M.2 SSDs sind seit einigen Jahren nicht mehr aus der PC-Welt wegzudenken, sie sind deutlich schneller als herkömmliche SSDs benötigen weniger Strom und sind auch von ihrer Bauform deutlich kleiner. Die Hersteller haben die Mainboards mittlerweile fast komplett mit entsprechenden Controllern ausgestattet, so können viele der Boards mit mehreren M.2 SSDs bestückt werden. Durch den starken Preisverfall pro MB bieten sie heute auch eine gute Alternative zu den 2,5“ SSDs oder herkömmlichen HDDs. Ein weiterer Vorteil ist dabei das die Systeme so auch von der Bauform deutlich kleiner werden können. Aber es gibt auch noch andere Möglichkeiten M.2 SSDs zu nutzen, einmal in einem externen Gehäuse als zusätzlichen Datenspeicher oder auch in einem RAID-Verbund. Heute wollen wir mit zwei KIOXIA M.2 SSDs und einem externen Gehäuse die RAID-Thematik etwas genauer betrachten.
Bevor wir uns der Praxis widmen, betrachten wir, welche Möglichkeiten ein Festplatten-RAID mit sich bringt, bzw. welche RAID-Level gibt es überhaupt? In einer kleinen Übersicht wollen wir euch die verschiedenen Level kurz und einfach verständlich erläutern.
RAID 0: Durch den Einsatz von zwei oder mehr Laufwerken wird der Datentransfer und die Kapazität insgesamt erhöht. So erhöht sich die Kapazität jeweils um die Laufwerksgröße, die hinzukommt. Allerdings wird dabei keine Ausfallsicherheit geboten, sondern führt beim Ausfall zum vollständigen Datenverlust im Verbund. RAID 0 wird genutzt, um einen hohen Datentransfer zu ermöglichen, ohne eine Redundanz.
RAID 1: Kommt meist bei zwei Laufwerken zum Einsatz. Hierbei werden die Daten auf das zweite Laufwerk gespiegelt. So entsteht eine Ausfallsicherheit, wenn ein Laufwerk ausfällt. Beim Einsatz von RAID 1 erhöht sich die Lesegeschwindigkeit, die Schreibgeschwindigkeit jedoch nicht. Diese bleibt bei der Geschwindigkeit des einzelnen Laufwerks. Fällt hier ein Laufwerk aus, bleiben die Daten erhalten.
RAID 5: Hier kommen mindestens drei Laufwerke zum Einsatz und bietet Ausfallsicherheit sowie eine höhere Lesegeschwindigkeit. Fällt ein Laufwerk aus, wird dieses kompensiert, weil die Daten auf alle Laufwerke aufgeteilt (Striping) sind. Das hat dann allerdings zu Folge das die Lese- und Schreibgeschwindigkeit negativ beeinflusst werden, wenn ein fehlerhaftes Laufwerk vorhanden ist. Unabhängig von der Größe des Verbundes darf nur ein Laufwerk ausfallen. Wenn ein Laufwerk ausfällt, wird dies vom RAID-Controller oder der RAID-Software gemeldet, dabei kann je nach Hersteller zu Leistungseinbußen im Betrieb kommen. Wird das schadhafte Medium ausgetauscht, so kann es je nach System auch eine Weile dauern, bis die Struktur des RAID wieder hergestellt ist (Daten-Reparatur setzt einen spezifischen Controller voraus). Ist dieser Prozess abgeschlossen, funktioniert anschließend wieder alles wie gewohnt.
RAID 6: Dabei handelt es sich um ein besseres RAID 5, das den Ausfall von zwei Laufwerken kompensieren kann. Dafür sind aber mindestens vier Laufwerke notwendig. RAID 6 bietet also eine noch bessere Ausfallsicherheit, allerdings bei einer geringeren Lese- und Schreibgeschwindigkeit. Ein RAID 6 Verbund kann den Ausfall von zwei Laufwerken kompensieren, diese wird durch eine zweite Striping Ebene ermöglicht. Wenn ein Laufwerk ausfällt, wird dies vom RAID-Controller oder der RAID-Software gemeldet, dabei kann je nach Hersteller genau wie im RAID 5 zu Leistungseinbußen im Betrieb kommen. Wird das schadhafte Medium ausgetauscht, so kann es je nach System auch eine Weile dauern, bis die Struktur des RAID wieder hergestellt ist. Ist dieser Prozess abgeschlossen, funktioniert der Verbund wieder wie vorher.
RAID 10: Hier wird eine hohe Lese- und Schreibgeschwindigkeit geboten sowie eine Ausfallsicherheit. Es steht aber nur die Hälfte der Gesamtkapazität zur Verfügung. Für RAID 10 werden mindestens vier oder mehr Laufwerke genutzt. Selbst der Ausfall von mehreren Laufwerken kann kompensiert werden, solange sich sie nicht in der gleichen Untergruppe befinden. RAID 10 wird bei Datenbankservern verwendet oder Anwendungen, die einen hohen Datentransfer nutzen.
RAID F1: Kommt bei Flash-Speicherlaufwerken (SSA=Solid State Array) zum Einsatz. Letztendlich handelt es sich um einen RAID 5 Verbund, also mit mindestens drei Laufwerken. Dabei werden auf einem Laufwerk mehr Paritätsdaten geschrieben, wodurch die Alterung beschleunigt wird. Da SSDs grundsätzliche eine begrenztere Haltbarkeit (TBW=Total Bytes Written) gegenüber HDDs besitzen, wird so verhindert das alle Laufwerke gleichzeitig die maximalen Schreibzyklen erreichen. Was aber die Gesamtleistung negativ beeinflussen kann (Wird bei RAID 5 nicht beeinflusst). RAID F1 kann den Ausfall eines Laufwerks kompensieren, indem die Daten auf die restlichen Laufwerke aufgeteilt werden. Das geht jedoch zulasten der Lese- und Schreibleistung, wenn das Laufwerk kompensiert wird.
Nach unserer kurzen Vorstellung der verschiedenen RAID-Level kommen wir nun zum praktischen Einsatz. Für unseren Test hat uns KIOXIA zwei EXCERIA Plus G3 2 TB zur Verfügung gestellt, diese verwenden wir in einem externen Gehäuse, das die RAID-Level 0 und 1 unterstützt. Da sich ein Ausfall schlecht simulieren lässt, wollen wir herausfinden, wie sich die beiden RAID-Level auf die Geschwindigkeit der beiden M.2 SSDs in dem Gehäuse auswirkt. Dafür haben wir beide M.2 SSDs in das externe Gehäuse eingebaut.
Technische Daten
Technischen Daten – KIOXIA EXCERIA PLUS G3 2 TB
Formfaktor
M.2 (2280)
Schnittstelle
M.2/M-Key (PCIe 4.0 x4)
Kapazität
2 TB
Flashspeicher
BiCS FLASH™ TLC
Sequentielles Lesen
5.000 MB/s
Sequenzielles Schreiben
3.900 MB/s
Max. zufällige Lesegeschwindigkeit
2TB: 680.000 IOPS
Max. zufällige Schreibgeschwindigkeit
950.000 IOPS
Belastbarkeit (TBW)
2TB: 1.200 TB
MTTF
1,5 Millionen Stunden
Protokoll
NVMe 1.4
Stromverbrauch (aktiv)
5,3 W (typ.)
Herstellergarantie
bis zu 5 Jahre
Praxis
Um festzustellen, wie gut ein externes RAID 0 und RAID 1 mit zwei M.2 SSD funktioniert, lassen wir diese durch den ChrystalDiskMark und den Atto-Disk Benchmark laufen, um die Geschwindigkeit zu ermitteln. Dabei mussten wir feststellen, dass die Schnittstelle unseres externen 20 Gb/s Gehäuses limitiert. In beiden Testläufen erreichen wir eine Geschwindigkeit von ca. 1861 MB/s im Lesen und ca. 1754 MB/s beim Schreiben. Aufgrund der Leistung der beiden zum Einsatz kommenden KIOXIA EXCERIA PLUS G3 wäre hier eigentlich schon durch die vom Hersteller angegebene Geschwindigkeit (5000 MB/s Lesen / 3900 MB/s Schreiben) ein höherer Datendurchsatz möglich gewesen. Wobei hier immer noch bedacht werden muss, dass die beiden M.2-SSDs deutlich schneller als herkömmliche SSDs oder HDDs sind. Auch die kompakte Bauform ist hier ein weiterer Pluspunkt, hinzu kommt das die Geschwindigkeit während unserer Tests den kompletten Zeitraum konstant zur Verfügung stand. Die Temperatur der beiden Laufwerke erreichte maximal 65 °C. Also lässt sich abschließend sagen, dass der Einsatz von M.2 SSDs auch bei RAID Systemen Sinn macht, denn aufgrund des hohen Datendurchsatzes verringert sich die Zeit, die für eine Sicherung benötigt wird.
Fazit
Der Einsatz von M.2 SSDs als Sicherungsmedium bringt deutliche Vorteile bei der Geschwindigkeit von Datensicherungen. Außerdem wird durch die kompakte Bauform ebenfalls weniger Platz bzw. kleinere Gehäuse benötigt, die auch insgesamt weniger Strom brauchen als herkömmliche HDDs. Allerdings ist es von der Schnittstelle und der Kühlung abhängig, ob das Medium im Betrieb seine volle Leistung erreichen kann.
