MÜNCHEN: Festplatten sind zwischenzeitlich zu einer leicht verderblichen Ware geworden. Wer als Händler zu früh einkauft, hat oft ein Nachsehen, denn schon eine Woche später gibt es zum selben Preis etliche Megabyte mehr. Die rasante Kapazitätsentwicklung der Festplatten hat mehr als einmal die Frage nach einem Ende der Fahnenstange aufgeworfen.Der Kunde schlägt die Hände über dem Kopf zusammen: Er will die vor zwei Wochen bestellte Festplatte abholen und stellt mit schierem Entsetzen fest, daß er nunmehr für das gleiche Geld satte 200 MB mehr hätte haben können. Diese Situation war die letzten zwei Jahre praktisch nur durch Cash & Carry zu verhindern. Doch wer kauft schon einen größeren Posten Festplatten ein, wenn er genau weiß, daß der Konkurrent gegenüber weniger geordert hat und deswegen eine Woche eher an die neue Modellreihe kommt? An diese katastrophale Situation für den Kaufmann hat sich der Handel mittlerweile gewöhnt - und das ist gut so. Ein Trost mag wohl sein, daß wenigstens Intel Preissenkungen immer rechtzeitig ankündigt und Talfahrten für RAM-Preise relativ selten sind.
Quantum stellt - wohl nicht so ganz ohne Stolz - fest, daß sich die Festplattenkapazität derzeit etwa alle zwölf Monate verdoppelt. Der Grund dafür ist die rapide ansteigende Datendichte auf den Festplatten: Aktuelle Modelle packen zwischen 600 und 900 Millionen Bits auf ein Quadratzoll. Seagate übernimmt die Rolle des Augurs und verspricht uns gar 10 Milliarden Bits pro Quadratzoll im Jahre 2000. Man lasse sich auf der Zunge zergehen: 40-Gigabyte-Festplatten im 3,5-Zoll-Formfaktor.
Die Technologie ist eigentlich 140 Jahre alt
Als vor drei Jahren etwa die CD-ROM-Laufwerke ihren Siegeszug antraten und die Branche was von "optischen Speichern gehört die Zukunft" murmelte, sahen sich nur die Festplatten-Hersteller selbst auf der sicheren Seite. Die nämlich hatten das Rezept für bis zu viermal höhere Datendichten in der Schublade, was heute jedem Preis-Leistungs-bewußten Festplattenkäufer Kopfschmerzen bereitet: MR-Köpfe!
Um die Brisanz eines bereits 1857 von Lord Kelvin entdeckten physikalischen Phänomens für den Festplattenmarkt zu verstehen, scheint ein kleiner und technischer Ausflug in die Vergangenheit unausweichlich.
Allen magnetischen Aufzeichnungsverfahren gemeinsam ist die Tatsache, daß magnetisierbare Teilchen in einem geeigneten Aufzeichnungsmedium ausgerichtet werden können und diese Ausrichtung beibehalten. Der Begriff magnetisierbar schließt ein, daß diese Teilchen selbst wiederum magnetisieren. Eine ungefähr definierte Menge dieser ausgerichtet magnetisierten Teilchen ergibt dann zusammen ein Daten-Bit. Bislang wurden die Teilchen mittels Spulen - die in Dünnfilm-Technik erzeugt werden - geschrieben und gelesen: Grob beschrieben erzeugt dabei eine Ansammlung von zylindrisch oder spiralig gewickelten Drähten - eine Spule - ein magnetisches Feld, wenn man einen Strom anlegt. In diesem Feld richten sich die magnetischen Teilchen im Aufzeichnungsmedium aus und verharren in diesem Zustand solange, bis sie erneut in ein magnetisches Feld geraten. Das Auslesen erfolgt durch die gleiche Spule, in der nun ein Strom durch die magnetisierenden Teilchen im Aufzeichnungsmedium erzeugt - besser: induziert - wird. Dieses gängige Verfahren hat gravierende Nachteile, die in der Physik begründet liegen und relativ eindeutige Grenzen setzen.
Verwaltungsdaten werden im RAM abgespeichert
Durch das zusätzliche Verfahren PRML (Partial Response Maximum Likelihood) läßt sich bereits hier die Dichte über das bisherige Limit hinaus erhöhen. PRML benötigt kein eindeutiges Signal, sondern ermittelt durch dauernde Überwachung des Signals eine Wahrscheinlichkeit: 90 Prozent von einer Eins sind auch eine Eins.
