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28.02.2007

Risiko externe Festplatten

Bernhard Haluschak ist als Redakteur bei der IDG Business Media GmbH tätig. Der Dipl. Ing. FH der Elektrotechnik / Informationsverarbeitung blickt auf langjährige Erfahrungen im Server-, Storage- und Netzwerk-Umfeld und im Bereich neuer Technologien zurück. Vor seiner Fachredakteurslaufbahn arbeitete er in Entwicklungslabors, in der Qualitätssicherung sowie als Laboringenieur in namhaften Unternehmen.
Externe Festplatten erfreuen sich zunehmender Beliebtheit als temporäres Storage- oder Backup-System. Sie bieten im Office- und Heimbereich einfaches Handling und sind zudem sehr preiswert - bergen aber auch Sicherheitsrisiken.

Von Bernhard Haluschak,

tecChannel.de

Die Preisspanne externer Festplattensysteme mit USB-, Firewire- oder LAN-Schnittstelle ist riesig. Die Produkte sind besonders bei den Discountern sehr beliebt und werden entsprechend gut verkauft. Aber auch im professionellen Bereich werden sie als Backup-Lösungen gerne eingesetzt. Doch die Unterschiede hinsichtlich Datensicherheit, Qualität und Design sind enorm.

Ein großes Problem solcher Lösungen ist die Hitzeentwicklung der Festplatte. Diese unerwünschte Wärme muss rasch an die Umgebung abgegeben werden, um einen Hitzekollaps der Festplatte zu vermeiden. Wir haben uns einige preiswerte Standardlösungen angesehen und mit teueren Speziallösungen namhafter Hersteller hinsichtlich Hitzeentwicklung bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen verglichen. Das Ergebnis: Einige Laufwerke stellen unter bestimmten Bedingungen ein potenzielles Sicherheitsrisiko für die wertvollen Daten dar.

Kühlkonzepte externer Festplattenlösungen

Jeder Hersteller von externen Festplattenlösungen versucht einen Kompromiss zwischen hoher Qualität und einem geringen Preis für das Produkt zu finden, um auf dem Markt zu bestehen. Ein wichtiger Kostenfaktor ist ein geeignetes Kühlkonzept des Storage-Systems. Folgende grundlegende Kühlsysteme werden in der Praxis eingesetzt:

3 Passive Kühlung durch Wärmeabstrahlung

Im Inneren eines geschlossenen Gehäuses aus Aluminium oder Stahlblech wird die Festplatte durch Anpressdruck (Schraubverbindung) mit der Gehäusewand wärmeleitend verbunden. Durch die großflächige metallene Gehäuseoberfläche kann die Wärme der Festplatte an die Umgebung abgestrahlt werden.

Vorteile: Es sind preiswerte, kleine und kompakte sowie robuste Bauformen (portabel) möglich. Der Lüfterlärm entfällt.

Nachteile: Die Gehäusetemperatur ist sehr hoch. Darüber hinaus ist für eine effektive Kühlung eine geringe Umgebungstemperatur notwendig.

3 Passive Kühlung durch Konvektion

Das Gehäuse ist mit Luftschlitzen so versehen, dass eine Art Kamineffekt innerhalb des Festplattengehäusesystems entsteht. Die von der Festplatte erzeugte warme Luft steigt auf und entweicht durch die oberen Luftschlitze. Kühle Luft strömt durch die unteren Lüftungsschlitze nach. Es entsteht eine Luftzirkulation. Diesen thermodynamischen Effekt unterstützen häufig zusätzlich an der Festplatte montierte Kühlkörper.

Vorteile: Es ist ein durchdachtes Gehäusedesign notwendig. Verzicht auf teure Metallgehäuse möglich. Es entsteht kein Lüfterlärm.

Nachteile: Das Konvektionsprinzip erfordert ein aufwändiges und oft teureres Gehäusedesign. Das Kühlkonzept ist abhängig von den Umgebungsbedingungen (Temperatur) und dem Aufstellungsort.

