SSHD - Solid-State Hybrid Drives (Hybrid-Festplatten)
Solid-State Hybrid Drives, kurz SSHDs, sind Hybrid-Festplatten, die aus einer herkömmlichen Festplatte mit einem zusätzlichen Flash-Speicher bestehen. Der Flash-Speicher dient als Datenpuffer für Schreib- und Lesezugriffe und soll für kürzere Zugriffszeiten sorgen. Im Flash-Speicher speichert der Festplatten-Controller häufig von den Magnetscheiben gelesene Daten zusätzlich ab, so dass diese von dort mit SSD-Tempo laden. Gleichzeitig werden Schreibvorgänge mit geringem Datenumfang in den Flash-Speicher und später am Stück auf die Magnetscheiben geschrieben. Das spart Strom, weil die Magnetscheiben in der Festplatte seltener anlaufen müssen.
Zusammenfassen kann man sagen, dass dieses Verfahren die Leistungsaufnahme von Festplatten reduziert und die Lese- und Schreibgeschwindigkeit erhöht. Hierbei gilt, je größer der Flash-Speicher, desto besser funktioniert es. Denkbar wäre, dass ein Computer vom Flash-Cache aus bootet oder aus dem Ruhezustand aufwacht. So könnte ein Computer in weniger als einer Sekunde betriebsbereit sein.
Beim Lesen und Schreiben arbeiten Hybrid-Festplatten rund 20% schneller, wodurch die Systemleistung aber nur um ca. 10% steigt. Hinweis: Geschwindigkeitssteigerungen von unter 20% bemerkt der Anwender in der Regel kaum. In der Regel lohnt sich der Einsatz von Hybrid-Festplatten nicht.
Aufbau und Funktionsweise einer Hybrid-Festplatte
Ein Teil des Flash-Speichers wird zum Puffern von Schreibzugriffen verwendet. Anstatt die Daten gleich auf die Hybrid-Festplatte zu schreiben, werden die Daten im Flash-Speicher abgelegt. Der Speicher wird so lange beschrieben, bis er voll ist. In dieser Zeit bleibt das Laufwerk im Stromsparmodus. Erst dann, wenn der Flash-Speicher voll ist, wird das Laufwerk aufgeweckt und der Inhalt des Flash-Speichers auf den Magnetspeicher übertragen.
Auf diese Weise beschleunigt der Flash-Speicher die Schreibzugriffe. Vor allem die nichtlinearen Zugriffe, bei denen der Schreib-/Lese-Kopf der Festplatte sich mehrmals über die Platte bewegt. Das ist sehr zeitintensiv. Beim Schreiben auf den Flash-Speicher fallen die mechanischen Vorgänge erst mal weg.
Auch beim Lesevorgang können Geschwindigkeitsvorteile entstehen.
Interessant sind Hybrid-Festplatten vor allem in Notebooks. Hier kommt es auf geringe Leistungsaufnahme und schnelle Startzeiten an. Es gibt ein spezielles ATA-Kommando, mit dem eine Hybrid-Festplatte angewiesen werden kann den Flash-Speicher zum Stromsparen zu verwenden. Dabei wird das Laufwerk möglichst oft schlafen gelegt und alle Schreibzugriffe erst mal im Flash-Speicher abgelegt.
Bei Hybrid-Festplatten mit einem Flash-Speicher mit nur 8 GByte lassen sich natürlich nur wenige Zugriffe beschleunigen. Und das funktioniert auch nur dann, wenn die selbstlernenden Controller diese Zugriffe als puffernswert feststellen. Und dazu müssen die Daten auf den Magnetscheiben parallel im Flash-Speicher gepuffert werden. Mit einem kleinen Flash-Speicher werden dann nur regelmäßig genutzte Anwendungen beschleunigt.
Die Idee ist deshalb, eine Hybrid-Festplatte mit separat ansprechbarem Flash- und Magnetspeicher zu haben, bei der man selber über den Inhalt bestimmen kann. Ein sogenanntes Dual Drive enthält zum Beispiel eine 128 GByte große SSD und eine 1 TByte Festplatte.
Hybrid Information Protocol
Es handelt sich dabei um eine Serial-ATA-Protokollerweiterung mit der sich der Flash-Speicher vom Betriebssystem verwalten lässt. Das Betriebssystem entscheidet dann, was im Flash-Speicher abgelegt wird.
