Warum sind USB-Sticks so viel langsamer als Solid-State-Laufwerke?

Soweit ich weiß, basieren USB-Flash-Laufwerke und Solid-State-Laufwerke (SSDs) auf ähnlichen Technologien, dem NAND-Flash-Speicher .

USB-Flash-Laufwerke sind jedoch in der Regel recht langsam, mit einer Lese- und Schreibgeschwindigkeit von 10-25 MB pro Sekunde, während SSDs in der Regel sehr schnell sind (etwa 200-600 MB pro Sekunde).

Warum sind SSDs so viel schneller als USB-Sticks? Und warum sind USB-Sticks nicht schneller als 10-25 MB pro Sekunde?

Ist es einfach so, dass SSDs parallel auf den NAND-Flash-Speicher zugreifen, oder gibt es andere Gründe?

Die Parallelität und die Art und Weise, wie der Controller sie nutzt, ist der Hauptfaktor. Normalerweise ist kein Platz für die 8-16 diskreten NAND-Chips, die Sie in einer SSD finden würden. Die Controller im USB-Stick sind normalerweise auch nicht annähernd so komplex, um die vorhandene Parallelität effizient zu nutzen.

Weitere wichtige Faktoren sind die Blitzqualität. Viele USB-Sticks verwenden billigere Flash-Speicher, die Sie langsamer lesen und schreiben müssen, um Fehler zu vermeiden. USB-Laufwerke verfügen nicht über viele Überbereitungen, um saubere Blöcke zu vermeiden. Und USB 2.0 ist auf ca. 35 MB / s begrenzt. Und viele SSDs haben einen großen RAM-Cache.

Der Hauptgrund für diese Unterschiede ist der Preis. Es gibt einige SSDs in Form eines USB-Sticks, z. B. den LaCie FastKey.

Einige Faktoren, die ich gesehen habe:

• Parallelität: SSDs verwenden viele Flash-Geräte und greifen häufig parallel darauf zu, indem sie Pipelining- und Interleaving-Vorgänge ausführen.

• SLC vc MLC: Multi-Level-Zellen speichern zwei Bits in jeder Zelle, aber die Zugriffszeit ist länger. Single-Level-Zellen speichern ein Bit pro Zelle. Außerdem halten SLCs viel mehr Schreib- / Löschzyklen durch als MLCs. Alle USB-Sticks und SD-Karten sind MLC, weil es billiger ist. Beachten Sie, dass einige 'Consumer'-SSDs wie Intels X25-M ebenfalls MLC verwenden und SLC für' Enterprise'-Laufwerke wie das X25-E reservieren.

• Komplexe Zuordnungsalgorithmen. Nicht nur zum Ausgleichen des Verschleißes (auch das ist sehr wichtig), sondern auch zum Entfernen des Löschens vom Schreiben. Wenn Sie also schreiben müssen, verfügt das Laufwerk bereits über mehrere vorgelöschte Zellen, die zum Schreiben bereitstehen.

• Schnittstellen: SATA2 und jetzt SATA3 sind viel schneller als USB. Nicht nur auf der rohen Bitrate, sondern haben auch eine viel höhere Effizienz. Sie erreichen nie 100% der theoretischen Geschwindigkeit von USB, aber bei SATA, SAS und IEE1394 erhalten Sie diese konsistent.

• Einige zusätzliche Hardware-Tricks; wie ein kleiner batteriegepufferter Rückschreibecache. Sie schreiben in dieses kleine RAM, und das Laufwerk selbst schreibt nach Bestätigung des Schreibvorgangs in Flash .

Die USB-Schnittstelle ist ein großer Engpass. Ich besitze zufällig ein wirklich cooles Kanguru eFlash-Laufwerk und es macht einen großen Unterschied.

Dieses Gerät verfügt über einen USB- und einen eSata-Anschluss. Es überträgt mit 45 MB / s auf der USB-Seite und 90 MB / s auf der eSata-Seite. Aus dem gleichen Gerät! Dies zeigt wirklich, dass USB der begrenzende Faktor ist. Wie andere bereits gesagt haben, sind einige Laufwerke zu billig gebaut, um überhaupt durch USB eingeschränkt zu werden.

Auch USB-Sticks kosten deutlich weniger als SSDs. Das liegt daran, dass sie billigeres langsames Flash anstelle des teuren schnellen Flashs verwenden, das in SSDs verwendet wird.

Hauptunterschied ist der Einsatz von Technologie: SLC (Single Cell), MLC (Multi Cell), TLC (Three Level Cell). Während SLC die zuverlässigste und schnellste ist, ist es auch auf die maximale Kapazität in GB auf jedem Flash-Chip beschränkt. Langsamere Flash-Laufwerke, die Sie erwähnen, verwenden MLC und sind daher langsamer, wohingegen die meisten SSDs immer noch SLC verwenden.

Eine Vielzahl von Faktoren kann die Leistung eines USB-Flash-Laufwerks einschränken, angefangen von physischen Größenbeschränkungen und NAND-Leistung bis hin zum Overhead des USB-Protokolls.

• Die wichtigste Einschränkung ist wahrscheinlich die der Größe. USB-Flash-Laufwerke müssen ausreichend groß sein, damit die Hersteller nicht genau genug NAND-Chips in das Laufwerk packen können. SSDs verwenden normalerweise den 2,5-Zoll-Festplatten-Formfaktor, der ausreichend Platz für NAND bietet. (Selbst der mSATA-Formfaktor bietet mehr Speicherplatz als ein Flash-Laufwerk mit angemessener Größe.) Je mehr NAND-Chips sich in einem Laufwerk befinden, desto schneller kann es in der Regel sein, da der Controller mehr Chips beschreiben kann gleichzeitig (parallel).

  • Samsung umgeht dieses Problem insgesamt, indem es eine "tragbare SSD" mit Full-Fat-SSD-Technologie herstellt, bei der das gleiche Premium-NAND und der gleiche Hochleistungs-Controller auf einer "echten" internen SSD vorhanden sind. Diese Laufwerke werden nicht direkt an einen USB-Anschluss, sondern über ein USB-Kabel mit dem Computer verbunden.

  • Es gibt Flash-Laufwerke im traditionellen Stick-Formfaktor, die die vollständige SSD-Technologie verwenden. Die meisten Kunden benötigen oder erwarten jedoch keine vollständige SSD-Leistung von einem Flash-Laufwerk, sodass sie auf eine teure Nische beschränkt sind. Solche Laufwerke sind normalerweise auch groß genug, um benachbarte USB-Ports auf den meisten Systemen zu blockieren.

• Um die Kosten zu senken, verwenden USB-Flash-Laufwerke in der Regel NAND niedrigerer Qualität, die nicht so schnell ist wie die in SSDs verwendeten Chips, sowie weniger leistungsfähige Controller. Da Flash-Laufwerke im Allgemeinen eine geringere Kapazität als SSDs haben, gibt es im Vergleich zu anderen Teilen wie Laufwerkgehäuse, Platine und Controller weniger NAND, was tendenziell auch die Kosten pro GB erhöht.

• Darüber hinaus hat das USB-Protokoll einen relativ hohen Overhead. Um eine maximale Leistung zu erzielen, muss das Laufwerk UASP unterstützen , wodurch das System SCSI-Befehle an USB-Laufwerke senden kann. Billigere Laufwerke unterstützen in der Regel nur Bulk-Only-Transport, wodurch die Leistung weiter eingeschränkt wird. Weitere Informationen finden Sie in dieser Antwort .