellte Seagate seine sogenannte SSHD der zweiten Generation vor, die die Kapazität auf 750 GB und den integrierten NAND-Flash-Speicher auf 8 GB erhöhte.
  • In März 2012, stellte Seagate seine Laptop-SSHDs der dritten Generation mit zwei Modellen vor – einem 500 GB und 1 TB, beide mit 8 GB integriertem NAND-Flash-Speicher.
  • In September 2012, kündigte Toshiba seine erste SSHD an, die SSD-ähnliche Leistung und Reaktionsfähigkeit durch die Kombination von 8 GB Toshibas eigenem SLC-NAND-Flash-Speicher und innovativen, selbstlernenden Algorithmen mit bis zu 1 TB Speicherkapazität bietet.
  • In September 2012, Western Digital (WD) kündigte eine Hybridtechnologie-Plattform an, die kostengünstigen MLC-NAND-Flash-Speicher mit Magnetplatten kombiniert, um leistungsstarke integrierte Speichersysteme mit großer Kapazität bereitzustellen.
  • In November 2012veröffentlichte Apple Inc. das werkseitig konfigurierte Dual-Drive-Hybridsystem namens Fusion Drive.[18]
  • In Oktober 2015, stellte TarDisk das Plug-and-Play-Dual-Drive-Hybridsystem “TarDisk Pear” mit Flash-Speichergrößenoptionen bis zu 256 GB vor.[19]

Benchmarks[edit]

Benchmarks von Ende 2011 und Anfang 2012 mit einer SSHD bestehend aus einer 750-GB-Festplatte und 8 GB NAND-Cache ergaben, dass SSHDs keine SSD-Leistung beim zufälligen Lesen/Schreiben und beim sequentiellen Lesen/Schreiben boten, aber beim Starten und Herunterfahren von Anwendungen schneller als HDDs waren .[20][21]

Der Benchmark 2011 beinhaltete das Laden eines Images eines stark genutzten Systems, auf dem viele Anwendungen ausgeführt wurden, 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 HDD. Verschiedene Benchmark-Tests ergaben, dass die SSHD zwischen HDD und SSD liegt, aber in der Regel deutlich langsamer als eine SSD. Bei ungecachter Random-Access-Performance (mehrere 4 KB zufällige Lese- und Schreibvorgänge) war die SSHD nicht schneller als eine vergleichbare HDD; nur bei zwischengespeicherten Daten ist dies 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]