Vorteile HDD, technischer Hintergrund und Kapazitätsgrenzen

Leichte Vorteile bei der Lebensdauer für die Festplatte

Ein weiteres Argument im Vergleich zwischen der HDD-Festplatte und den flotteren, Flash-basierten SSD-Festplatten ist ihre Lebensdauer. Bei der SSD-Technik, speziell im Bereich der Controller und der Speichertypen (NAND Flash) hat sich technisch viel getan. So befindet sich die neueste SSD-Generation bei der Lebensdauer mittlerweile auf Augenhöhe mit der HDD-Festplatte. Trotzdem vertraut ein Großteil aller Nutzer bei der Datensicherung und Archivierung sowie in Szenarien mit kontinuierlichen Schreibvorgängen, eher einer Festplatte als einer SSD. Das liegt hauptsächlich daran, dass der Flash-Speicher der SSDs nach wie vor eine begrenzte Lebensdauer hat. Nach einer bestimmten Anzahl von Schreibvorgängen ist die Speicherung von Daten in einer Speicherzelle nicht mehr möglich.

"Terabytes written"

Daher geben die Hersteller die Nenndauer einer SSD auch nicht wie bei der HDD in Betriebsstunden, sondern in geschriebenen Terabyte (TBW - "Terabytes written") oder in Speichervorgängen pro Tag (DWPD - "Drive writes per day") an. Die meisten SSDs sind allerdings mit der Over-Provisioning-Technologie (SSD OP) ausgestattet. Bei der ist ein Teil der SSD-Kapazität als eine Art Backup reserviert. Wenn sich bestimmte Zellen nicht mehr mit Daten füllen lassen, verschiebt der Controller der SSD-Festplatte die Daten von den abgenutzten Zellen zu den Backup-Zellen. Das verlängert die Lebensdauer von SSDs zwar deutlich auf 5 Jahre oder mehr. So hoch wie die eher von Einflüssen wie der Kühlung, der Belastung, den An- und Abschaltvorgängen sowie einem erschütterungsfreien Einbau abhängige Lebensdauer einer Festplatte fällt sie jedoch in der Regel nicht aus.

Quelle: Seagate Unser Leistungssieger, die Ironwolf NAS HDD 16TB hat eine Lebensdauer von 5 Jahren oder mehr. Das entspricht 43.800 Betriebsstunden. Wenn man sich in verschiedenen Foren umsieht, berichten Nutzer von Modellen mit über 60.000 Betriebsstunden (entspricht ca. 7 Jahren); eine Haltbarkeit von 10 Jahren oder rund 90.000 Betriebsstunden gilt momentan als Standard. Mittlerweile gibt Seagate sogar eine Garantie von 5 Jahren auf die Barracuda Pro, das entspricht 43 800 Betriebsstunden. SSDs erzielen mittlerweile eine ähnlich hohe Lebensdauer. Für einen Homeserver, ein NAS-System oder bei einem RAID-Verbund, bei dem Daten in sehr hoher Frequenz und über lange Zeiträume geschrieben werden, ist die Festplatte für viele Nutzer nach wie vor die erste Wahl.

Pluspunkte bei der Datenrettung und Wiederherstellung

Egal, ob HDD-Festplatte oder SSD, beide überwacht die im BIOS aktivierbare SMART-Technologie. SMART (deutsch: System zur Selbstüberwachung, Analyse und Statusmeldung) ist ein Industriestandard zur Überwachung von Festplatten. Der versucht mithilfe verschiedener Sensoren den möglichen Ausfall des Speichermediums vorherzusagen. Diese Technik registriert auch die Betriebsstunden der Festplatte. Die können Sie zum Beispiel mit der Software CrystalDiskInfo auslesen.

Sollte es allerdings doch aufgrund von Schreib- oder Hardware-Fehlern (Controller oder Schreib-Lese-Einheit defekt) zu einem ungewollten Datenverlust kommen, fällt die Rettung und Wiederherstellung der Daten, falls möglich, bei der Festplatte deutlich besser aus als bei der SSD. Wird bei letzterer eine Speicherzelle fehlerhaft überschrieben, ist ihr Inhalt für immer verloren. Dasselbe gilt für abgenutzte, nicht mehr beschreibbare Zellen, die Sie nicht mehr reaktivieren können.

