Der für ein Speichersubsystem gewählte Laufwerkstyp kann einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtleistung der Systeme und Anwendungen haben, die sie verwenden. In diesem Artikel werden wir uns die Unterschiede zwischen HDDs, SATA-SSDs und NVMe-SSDs genauer ansehen.
HDDs oder Festplattenlaufwerke sind mechanische Geräte, die Daten mithilfe von Platten und beweglichen Lese-/Schreibköpfen magnetisch speichern und abrufen. SSDs sind Solid-State-Laufwerke, die Daten im Flash-Speicher speichern und keine beweglichen Teile wie HDDs enthalten.
Die Art und Weise, wie HDDs, SATA-SSDs und NVMe-SSDs konstruiert sind und Daten übertragen, führt zu erheblichen Unterschieden bei messbaren Leistungskennzahlen wie Latenz und Durchsatz. Diese Unterschiede können Ihre Entscheidung für eine bestimmte Lösung beeinflussen.
SATA und NVMe beziehen sich auf die verschiedenen Schnittstellen, die zum Übertragen von Daten von einem Speichergerät zu einem System oder Bus verwendet werden. Serial Advanced Technology Attachment oder SATA III ist die von HDDs verwendete Schnittstelle und wird auch von SSDs verwendet. Es wurde geschaffen, um die in die Jahre gekommene und nicht mehr verwendete PATA-Schnittstelle zu ersetzen. SATA wurde entwickelt, bevor SSDs jemals für den Mainstream-Einsatz in Betracht gezogen wurden. Der NVMe-Standard wurde entwickelt, damit SSDs mit der Geschwindigkeit betrieben werden können, die ihr Flash-Speicher erreichen kann. Die SATA-Schnittstelle ist ein limitierender Faktor bei Datenübertragung, Latenz und Gesamtleistung. 
Unterschiede in der Latenz
Latenz kann als die Verzögerung definiert werden, bevor eine Übertragung von Daten nach einer Anweisung für ihre Übertragung beginnt. Sie wird oft in Millisekunden gemessen. In unserem Fall werden wir uns die Unterschiede in der Latenz ansehen, wenn wir nach Dateien für jeden der drei untersuchten Laufwerkstypen suchen.
Die Unterschiede in der Latenz zwischen HDDs und SSDs werden hauptsächlich durch das Fehlen beweglicher Teile in Solid-State-Laufwerken verursacht. Die HDD-Latenz wird durch die Zeit beeinflusst, die die Festplatte benötigt, um sich in die richtige Position zu drehen, damit die Lese-/Schreibköpfe auf die angeforderten Daten zugreifen können. Daher wird die HDD-Latenz von der Spindelgeschwindigkeit des Geräts beeinflusst. Ein sich schneller drehendes Laufwerk führt zu niedrigeren Latenzzeiten für HDDs.
| Spindelgeschwindigkeit (RPM) | Rotationslatenz (ms) |
| 4.200 | 7.14 |
| 5.400 | 5,56 |
| 7.200 | 4.17 |
| 10.000 | 3.0 |
| 15.000 | 2.0 |
SSDs haben keine beweglichen Teile, die positioniert werden müssen, bevor Daten gelesen oder geschrieben werden können. Eine übliche Intel S4510 SATA-SSD-Latenz für Unternehmen beträgt beispielsweise 36 µs oder 0,036 ms. Intels Enterprise Optane DC P5800X ist so niedrig wie 5 µs oder 0,005 ms. Dies führt zu einer viel schnelleren Leistung und Benutzerzufriedenheit.
Der Unterschied in Zugriffsgeschwindigkeit und Latenz hat einen enormen Einfluss auf die Endbenutzererfahrung des Systems. Benutzer sind notorisch ungeduldig, wenn sie mit Wartezeiten auf einer Website konfrontiert werden, und klicken schnell weg, um nach Alternativen zu suchen. Dasselbe gilt für Unternehmensdatenbanken oder alle datenreichen Anwendungsfälle. Systeme, die für den internen Gebrauch konzipiert sind und eine hohe Leistung erfordern, profitieren von der Verwendung von SSDs als Speicherlösung, da eine Reduzierung von 5 Sekunden pro Verwendung im Laufe eines jeden Arbeitstages über ein Jahr hinweg zu einer großen Effizienzsteigerung sowohl für die Arbeitszeit als auch für die Arbeitsmoral führen kann des Mitarbeiters, der das System verwendet.