Über einen entsprechenden Treiber können Betriebssysteme den Flash-Cache von Hybrid-Platten ansprechen und dort gezielt Daten ablegen. Zum Beispiel auch, um den Cache vorausschauend mit Daten zu befüllen, was eine höhere Lesegeschwindigkeit ermöglicht.
ReadyDrive und Windows
Microsoft hat sehr viel in diese Technik investiert. Die Ergebnisse sind in Windows (ab Version Vista) eingeflossen. Um die Einführung von Hybrid-Festplatten anzukurbeln müssen ab dem Juli 2007 alle Notebooks eine Hybrid-Festplatte haben, damit sie das Windows-Vista-Logo tragen dürfen. Mit dem Flash-Speicher will Microsoft Festplattenzugriffe verwalten (ReadyDrive). Die Festplattenzugriffe auf kleine Datenblöcke sollen im Hauptspeicher beschleunigt bzw. vermieden werden. Die Zugriffsmuster werden protokolliert und analysiert, um eine optimale Entscheidung treffen zu können.
ReadyDrive arbeitet ausschließlich mit Flash-Speicher, der fest im Computer eingebaut ist. Dazu zählen Hybrid-Festplatten oder spezielle PCIe-Erweiterungskarten (Turbo Memory). Windows (ab Vista) unterstützt eine Hybrid-Festplatte pro Computer. Allerdings können auch weitere normale Festplatten installiert sein. Sofern man ReadyDrive nutzen möchte, muss Windows auf der Hybrid-Festplatte installiert sein und von dort auch gebootet werden.
Ob Windows die Hybrid-Festplatte erkannt hat, kann man im Gerätemanager in den Eigenschaften der Festplatte erkennen. Dort muss es einen Kartenreiter mit der Bezeichnung "Permanenter Cache" geben. Dort ist auch die Größe des Flash-Speichers angegeben. Die Energiesparoptionen der Festplatte lassen sich über die Energieoptionen einstellen. Die findet man in der Systemsteuerung.
Damit die Möglichkeiten einer Hybrid-Festplatte ausgereizt werden können, muss Windows richtig eingestellt und auch trainiert werden. Ab Windows Vista gibt es die SuperFetch-Technik, die eine Weiterentwicklung der von Windows XP bekannten Prefetch-Technik ist. Damit kann Windows durch Analyse des Nutzerverhaltens herausfinden welche Sektoren auf der Festplatte besonders oft angesprochen werden. Windows hat dann die Möglichkeit diese Sektoren im Flash-Speicher zu speichern. Dadurch lassen sich diese Daten viel schneller bereitstellen, als wenn sie jedes Mal von der Festplatte gelesen werden müssen. Damit das für bestimmte Daten funktioniert, muss Windows trainiert werden. Wenn es zum Beispiel auf einen schnellen Bootvorgang ankommt, dann wird empfohlen den Bootvorgang mindestens 5 mal hintereinander zu wiederholen und dazwischen das System ein paar Minuten im Leerlauf zu lassen. Dabei muss man insbesondere berücksichtigen, dass der Flash-Speicher nur bei verteilten (nichtlineare) Festplattenzugriffen einen Geschwindigkeitsvorteil bringt. Liegen die Daten auf der Festplatte direkt hintereinander (sequentiell) ist der magnetische Speicher dem Flash-Speicher überlegen.
Was bringen ReadyDrive und Hybrid-Festplatten?
Erste Tests haben gezeigt, dass die Wirkung durch Hybrid-Festplatten und ReadyDrive alles andere als optimal sind. Weder ein Geschwindigkeitsvorteil noch Stromspareffekte treten auf. Geht es um wirklich messbare und spürbare Geschwindigkeitsverbesserung und Energiesparen, dann sind reine Flash-Laufwerke, wie Solid State Drives (SSD) im Vorteil. Hybrid-Festplatten, auch mit großem Flash-Speicher, werden nur eine technologische Zwischenstation auf dem Weg eines vollwertigen Flash-Speichers als Festplatten-Ersatz sein. Nur bei besonders großen Speichermengen werden Festplatten mit Magnetscheiben noch ein lange Zeit günstiger sein.