Trends und Technologien – Auswahl

Hier finden Sie das Neueste und Beste!

So wie die PC-Branche einem ständigen Wandel unterliegt, so ergeht es auch der Datenspeicherbranche, von der sie abhängig ist. Um mit den neuesten Trends und Entwicklungen der Datenspeicherbranche Schritt zu halten, könnte es keine bessere Informationsquelle geben als die Seite "Trends und Technologien" der Toshiba Storage Products Division! Hier haben Sie Zugang zu aktuellen Informationen über HDD-Technologien und können sich stets auf dem Laufenden halten! Schauen Sie regelmäßig vorbei – es ist der einfachste Weg, um stets über die Qualität der Speicherprodukte des Marktführers Toshiba informiert zu bleiben.
Toshiba – In touch with tomorrow.

  • HDD-Technologien
    • Advanced Format (AF)

      Die meisten aktuellen Computerbetriebssysteme sind optimal auf AF-Festplatten (Advanced Format) mit 512-Emulation (512e) abgestimmt. Wenn diese AF-512e-Festplatten ordnungsgemäß für das Host-Dateisystem konfiguriert sind, liefern sie höhere Leistungen als die älteren Laufwerksmodelle mit 512 Byte pro Sektor. Bei PC-Anwendungen wird das Host-Dateisystem vorwiegend durch das auf dem Computer installierte Betriebssystem bestimmt.

      Toshiba AF-Whitepaper

      Weitere Informationen über das Advanced Format finden Sie hier.

      Discrete Track Recording (DTR)

      Im September 2007 hat Toshiba die DTR-Technologie (Discrete Track Recording) vorgestellt.
      DTR ist ein neues, bahnbrechendes Aufnahmeverfahren, das die Kapazität der in PMR-Festplattenlaufwerken verwendeten Speichermedien um bis zu 50 % steigert. Damit wird es insbesondere HDDs mit kleinem Formfaktor, wie beispielsweise 1,8-Zoll- und 2,5-Zoll-Laufwerke, auf ein neues Kapazitätsniveau heben.
      Solche HDDs findet man heute beispielsweise in Mobilcomputern, tragbaren Multimedia-Playern aller Art, digitalen Videokameras und Fahrzeugnavigationssystemen. Auf diesem Markt besteht ein enormer Bedarf an größeren Datenkapazitäten.

      Wie der Name schon andeutet, werden beim DTR-Verfahren parallele Datenspuren auf HDD-Medien getrennt, indem man Lücken – sogenannte Grooves – einfügt. Diese Trennung verringert die Signalinterferenz zwischen benachbarten Datenspuren, was die Signalqualität verbessert und einen geringeren Spurenabstand ermöglicht. Da die Spuren schmaler ausfallen können, lassen sich mehr davon auf einem Medium unterbringen. Dies wiederum ermöglicht Aufnahmedichten von bis zu 516 Megabit pro mm2 (333 Gigabit pro Quadratzoll).

      Das Verfahren wird auch auf das Servomuster angewandt, einzelnen Zusatzinformationen auf dem Medium, die wesentlicher Bestandteil des Positionierungssystems für den Lese-/Schreibkopf sind.

      Die DTR-Technologie basiert auf Forschungen der japanischen New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

      Toshiba geht davon aus, die industrielle Massenproduktion von HDDs mit integrierter DTR-Technologie anzuführen. Nach derzeitiger Planung soll die Massenfertigung von DTR-Laufwerken 2009 anlaufen.

      Fluid Dynamic Bearing (FDB)

      Herkömmlicherweise verwenden HDDs von Toshiba hochleistungsfähige kugelgelagerte Spindelmotoren. Diese Kugellager bestehen aus Metallkugeln, die von einem dünnen Fettfilm geschmiert werden. Fehler an den Rundungen der Kugeln und den Laufbahnen (in denen sie rotieren) können zu willkürlichen Vibrationen und dadurch zu Leistungsproblemen beim Servosystem führen (gesteigertes "Non-Repeatable Run Out"). Außerdem unterliegen die Kugellager bei kontinuierlicher Benutzung Verschleiß, der bei starken Stößen zunimmt. Ein Symptom dafür ist, dass der Spindelmotor lauter wird und die Lese-/Schreibleistung nachlässt.