3 Aktive Kühlung durch Lüfter

Ein eingebauter temperaturabhängig regelbarer Lüfter erzeugt einen gerichteten Luftstrom. Dieser überstreicht das Festplattengehäuse und führt die Wärme der Festplatte nach außen ab.

Vorteile: Die Festplattentemperatur ist auch unter Extrembedingungen gering. Die Kühlleistung ist relativ unabhängig von den Umgebungsbedingungen.

Nachteile: Der Lüfter erzeugt einen hohen Geräuschpegel. Das aufwändige Gehäusedesign ist teuer.

Zur weiteren aktiven Kühlung von Festplatten in externen Storage-Systemen setzen die Hersteller auch Powermanagement-Funktionen ein. Solche Modelle schalten nach einer bestimmten Zeit der Inaktivität die internen Festplatten aus. Die Elektronik der Laufwerksgehäuses bleibt aber ansprechbar. Die Festplatten schalten sich bei der Aufforderung zum Datenaustausch wieder ein.

Tools zur Festplattenanalyse

Jeder der großen Festplattenhersteller wie Seagate, Samsung, Western Digital oder Hitachi bietet hauseigene Festplattendiagnose-Tools an. Für P-ATA- und -S-ATA-Festplatten sind diese Programme auch durchaus brauchbar, aber verbaut in ein externes Laufwerksgehäuse sind diese kleinen Helfer nutzlos. Der Grund ist die USB-Schnittstelle und der damit verbundene fehlende Support durch die Hersteller.

Bei unseren Testkandidaten bot nur Western Digital ein Diagnose-Tool an, das die Parameter der verbauten Festplatte im auslesen konnte. Allerdings stellt das Tool "Data Lifeguard Diagnostics" diese Werte nur in kodierter Form dem Benutzer zur Verfügung. Zusätzlich ist die Software in der Lage, Performance- sowie Write-Tests durchzuführen.

Das häufig verwendete Programm "Speedfan" erlaubt ebenfalls, Festplattenparameter wie die Temperatur anzuzeigen. Allerdings sind "USB-Platten" davon ausgeschlossen, da diese noch nicht von diesem Tool unterstützt werden. Ein weiteres nützliches Utility ist der "HDD Thermometer" von RSD Software in der Version 1.3. Dieses Tool beschränkt sich auf die Temperaturanzeige von Festplatten über die standardisierte Smart-Funktion der Festplatten.

Als Resümee bleibt zu sagen, dass externe Festplatten, die USB-, Firewire- oder LAN-Schnittstellen zum Datentransport nutzen, zurzeit nur rudimentär über HDD-Tools angesprochen werden können. Deshalb lassen sich Temperaturen solcher externer Geräte nicht direkt auslesen beziehungsweise kontrollieren. Der Anwender bleibt somit über den Zustand seiner Festplatte im Unklaren. Die einzige Möglichkeit besteht darin, die Festplatte aus dem Gehäuse auszubauen und diese in einen PC mit entsprechender P-ATA- oder S-ATA-Schnittstelle zu montieren. Mit Hilfe von Tools wie "HDD Health" von Panterasoft oder "Active Smart" von Ariolic Software lässt sich dann der Zustand der Festplatte ermitteln.

Umgebungsbedingungen externer Festplatten

Externe Festplattenlösungen mögen keine Hitze, sodass der Billy-Wilder-Filmtitel "Manche mögen’s heiß" völlig unzutreffend für unsere mobilen Helfer wäre. Bereits ein Blick in die Produktinformationen offenbart, in welchem engen Toleranzfeld die Geräte arbeiten. So schreibt Western Digital für das Gerät "My Book Pro Edition" eine Betriebstemperatur von 5 bis maximal 35 Grad Celsius vor. Außer Betrieb kann das Gerät Umgebungstemperaturen von - 20 bis 65 Grad Celsius vertragen. Die gleichen Parameter gelten auch für Plextors "PX-EH40L". Trekstor gibt für sein Laufwerk "Datastation maxi y.uh" sogar eine Maximaltemperatur von 40 Grad Celsius an. Bei dem Gros unserer Testkandidaten verzichteten die Hersteller im Handbuch ganz auf die expliziten Angaben von Betriebstemperaturen.