Quelle: CrystalDiskInfo Die von der SMART-Technologie zur Überwachung der Festplatte erstellten Daten lassen sich mit dem Gratis-Tool CrystalDiskInfo (links: Aoi Edition, rechts reguläre Version) auslesen. Zusätzlich zeigt die Software die Arbeitsstunden, Schnittstellen, die Temperatur und die Firmware der Festplatte an.

Wo liegen die Kapazitätsgrenzen der Festplatte, welche Technik steht dahinter?

Äußerlich scheinen sich Festplatten seit mehreren Jahrzehnten kaum verändert zu haben, ihre Technik jedoch hat sich ständig weiterentwickelt. Wie schon erwähnt, verbessern die Hersteller nicht nur die Langlebigkeit und schrauben die Leistung des Cache-Speichers kontinuierlich nach oben. Da der Platz im 3,5-Zoll-Gehäuse begrenzt ist, forschen die noch aktiven Hersteller HGST (Hitachi), Seagate, Toshiba und Western Digital hauptsächlich an innovativen Techniken, mit deren Hilfe man die Dichte auf den Plattern erhöhen kann. Gerade im Bereich der Speicherkapazität haben sich die HDD-Festplatten in den vergangenen zehn Jahren enorm weiterentwickelt.

Edelgas im Festplattengehäuse

Eine der technischen Innovationen für die Steigerung der Speicherkapazität ist das Füllen der Festplatte mit Helium anstatt mit Luft. Das Edelgas besitzt eine geringere Dichte, daher ist es möglich, die Platter enger übereinanderzusetzen. Das führt zur Minimierung von Strömungseffekten. Zusätzlich sollen die Festplatten dadurch beim Dauerbetrieb auch kühler bleiben. Das spart letztlich auch Strom.

2014 präsentierte die Festplattenmarke HGST (Hitachi) erstmals ein mit Helium gefülltes 10-TByte-Modell, das laut Herstellerangaben das Ergebnis von mehreren Jahren Entwicklungszeit war. Dabei war es laut den Informationen von HGST nicht nur eine große Herausforderung, das Gas in das Gehäuse hineinzubekommen. Der Hersteller musste das Gehäuse auch so verschließen und abdichten, dass das Helium nicht wieder aus diesem entweicht. Mittlerweile sind HDD-Festplatten mit hohen Speicherkapazitäten von 10 bis 24 Terabyte (WD Ultrastar DC HC580 WUH722424ALE6L4) mit Helium gefüllt, sodass sich die Technik seit dem Jahr 2019 als Standard etabliert hat.

Quelle: Seagate Festplatten, die wie die Seagate Ironwolf NAS HDD 10 TB mit Helium gefüllt sind, wirken wie aus einem Guss. Charakteristisch für sie sind die fehlenden Schrauben an der Oberseite des Gehäuses.

Kapazitätssteigerung mit Perpendicular Magnetic Recording (PMR)

HDD-Festplatten, die von 2005 bis 2014 auf den Markt kamen, nutzten zur Speicherung der Daten auf der Magnetscheibe ausschließlich das Perpendicular Magnetic Recording (PMR), auch "senkrechte Aufzeichnung" genannt. Senkrecht bezieht sich bei diesem Schreibverfahren auf die Lage der für die Speicherung der Daten zuständigen Bereiche zur Scheibe (englisch: Platter). Anstatt die Informationen wie bislang mit parallel zur Oberfläche ausgerichteten magnetischen Duopolen (magnetischer Süd- und Nordpol) zu speichern, durchziehen diese nun die Magnetscheibe senkrecht.

Die Bits rücken also so viel näher zusammen, und gegenüber der bis 2005 genutzten Längsspuraufzeichnung (Longitudinal Recording), wo die Bits noch horizontal auf der Magnetscheibe ausgerichtet wurden, ermöglichte das eine extreme Steigerung der Datendichte. Betrug die Speicherkapazität von Festplatten mit Longitudinal Recording bestenfalls ein paar Hundert Gigabyte, waren mit der Senkrechtaufzeichnung erstmalig Speichervolumenrekorde von bis zu 6 Terabyte möglich.

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