      Eine Lösung für diese Probleme ist die Verwendung von Spindelmotoren mit FDB (Fluid Dynamic Bearing). FDB-Motoren verwenden Schmieröl statt Metallkugellager, um den Rotor und den Stator voneinander zu trennen.
      Vorteile des FDB-Motors:

      • Verbesserte Servoleistung durch weitgehende NRRO-Reduzierung. Das ermöglicht eine höhere Flächendichte.
      • Höhere Zuverlässigkeit, da keine Metallkugellager verwendet werden.
      • Leiserer Lauf, da keine Metallkugellager verwendet werden.
      • Bessere Stoßfestigkeit bei Nichtbetrieb.

       

      Free Fall Sensor (FFS)

      Notebooks wurden entwickelt, um die Mobilität zu erhöhen. Eine Festplatte mit kleinem Formfaktor wie 2,5" und 1,8" ist eine seiner Hauptkomponenten und daher den gleichen Risiken wie das Notebook selbst ausgesetzt: Stößen, Vibrationen, und vor allem Erschütterung beim Herunterfallen.

      Mit das Schlimmste, was Ihrer Festplatte zustoßen kann, ist die sogenannte Head Disk Interference (HDI), was nichts anderes bedeutet, als einen Zusammenstoß zwischen den empfindlichsten Teilen einer Festplatte, den Lese-/Schreibköpfen und der Datenträgeroberfläche. Durch die Erschütterung können nicht nur die Köpfe beschädigt werden, sondern auch wichtige auf der Festplatte gespeicherte Daten beschädigt werden oder verloren gehen. HDIs werden meist durch Erschütterungen verursacht, wenn z. B. ein Laptop herunterfällt.

      Die Toshiba Storage Products Division hat eine effiziente Technologie zur Vermeidung von Schäden durch Erschütterungen nach dem Herunterfallen entwickelt. Das Prinzip ist so einfach wie wirkungsvoll: Wenn eine mögliche Fallbeschleunigung gemessen wird, werden die Lese-/Schreibköpfe von ihrer Position oberhalb des Speichermediums zurückgezogen und in einer sicheren Position arretiert. In anderen Worten: Die Aufprallrobustheit des Laufwerks wird erheblich gesteigert.

      Natürlich ist die dahinterstehende Technologie komplizierter. Ein 3-Achsen-Sensor, ein sogenannter linearer Low-Power-Beschleunigungsmesser, misst die Beschleunigung, die unter Normalbedingungen etwa 1 g beträgt. Bei einem Fall der Festplatte ändert sich der Beschleunigungswert auf etwa 0 g. Der Sensor erkennt diese Übergangsphase von 1 g zu 0 g und zieht die Lese-/Schreibköpfe vom Medium zurück, wodurch die HDI verhindert wird.

      Der Beschleunigungsmesser ist so empfindlich, dass bereits ein Fall aus 10 cm Höhe erkannt wird und die Schreib-/Leseköpfe gesichert werden. Anders ausgedrückt: Der gesamte Prozess (Messen der Änderung der g-Kraft, Zurückziehen und Sichern der Schreib-/Leseköpfe) läuft in weniger als 150 Millisekunden ab.

      Toshiba-Festplattenlaufwerke mit FFS-Technologie sind die erste Wahl für wahrhaft mobile Speichergeräte.

      Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR)

      HAMR ist das Akronym für Heat-Assisted Magnetic Recording.

      Es beschreibt ein zukünftiges HDD-Aufnahmeverfahren, das noch höhere Speicherdichten auf HDD-Medien zulässt, als mit dem PMR-Verfahren (Perpendicular Magnetic Recording) erreicht werden.

      Beim HAMR werden Daten magnetisch auf einem speziellen, hochstabilen Speichermedium aufgenommen, nachdem genau die Stelle, an der Datenbits aufgezeichnet wurden, mittels Laser erhitzt wurde. Wenn das Medium erhitzt ist, lässt es sich leichter beschreiben. Durch die rasche anschließende Abkühlung werden die geschriebenen Daten stabilisiert.
      Medien aus diesem Material können einzelne Bits auf deutlich kleinerer Fläche und ohne Einschränkungen durch den "superparamagnetischen Effekt" speichern. Eben dieser Effekt begrenzt die Speicherdichte von Platten, die in herkömmlichen Laufwerken zum Einsatz kommen und das LMR-Verfahren (Longitudinal Magnetic Recording) verwenden.
      Der einzige Nachteil besteht darin, dass sie erhitzt werden müssen, damit die Änderungen der magnetischen Ausrichtung übernommen werden.