Neben den zulässigen thermischen Umgebungsbedingungen sind auch wichtige Parameter wie Schockbelastungen überhaupt nicht in den Handbüchern oder technischen Datenblättern erwähnt. Gerade bei diesen "mobilen Geräten" wäre eine solche Angabe hilfreich, schließlich sind diese eher Schockbelastungen ausgesetzt als ihre stationäre Verwandtschaft.

Darüber hinaus geizen einige Hersteller bei externen Festplattensystemen auch mit Sicherheits- und Verwendungshinweisen. Eine Ausnahme ist der Hersteller Trekstor. Dieser informiert umfassend über die möglichen Aufstellungsorte in Bezug auf elektromagnetische Störungen oder direkte Sonneneinstrahlung sowie über das sichere Handhaben des Produkts.

Lebensdauer und Datensicherheit

Hohe Temperaturen in externen Storage-Systemen wirken sich immer nachteilig auf die Lebensdauer der Festplatte und der elektronischen Bauteile innerhalb des Geräts aus. Nahezu alle Komponenten erreichen die maximale Lebensdauer bei einer normierten Umgebungstemperatur von 20 Grad Celsius. Jede Abweichung nach oben verkürzt die Funktionsdauer der empfindlichen Bauteile.

Laut Angaben von Festplattenherstellern reduziert sich die Lebensdauer einer Festplatte bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur von 20 auf 40 Grad Celsius um den Faktor 2. Bei Lufttemperaturen von mehr als 60 Grad verringert sich die Lebenserwartung sogar um den Faktor 4. Dazu kommt noch die thermische Belastung der empfindlichen magnetischen Platter-Oberfläche. So gilt: Je höher die Temperatur, desto wahrscheinlicher sind Datenfehler zu erwarten.

Besonders Elektrolytkondensatoren, die sich auch auf den Festplattenelektronikplatinen befinden, sind durch hohe Temperaturen gefährdet. Diesen droht bei übermäßiger thermischer Belastung die Austrocknung, sodass unter Umständen die entsprechenden Baugruppen nicht mehr korrekt funktionieren. Die Hersteller spezifizieren die Elektrolytkondensatoren bis maximal 85 Grad Celsius. Allerdings können je nach Elektrolyteigenschaften und Temperaturbelastung die luftdicht gekapselten Kondensatoren durch Ausdehnung der chemischen Bestandteile ihre zugesagten elektrischen Eigenschaften mit der Zeit verlieren und dann sogar explodieren (Alterung).

Testkandidaten

Unser Testfeld besteht aus zehn externen Festplatten mit unterschiedlichen Bauformen und für verschiedene Anwendungsbereiche. Als Vertreter für mobile 2,5-Zoll-Laufwerke verwenden wir das "PX-PH12U/T3" von Plextor und das "Mobile X-Changer" von Sharkoon. Im 3,5-Zoll-Bereich mit USB-Schnittstelle haben wir das "My Book Pro Edition" von Western Digital, Seagates "750 GB Pushbutton Backup External HDD Combo", die "Icy Box" von Raidsonic, das Trekstor-Laufwerk "Datastation maxi y.uh" sowie das "C-Enter GU2B-3G" und das "C-Enter UHE-350N" von Pearl unter die Lupe genommen. Als Vertreter für den professionellen Einsatz wählten wir die zwei Mini-NAS-Systeme "PX-EH40L" von Plextor und die "Linkstation Pro LS-250GL" von Buffalo.

Testbedingungen

In unserem klimatisierten Labor untersuchten wir den Einfluss von verschiedenen Umgebungstemperaturen auf das thermische Verhalten der Systeme. Laut Arbeitsstättenverordnung gilt für Büroarbeit eine Raumtemperatur von 19 bis 23 Grad Celsius als optimal. Auch in der Gerätetechnik ist die Temperatur von 20 Grad Celsius für allgemeingültige messtechnische Untersuchungen als Normwert definiert.

