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21.06.2006

Blitzschnell booten dank Flash

Mit einer Festplatte, die zusätzlichen Flash-Speicher enthält, werden die Notebooks der Zukunft ausgerüstet sein. Blitzschnelles Booten und stromsparender Betrieb gehören dann zu den Standardfunktionen mobiler Rechner.

Von Hans-Jürgen Humbert und Christian Vilsbeck

Der ideale Datenspeicher besitzt eine große Kapazität, ist sofort betriebsbereit, sehr schnell und braucht kaum Strom. Festplatten können riesige Datenmengen speichern und diese auch schnell zur Verfügung stellen. Allerdings brauchen sie beim Start einige Sekunden für ihren eigenen Boot-Vorgang.

Auch bei ihrer Leistungsbilanz sieht es nicht gut aus: Der Antriebsmotor für die Datenscheiben nimmt gerade beim Hochlaufen eine Menge Strom zu sich. Und im laufenden Betrieb sind es beispielsweise rund 10 bis 15 Prozent des gesamten Notebook-Stroms.

Flash ist besser

Besser bei einigen dieser Kriterien stehen Flash-Speicher da. Ebenso wie Festplatten behalten sie nach Abschalten der Stromversorgung alle Daten. Sie sind recht schnell, und vor allem können sie direkt nach dem Einschalten ohne Boot-Vorgang ihre Arbeit aufnehmen. Allerdings haben die kleinen elektronischen Speicher auch Nachteile: Erstens bieten sie nicht so hohe Kapazitäten wie Festplatten, zweitens sind sie, was den Euro-pro-Gigabyte-Preis betrifft, noch recht teuer, und drittens haben sie nur eine begrenzte Lebensdauer - mehr als rund 10.000 Speichervorgänge sind nicht drin.

Raffinierte Kombination

Mit einer so genannten Hybrid-Festplatte will Samsung nun die positiven Eigenschaften beider Welten - Flash und HDD - zusammenführen. Die Hybrid-Festplatte besteht aus den Komponenten einer normalen Festplatte, ergänzt um einen kleinen Flash-Speicher. Vor allem im Mobil-Markt könnte diese Kombination für Furore sorgen.

Ein kleiner Flash-Speicher reicht vollkommen aus, denn Untersuchungen haben ergeben, dass beim normalen Arbeiten am Notebook nur geringe Datenmengen gespeichert werden müssen. Mit 64 bis 128 MB ist man also auf der sicheren Seite. Der Flash-Speicher ist in die Festplatte integriert und wird vom Festplattencontroller mitverwaltet.

Beim normalen Arbeiten beispielsweise an einer Word- oder Excel-Datei wird die Festplatte in den Tiefschlaf versetzt, der Spindelmotor läuft nicht. Gesichert werden die Daten aber weiterhin, nur eben nicht direkt auf die Festplatte, sondern jetzt auf den kleinen Flash-Speicher. Erst wenn dieser überzulaufen droht, wird wieder die Festplatte aktiviert.

Durch dieses Verfahren wird Strom gespart, und das Notebook verträgt jetzt auch mal einen kleinen Schubs - schließlich sind die Köpfe der Platte in Parkposition. Der Mini-Speicher wird nur aktiv, wenn das Notebook aus der Batterie leben muss. Ist es am Netzteil angeschlossen, wird der Flash-Speicher deaktiviert.

Booten in Sekundenschnelle

Beim Booten greift das Bios zuerst auf die Startdateien des Betriebssystems auf der Festplatte zu. Die muss aber zunächst selbst einen Eigencheck durchführen und dazu erst einmal die Datenscheiben auf Touren bringen. Dieser Vorgang nimmt mehrere Sekunden in Anspruch.

Anders mit einem schnellen Flash-Speicher: Der steht sofort nach dem Einschalten zur Verfügung und kann die ersten Daten liefern. In der Zwischenzeit kann die Festplatte hochfahren und übernimmt dann den Rest.

Pure Flash-Festplatte

Ganz ohne bewegliche Teile kommt die neue 32-Gigabyte-Festplatte von Samsung aus. Anstelle eines Datenträgerstapels befinden sich im Inneren Flash-Speicher-Bausteine, die die nötige Kapazität zur Verfügung stellen. Nicht größer als eine herkömmliche Festplatte bietet das neue Modell gleich 32 Giga- byte Speicherplatz. Damit lassen sich Notebooks bauen, die auch mal einen Schubs vertragen und auch vor rauen Betriebsbedingungen nicht kapitulieren müssen. Die gezeigte "Platte" ist noch ein Labormuster, aber bereits voll funktionsfähig.