Einen weiteren Weg, die Datendichte zu erhöhen, ist die No-ID-Formatierung von IBM. Bei typischen Formatierungen belegen Verwaltungsdaten und Servo-Informationen einen Teil der Datenspuren. No-ID hingegen verlagert diese Informationen zum Teil in einen eigenen RAM-Speicher und kann somit die gewonnene Fläche für Daten nutzen.
MR-Köpfe (Magnetoresistive) beseitigen extrem viele dieser Probleme und erzeugen dabei nur relativ wenige neue. IBM hat bereits seit 1983 die MR-Technologie entwickelt, konnte sie nicht verwerten, aber teilweise patentieren. So mußten alle Mitbewerber eigene Designs entwickeln, um IBMs Patente nicht zu berühren - oder sich mit IBM einigen. Das Prinzip bleibt jedoch gleich: Die Hersteller kombinieren einen herkömmlichen, jedoch deutlichen kleineren (Dünnfilm)-Schreibkopf mit einem schichtartig - aus verschiedenartigen Materialien - aufgebauten Element, das eine ganz besondere Eigenschaft hat: Es verändert seinen Ohm'schen Widerstand im Magnetfeld. Durch begleitende Maßnahmen beim Design dieses "Zwei-in-Einem"-Kopfes lassen sich erheblich höhere Datendichten erreichen und zudem jeden der beiden Bestandteile - nahezu unabhängig voneinander - für seine Aufgabe optimieren.
Nur IBM setzt alleinig auf MR-Technologie
Der rasend steigende Bedarf an Speicherkapazität stellt dabei den Motor für diese Entwicklung dar: Weder die MR-Technologie, noch die Dünnfilm-Köpfe sind derzeit ausgereizt und die Gelder für das Ausfeilen der Technologien liefert das laufende Geschäft: Marktführer Seagate meldet immerhin für das letzte Geschäftsjahr (zum 30.6.96 einschließlich des übernommenen Mitbewerbers Conner) etwa 8,5 Milliarden Dollar Umsatz.
Im übrigen ist IBM im Moment der einzige Hersteller, der ausschließlich auf MR-Köpfe setzt und das schon seit etwa drei Jahren.
Doch die Festplattenhersteller drückt trotzdem der Schuh. Während Intel durch massives Engagement auf Chipsatz- und Board-Ebene die eigene Plattform für die eigenen Prozessoren gesichert hat, stehen die Festplattenhersteller allesamt immer kurz vor dem Abgrund. Die Schnittstellen zum PC hinken den Festplatten-Leistungen wieder hinterher.
Nachdem DOS 4.0 und das IDE-Interface damals immerhin die 32-MB-Barriere niederkämpften und satte 504-MB-Festplatten erlaubten, waren die Festplatten schon wieder ein wenig größer geworden. Blut, Schweiß und Tränen hat der zunächst große Wurf Enhanced IDE gekostet beziehungsweise das Festplatten-Subset ATA. Doch nach kaum zwei Jahren ist zu einem Zeitpunkt, zu dem man EIDE fast als standardisiert betrachten hätte können, der Traum geplatzt: Kleine und große Patzer bei der Implementierung erfordern schon wieder Korrekturen.
So haben sich die BIOS-Programmierer die Arbeit etwas leicht gemacht und die maximal erfaßbare Zylinderzahl gerade mal von 1023 auf 4095 erhöht. Nun stehen alle Hersteller erneut vor dem 504-MB-Dilemma, nur diesmal ist es eben ein 2-GB-Dilemma. Western Digital gibt Empfehlungen für BIOS-Upgrades und stellt eine Software-Lösung für Notfälle zur Verfügung. Western Digital weiß wieso: In einem internen Test von Controller- und Hauptplatinen-BIOSsen stellte sich heraus, daß mindestens 80 Prozent der BIOSse zwischen 1992 und Februar 1996 nicht mit EIDE-Festplatten über 2 GB zurecht kommen. Mehr als die Hälfte dieser Problemfälle überstand nicht mal die Erkennung, der Rest bietet einfach nur die möglichen 2 GB an.
Aber weil auch in der Bibel nur eine Plage etwas dürftig erschienen wäre, beißen sich die Hersteller auch an den Spezifikationen für EIDE ein wenig die Zähne aus. EIDE ist ein - man mag es angesichts 40poliger-Kabel kaum glauben - ein serieller Bus. Beim derzeitigen Maximum von 16,6 MByte pro Sekunde via PIO-Mode 4 flitzen also 133 MBit pro Sekunde durch die Leitung - das macht dann 133 MHz auf einer mäßig abgeschirmten Leitung mit knapp 70 cm Länge. Das ist in etwa die Länge eines Standard-IDE-Flachbandkabels, die irgendwo in Fernost auf den Bäumen wachsen müssen.
