News & Rumors: 15. August 2012,

Unterschied zwischen SLC und MLC bei SSDs

Samsung SSD 820 – Modell mit 512 GB
Samsung SSD 820 - Modell mit 512 GB

Die Bauart der verwendeten Flash-Chips in Solid State Disks wird unterschieden in SLC und MLC. SLC steht für „Single Level Cell“, MLC bedeutet „Multi Level Cell“.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein Single-Level-Cell-Baustein genau ein Bit speichern kann, also zwei unterschiedliche Zustände. Multi-Level-Cell-Chips hingegen speichern in einer Speichereinheit mehrere Zustände, also mehr als nur ein Bit. Der Hauptvorteil bei MLC-Hardware liegt also darin, dass nicht nur weniger Silizium benötigt wird, um die gleiche Menge an Daten zu fassen, es erhöht zudem gleichzeitig die Datendichte in SSDs, also die Menge an Daten, die auf einem bestimmten Raum gespeichert werden kann. Dies sorgt für deutlich geringere Kosten pro Gigabyte, was besonders bei Flash-Festplatten ins Gewicht fällt. SLC-Module haben hingegen den Vorteil, dass sie extrem schnell beschrieben werden können. Die Entwicklung im Bereich der Multi-Level-Zellen macht diesen Vorteil allerdings allmählich hinfällig.

Eine sehr gute englischsprachige Beschreibung findet sich im nachfolgend präsentierten Video, in dem Jamon Bowen von TexasMemorySystems spricht.

MLC mit Verschleiß

Die MLC-Bausteine bergen aber nicht nur Vorteile: Sie fallen insbesondere durch hohen Verschleiß auf, so kann eine einzelne Zelle höchstens 5000 Schreibzyklen aushalten, die deutlich robusteren SLC-Module vertragen hier ganze 60000 Zyklen. Das bedeutet das Zwölffache an Lebensdauer. Moderne SSD-Controller arbeiten aber mit speziellen Methoden, dem so genannten Wear-Leveling. Dabei wird dafür gesorgt, dass nicht einige wenige Zellen ständig überschrieben werden, sondern die Daten so über die Festplatte verteilt werden, dass alle Zellen annähernd gleich stark abgenutzt werden. Somit kann dieser Nachteil der Multi-Level-Zellen zwar nicht ausgemerzt, aber immerhin so umschifft werden, dass die Lebensdauer dieses Flash-Speichers konkurrenzfähig bleibt. Trotzdem ist die SLC-Technik noch präsent, bietet sie doch eine deutlich höhere Resistenz gegen Datenfehler, da hier nur zwei statt vier Stadien pro Zelle unterschieden werden müssen. Dies sorgt gleichzeitig für einen geringeren Energiebedarf gegenüber MLC-basierter Hardware.

Einige Hersteller spezieller Server-Hardware haben jedoch SSDs mit speziellen Routinen und Funktionen zur Fehlervermeidung im Angebot. Somit wird die erhöhte Anfälligkeit der günstigeren MLC-Chips durch Software auf der Flash-Festplatte ausgeglichen. Problematisch ist jedoch, dass eine solche, komplexere Firmware seinerseits wiederum mehr Möglichkeiten für Programmfehler offen lässt – ein leider noch immer gängiges Problem vieler Hersteller von Solid State Disks. Speicherfehler sind indes sehr selten geworden, sorgen doch entsprechende Methoden wie etwa ECC zur Fehlererkennung und -korrektur sowie Paritäts- und Prüfsummenbits für effektive Abhilfe. SLC-basierte Flashspeicher benötigen solche komplexen Rechenspiele in der Regel nicht, was es Herstellern von derartigen Solid State Disks ermöglicht, vergleichsweise einfach gehaltene und somit gegen Fehler besser geschützte Firmwares zu programmieren und in den Festplatten zu verwenden.

Zusammenfassung

SLC bietet die Vorteile SSD deutlich schneller zu beschreiben, ist dabei wesentlich länger haltbar und bietet eine erhöhte Resistenz gegen Speicherfehler, sowie einen geringeren Energiebedarf gegenüber den MLC-Speichern. Doch SLC verursacht wesentlich höhere Herstellungskosten.

MLC auf der anderen Seite bietet eine geringe(re) Haltbarkeit und komplexe Firmwarekonstruktionen, die Fehlerpotential bieten. Dafür verursachen sie geringeren Rohstoffbedarf, bieten eine erhöhte Speicherdichte und sind überdies günstig herzustellen.

Fazit

Besonders im Server-Bereich sind SLC-Bausteine noch immer die Technologie der Wahl, da sie neben dem geringeren Stromverbrauch deutlich höhere Ausfallresistenz bieten. Zudem kommt es in dem Umfeld noch deutlich stärker als im Home-Computer-Bereich auf Datensicherheit und Langlebigkeit an, sowie höchstmögliche Geschwindigkeit. Dabei spielt der Preis meist eine untergeordnete Rolle.
Die MLC-Technik bietet sich hingegen besonders für den Preiskampf im Heimrechner-Segment des Markts an, da sie deutlich günstiger und Ressourcen schonender herzustellen ist. Zudem sorgen die aktuellen Entwicklungen für einen zunehmenden Ausgleich der prinzipbedingten Nachteile wie dem höheren Energiebedarf und der geringeren Schreibgeschwindigkeit.



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