Quantensprung – Datenzugriff auf einem neuen Niveau

Intel 750 SSDBei der Performance von Prozessoren und Grafikkarten werden regelmässig Verbesserungen realisiert, die von den entsprechenden Herstellern jeweils als grosse Innovationen kommuniziert werden. Hohe Werte bei Benchmarks wie Cinebench für Prozessoren oder 3D Tests wie Heaven finden Beachtung. Deutlich weniger bekannt sind die deutlichen Fortschritte und Entwicklungen, die beim Datenzugriff bzw. beim Tempo der Festplatten mittlerweile erreicht wurden.

Speichertechniken im Wandel der Zeit

Über eine sehr lange Zeit wurde das Tempo beim Datenzugriff von mechanischen Festplatten definiert oder aus heutiger Sicht beschränkt. Die erste kommerziell erhältliche Festplatte wurde von IBM 1956 auf den Markt gebracht. Seit diesem Zeitpunkt ist die grundsätzliche Technologie von mechanischen Festplatten, also rotierenden Platten, die von einem Lese- und Schreibkopf beschriftet oder gelesen werden, gleich geblieben. Innerhalb dieser Technologie wurden laufend «kleine» Verbesserungen realisiert um mehr Geschwindigkeit und grössere Speichervolumen bei den Festplatten zu erreichen. Auch bei der Anbindung von Festplatten gab es immer wieder neue Technologien für die Datenübermittlung bis hin zum immer noch aktuellen Sata Anschluss.

Eine völlig neue Speichertechnologie wurde mit Solid State Disks eingeführt. Die Technologie von Flash Speicher ist schon lange bekannt, doch erst im Jahr 2009 erfolgte der kommerzielle Durchbruch für Desktop PCs und Workstations. Eine Solid State Disk ist ein elektronisches Speichermedium. Vorteile dieser Technologie sind mechanische Robustheit, es entstehen keine Geräusche, die Leistungsaufnahme ist geringer und schliesslich ist das Tempo beim Datenzugriff wesentlich höher. Seit der Einführung von SSDs für den Massenmarkt wurde die Flash Technologie der SSDs laufend durch Strukturverkleinerungen und Verbesserungen der Flash Chip Kontroller verbessert. Aktuelle SSDs sind deutlich schneller und robuster als frühere Modelle. Zudem sind SSDs über die Jahre deutlich günstiger geworden.

Anbindung von schnellen Speichermedien

Die Performance einer SSD ist so hoch, dass die bisher übliche Sata Schnittstelle das Tempo der SSD gebremst hat. Der Datendurchsatz über eine Sata Schnittstelle konnte mit der Geschwindigkeit der SSD nicht mithalten. Mit dem Wechsel von Sata 2 zu Sata 3 Anbindung ist dieser Flaschenhals bei vielen SSDs weggefallen. Sata 3 mit einem maximalen Datendurchsatz von 600 MB/s ist aber immer noch limitierend für viele schnelle Flash Speicherplatten. Deshalb werden SSDs immer öfter über den PCIe Bus angebunden, entweder über eine PCIe Schnittstelle oder über eine M.2 Verbindung. Bei einer Anbindung über PCIe mit 4 Lanes kann ein Datendurchsatz von bis zu 3.9 GB/s erreicht werden.

Mit der deutlichen Verbesserung von Lese- und Schreibwerten bei SSDs sowie der schnelleren Anbindung von Speichermedien wurde ein deutlicher Performance Gewinn erreicht, der sich auf den gesamten Arbeitsablauf bei einem System auswirkt. Ein weiterer Quantensprung steht nun an mit der NVMe Technologie, die einen deutlichen Temposprung bei der Datenverarbeitung bringt.

NVMe als Quantensprung in der Datenverarbeitung

Eindrückliche Performance Werte liefern zwei ganz aktuelle SSDs: die Intel 750 SSD, die über PCIe angeschlossen wird, und die Samsung 950 PRO SSD mit M.2 Schnittstelle. Die nachfolgende Tabelle zeigt einen Vergleich von aktuellen «Disks», die auf unterschiedlichen Technologien basieren:

Vergleich_Spericher

Neben der Lese- und Schreibgeschwindigkeit gibt es eine weitere relevante Grösse, die die Performance einer Festplatte oder SSD definiert: die Input/Output Operations per Second (IOPS). Die IOPS werden wesentlich von der Technologie der Datenablage bzw. auch von den Warte- und Suchzeiten definiert. Bei einer herkömmlichen Festplatte sind die IOPS gering, auch bei SSDs gibt es eine Beschränkung des Tempos durch die Kontroller und die Memory Interface Speeds. Der Leistungsvergleich unterschiedlicher Festplatten zeigt, dass es möglich ist sehr hohe IOPS Werte zu erzielen. Die Intel 750 SSD / Samsung 950 PRO SSD liefert deutlich höhere IOPS Werte als andere SSDs. Dies wird durch eine neue Technologie erreicht: an Stelle des bisherigen Advanced Host Controller Interface (AHCI) setzt Intel ein NVMe Interface (Non-Volatile Memory Host Controller Interface) ein, das speziell für schnelle SSDs mit Anbindung über den PCIe Bus entwickelt wurde.

Mit der Realisation der NVMe Technologie wird ein erneuter Leistungssprung erreicht wie dies der Fall war beim Wechsel von mechanischer Festplatte zu SSD.

Was bringen die neuen Speicher Technologien?

Die Performance beim Datenzugriff ist über die letzten Jahre deutlich mehr gestiegen als in der Vergangenheit, die Entwicklungen sind bedeutender als bei Prozessor oder Grafikkarte. Doch was bringen diese neuen Technologien? Welche Systeme und welche Anwendungen profitieren von diesem schnellen Datenzugriff?

Die gesamte Bearbeitung einer Rechenaufgabe profitiert von einem schnellen Datenzugriff: vom schnellen Öffnen von Dateien, bis zur Berechnung von Aufgaben (wobei die Daten immer wieder von der Disk gelesen werden). Von einem sehr schnellen Datenzugriff profitieren alle leistungshungrigen Anwendungen wie Render Jobs, Simulationen, Videobearbeitung oder zum Beispiel auch Matrix- und Punktberechnungen, denn der schnelle Datenzugriff beschleunigt den gesamten Workflow. Mit dem Einsatz einer neuen, schnellen PCIe oder M.2 SSD wird bei vielen Anwendungen ein zusätzlicher Performance Gewinn erreicht. Diese auf neuen Technologien basierenden SSDs sind nicht wesentlich teurer sind als die bisher eingesetzten Flash Speicher.

Die Intel 750 PCIe SSD und die Samsung 950 PRO M.2 SSD können bei allen brentford High End Systemen und Workstations ausgewählt werden.

Über den/die Autor(in):

Annette Mägerle

Annette Mägerle

Nach langjähriger Tätigkeit in IT Grossunternehmen hat Annette Mägerle vor 8 Jahren die Leitung des Schweizer PC Assemblierers brentford ag übernommen. In dieser Funktion gestaltet Annette Mägerle das Angebot von brentford ag und entwickelt die PC Systeme. Die neuesten PC Technologien werden laufend beobachtet, getestet und in brentford Systemen implementiert. Durch die enge Zusammenarbeit mit den verschiedensten Software Anwendern sind die Erfahrungen im Bereich Computertechnologie umfassend. Aber nicht nur. Annette Mägerle kennt sich auch mit den Funktionsweisen unterschiedlicher Anwendungen bestens aus.