Aus diesem Grund fangen wir unseren messtechnischen Exkurs beim Normwert von 20 Grad Celsius an. Wir messen die Temperatur der Festplatten und der Gehäuse mit hochpräzisen Oberflächenthermosensoren des Typs "PR6452 AT/02" von Thermocoax mit dem Daten-Logger "34970A" von HP jeweils im Leerlauf (Idle-Modus) und unter Last. Um den "Worst Case" (Last) zu simulieren, lassen wir den Inhalt mehrerer DVDs auf die Festplatte kopieren. Haben sich die Temperaturwerte eingependelt, wiederholen wir die Messungen bei Umgebungstemperaturen von 25, 30 und 35 Grad Celsius.

Normtemperatur 20 Grad Celsius

Wir beginnen die Temperaturmessungen bei angenehmen 20 Grad Celsius. Bereits bei diesen anspruchslosen Außenbedingungen hat das My Book von Western Digital Probleme bei der Wärmeabfuhr. Das Kunststoffgehäuse mit Luftschlitzen an drei Seiten ist nicht in der Lage, die erzeugte Wärme der Festplatte durch Konvektion ausreichend abzuführen - ein Hitzestau entsteht. Auch das externe Laufwerk von Seagate - ebenfalls aus Kunststoff - kann im Vergleich zu den restlichen Testkandidaten die Wärme der Festplatte nicht optimal an die Umgebung abgeben. Nahezu unbeeindruckt von der Temperaturbelastung verhalten sich die 2,5-Zoll-Vertreter PX-PH12U/T3 von Plextor und Mobile X-Changer von Sharkoon. Auch die übrigen Laufwerke mit Aluminiumgehäuse schlagen sich in Bezug auf Wärmentwicklung passabel.

Mittelmeerklima bei 25 Grad Celsius

Bei der moderaten Umgebungstemperatur von 25 Grad Celsius sollten alle Festplatten der Testkandidaten auch unter Last innerhalb ihrer spezifizierten Betriebstemperatur von 55 beziehungsweise 60 Grad arbeiten. Das Gros unserer Probanden erreicht auch kaum die 50-Grad-Marke. Außer dem My Book von Western Digital, das den Grenzwert mit 60,5 Grad Celsius bereits überschreitet. Auch die Temperatur des Kunststoffgehäuses ist mit 42 Grad Celsius im Vergleich zum Testfeld etwas erhöht.

Cool bleiben bei 30 Grad Celsius

In Runde drei steigern wir die Umgebungstemperatur auf tropische 30 Grad Celsius. Wie die Messergebnisse zeigen, setzen die Temperaturbedingungen den Testkandidaten ordentlich zu. Die 2,5-Zoll-Laufwerke von Plextor und Shar-koon haben noch keine Probleme, die Wärme aus dem Inneren der Gehäuse herauszubefördern. Dagegen erreichen die 3,5-Zoll-Festplattensysteme wie das PX-EH40L von Plextor und das My Book Pro Edition von Western Digital mit 55,1 und 66,5 Grad Celsius unter Last schon kritische Werte. Denn die eingebaute Festplatte Deskstar 7K400 im Plextor-Gerät hat der Festplattenhersteller Hitachi nur für Betriebstemperaturen von 5 bis 55 Grad Celsius spezifiziert. Dagegen liegt der Grenzwert der WD5000YS-Festplatte des My Book laut Hersteller erst bei 60 Grad Celsius. Mögliche Defekte an den Festplatten bei längerem Betrieb außerhalb der Spezifikationen sind nicht auszuschließen.

Extrembedingungen bei 35 Grad Celsius

Die Testkandidaten dürfen laut den Herstellern in einem Temperaturfenster von 5 bis maximal 35/40 Grad Celsius betrieben werden. Für den Betrieb der Systeme über diesen Grenzwerten übernehmen die Hersteller keine Funktionsgarantie.