E-Techniker mögen sich nicht weiter grämen und das folgende auch noch überlesen: Der EIDE-Bus ist nicht terminiert. Der Laie möge sich an dieser Stelle den Straßenverkehr einer Millionen-Metropole mit Rennfahrern, Formel-1-Boliden und ohne Ampeln ausmalen - und natürlich einspurig. Erst ab ATA-3 ist eine einfache serielle Terminierung spezifiziert, die allerdings Konflikte bei der Master-Slave-Kommunikation auf einem Kanal produzieren kann. Zum Vergleich Wide Fast SCSI: Auf 16 terminierten Leitungen parallel und mit 8 MHz Bustakt werden derzeit bis zu 20 MB pro Sekunde verschoben.
Der vermeintliche Sieg des Marketings über die Physik
Doch der Wahnsinn hat Methode: Bei PIO-Mode 4 erlaubt EIDE maximal 32 cm lange Leitungen (bei PIO-Mode 3 auch nur etwa 50 cm) und das bei zwei möglichen Laufwerken. Wie schwierig die Einhaltung dieser Spezifikationen in der Praxis sind, formuliert Henrique Atzkern, Engineer Customer Technical Support bei Seagte so: "Wir gehen zu den Kunden und sagen ihnen immer wieder, daß es so nicht geht." Zudem sind die Dual-Channel-Controller nicht oder nur unzureichend voneinander entkoppelt, so daß die maximale Leitungslänge für beide Kanäle zusammen gilt. Wenn es einen Preis "Sieg des Marketings über die Physik" zu verleihen gibt, dann gewinnen ihn sicher die Festplattenhersteller. Die haben sich die Suppe selber eingebrockt, an der sie nun zu löffeln haben.
Doch Listig siegt und der Götze Preis siegt über alles. Mit einem Anflug von Resignation äußert sich Dietmar Schnabel, OEM Sales Manager bei Maxtor dazu: "EIDE ist nicht tot zu kriegen!" Augenscheinlich ist die Leistung für den Endkunden identisch mit dem einfach abzuzählenden PIO-Mode.
Auch folgende EIDE-Spezifikation stammt mutmaßlich aus Marketing-Büros: Werden zwei EIDE-Laufwerke an einem Kanal betrieben, kann maximal der schnellste PIO-Mode des langsameren Gerätes genutzt werden. Wer sich das ausgedacht hat, kalkulierte - das ist eine böswillige Unterstellung - mit der Angst des PC-Anwenders, ein Device könnte ein anderes ausbremsen. Das Flaschenhals-Syndrom zwingt jeden Hersteller damit, auch wirklich nur PIO-Mode-4-taugliche Laufwerke anzubieten. Tatsache ist aber, daß die handelsüblichen Festplatten heute kaum in der Lage sind, auch nur PIO-Mode 3 voll auszuschöpfen.
EIDE hat sich im Grunde genommen schon selbst für den Desktop-Bereich disqualifiziert. Tatsächlich gäbe es ja eine Alternative, die an Agilität den EIDE-Lösungen in nichts nachsteht: SCSI hat alles das, was EIDE schon immer gefehlt hat - und das seit Jahren. Gesicherte Bus-Transferraten von 5 bis 40 MB pro Sekunde (80 MB bei Ultra Wide SCSI), Kabellängen bis zu drei Meter (sechs Meter bei Narrow SCSI, dem Ur-SCSI) und bis zu sieben Geräte pro Kanal. Selbst bei Ultra Wide SCSI sind noch bis zu 1,5 Metern erlaubt, wobei dann nur noch vier Geräte angeschlossen sein dürfen.
Western Digital ist wieder in SCSI-Markt eingestiegen
Western Digital ist mit der Enter-prise-Division nach langjähriger Absenz wieder in den SCSI-Markt eingestiegen. Maxtor hat ebenfalls das vor Jahren eliminierte SCSI-Entwicklungszentrum reanimiert. Seagate beziehungsweise Conner und Quantum haben dieses Segment nie aufgegeben. Das könnte man angesichts der technischen Gegebenheiten auch als Signal werten - oder auch nur als Versuch, im High-end-Bereich wieder Geld zu verdienen.
Der größte Nachteil der SCSI-Schnittstelle ist die aufwendige Programmierung der Firmware. Der reichhaltige Befehlsumfang zwingt zudem zu umfangreicher Berücksichtigung von Sonder- und Ausnahmesituationen auf dem SCSI-Bus. Dem allgemeinen Vernehmen nach verhindern die Entwicklungskosten dafür eine weite Verbreitung der SCSI-Schnittstelle.