Unterschiede bei IOPS
IOPS steht für I/O-Operationen pro Sekunde. Sie sagt uns, wie viele E/A-Anforderungen pro Sekunde vom Speichersystem für eine bestimmte Arbeitslast verarbeitet werden können. Die maximalen IOPS von HDDs liegen bei etwa 400. Im Vergleich dazu können SSDs viel höhere Geschwindigkeiten liefern. Um bei den Intel-Laufwerken zu bleiben, die Intel S4510 SATA SSD ist in der Lage, 97.000 zufällige Lese-IOPS und 32.000 zufällige Schreib-IOPS zu erreichen. Wenn Sie den Sprung zu NVMe wagen, können Sie Laufwerke mit unterschiedlicher Leistung auswählen, wie z. B. das Intel P5800X Optane-Laufwerk, das 1.500.000 sowohl beim zufälligen Lesen als auch beim Schreiben von IOPS erreichen kann! Dies ist ein gewaltiger Unterschied, wenn man bedenkt, dass die meisten RAID-Arrays in einer Unternehmensumgebung mindestens 4 von jedem Laufwerkstyp haben.
Der Unterschied in IOPS kann für bestimmte Arten von Anwendungen und Nutzungsmustern wichtig sein. Systeme, die sporadisch von einer begrenzten Anzahl von Benutzern verwendet werden, können mit HDD-Speichergeräten in einem Unternehmens-RAID-Array zuverlässig arbeiten, jedoch kann die Leistung je nach Anwendungsfall ein Problem darstellen. Wenn die gleichzeitige Nachfrage auf den Geräten steigt, führen SSDs, die den erhöhten Datenverkehr bewältigen können, zu einem reaktionsschnelleren System, das die Erwartungen der Benutzer erfüllt und gleichzeitig keine Engpässe verursacht, die dazu führen könnten, dass andere Systeme auf Daten warten, um ihre Jobs weiter zu verarbeiten.
Unterschiede im Durchsatz
Der Durchsatz misst die Datenübertragungsrate zu und von einem Speichergerät in Megabyte pro Sekunde. Der Durchsatz kann durch die Blockgröße, den RAID-Typ oder ein einzelnes Gerät, die zum Verschieben von Daten verwendeten Schnittstellen und Protokolle und mehr beeinflusst werden. Dies sind einige der Faktoren, die die maximale Geschwindigkeit von Datenübertragungen definieren, die Sie in der realen Welt sehen werden. Eine PCI-e 4.0 NVMe-SSD der Enterprise-Klasse kann bis zu 7,2 GBPS sehen. Die Latenz- und IOPS-Eigenschaften eines Speichergeräts wirken sich auch auf seinen Durchsatz aus, denn wenn Sie die Informationen nicht schnell genug abrufen können, können Sie nicht genügend Daten bereitstellen, um den verfügbaren Durchsatz zu füllen.
| Gerätetyp | Durchsatz |
| Festplatte | 150 MB/s |
| SATA-SSD | 600 MB/s |
| NVMe-SSD | 7200 MB/s |
Der Durchsatz kann je nach Anwendungsszenario mehr oder weniger wichtig sein. Dies kann ein kritischer Faktor in Systemen sein, die für die Notfallwiederherstellung ausgelegt sind und Daten so schnell wie möglich verschieben müssen, um lange Ausfälle zu vermeiden. Systeme, die Benutzern große Dateien oder Streaming-Inhalte bereitstellen, müssen einen angemessenen Durchsatz bieten oder riskieren, die Benutzererfahrung zu beeinträchtigen.
Kleine Unterschiede können zu Problemen führen
In Millisekunden gemessene Unterschiede mögen irrelevant erscheinen, und in manchen Fällen sind sie es auch. Aber ein Speichergerät arbeitet nicht im luftleeren Raum, und viele andere Faktoren tragen zur Gesamtsystemleistung und Benutzerzufriedenheit bei. Einer der Aspekte, die bei der Auswahl von Speichergeräten zu berücksichtigen sind, ist die Art der Nutzung, die sie erwarten.
Die Anzahl der erwarteten gleichzeitigen Benutzer ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung, wie viel Latenz das System tolerieren kann. Ein einfaches Beispiel soll diesen Punkt demonstrieren. Beachten Sie, wie schnell die Leistung bei der Verwendung von HDDs abnimmt, mit einer durchschnittlichen Latenz von 3 ms, wenn die Anzahl der Benutzer zunimmt. Denken Sie daran, dass 1.000 ms einer Sekunde entsprechen und das Folgende nur eine Referenz ist, da die Leistung in der realen Welt nicht linear wie unten skaliert wird. Der Leistungsabfall würde bei der gleichen Menge an CPU und RAM nicht statisch bleiben, da Sie zusätzliche Engpässe haben würden, sobald Ihre Anwendung eine höhere Benutzerzahl erreicht.
| Benutzer | Gesamtlatenz in ms |
| 1 | 3 |
| 10 | 30 |
| 50 | 150 |
| 500 | 1.500 |
| 5.000 | 15.000 |
| 50.000 | 150.000 |
Wenn die Anzahl der Benutzer steigt, wird die Latenz schnell zu einem ernsthaften Problem. Auf der Benutzerebene 500 hat sich die Wartezeit auf 1,5 Sekunden erhöht. Wenn 50.000 Benutzer auf das System zugreifen, nähert sich die Wartezeit 150 Sekunden oder zweieinhalb Minuten. Diese Latenzzeit ist in keiner Anwendung akzeptabel.