      HAMR wird bei normalen HDD-Produkten nicht vor 2010 eingesetzt werden, wobei Speicherdichten von 50 Terabit pro Quadratzoll erst etwa 2020 oder später möglich sein werden. Der Übergang von PMR zu HAMR könnte bereits 2010 eingeleitet werden.

      Holographische Datenspeicherung
      Im Jahre 1995 wurde ein gemeinsames 32-Millionen-Dollar-Projekt von Universität, Regierung und Unternehmen zur Entwicklung "holographischer Datenspeichersysteme gestartet, die mehr als zwölfmal so viele Informationen wie die derzeit größten Magnetfestplattenlaufwerke aufnehmen können, und deren Dateneingabe- und Datenausgabegeschwindigkeiten zehnmal schneller als zur Zeit möglich sind".
      Weltweit gibt es mehrere Entwicklungsprojekte für holographische Speichersysteme. An dieser Stelle soll das HDSS-Programm (Holographic Data Storage System) genauer betrachtet werden, bei dem bereits deutliche Resultate erzielt wurden.
      Was ist ein Hologramm?
      Ein einfacher Vergleich: Ziel der Aufzeichnung fotografischer Daten (= Fotos machen) ist es, die Lichtintensität zu speichern. Dies geschieht dadurch, dass man lichtempfindliches Material dem Licht aussetzt. Diese Informationen können anschließend durch das Belichten des entwickelten Films abgerufen werden.
      Das Ziel bei der Holographie besteht darin, die Intensität und die Richtung des Lichts zu speichern.
      Zur Erstellung eines Hologramms sind drei Dinge erforderlich:
      • Aufnahmematerial (in der Regel ein lichtempfindlicher Kristall)
      • ein Referenzstrahl
      • ein Signalstrahl
      Grundlagen
      Zuerst wird ein Signalstrahl durch das Aufnahmemedium geleitet. Danach wird ein Referenzstrahl so aktiviert, dass er den Signalstrahl kreuzt. Dadurch werden Interferenzmuster im Material erzeugt. Das Material "reagiert" auf die Inteferenzmuster, wodurch diese "aufgenommen" werden.
      Die aufgenommenen Informationen können angezeigt oder abgerufen werden, indem man exakt den gleichen Referenzstrahl erneut durch das Material leitet. Dadurch kommt es zu Interferenzen zwischen dem Referenzstrahl und den aufgenommenen Mustern, und die beiden werden so kombiniert, dass sie wieder den Signalstrahl bilden.
      Das Verfahren lässt sich so zusammenfassen: Auf ein im Aufnahmemedium vorhandenes Hologramm kann nur zugegriffen werden, indem genau der gleiche Referenzstrahl (Amplitude und Richtung) durch das Medium geleitet wird.
      Eine gute Hilfe, um das wahre Ausmaß dieser Entwicklung zu verstehen, mag die Tatsache sein, dass schon bei geringfügiger Veränderung des Referenzstrahlwinkels ein vollständig neues Hologramm im selben Material erzeugt werden kann, das sogar denselben Raum einnimmt! Dieses Phänomen wird als "Mulitplexing" bezeichnet.
      Eine der größeren Herausforderungen ist die Suche nach holographischen Materialien (so genannte nicht lineare photorefraktive Kristalle). Sie sind derzeit sehr teuer und haben nur begrenzte Fähigkeiten.
      In absehbarer Zukunft wird erwartet, dass die Technologie mit Laufwerken und Medien in der gleichen physikalischen Größe wie aktuelle Medien Speicherkapazitäten bis zu einem Terabyte erreicht.
      Ein Terabyte würde zum Speichern von Hunderten Filmen ausreichen.

       

      Low Insertion Force (LIF)

      Die Vielzahl von Produkten, in denen Festplattenspeicher eingesetzt werden, ist riesig und nimmt ständig zu. Immer mehr Konsumgüter benötigen immer mehr Speicherkapazität, um die aktuellen Anforderungen zu erfüllen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, wird auch die Produktpalette immer größer, die von der Toshiba Speichertechnologie unterstützt wird. Toshiba hat als weltweit erstes Unternehmen Festplattenlaufwerke (HDDs) mit LIF-Anschlüssen (Low Insertion Force) auf den Markt gebracht. Die neue LIF SATA-Schnittstelle ist im Vergleich zu standardmäßigen 1,8-Zoll-Laufwerken mit Micro SATA-Anschlüssen um 10 % kleiner. Dieses kleinere Anschlussformat sorgt dafür, dass Toshiba-Produkte die Anforderungen der führenden Hersteller von kleinen mobilen Geräten wie Tablet-PCs, Digital-Camcordern und Media-Playern optimal erfüllen.

