SSD vs. HDD (Festplatte) für Server – Vergleich & Anwendungsfälle

Sie haben sich für einen Server entschieden und fragen sich nun, welche Laufwerke am besten zu Ihren Anforderungen passen? Die große Auswahl an unterschiedlichen Laufwerken kann schnell überfordern. Jedoch ist die Entscheidung essenziell, um die optimale Leistung für die eigenen Zwecke zu erhalten. In diesem Beitrag erfahren Sie, welche Unterschiede zwischen HDDs (Festplatten) und SSDs sowie SAS und SATA bestehen, welches Merkmal entscheidend bei der Auswahl ist sowie welchen Einfluss die Zugriffsmuster haben und bei welchen typischen Anwendungsfällen SSDs oder HDDs zum Einsatz kommen sollten.

1. SSD vs. HDD (Festplatte)

Die klassische Festplatte, also die HDD (Hard Drive Disc) und ihre Alternative SSD (Solid State Disc) unterscheiden sich primär in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise. HDDs sind magnetische Speichermedien. Das heißt, sie bestehen aus mehreren magnetischen Scheiben und einem Schreib-Lese-Kopf. Ihre Bauteile werden demnach mechanisch bewegt.

SSDs hingegen haben keine beweglichen Teile verbaut. Sie bestehen aus sogenannten Flash-Speichern und basieren auf einer rein elektronischen Speicherweise. Das macht SSDs mechanisch robuster als HDDs. Vor allem sind SSDs aber durch die nicht vorhandenen mechanischen Bauteile auch deutlich schneller als HDDs.

2. SATA vs. SAS

SATA (Serial Advanced Technology Attachment) und SAS (Serial Attached SCSI) sind zwei Technologien, die zur Übertragung von Informationen von der Hauptplatine zu einer HDD oder SSD verwendet werden. Die SATA-Schnittstelle erreicht eine Übertragungsgeschwindigkeit von 6Gb/s und die SAS-Schnittstelle bis zu 12Gb/s.

SAS ist abwärtskompatibel zu SATA. Das heißt, SATA-Platten können auch an einem SAS-Controller betrieben werden. Umgekehrt ist dies jedoch nicht möglich. SAS-Platten verfügen zudem über zwei “logische” Schnittstellen. Somit können Dual Controller Geräte über SAS zeitgleich auf den Speicher zugreifen.

• SATA- und SAS-HDD

Während SATA-HDDs in nahezu allen Einsatzbereichen zu finden sind, werden SAS-HDDs vorrangig im Enterprise-Bereich eingesetzt, in denen hohe Geschwindigkeiten, eine enorme Skalierbarkeit oder eine hohe Zuverlässigkeit entscheidend sind.

• SATA- und SAS-SSD

Sowohl SAS-SSDs als auch SATA-SSDs sind schneller als ihre HDD-Pendants.

SATA-SSDs eignen sich insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Computing-Anforderungen wie Video-Bearbeitung, virtualisierte Anwendungen und Virtual Desktop Infrastructure (VDI). Die meisten SATA-SSDs verfügen jedoch im Vergleich zu SAS-SSDs über eine kürzere Lebensdauer und einen geringeren “Drive Writes Per Day”-Wert (DWPD). Sie sind aber auch kostengünstiger als SAS-SSDs.

SAS-SSDs sind zwar kostenintensiver, bieten aber eine längere Lebensdauer und höhere Stabilität. Somit sind sie für den Enterprise-Bereich geeigneter, da sie die Datenintegrität für geschäftskritische Infrastrukturen zuverlässiger sicherstellen.

3. Wie Sie die passende HDD oder SSD für Ihren Server finden

Grundsätzlich ist für einen soliden Vergleich von HDDs und SSDs wichtig, folgende Merkmale genauer zu betrachten:

• Leistung (hier vereinfacht durch Datendurchsatz (Mb/s) sowie auch IOPS)

• Kapazität

• Kosten und

• Zuverlässigkeit.

In der folgenden Tabelle sehen Sie, wie diese Merkmale je nach Laufwerktyp und SATA oder SAS ausfallen:

* Tabelle 1 erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit der unterschiedlichen Geräteklassen. Sie dient lediglich zur Übersicht.

Der entscheidende Faktor bei der Auswahl der passenden HDDs oder SSDs ist jedoch die Leistung. Die Leistung der Laufwerke wird maßgeblich dadurch beeinflusst, wie auf den Speicher zugegriffen wird und dies ist wiederum je nach Anwendungsfall verschieden. Daher ist es zunächst wichtig, folgendes zu klären:

1. Welche Zugriffsmuster gibt es? Findet ein wahlfreier oder sequentieller Zugriff statt?

2. Wie wird die Leistung am besten gemessen? Soll man sich an den IOPS oder am Datendurchsatz orientieren?

3.1. Welche Zugriffsmuster gibt es? Findet ein wahlfreier oder sequentieller Zugriff statt?

Moderne Laufwerke (HDDs und SSDs) arbeiten nicht mit Dateien, sondern mit Datenblöcken. Eine Datei kann aus einem oder mehreren Datenblöcken bestehen. Das Dateisystem weiß, welche Blöcke zusammen eine Datei bilden.

• Sequentieller Zugriff (sequential access)

Beim sequentiellen Zugriff werden Datenblöcke in einem Speicherbereich nacheinander gelesen oder geschrieben. Dies ist vor allem bei großen Dateien der Fall, beispielsweise beim Erstellen eines System Backups auf einen Server oder ein NAS.

• Wahlfreier Zugriff (random access)

Ein wahlfreier Zugriff liegt vor, wenn Datenblöcke in beliebiger Reihenfolge aus unterschiedlichen Speicherbereichen gelesen oder geschrieben werden. Ein Beispiel für einen wahlfreien Zugriff ist das Anfragen von verschiedenen, eher kleineren Dateien auf einem Dateiserver.

Folgende Tabelle verdeutlicht dieses Prinzip und zeigt, bei welchen Anwendungen, welche Zugriffsmuster zum Tragen kommen:

Bitte beachten Sie hier: Auch wenn es sich bspw. bei einem Zugriff durch einen Video-Schnitt-PC um einen sequentiellen Zugriff handelt, wäre der Zugriff durch mehrere Video-Schnitt-PCs, die gleichzeitig an verschiedenen Dateien arbeiten, in Summe ein wahlfreies Zugriffsmuster.

Es ist also wichtig, sich schon zu Beginn Gedanken zu Anwendungen und der Art der Zugriffe zu machen, da diese ausschlaggebend für die Wahl der geeigneten Laufwerke sind.

3.2. Wie wird Leistung am besten gemessen? Soll man sich an den IOPS oder am Datendurchsatz orientieren?

Was sind IOPS?

Die IOPS-Angabe ist eine der wichtigsten Leistungsangaben für viele geschäftskritische Anwendungsszenarien. IOPS bedeutet Input/Output operations per Second und beschreibt somit die Ein- und Ausgabevorgänge eines Datenträgers, welche pro Sekunde durchgeführt werden können. Dabei bedeutet eine Lese- oder Schreibanfrage = ein IOPS.

Wichtig ist es, den IOPS-Wert immer zusammen mit der Latenz zu betrachten, da die Latenz die Reaktionsfähigkeit der I/O Operationen bestimmt. Die Latenz beschreibt den Zeitumfang vom Start einer Anfrage bis zum Erhalt der Daten bzw. der Schreibmeldung.

Ein konkretes Beispiel: Wenn ein System 25.000 IOPS leistet, dabei aber eine Latenz von 25 ms aufweist, dann hat dies eine schlechte Applikations-Performance zur Folge. In der folgenden Abbildung sehen Sie jeweils die IOPS- und Latenzwerte für die unterschiedlichen Laufwerke:

Was ist der Datendurchsatz?

Der Datendurchsatz, oder englisch auch “(Data) Throughput” genannt, gibt die maximale Menge an Nutzdaten an, die in einer definierten Zeitspanne (im Regelfall eine Sekunde) über eine Netzwerkverbindung übertragen oder von einem System verarbeitet werden kann. Beim Datendurchsatz handelt es sich um einen Nettowert, da die Steuerdaten wie der Protokoll-Overhead nicht berücksichtigt werden. Aus diesem Grund ist der Wert des Datendurchsatzes auch niedriger als die maximal mögliche Bruttoübertragungsrate eines Systems oder Netzwerks. Der Datendurchsatz wird im Storage-Bereich in der Regel mit Mega Bit pro Sekunde (Mb/s) angegeben.

3.3 Datendurchsatz bei sequentiellen Zugriffen und IOPS bei wahlfreien Zugriffen

Während bei einem sequentiellen Zugriff vor allem die Angabe Megabit pro Sekunde (Mb/s), also der Datendurchsatz von Bedeutung ist, ist bei wahlfreien Zugriffen die Angabe der IOPS relevant.

Den Datendurchsatz (in Mb/s) betrachtend, bringen also HDDs bei sequentiellen Zugriffen im Schnitt für viele Anwendungsfälle eine solide Leistung. Finden jedoch hauptsächlich wahlfreie Zugriffe statt, liefern HDDs eine eher schlechte Leistung. Grund dafür sind die mechanischen Bauteile einer HDD. Denn jeder Suchvorgang des Festplattenkopfes kostet Zeit, wodurch speziell wahlfreie Zugriffe ineffektiv werden und insgesamt weniger Lese-/Schreibzugriffe pro Sekunden möglich (IOPS) sind.

Da in SSDs keine mechanischen Bauteile verbaut sind, sind sie diesen Einschränkungen nicht unterworfen und bieten somit neben einem hohen Datendurchsatz auch einen hohen IOPS-Wert.

Grob lässt sich also sagen: Für den Heimanwender und im KMU-Bereich ist vor allem der Datendurchsatz des Speichers relevant, während im Enterprise-Business-Bereich die IOPS-Leistung relevant ist. Je mehr Nutzer ein System bedient, desto wichtiger wird die IOPS-Angabe im Vergleich zum Datendurchsatz. Natürlich gibt es hier Ausnahmen und neben der Nutzeranzahl auch noch weitere beeinflussende Faktoren.

4. Fazit: Typische Anwendungsfälle für SSDs und HDDs (Festplatten) 

Ob Sie auf HDDs oder SSDs, auf SAS oder SATA setzen, kommt also ganz auf Ihre typischen Zugriffsmuster und Ihre Anforderungen an. Folgend eine kleine Entscheidungshilfe:

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