Diese theoretischen Statistiken sind interessant, aber in der realen Welt fallen Systeme aus, lange bevor die Wartezeit 150 Sekunden erreicht. Eine Wartezeit von mehreren Sekunden führt schnell zu einem überlasteten System, das mit Benutzeranfragen nicht mehr Schritt halten kann und abstürzt.
Systeme, die eine große Anzahl von Benutzern gleichzeitig bedienen müssen, profitieren von der Verwendung schnellerer SSD-Laufwerke. Auf den ersten Blick relativ kleine Leistungsunterschiede wirken sich schnell auf die Benutzerzufriedenheit aus und machen ein System unbrauchbar. Es ist besser, Ihren Speicher für die Möglichkeit einer zusätzlichen Nutzung zu planen und zu konfigurieren, anstatt zu versuchen, mit dem Minimum an Durchsatz und Leistung auszukommen.
Stellen Sie sich vor, wie schlecht es einem großen Unternehmen wie Walmart ergehen würde, wenn es beim Zugriff auf die Website eine Reaktionsverzögerung von zwei Minuten gäbe. Geschäfts- und geschäftskritische Systeme können keine übermäßige Latenz tolerieren und müssen oft die schnellsten verfügbaren Speicheroptionen nutzen.
Die richtigen Laufwerke für bestimmte Situationen
Nicht alle Nutzungsszenarien für digitalen Speicher sind gleich. Es gibt Verwendungen für alle drei Arten von Speichergeräten, die wir besprochen haben. Trotz der schnelleren Leistung und des kleineren Formfaktors von SSDs gibt es keine Anzeichen für ein bevorstehendes Ende des HDD-Verkaufs.
Cloud-Anbieter nutzen Verbesserungen der HDD-Technologie, die von großen Herstellern wie Western Digital und Seagate vorgenommen wurden. Die Nachfrage nach praktisch unbegrenzter Speicherkapazität steigt täglich, da datengesteuerte Unternehmen Data Lakes erstellen, um ihre Big-Data-Ressourcen zu verwalten. Anbieter setzen HDDs strategisch dort ein, wo sie sinnvoll sind, und bieten Kunden Hochgeschwindigkeits-SSD-Lösungen für geschäftskritische Workloads.
Archivierte Daten oder Informationen, auf die selten zugegriffen wird, können sicher auf Festplatten gespeichert werden. Die verringerte Latenz und der erhöhte Durchsatz von SSDs sind für diese Art von Daten nicht erforderlich und rechtfertigen die erhöhten Kosten nicht. Eine kurze Verzögerung der Antwortzeit wird die Benutzer nicht wesentlich beeinträchtigen.
Webserver und Datenbanken, die Benutzeranfragen umgehend verarbeiten müssen, profitieren vom Einsatz von SSDs. HDDs würden in vielen Fällen zu inakzeptablen Wartezeiten führen. Mit zunehmender Anzahl gleichzeitiger Benutzer wird die Bedeutung der Verwendung von leistungsstärkeren SSDs immer wichtiger und kann den Unterschied in einem erfolgreichen Online-Geschäft ausmachen oder in einem, das aufgrund von Kundenunzufriedenheit scheitert.
Speicherlösungen von Atlantic Net 
Atlantic.Net bietet seinen VPS-Hosting-Kunden Hochgeschwindigkeits-RAID-Implementierungen mit entweder SATA- oder NVMe-SSDs. Zu den Standardangeboten gehören SATA SSD RAID 1, SATA SSD RAID 10 und NVMe SSD RAID 10. Mit der Bare-Metal-Option von Atlantic können Kunden ihre Speichersubsysteme an die einzigartigen Anforderungen ihres Unternehmens anpassen. HDD-artige Lösungen sind eine Option für bestimmte Anforderungen, wir bauen die Lösung nach Ihren Wünschen.
Die richtige Mischung von Speichergeräten bietet das gewünschte Leistungsniveau, ohne unnötige Kosten zu verursachen. Das Verständnis der Systeme und Anwendungen, die das Speichersystem verwenden, ist der Schlüssel zum Treffen der richtigen Entscheidung.