       

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                          ZIFF HDD                                                   LIF HDD

       

      Native Command Queuing (NCQ)

      Bei den heutigen modernen Computersystemen ist die Unterstützung von Multi-Tasking- und Multi-User-Umgebungen eine wesentliche Anforderung.  Oft laufen mehrere Aktivitäten gleichzeitig, wie Filme ansehen, Musik hören, E-Mails abrufen, im Internet surfen, und zuweilen werden auch noch Systemressourcen gemeinsam mit anderen Benutzern genutzt.  

      Native Command Queuing (NCQ) ist eine Technologie, die entwickelt wurde, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von SATA-Laufwerken (HDDs) unter bestimmten Lastbedingungen zu verbessern. Hierzu kann die HDD die Reihenfolge, in der die empfangenen Lese- und Schreibbefehle ausgeführt werden, auf intelligente Weise optimieren. Dies kann die Befehlsverarbeitungseffizienz der HDD verbessern und bewirken, dass sich die mechanische Arbeitslast verringert und die Gesamtleistung des Laufwerks erhöht. Ohne NCQ würde die HDD jeden Lese- und Schreibbefehl der Reihe nach ausführen, was sowohl die Effizienz als auch die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt.

      Die Hauptvorteile von NCQ:

      • Ideal für Multi-Tasking- und Multi-User-Umgebungen
      • Geeignet für alle Systeme, in denen Host-Controller die SATA NCQ-Funktion unterstützen, einschließlich PCs, Workstations, Digital Media-Server, Zugangsserver sowie hochleistungsfähige PCs und Notebooks
      • 100 % abwärtskompatibel mit Non-NCQ-Systemen
      • Gestattet die Neuordnung von Befehlen durch das Speichergerät, um die Leistungseffizienz des Datentransfers zu steigern
      • Verbessert die Suchzeitleistung bei HDDs und ermöglicht Solid-State-Laufwerken den Zugriff auf die gespeicherte Befehlswarteschlange zwecks Leistungssteigerung

      NCQ wird häufig eingesetzt, um die Leistungskapazität von Servern und High-Performance-Workstations bei starker Auslastung zu steigern. Ferner dient es dazu, die PC-Leistung beispielsweise beim Kopieren von Dateien oder Hochfahren des Systems zu optimieren.

      Perpendicular Magnetic Recording (PMR)

      Herkömmliche Festplattenlaufwerke, die das "Longitudinal Magnetic Recording" (LMR-Verfahren) verwenden, speichern Daten auf einer Magnetplatte, wo sie als mikroskopische magnetische Bits in einer Ebene ausgerichtet werden. Obwohl die Datenspeicherdichte auf Festplattenlaufwerken durch Fortschritte bei den Magnetbeschichtungen zunehmend gesteigert werden kann, stoßen sich die magnetischen Bits aufgrund der Ebenenausrichtung ab.

      Verdichtet man immer mehr Bits auf einem Plattenmedium, ist irgendwann ein Punkt erreicht, an dem sich dies auf die Qualität der aufgezeichneten Bits auswirkt, weil die Bits anfangen, sich gegenseitig zu beeinflussen (magnetische Kopplung). Im schlimmsten Fall beginnen sie, instabil zu werden: Die betroffenen Bits verlieren ihre Ausrichtung und die Informationen gehen verloren. Dies wird als "superparamagnetischer Effekt" bezeichnet. Dadurch wurden den Speicherkapazitäten deutliche Grenzen gesetzt.

      Die Lösung für dieses Problem nennt sich "Perpendicular Magnetic Recording" (PMR), bei dem die magnetischen Bits nicht in einer Ebene, sondern vertikal ausgerichtet werden. Dadurch wird die magnetische Kopplung zwischen benachbarten Bits verstärkt und eine durchgehend höhere Aufnahmedichte sowie eine bessere Speicherkapazität erzielt. Mit dem PMR-Verfahren lässt sich die Kapazität eines Laufwerks um das bis zu 10-Fache steigern. Wegen der höheren Datendichte steigt außerdem auch die Datenübertragungsrate im Vergleich zu HDDs, die das LMR-Verfahren verwenden.