Wir haben die Probe aufs Exempel gemacht und den externen Laufwerken mit 35 Grad Celsius den Härtefall zugemutet. Ergebnis: Alle Systeme liefen während unseres Tests fehlerfrei. Allerdings überschritten die Festplatten der Geräte PX-EH40L von Plextor, 750 GB von Seagate und My Book Pro Edition von Western Digital mit 59,1, 62,1 und 73,9 Grad Celsius deutlich ihren maximalen Betriebsgrenzwert von 55 (Seagate) beziehungsweise 60 Grad Celsius. Schäden an den Festplatten und möglicher Datenverlust sind somit vorprogrammiert.

Unsere Messungen zeigten auch, dass bei aktiver Kühlung wie bei der LinkStation von Buffalo keine Gefahr eines Schadens besteht. Auch bei korrekter thermischer Anbindung der Festplatte an das Laufwerksgehäuse, wie bei der Icy Box von Raidsonic, kann das Risiko eines Festplattendefekts reduziert werden. Andere Lösungen - ausgenommen die 2,5-Zoll-Geräte - unseres Testfelds arbeiten im Extremfall am Limit, wie unsere Messwerte belegen. Die Festplatten dieser Systeme erreichen bei Dauerbetrieb eine deutlich geringere Lebensdauer, und zusätzlich steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit.

Fazit

Die externen Festplatten sind als flexible Speichersysteme sehr beliebt. Sie fungieren oft als Backup-Systeme, als Datenarchive oder als Wechseldatenträger für den schnellen Austausch von großen Datenmengen zwischen nicht vernetzten Rechnern. Allerdings bergen manche 3,5-Zoll-Lösungen wie im unseren Test das My Book von Western Digital schon unter "Normalbedingungen" Sicherheitsrisiken für die gespeicherten Daten. Diese Storage-Lösungen sind für einen Dauereinsatz nicht geeignet. Auch das externe Seagate-System und das PX-EH40L von Plextor hatten bei höheren Umgebungstemperaturen Probleme mit der Wärmeabführung. Dagegen zeigt die Icy Box von Raidsonic trotz passiven Kühlkonzepts eine gute Kühlleistung. Selbst die preiswerten C-Enter-Geräte von Pearl schlagen sich passabel und behalten einen relativ "kühlen Kopf".

Bei 2,5-Zoll-Lösungen werden die Festplatten nicht besonders stark thermisch gestresst, da sie für den mobilen Einsatz in Notebooks konzipiert sind und mit der Stromaufnahme beziehungsweise bei der Hitzeentwicklung sehr zurückhaltend sind.

Die qualitativen Unterschiede unserer Testkandidaten sind in puncto Design, Verarbeitung und Preis riesig. Allerdings schneiden die preiswerten Lösungen in Bezug auf Hitzeentwicklung oft besser ab als die teuren "Design-Geräte".

Um einem vorzeitigen Ausfall der Festplatte vorzubeugen, sollten Sie auf eine ausreichende Kühlung der innen liegenden Festplatte achten. Dazu gehört auch ein geeigneter Aufstellungsort mit ausreichender Durchlüftung. Wer auf Nummer sicher gehen will, muss auf aktive Kühlung des Gehäuseinneren durch einen Lüfter zurückgreifen. Das belegen unsere Tests mit dem NAS-System von Buffalo.

Darüber hinaus sollten Sie je nach Kühlungskonzept ihrer externen Storage-Lösung Extrembedingungen vermeiden. Das heißt: Nutzen Sie temperaturkritische Geräte nicht als Streaming-Devices in heißen Umgebungen rund um die Uhr, sondern nur zeitlich begrenzt beziehungsweise vorübergehend. TÖ

Dieser Beitrag stammt von tecChannel.de, dem Webzine für technikorientierte Computer- und Kommunikationsprofis. Unter www.tecChannel.de finden Sie weitere Beiträge zu diesem Thema.