Wegen der geringen Überschreibfähigkeit von Flashspeichern muss jetzt aber das Betriebssystem angepasst werden. Ständiges "Aufräumen" der Festplatte von Windows dürfte Flashspeichern nicht gut bekommen

Andere Lösungen

Die Idee, den Flash-Speicher in die Festplatte zu verlegen, bietet einige Vorteile. Zwar könnte man diesen Speicher auch auf dem Motherboard unterbringen, aber dann wären einige Probleme zusätzlich zu lösen. Zunächst muss die Kommunikation Festplatte - Flash koordiniert werden. Außerdem darf es keinesfalls zu Datenkollisionen kommen, ein Datenverlust wäre die Folge. Alles in allem ist dazu ein weiterer Controller notwendig, was die Lösung unnötig verteuern würde.

In der Festplatte integriert kann der Harddisk-Controller jedoch diese Aufgaben mit erledigen. Datenkollisionen können gar nicht erst auftreten, da der Controller die Datenströme direkt steuern kann. Das Betriebssystem selbst "sieht" auch nur eine Festplatte und bekommt von den Änderungen gar nichts mit. Alles in allem eine ideale Lösung.

Die Hybrid-Harddisk soll bereits 2007 erhältlich und nur wenig teurer als herkömmliche Festplatten sein.

Intels Robson-Technologie

Intel arbeitet unter dem Codenamen Robson ebenfalls an einer Flash-Technologie. Robson soll bei Intels nächster Centrino-Generation "Santa Rosa" in der ersten Jahreshälfte 2007 ebenfalls für schnellere Boot-Zeiten und geringeren Stromverbrauch bei Notebooks ermöglichen. Die Interaktion zwischen Flash, Prozessor und Festplatte funktioniert laut Samsung aber anders als bei der Hybrid-Festplatte.

Die schnelleren Boot-Zeiten sowie die geringere Akkubelastung erreicht Intel durch die Verwendung von nonvolatilem Cache-Speicher in Form von NAND-Flash. Die als "Robson" bezeichnete Technologie arbeitet mit Flash-Kapazitäten von 64 Megabyte bis vier Gigabyte.

Durch Verwendung der Robson-Technologie startet Windows in nur 3,3 Sekunden, wie Intels Mobile-Chef Sean Malony auf dem Spring IDF 2006 demonstrierte. Ohne Robson dauerte der Startvorgang bei der Vorführung 15,3 Sekunden. Beispielsweise soll bei einem Notebook mit Robson-Technologie auch das Starten von Adobe Reader nur 0,4 statt 5,4 Sekunden dauern. Zum Öffnen des Programms Quicken benötigt ein Robson-Notebook 2,9 Sekunden - mit herkömmlicher Technik verstreichen acht Sekunden.

Kehrseite der Medaille

Einen Nachteil haben Flash-Speicher allerdings: Ihre Lebensdauer ist beschränkt - mehr als 10.000 Lese-/Schreibzyklen verkraften die einzelnen Zellen nicht. Für einen USB-Stick ist das vollkommen ausreichend, da hier meist nur einzelne große Dateien geschrieben oder gelesen werden. In der Hybrid-Festplatte dagegen werden nur kleine Dateien behandelt, die zudem sehr oft wechseln. Deshalb ist nur ein intermittierender Betrieb zulässig.

Laut Samsung ist der verwendete Speicher gut für 1,9 Jahre durchgängigen Betrieb oder, anders ausgedrückt: Bei angenommen täglich vier Stunden netzunabhängigem Einsatz hält der Speicher rund elf Jahre durch. Länger dürfte ein Notebook auch nicht im Einsatz sein.

Der intelligente Controller erkennt Ausfälle des Flash-Speichers automatisch und kann ihn gegebenenfalls auch komplett abschalten. Damit mutiert die Hybridplatte aber wieder zu einer gewöhnlichen Harddisk.

Fazit

Samsungs Lösung, Flash-Speicher in die Festplatte zu integrieren, ist eine clevere Idee. "Wir können rund 70 bis 90 Prozent des Stromverbrauchs einer Festplatte wegnehmen", verspricht Don Barnetson, Director of Flash Memory bei Samsung Semiconductor.

Des Weiteren sprechen die deutlich schnelleren Boot-Zeiten des Betriebssystems für die Flash-Technologie. Samsung wird damit aber nicht lange allein bleiben. Auch andere Hersteller werden mit Sicherheit auf diesen Zug aufspringen und bald ähnliche Lösungen anbieten.

Beispielsweise bringt Intel in der ersten Jahreshälfte 2007 die Flash-Technologie für die Centrino-Notebooks. Statt 15 Sekunden für das Starten von Windows sollen dann nur noch gute drei Sekunden verstreichen.