DRAM oder nicht? Der Unterschied zwischen SSDs mit und ohne DRAM (und warum er wichtig ist)

Wenn es um SSDs geht, haben Unternehmen eine große Auswahl hinsichtlich Kapazität, Formfaktor, Leistung und mehr. Angesichts der großen Produktauswahl ist es wichtig zu wissen, welche Funktionen und Fähigkeiten die individuellen Anforderungen und Arbeitslasten eines Unternehmens am besten unterstützen.

Eine bestimmte Option bei SSD-Funktionen wird bei Unternehmensbenutzern immer häufiger gewählt, nämlich ob ihre SSDs mit integriertem DRAM ausgestattet sind oder nicht. Dieser Artikel befasst sich mit den Unterschieden zwischen diesen SSDs und bietet Hinweise, welche Anwendungsfälle für welchen Typ am besten geeignet sind.

Was ist DRAM und wie funktioniert es auf einer SSD?

Dynamischer Direktzugriffsspeicher (DRAM) ist ein Kurzzeitspeicher, der in vielen digitalen Geräten, von PCs bis zu Smartphones, verwendet wird. Er ermöglicht dem Computerprozessor, schneller auf Daten zuzugreifen, als dies bei den Standardspeicherlaufwerken des Geräts der Fall wäre. Auf einem PC beispielsweise gilt: Je größer der DRAM-Cache ist, desto mehr Anwendungen kann ein Benutzer gleichzeitig öffnen und ausführen, ohne dass die Leistung nachlässt, da der Prozessor über einen großen Cache mit leicht zugänglichen Daten verfügt, auf die er zugreifen kann.

Auf einer SSD wird DRAM für mehrere Zwecke verwendet: 1) als Cache beim Schreiben von Daten auf das Laufwerk, 2) als Speicherort für indizierte Metadaten und als digitale Karte, die die Speicherorte der Daten in den NAND-Flash-Speicherzellen der SSD zeigt, und 3) als Vermittler, der die Kommunikationsprotokolle zwischen der SSD und dem Prozessor des Geräts verwaltet.

Wenn eine SSD Daten speichert, schreibt sie diese in diese Speicherzellen – aber jedes Mal, wenn Daten in eine Zelle geschrieben werden, verschlechtert sich diese Zelle ein wenig. Um zu verhindern, dass eine Zelle im Vergleich zu den anderen Zellen zu schnell verschleißt, verschiebt die SSD Daten in einem Prozess namens Verschleißnivellierung. Der DRAM im SSD merkt sich, wo jedes Datenbit gespeichert ist, während es kontinuierlich von Zelle zu Zelle wandert. Wenn Daten benötigt werden, schaut sich der SSD-Controller die Zuordnungstabelle im DRAM an, ruft sie schnell auf und stellt sie zur Verfügung.

Die meisten SSDs sind mit DRAM ausgestattet, aber wenn eine SSD kein DRAM hat, bedeutet das nicht, dass ihr eine Datenzuordnung fehlt. Normalerweise werden die Zuordnungsinformationen auf einer DRAM-losen SSD entweder im NAND-Flash-Speicher der SSD selbst gespeichert (der mit dem kleinen SRAM-Speicher auf dem Controller arbeitet) oder im Host-Speicherpuffer (HMB) des Geräts, das die SSD verwendet (z. B. ein Unternehmensserver in einem Rechenzentrum oder ein Tablet, das von einem mobilen Mitarbeiter verwendet wird). Der HMB ist im Wesentlichen DRAM, befindet sich jedoch auf dem Host und nicht auf der SSD.

Lesen: NAND Flash 101: Host-Speicherpuffer

Wichtige Unterschiede zwischen SSDs mit und ohne DRAM

Leistung

Der Hauptunterschied zwischen DRAM und keinem DRAM ist die Leistung. DRAM ist etwa 100-mal schneller als NAND-Flash-Speicher. Das bedeutet, dass sich mit DRAM eine hohe Leistung auf SSDs einfacher erreichen lässt. SSDs ohne DRAM können immer noch eine hohe Leistung bieten, es sind lediglich ein paar zusätzliche Designtricks erforderlich, um dies zu erreichen.

Die auf NAND gespeicherte Datenzuordnung in einer DRAM-losen SSD macht das Laufwerk langsamer (obwohl SSD-Hersteller dieses Problem durch eine komplexe Nutzung der SRAM-Ressourcen und die Zusammenarbeit mit NAND lösen können), insbesondere beim Schreiben von Daten in Speicherzellen. Das liegt daran, dass DRAM einzelne Bytes alter Daten mit neuen Informationen überschreiben kann, ohne sie vorher löschen zu müssen, NAND-Flash hingegen nicht. Bei NAND-Flash muss zuerst ein ganzer Datenblock gelöscht werden, bevor das System neue Daten darauf schreiben kann.

Selbst wenn eine SSD ohne DRAM den Host-Speicherpuffer des Geräts, der ebenfalls DRAM ist, zum Speichern der Datenkarte verwendet, befindet sich dieses DRAM-Modul normalerweise viel weiter von den Speichermodulen entfernt als der eingebaute DRAM auf der SSD. Es könnte also immer noch langsamer sein als eine SSD mit DRAM. Heutzutage verfügen Systeme jedoch über Funktionen wie Vorabruf von Daten (oder Cache) Dadurch können HMBs gut funktionieren und geringe Latenzen erreichen. Auch hier ist es etwas aufwändiger, die gleiche Leistung wie bei einer SSD mit DRAM zu erzielen, aber es ist sicherlich nicht unmöglich.