Die Standardisierung der superschnellen SCSI-Modi wackelt im übrigen derzeit auch noch - immerhin ist bis 20 MB pro Sekunde bei Wide Fast SCSI nicht mit Problemen zu rechnen.
Ein Großteil der Festplattenausfälle ist vorhersehbar
Unabhängig davon sind die Bestrebungen, die Festplatte zu einem Peripheriegerät zu entwickeln, das in seiner Handhabung einer Plug-and-play-Steckkarte gleicht. Eines der großen Handicaps der Festplatte ist nach wie vor ihre hochbelastete Mechanik. In einen Seagate-Technologie-Paper gehen Erik Ottem und Judy Plummer von einem etwa 60prozentigen Anteil voraussagbarer Defekte an allen Festplattenausfällen aus. In Abhängigkeit der Marketingferne beziehungsweise Praxisnähe der Mitarbeiter schwanken die Aussagen jedoch bis zu hinunter zu 20 Prozent. Compaq brachte den Stein ins Rollen und trommelte sämtliche Festplattenhersteller zusammen, die sich gemeinschaftlich der Entwicklung entsprechender Verfahren widmen: S.M.A.R.T.
S.M.A.R.T. basiert auf der Erkenntnis, daß sich mechanischer Verschleiß anhand von Betriebsparametern erkennen läßt, bevor er zum Totalausfall führt. Was früher erfahrenen Administratoren vorbehalten war ("Ich glaube die Platte geht gleich kaputt, die hört sich so seltsam an"), erledigt nunmehr eine Elektronik. Die sammelt eifrig Parameter wie Umdrehungszahl, fehlerhafte Zugriffe, Zugriffszeiten, Transferraten und andere. Diese Parameter vergleicht S.M.A.R.T. mit den für diese Festplatte typischen Werten und stellt gegebenenfalls nicht tolerierbare Abweichnungen fest. Der Host wird benachrichtigt und dieser sollte dem Anwender dann die Gelegenheit geben, ein Backup durchzuführen, bevor gar nichts mehr geht.
Doch was sich da so schön in den Hochglanz-Broschüren liest, spielt in der Praxis keine Rolle. Compaq wertet bei seinen High-end-Produkten bislang als einziger PC-Hersteller die S.M.A.R.T. Statusmeldungen aus. Es gibt keine Treiber, die das täten, und S.M.A.R.T. ist folgerichtig standardmäßig nicht mal aktiv. Ob diese Funktion jemals irgendeine Relevanz entwickelt, ist nicht abzusehen, aber auch im Moment nicht sehr wahrscheinlich.
Für S.M.A.R.T. garantiert nicht voraussagbar ist allerdings der Anwender ("Uuups!") - dem stehen allerdings zur Vermeidung der beliebtesten Fehler mittlerweile von fast allen Festplattenherstellern halbautomatische Installationsprogramme zur Verfügung. Besonders die Retail-Boxen sind hier zum Teil exzellent ausgestattet.
Das Retailgeschäft ins Visier genommen
Apropos Retail: Einige der großen Hersteller (Maxtor, Western Digital, Quantum bislang nur in den USA) setzen mit kaum verhohlener Leidenschaft auf das Retail-Pferd.
Bunte Schachteln, gedruckte Handbücher, passende Software und die Festplatte selbst sollen dem Upgrade-Charakter der Festplatte eine ganz eigene Note geben. Bei Preisen ab 400 Mark und weil alles ohnehin EIDE ist, soll Kunde König öfter mal eine neue Festplatte kaufen. Immerhin lassen sich ja - wenn auch aus konstruktiven Gründen immer abseits der Spezifikationen - an moderne Hauptplatinen bis zu vier Laufwerke anschließen.
Letztendlich gelangen jedoch weit weniger Retail-Boxen in den Handel, als es den Herstellern lieb sein kann. Schließlich machen die meisten Händler nur noch im Zubehörgeschäft ihr Geld - und was ist im Laden attraktiver als bunte Schachteln?
Die Idee, daß Retail-Boxen den Markt verbreitern, ist dabei gar nicht mal verkehrt. Hat der Endkunde genug Know-how, wird er vermutlich nicht von der billigen Festplatte in der klassisch blau-transparenten Hülle ablassen, aber wer bislang Angst vor einem Schraubenzieher hatte, kauft diese Darreichungsform ganz sicher nicht.
So gesehen bewegen sich die Festplattenhersteller in einem ganz engen Korsett, aber die Not schweißt zusammen. Die Vergangenheit hat sie gelehrt, daß einer alleine nichts mehr wird. Vielleicht zeigt die Zukunft, daß sie zusammen unbeweglich sind. Nur die steigenden Kapazitäten können wir hiermit verbindlich zusagen.