Was wird der Speicher der Zukunft?

Seit das Solid State Drive (SSD) auch für Privatanwender erschwinglich wurde, hat es eine Verschiebung im Storage-Markt gegeben. Doch das Hard Disk Drive (HDD) ist noch lange nicht abzuschreiben. Vermutlich wird es auch in Zukunft eine Koexistenz beider Technologien geben. Im Folgenden wagt Computerworld eine Zukunftsprognose zu den SSD- und HDD-Entwicklungen der nächsten Jahre.

Bei den Festplatten zeichnet sich ein Mischung aus zunehmender Kapazität und stabilerer Performance ab. Eine Kapazitätszunahme bedeutet aber auch immer mehr Datenspuren und mehr Interferenzen. Der Hersteller Seagate versucht, das Problem mit dem Standard Singled Magnetic Recording (SMR) zu umschiffen. Vereinfacht ausgedrückt wird bei der Seagate-Technik die Aufzeichnungsdichte der Datenspuren durch eine ziegelsteinartige Anordnung nochmals drastisch erhöht. Die erste 8-TB-Platte, die auf diesem Verfahren basiert, will der Hersteller noch Ende Jahr auf den Markt bringen.

Sollte sich SMR als Erfolg im Markt erweisen, dürfte es nicht lange dauern, bis sich eine weitere darauf aufbauende Technologie durchsetzen könnte: das Two Dimensional Recording (TDMR). Das TDMR umschreibt wörtlich ein zweidimensionales Aufzeichnungsverfahren. Denn absehbar ist, dass sich der magnetische Lesekopf nicht mehr weiter schrumpfen lässt, zumal die Spurendichte immer grösser wird. Es wird dadurch immer schwieriger, das Signal der Datenspuren ohne Interferenzen richtig zu erfassen.  Dieses Problem kann etwa durch den Einsatz zweier Leseköpfe gelöst werden, die gleichzeitig mehrere Spuren auslesen. Die korrekten Signale liessen sich durch eine mathematische Logik interpretieren.

Zu weiteren Festplattentechniken, an denen Seagate forscht, zählt das Heat Assisted Magnetic Recording(HAMR): In Kombination mit magnetischer Substanz und Eisen-Platin-Partikeln soll dabei die magnetische Datenaufzeichnung um mehr als den Faktor 100 gesteigert werden.  Das Medium verhält sich bei normalen Temperaturen stabil, muss aber punktuell zur Speicherung erhitzt werden. Zur Aufzeichnung kommen Laserdioden und gewöhnliche HDD-Schreibköpfe zum Einsatz. Seagate hat einmal erwähnt, an einer 8-TB-Festplatte mit HAMR-Technik zu arbeiten. Wahrscheinlich ist aber erst im 2017 mit einer solchen Festplatten zu rechnen. 

Daneben hat Hitachi schon eine erste mit Helium gefüllte 6-TB-Festplatte auf den Markt gebracht. Die Füllung mit Helium bringt den Vorteil mit sich, dass das Gewicht der Festplatte auf rund einen Siebtel reduziert werden kann. Dadurch entstehen wesentlich geringere Strömungseffekte und kaum noch wahrnehmbare mechanische Vibrationen. Die Nachfrage nach Helium-Festplatten könnte vor allem im Server-Storage-Bereich ansteigen. Lesen Sie auf der nächsten Seite: Die Zukunft des SSD-Speichers

Flash-Speicher hat sich dank vieler Forschungsinnovationen in den letzten Jahren ständig verändert. Aktuell zerbricht sich Intel den Kopf darüber, wie man vier Bits in eine Speicherzelle quetschen könnte: Das ist nochmals ein Fortschritt gegenüber den drei Bits, die gegenwärtig in eine SSD-Flash-Zelle passen. Eines gleich vorweg: Gartner-Analysten zufolge setzt sich der SSD-Preissturz ungebremst fort, erste blitzschnelle PCI-Express-SSDs aus dem Server-Bereich werden für Endverbraucher bezahlbar und Samsung baut schon erste M.2-Speicherwinzlinge basierend auf dem schnellen NVM-Standard mit bis zu 2,5 GB/s Lesekapazität.

Die bisher erhältlichen SSDs basieren auf SLC- oder MLC-Technik. SLC steht für Single-Level-Cell, während MLC (Multi-Level-Cel) für zwei oder mehr Bits pro Zelle steht. Intel nennt sein Verfahren, an dem noch emsig geforscht wird, QLC (Quad-Level-Cell).  Schaffen es Hersteller wie Samsung und Intel in den nächsten Jahren, die geometrische Struktur des gegenwärtigen 3D-NAND-Konstrukts so zu verändern, wird der ganzen Industrie beachtlich mehr schneller Speicher zur Verfügung stehen, genau genommen das Vierfache der bisher möglichen SSD-Kapazität. Und die schier untersättliche Nachfrage nach schnellem und hochkapazitivem Speicher ist so gut wie sicher. Denn: Apps und Betriebssysteme werden grösser, 4K-Video wird zum Mainstream und immer mehr Informationen werden von Sensoren generiert. Und natürlich sollen alle diese Daten schnell ausgewertet werden können.

Indem vier Bit in einer Zelle untergebracht werden, kämen 2,5-Zoll-SSD-Laufwerke demnächst auf die Kapazität von 10 TB. Aktuell wird die QLC-Technik von Intel aber erst erforscht. Der Chiphersteller konnte uns auf Anfrage noch keine näheren Angaben zum Zeitrahmen machen. Es ist aber davon auszugehen, dass die QLC-Technik frühestens 2023 marktreif wird. Das glauben zumindest Analysten. 

Denkbar ist auch, dass SSD-Speicher im (über)nächsten Jahrzehnt durch neu aufkommende Technologien wie MRAM (magnetoresistives RAM) und RRAM (resistives RAM) abgelöst werden könnte. Diese Technologien betreten gerade eben den Markt und könnten sogar als Nachfolger des PC-Arbeitsspeichers infrage kommen. Der RRAM-Entwickler Crossbar behauptet, die Chips schrieben Informationen 20 Mal schneller, verbrauchten 20 Mal weniger Strom und seien 10 Mal langlebiger als NAND-Flash-Memory. Allerdings wird das unserer Einschätzung nach sehr lange dauern, da in dieser Hinsicht nach wie vor kein wirklicher Durchbruch zu beobachten ist. Bis ein neuer Hersteller mit einer völlig neuartigen Speichertechnologie überhaupt erst den Markteintritt schafft, muss die Marge zur Fertigung und Herstellung neuer Laufwerke zunächst rentieren. Sicher ist: Im Moment halten sich nach wie vor SSD- und HDD-Hersteller die Waagschale auf dem Markt und das werden sie wohl noch mindestens für die nächsten zehn Jahre.

Was auch immer die Zukunft bringen wird, so gehen wir davon aus, dass sowohl Flash- als auch Festplattenspeicher folgenden «Naturgesetzen» unterworfen bleiben: