Mac beschleunigen per SSD und Software-RAID

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Rotierende Festplatten sind zwar in den letzten Jahren auch immer schneller geworden, doch bleiben sie das Nadelöhr beim Datenfluss moderner Macs. Sie können bei Stürzen im Betrieb kaputtgehen, machen Geräusche und ihre Geschwindigkeit nimmt stark ab, je voller die Platte wird und je fragmentierter die Dateiteile lagern.

All diese Probleme haben Solid-State Disks nicht: Sie sind lautlos, schockresistent und gleich schnell über die gesamte Kapazität. Da keine Schreib-/Leseköpfe mechanisch bewegt, sondern Speicherchips verwendet werden, fallen die Zugriffszeiten traumhaft kurz aus.

Man kann eine kleine SSD als System- und Startlaufwerk ­verwenden und seine Daten auf der herkömmlichen Festplatte ­belassen oder auf eine größere SSD mit allen Daten umziehen. Zwei SSDs lassen sich zu einem Software-RAID kombinieren und erzielen so maximale Performance.

Schnittstellen am Mac

Seit über einem Jahr verbaut Apple SATA-6G-Schnittstellen in Macs. Sie erlauben Transferraten von bis zu 6000 Megabit pro Sekunde. Wegen der Signal-Kodierung, bei der aus 8 Bit 10 Bit werden, resultiert daraus ein theoretisches Maximum von 600 MByte/s. Das davor gebräuchliche SATA II überträgt genau die Hälfte der Daten pro Zeiteinheit und bremst aktuelle SSDs bereits deutlich aus.

Der Mac Pro ist der einzige aktuelle Apple-Rechner ohne SATA-6G-Schnittstelle. Alle jüngeren Macs haben mindestens ein schnelles Interface, an dem die Festplatte hängt. Das optische Laufwerk muss sich bei einigen Geräten mit 3000 MBit/s zufriedengeben, beansprucht aber lediglich 1500. Die Modelle ab Mitte 2011 wie der Mac mini und das MacBook Pro haben zwei 6G-Ports. Der iMac ebenfalls, er bringt aber noch eine zusätzliche 3000-MBit-Schnittstelle mit, an der der DVD-Brenner hängt. Das MacBook Air von 2011 besitzt einen 6G-Port, der aber lediglich mit einer kompakten SATA-II-SSD bestückt ist. Welche Anschlüsse in einem Mac vorhanden sind, meldet der System-Profiler nach einem Klick auf „Serial-ATA“.

Die zweite SATA-Schnittstelle gewinnt an Bedeutung, wenn man statt des DVD-Brenners eine SSD einbauen will. Wie man eine Festplatte wechselt oder (mit einem Einbaurahmen) eine zusätz­liche einbaut, haben wir für das MacBook Pro und neuere iMacs in Mac & i Heft 2 ab Seite 122 beschrieben. Für den neuen Mac mini folgte die Anleitung in Heft 4 auf Seite 128.

Die aktuellen iMacs kann man mit zusätzlicher SSD bestellen. Kauft man sie ohne, wäre zwar Platz für eine weitere 2,5-Zoll-­Platte, aber Halterung, Strom- und SATA-Zuleitungen fehlen. Das Zubehör zu beschaffen und nach kompletter Demontage des iMac einzubauen, ist möglich, aber mühsam und birgt Risiken. Ersetzt man das DVD-Laufwerk, bleibt man auf SATA II beschränkt.

Wie sich bei früheren Tests herausstellte, gibt es Schwierigkeiten mit dem Hibernate-Modus, wenn die Systemfestplatte am zweiten SATA-Anschluss betrieben wird. Dabei schreibt das System eine Kopie des RAMs auf die Platte, damit nach der völligen Entladung des Akkus beim Hochfahren am Netzteil der Arbeitsspeicher wiederhergestellt werden kann. In einem Notebook steckt man die SSD also besser an den Platz der bisherigen Festplatte. Zudem funktionieren 6G-SSDs am DVD-Port der MacBook Pro 15" und 17" ab 2011 nicht richtig – auch bei den neuen Geräten mit 15" nicht.