Preis

DRAM ist nicht billig, daher sind SSDs mit DRAM teurer als solche ohne. Laut einer Aktueller Artikelbeträgt der Preisunterschied zwischen DRAM- und DRAM-losen SSDs etwa $15 bis $35. Das mag auf den ersten Blick nicht viel erscheinen, aber für eine Organisation mit 10.000 Mitarbeitern, die insgesamt 15.000 Geräte verwenden, kann der Unterschied erheblich werden.

Energieverbrauch

DRAM benötigt viel Strom. Tatsächlich Artikel von Forschern der Carnegie Mellon University erklärte: „Der Hauptspeicher (DRAM) verbraucht heute bis zu die Hälfte der gesamten Systemleistung eines Computers.“ Das liegt zum Teil daran, dass DRAM-Daten ständig aktualisiert werden müssen. Das bedeutet, dass SSDs mit integriertem DRAM mehr Strom verbrauchen als SSDs ohne DRAM. Da Unternehmen heutzutage in Richtung mehr Nachhaltigkeit im Rechenzentrum und darüber hinaus streben, ist eine Senkung des Stromverbrauchs für den laufenden Betrieb ein Muss.

Haltbarkeit

SSDs mit DRAM bieten tendenziell eine höhere Lebensdauer, was bedeutet, dass sie dank der Wear-Leveling-Mechanismen mit DRAM länger halten. Wenn die SSD auf NAND-Flash angewiesen ist, um die Datenzuordnung beizubehalten und die Kommunikation mit dem Prozessor abzuwickeln, können diese Speicherzellen schneller verschleißen. Höhere Lebensdauer, vielleicht.

Anwendungsfälle für SSDs mit und ohne DRAM

SSDs mit DRAM eignen sich gut für:

• • • Grafikdesign, Videobearbeitung und andere High-End-Inhalte – Die höhere Leistung von SSDs mit DRAM eignet sich gut für grafik- und videointensive Anwendungen wie Final Cut, Photoshop oder AutoCAD.
    • High Performance Computing – Projekte, die hohe Leistung erfordern, wie etwa solche, die Big-Data-Analysen, KI oder maschinelles Lernen verwenden, profitieren von SSDs mit DRAM. Die vereinfachten Betriebsmechanismen dieser SSDs bieten einen Vorteil, wenn Systeme in Hochleistungs-Computerumgebungen bis zum Äußersten gefordert werden.
    • Hochwertiges, kompetitives Gaming – Die heutigen AAA-Spiele nutzen ausgefeilte Technologien, um den Spielern das Eintauchen in ihre Umgebung zu ermöglichen. Diese Spiele erfordern die hohe Leistung von SSDs mit DRAM, um Verzögerungen oder Aussetzer zu vermeiden.
    • Datenbankmanagement – Organisationen mit Datenbankservern werden die verbesserte Leistung von SSDs mit DRAM zu schätzen wissen, wenn es um schnellen Zugriff auf Informationen, geringe Latenz und hohen Durchsatz geht.

DRAM-lose SSDs eignen sich gut für:

• • • Weniger intensive Anwendungen – Solange das Unternehmen keinen Zugriff auf grafikintensive Anwendungen oder andere Systeme benötigt, die auf ultraniedrige Latenz angewiesen sind, stellt die etwas geringere Leistung von SSDs ohne DRAM kein Problem dar. Einfaches Surfen im Internet und Produktivitätssoftware für Unternehmen erfordern normalerweise keine ultrahohe Leistung.
    • Nachhaltige Initiativen – Große Organisationen können den Stromverbrauch durch die Verwendung DRAM-loser SSDs erheblich senken.
    • Verbraucher-, eingebettete und industrielle Geräte, bei denen die Größe eine Rolle spielt – Ohne DRAM können SSDs kleiner gemacht werden, sodass sie in kompakten Geräten weniger Platz einnehmen.

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Phison unterstützt komplexe Speicheranforderungen mit fortschrittlichen SSDs und mehr

Als erstklassiger Entwickler von NAND-Flash-Datenspeichern, SSDs und SSD-Controllern ist Phison bestens aufgestellt, um die sich entwickelnden Bedürfnisse von Unternehmen aller Branchen zu unterstützen. Das Unternehmen bietet ein vielfältiges Portfolio an Datenspeicherlösungen – mit und ohne DRAM – und ist bestrebt, immer auf dem neuesten Stand der Innovation zu bleiben, um aufkommende und zukünftige Bedürfnisse zu erfüllen.

Tatsächlich wurden sechs von sieben DRAM-losen SSDs im M.2 2230-Formfaktor, die letztes Jahr von Toms Hardware benutzte den Phison E21T Regler.

Phison kündigte auf der Computex 2023 außerdem zwei neue Produkte an. E27T ist ein DRAM-loser Controller mit maximaler Gen4-Leistung. Der E31T ist der weltweit erste Gen5 DRAM-lose Lösung.