      Eine der technischen Herausforderungen bei der Entwicklung des PMR-Verfahrens war, dass die physikalischen Eigenschaften der PMR-Medien einen deutlich schmaleren Spalt zwischen Lese-/Schreibkopf und Medium erforderlich machten, damit Daten gelesen und geschrieben werden können.

      Professor Shun’ichi Iwasaki vom Tohoku Institute of Technology in Japan erkannte 1976 erstmals, dass sich die Speicherdichte von Datenmedien erhöhen lässt, indem man magnetische Bits vertikal statt horizontal zur Drehrichtung des Mediums anordnet.

      Rotational Vibration Sensor (RVS)

      Die Anti-Rotational Vibration-Technologie wurde von Toshiba entwickelt, um dem Einfluss einer Systemvibration auf Toshiba-Festplattenlaufwerke (HDD) entgegenzuwirken.


      Spezielle Sensoren (RVS) sorgen dafür, dass Toshiba-HDDs in Umgebungen, die starken Drehschwingungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Server- oder Speicher-Arrays, effizienter laufen. Wird ein HDD solchen Drehschwingungen ausgesetzt, kann dies die Leistung beeinträchtigen. Wenn sich wie in einem Speicher-Array mehrere Laufwerke in unmittelbarer Nähe befinden, gerät jedes Laufwerk aufgrund der Positionierung des Kopfes an dem sich drehenden Medium in Schwingung. Dieser Effekt kann kumulieren und teilweise Oberschwingungen verursachen, die zu deutlich stärkeren Vibrationen führen. Da sich die Aktivitäten von HDDs auf das gesamte Array auswirken, kann der Betrieb jedes einzelnen Laufwerks im System zunehmend gestört werden, was zu einem signifikanten Abfall der Datenübertragungsrate führt. Die Empfindlichkeit gegenüber diesen Schwingungen wird mit zunehmender Datenspeicherdichte größer, was teilweise dazu führt, dass die Lese-/Schreibköpfe schon bei geringen Schwingungen aus der Spur geraten.


      Die neue RVS-Technologie, die in Toshiba-HDDs zum Einsatz kommt, nimmt die externe Drehschwingung wahr und erzeugt mithilfe eines Rückkopplungssystems eine Gegenbewegung in den Lese-/Schreibköpfen. Mit RVS kann das Laufwerk jede Drehschwingung ausgleichen, die vom Laufwerk selbst ausgeht oder von außerhalb auf das Laufwerk einwirkt (Kühllüfter, schlechte Chassisqualität usw.), und so alle Lese- und Schreibvorgänge auf einem gleichbleibend hohen Leistungsniveau halten.
       

      Self-Encrypting Drives (SED)

      Die auf einem Festplattenlaufwerk (oder HDD) gespeicherten Informationen sind häufig wertvoller als das Gerät selbst. Die Daten eines Unternehmens gehören zu seinem wichtigsten Kapital. Unbefugtes Offenlegen von Daten kann überall geschehen – in der 1-Mann-IT-Abteilung wie im abgeschotteten Rechenzentrum. Softwarebasierte Lösungen können nicht die Sicherheit bieten, die für einen absolut zuverlässigen Schutz erforderlich sind. Mithilfe der neuen hardwarebasierten Lösung namens SED kann nun eine starke digitale Identität eingerichtet und die Sicherheit auf ein höheres Niveau gehoben werden.

      Toshibas selbstverschlüsselnde 2,5-Zoll-Laufwerke (SEDs) bieten neben einer fortschrittlichen Hardware-Verschlüsselung auch eine wirkungsvolle Zugriffsauthentifizierung. So können IT-Abteilungen, ohne Unterbrechung der Geschäftsabläufe oder Beeinträchtigung der Anwendungsleistung, kostengünstig effiziente Sicherheitsmaßnahmen realisieren. Entwickelt gemäß der Trusted Computing Group "Opal SSC"-Spezifikation, profitieren Toshibas SED-Modelle von der breiten Unterstützung, die für standardmäßige TCG-Sicherheitsfunktionen und -möglichkeiten in dieser Branche vorhanden ist.

      SED-Verschlüsselungsprozesse sind für Anwendungen und Betriebssysteme transparent. Im Gegensatz zur Software-Verschlüsselung, die von der CPU-Performance und Systemspeicherkapazität abhängt, erfolgt die SED-Hardware-Verschlüsselung im HDD bei maximalen Speicher-E/A-Geschwindigkeiten, so dass für den Benutzer absolut keine Einbußen bei der Anwendungsleistung zu verzeichnen sind.

      Data Invalidation Technology – ein Schritt nach vorn in der Datensicherheit

      Die in die HDD-Steuerungselektronik integrierte Hardware-Verschlüsselung bietet Leistungsfähigkeit, geringere Gesamtkosten und Sicherheitsvorteile, die weit über das hinausgehen, was die Software-Verschlüsselung zu bieten hat. Toshibas einzigartige und wirkungsvolle, behördenkonforme AES-256-Verschlüsselung wurde vom US National Institute of Standards and Technology (NIST) durch dessen Cryptographic Algorithm Validation Program (CAVP) zertifiziert. Da der Verschlüsselungsvorgang innerhalb des HDD erfolgt, bleiben die gespeicherten Daten vor Angriffen aller Art geschützt, welche die Software-Verschlüsselung gefährden.


      Toshibas einzigartige “Data Invalidation Technology” nutzt alle Vorteile des Verschlüsselungssystems. SED kann Daten in einem "selbstlöschenden" Bereich ablegen, wo sie sofort vernichtet werden, wenn das Host-System ausgeschaltet oder das Laufwerk von der Stromversorgung abgetrennt oder entfernt wird. Bei diesem Vorgang wird der Verschlüsselungsschlüssel für den selbstlöschenden Bereich vernichtet, den das Host-System jedes Mal erzeugt, wenn es das Laufwerk einschaltet. Daher kann, nachdem die Stromversorgung des Laufwerks wiederhergestellt ist, der selbstlöschende Bereich zwar mit einem neuen Schlüssel benutzt werden, alle früheren Daten sind aber zusammen mit dem jeweiligen Schlüssel dauerhaft gelöscht. Der Einsatz der Selbstlöschfunktion in Verbindung mit der Standardverschlüsselung bei demselben HDD ermöglicht es, unterschiedliche Datentypen, je nach Art und Sicherheitslevel, unabhängig voneinander zu verwalten.
       
      Diese Data Invalidation Technology wird bei gemeinsam genutzten Speichergeräten und der One-Time-Session-Datenspeicherung angewandt. Sind beispielsweise auf einem Multifunktionsdrucker (MFP) sensible Daten gespeichert, so müssen diese gelöscht werden, wenn das Gerät an das Leasing-Unternehmen zurückgeht, oder im Fall einer Gerätestörung gesichert werden. Bei diesem Beispiel werden alle vertraulichen Daten, Faxe und Druckjobs im selbstlöschenden Bereich sofort und automatisch sicher gelöscht, während weniger sensibles Material durch die AES256-Verschlüsselung geschützt ist und auf dem SED verbleibt.
       
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      Serial Attached SCSI (SAS)

      Aufgrund des Bedarfs an mehr Bandbreite und Flexibilität wurde SAS als Ersatz für die parallele SCSI-Schnittstelle eingeführt, die ab den 1980er-Jahren in Datenzentren und Workstations verwendet wurde. Im Vergleich zu SCSI weist SAS verschiedene Vorteile auf. Es lässt mehr als 10.000 U/min zu und ist zuverlässiger. SAS-Laufwerke werden üblicherweise überall dort in Servern und High-End-Workstations eingesetzt, wo es vor allem auf Geschwindigkeit und E/A-Frequenz ankommt. Zudem bieten SAS-Laufwerke dem Benutzer vollständige Fehlererkennung und -korrektur während des Lese- und Schreibvorgangs. Darüber hinaus bieten sie Schutz für noch nicht vollständig verarbeitete Daten, sodass die Datenintegrität beim Lesen und Schreiben sichergestellt ist. Enterprise Class SAS-Laufwerke werden wegen ihrer außergewöhnlichen Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit bei Online- und Transaktionsanwendungen bevorzugt.

  • SSD-Technologien
    • Enterprise Solid State Disks (eSSD)

      In Anbetracht einer scheinbar exponentiellen Zunahme an Daten, der Verwaltung dieser Daten sowie den Erfordernissen heutiger Enterprise Computing-Umgebungen und -Anwendungen wird es immer wichtiger, dass Kriterien wie Zugänglichkeit, Verfügbarkeit, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit rund um die Uhr erfüllt werden. Parallel zu diesen Erwartungen haben Fortschritte bei der Speichertechnologie und der Technik von Solid State Drives (SSD) dazu geführt, dass NAND-basierte Flash-Speicher heute eine Qualität erreicht haben, mit der sie neben unternehmenskritischer Datenzuverlässigkeit auch Datenraten bieten können, die eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen HDDs darstellen.  SSD verwendet auf effektive Weise einen Halbleiterspeicher hinter einem Speichercontroller und einer Schnittstellenelektronik, so dass das Flash-Speichergerät die Befehle und Betriebsvorgänge eines HDD emulieren kann.

      Toshibas Enterprise Class SSD (eSSD) ist auf dem neuesten Stand der Technik, was die Enterprise Class-Plattenspeicherung angeht. Es wurde speziell entwickelt, um erweiterte Funktionalität für potenziell jede Anwendungsumgebung (Server, DAS, NAS) zu ergänzen und anzubieten, die traditionell als Hochburg für die mechanische Enterprise Class HDD mit einer SAS2-Schnittstelle galt. Mit Vorteilen wie Geräuschlosigkeit, geringerer Leistungsaufnahme (weniger Kühlung und daher geringere Support-Betriebskosten in Datenzentren), höchste Stoß- und Schwingungstoleranz und wesentlich schnelleren Zugriffs- und Datenraten als bei HDD, wird eSSD rasch zur ersten Wahl bei Anwendungen werden, bei denen IOPS-Leistung und Zuverlässigkeit ausschlaggebende Faktoren sind.
      Zwei der drei wesentlichen Techniken, die wir bei eSSD hinsichtlich Gerätenutzungsdauer (Lebensdauer) und Datenzuverlässigkeit angewandt haben, sind allgemein als "Wear Levelling" und "Over Provisioning" bekannt. Das "Wear Levelling" wird durch die Flash-Controller-Algorithmen verwaltet, mit denen die Datenblöcke überwacht und neu zugeordnet werden, auf die häufig zugegriffen wird und die einen vorgegebenen Zugriffsgrenzwert zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit erreicht haben. "Over Provisioning" ist ein Verfahren, bei dem die Anzahl der dem Gerät zugewiesenen logischen Blöcke den vorgesehenen Kapazitätspunkt überschreitet, um durch Neuzuordnung mittels "Wear Levelling"-Verfahren die erforderliche Lebenserwartung zu gewährleisten. Bei der dritten Technik handelt es sich um die Übernahme sowohl erweiterter Fehlerkorrekturcodes (ECC) als auch der bekannten Self Monitoring and Reporting Technology (SMART), die wichtige Merkmale von eSSDs, wie beispielsweise die Anzahl der "Hard"- und "Soft"-Fehler oder interne Temperaturen, überwacht und protokolliert und zur Bereitstellung nützlicher Informationen über den SSD-Status dienen kann.

      Toshibas eSSD der ersten Generation verwendet einen 32 nm Enterprise Class Single-Level Cell (SLC) NAND Flash-Speicher und eine 6 GB/s serielle SCSI-Schnittstelle.

      Prognosen zufolge wird eSSD die herkömmliche mechanische Spindel-Technologie in den meisten Hochleistungsanwendungen ersetzen. eSSD ist die ideale Lösung für aufgabenkritische Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit erwünscht sind.

       

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      Single-Level Cell (SLC)

      Enterprise Solid State Disks (eSSD) verfügen mit einer Single-Level Cell (SLC) über ein Speicherelement, das Daten in einzelnen Speicherzellen ablegen kann.

      Um auf die eSSD zuzugreifen und sie zu beschreiben, verwendet die SLC eine "einfache" Steuerlogik mit 1 Bit, im Gegensatz zu 2 Bits bei der Multi-Level Cell (MLC) und hat damit den Vorteil einer geringeren Leistungsaufnahme.  Außerdem sind die Programmabläufe in SLC-Chips mit 100.000 Zyklen zehnmal länger als bei einer MLC. Wegen seiner hohen Übertragungsrate und großen Zuverlässigkeit wird der SLC-Speicher in Hochleistungs-SSDs eingesetzt.

      Beständigkeit

      Dies ist die maximale Anzahl der Programmier-/Löschzyklen, die eine Zelle durchführen kann, bevor das Ende des Lebenszyklus erreicht ist und der Zusammenbruch der Zellstruktur zu einem Verlust der Datenspeicherung und Zuverlässigkeit führt.

      Datenspeicherung

      Dies ist der Zeitraum, in dem die gespeicherten Zelldaten während der Lebensdauer des Speichergeräts voraussichtlich abgerufen werden können und fehlerfrei bleiben. Die Zellstruktur wird schlechter, wenn die maximale Beständigkeit fast erreicht ist; wenn sich also die Anzahl der Programmier-/Löschzyklen der Zellen dem Wert für die gesamte Lebenserwartung nähert. Wenn eine langfristige Speicherung von Daten im ausgeschalteten Zustand (Aufbewahrung/Archivierung) betrachtet wird, kann der Zeitraum bei nicht mehr als 3 Monaten liegen, wenn eine Zelle 100 % ihrer Beständigkeit erreicht hat, da die Möglichkeit eines Zellzusammenbruchs und Verlusts der gespeicherten Werte wahrscheinlicher ist.

      Over-Provisioning

      Dabei handelt es sich im Wesentlichen um überschüssige Kapazität, die dem Speichergerät zugewiesen wird, damit die Zellen 100 % der Beständigkeit (erwartete Lebensdauer erreicht) innerhalb des Zeitraums der gewährleisteten Verwendung des Speichergeräts erreichen können. Die überschüssige Kapazität wird ausgerichtet und zugewiesen, um den Verlust brauchbarer Speicherzellen zu kompensieren. Im Allgemeinen liegt ein akzeptabler Wert bei 25–28 % der erworbenen Kapazität.

      Wear-Levelling

      Die Lebensdauer der einzelnen Speicherzelle ist endlich. Ihre Struktur bricht zusammen und sie wird unbrauchbar! Um sicherzustellen, dass jede Zelle der gleichen Abnutzung unterliegt, wird eine Programmier-/Löschzählung auf Blockebene (Sektorebene) vorgenommen. Nachdem die Zählung eine vordefinierte Grenze erreicht hat, wird der gesamte Zelldateninhalt einer jüngeren Zellgruppe/Sektor zugewiesen. Es gibt zwei Implementierungstypen:
      Statisches Wear-Levelling ist ein Algorithmus für gespeicherte Daten, die selten geändert werden, wie Betriebssystemdateien. Diese Zellen würden ohne Gegenmaßnahmen zu wenig beansprucht. Daher wird der Dateninhalt älteren Zellen zugewiesen, um jüngere Zellen für Datenspeicher mit häufigeren Änderungen freizugeben.
      Dynamisches Wear-Levelling ist ein allgemeiner Algorithmus, der jedes Mal ausgeführt wird, wenn der Puffer geleert und in Flash geschrieben wird. Der dynamische Wear-Algorithmus stellt sicher, dass Datenprogrammier- und -löschzyklen gleichmäßig unter allen Blöcken im NAND aufgeteilt werden.

      SLC (Single-Level Cell)

      NAND-Geräte speichern ein Informationsbit pro Speicherzelle. Ein SLC-Laufwerk ist schneller und hat eine geringere Leistungsaufnahme, aber auch geringere Kapazität.

      MLC (Multi-Level Cell)

      NAND-Geräte können mehr als ein Informationsbit pro Speicherzelle speichern, indem zwischen mehreren Ebenen elektrischer Ladung gewählt wird, die auf die Floating Gates der Zellen angewandt werden. Diese Technologie ermöglicht eine höhere Speicherdichte bei einem kleinen Formfaktor und kosteneffizientere Speicherung pro Gigabyte.

      32 nm eSLC

      Die Klassenprozesstechnologie oder Formgröße bezieht sich auf die aktuelle Fertigungstechnik für CMOS-Halbleiter-NAND-Geräte. Dies entspricht dem Transistor-Gate-Pitch oder in anderen Worten der Transistorpackdichte, aus der die Speicherzellen bestehen (ca. 2 Millionen).

      Der technologische Fortschritt wird wie folgt eingeschätzt:
      32 nm – 2010
      22 nm – ca. 2011
      16 nm – ca. 2013
      11 nm – ca. 2015

      Superkondensatoren

      Stellen für einen kurzen Zeitraum eine Stromsicherung für den SDRAM-Cachespeicher bereit, um den Datenspeicherinhalt beizubehalten und vor Fehlern oder Verlust zu schützen. Dieser Schutz vor Stromausfall (Power Loss Protection, PLP) ist für eine Dauer von 55 ms im Toshiba eSSD-Design ausgelegt, damit der Cacheinhalt geleert und in NAND-Flash geschrieben werden kann.