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Der Unterschied zwischen Flash Memory und RAM erklärt
Auch wenn Flash Memory und konventioneller RAM, Hauptspeicher eines Rechners, als Solid-State-Speicher bezeichnet werden, unterscheiden sich diese beiden Speichertypen erheblich.
Die Begriffe Flash Memory und RAM werden aufgrund ihrer Ähnlichkeiten oft synonym verwendet. Zwar bestehen beide Technologien aus Solid-State-Chips und fallen in die Kategorie des Solid-State Storage, doch die Art ihrer Herstellung, ihre Leistungsspezifikationen und die relativen Kosten weisen ihnen völlig unterschiedliche Rollen in einem Computersystem zu.
Flash Memory wird in erster Linie als Speicher verwendet, während der RAM (Random Access Memory) Code enthält und Berechnungen mit den aus dem Speicher abgerufenen Daten durchführt. Von Natur aus sind Flash Memory und RAM schneller als Festplatten und Bänder.
Was die Geschwindigkeit von Flash Memory und RAM betrifft, so ist RAM die schnellere Komponente, aber auch die teurere.
In einem Computersystem werden in der Regel zwei Arten von RAM verwendet: dynamischer RAM (DRAM) und statischer RAM (SRAM). SRAM ist nicht nur die schnellere Variante, sondern auch viel teurer als DRAM und wird daher hauptsächlich als Cache-Speicher im integrierten Schaltkreis verwendet, die die CPU eines Computers darstellt. DRAM wird hauptsächlich als primärer Arbeitsspeicher verwendet, auf dem das Betriebssystem und die Anwendungen laufen.
Noch preiswerter ist Flash Memory. Flash Memory ist nicht flüchtig (non-volatile) und kann im Gegensatz zu RAM Daten auch ohne Stromzufuhr speichern. Im Vergleich zu den beiden RAM-Typen ist die Geschwindigkeit des Flash Memory deutlich langsamer. Aufgrund des geringeren Stromverbrauchs, der Beständigkeit und der niedrigeren Kosten wird Flash Memory in Geräten wie SSDs, SD-Karten und USB-Laufwerken verwendet.
Wie funktioniert RAM?
Grundsätzlich ermöglicht RAM den Benutzern, in beliebiger Reihenfolge aus jedem Speicherelement zu lesen oder darauf zu schreiben. Dadurch unterscheidet er sich von Band- und Festplattenspeichern, bei denen der Zugriff auf die Daten sequenziell erfolgen muss.
SRAM ist in eine CPU eingebaut und kann nicht aufgerüstet werden. Um RAM besser zu verstehen, sollten wir uns die Funktionsweise von DRAM genauer ansehen. DRAM verwendet Speicherzellen, die aus einem Kondensator und einem Transistor bestehen. DRAM-Speicher sind dynamisch: sie benötigen alle paar Millisekunden eine neue elektronische Ladung, um Ladungsverluste des Kondensators auszugleichen. Diese Speicherzellen sind in einem Solid-State-Chip eingebaut, und diese Chips sind in dem rechteckigen RAM-DIMM-Modul zusammengefasst, das in die Anschlüsse auf der Hauptplatine eines Computers eingesetzt wird.
Das Betriebssystem des Computers, das im Arbeitsspeicher läuft, ruft bei Bedarf Daten vom Speicher – SSD oder Festplatte – ab, und die Bits, aus denen diese Daten bestehen, werden in den Zellen des RAM gespeichert, bis das Betriebssystem oder die Anwendung sie zurück in den Speicher schreibt.
So funktioniert Flash Memory
NAND-Flash wurde entwickelt, um die Flash-Memory-Kosten pro Bit zu senken und die Chipkapazität zu erhöhen. Die niedrigen Kosten von NAND-Flash ermöglichen es, den teureren DRAM im System zu ergänzen.
Daten müssen in großen Blöcken aus dem NAND Flash Memory gelöscht werden, bevor neue Daten in das Flash Memory geschrieben werden – auch wenn nur ein paar Bits der Daten im Block gelöscht werden müssen – im Gegensatz zu einzelnen Bytes, wie es bei RAM der Fall ist. Diese Löschzyklen sind langsam, ebenso wie Flash-Schreibvorgänge, die Millisekunden dauern. Flash-Schreib- und Löschvorgänge erzeugen große Spannungen im Chip und führen zu dessen Abnutzung, was bei RAM nicht der Fall ist.
Clevere Programmieralgorithmen sorgen dafür, dass Flash Memory dank Funktionen wie Wear Leveling, Write Coalescing und Bad-Block-Management viel länger halten. Wear Leveling kann die Lebensdauer des Flash Memory verlängern, indem Schreibvorgänge und Löschvorgänge gleichmäßiger verteilt werden. Dadurch wird vermieden, dass einzelne Blöcke eine hohe Konzentration von Schreibzyklen aufweisen, was zu einem frühzeitigen Ausfall führen kann.
Ein kurzer Blick auf andere Memory-Typen
Ein weniger verbreiteter Memory-Typ sind die persistenten Optane-Memory-Module von Intel. Diese bestehen aus einer Speichertechnologie, die zwischen DRAM und NAND-Flash liegt und als Storage Class Memory bezeichnet wird. Sie sind fast so schnell wie DRAM und können byteweise ohne Löschzyklus beschrieben werden, sind aber nicht flüchtig. Intel erklärte letztes Jahr, dass es seine Optane-Speicherprodukte einstellt.
Ein weiteres Produkt ist das nichtflüchtige DIMM (NVDIMM), ein DIMM, das seinen Inhalt auch bei einem Stromausfall nicht verliert. Es handelt sich um ein DIMM, das den DRAM eines Standard-DIMMs mit einer Batterie und etwas NAND Flash ergänzt. Bei einem Stromausfall löst sich das NVDIMM vom Memory-Kanal des Servers und nutzt die Energie der Batterie, um alle Daten des DRAM in den NAND Flash zu verschieben.
Wenn die Stromversorgung wiederhergestellt ist, verschiebt das NVDIMM alle Daten aus dem Flash Memory zurück in den DRAM-Speicher, so dass das System den Betrieb genau dort wieder aufnehmen kann, wo es aufgehört hat. Diese Technologie wäre populärer, wenn sie nicht fünfmal so viel kosten würde wie ein Standard-DRAM-DIMM.