Das Angebot

Wir haben uns die verfügbaren SATA-6G-SSDs mit 2,5-Zoll-Formfaktor angeschaut. In Deutschland gibt es über ein Dutzend Anbieter, deren Produkte sich zum Teil gleichen oder sehr ähnlich sind. Wichtig sind die eingesetzten Speicherbausteine, der Controller und dessen Firmware. Sie entscheiden über die Schnelligkeit ebenso wie über die Langlebigkeit und die Kompatibilität zum Mac. Zum Test haben wir uns deshalb die beliebtesten SSDs mit verschiedenen Controllern besorgt. OCZ verwendet in seiner Vertex 4 den Indilinx Everest 2, Crucial setzt in der RealSSD M4 auf den Marvell-Controller und Samsung verbaut in der 830series eigene Elektronik. Intel ist von der Eigenentwicklung bei der 520series abgegangen und greift ebenso wie SanDisk in der G25-G3 Extreme sowie Patriot in der Mac Series XT zu SandForce-Chips.

Wir haben Modelle mit 240/256 GByte Kapazität geordert, sind aber auf andere Größen ausgewichen, wenn die gewünschten Disks nicht verfügbar waren. Einen großen Vergleich aktueller SSDs (ohne Mac-Tests) finden Sie in c’t 12/12, Seite 96 sowie c’t 22/11, Seite 136.

Unterschiede

Bei unseren Benchmarks mit einem MacBook Pro 15" von 2011 waren alle Kandidaten erheblich schneller als die mitgelieferte 750-GByte-Platte von Toshiba, beim Lesen sogar durchgängig rund um den Faktor 5. Die SSDs schafften also rund 500 statt 100 MByte/s. Beim Schreiben streuten die Werte zwischen 274 und 438 MByte/s. Das Booten verkürzte sich (sofern die SSD explizit als Startvolume ausgewählt war) mit 16 bis 20 statt 31 Sekunden auf unter zwei Drittel der Zeit, das Duplizieren eines Filmordners auf unter ein Drittel, nämlich von 131 auf weniger als 40 Sekunden. Ausnahme war hier die Mac Series XT von Patriot, die 81 Sekunden brauchte. Sie war mit 60 GByte auch die mit der kleinsten Kapazität im Test. Die Samsung-SSD wurde im Schreib-Betrieb sehr heiß, was mit der höchsten Leistungsaufnahme von allen (siehe Tabelle) zusammenhängt.

Auf Mac-Software verzichten alle Hersteller bisher. Die Beigabe eines USB-auf-SATA-Adapters bei Crucial hat uns gut gefallen. So lässt sich die SSD bequem vor dem Einbau aufsetzen. Ansonsten kann man auch ein USB-Leergehäuse für unter 20 Euro verwenden, um das System zu übertragen (etwa mit dem Carbon Copy Cloner von der Heft-DVD).

Benchmarks haben wir zum Vergleich auch auf einem aktuellen 27"-iMac mit von Apple eingebauter SATA-II-SSD TS256C gemacht. Die Schreibrate konnte dort nicht über 150 MByte/s klettern, während beim Lesen fast 220 MByte/s erreicht wurden. Bei dem Aufpreis von 600 Euro und trotz vorhandener SATA-6G-Schnittstelle ein mittelschnelles SATA-II-Modell zu verwenden, ist ziemlich unverfroren von Apple.

SSD-Innenleben

SSDs haben auch Nachteile. Sie sind erheblich teurer als herkömmliche Platten und gestatten nur eine begrenzte Zahl von Schreibvorgängen je einzelner Zelle. Aktuelle Multi-Level-Cell-Speicherchips (MLC) vertragen 3000 bis 5000 Zyklen. Das klingt zwar nach einem frühen Tod, aber in der Praxis altern SSDs nicht schneller als rotierende Festplatten. Das liegt am internen Wear-Leveling, bei dem die Belastung zwischen den Millionen Speicherseiten gleichmäßig verteilt wird. Im Schadensfall können defekte Zellen intern von der Nutzung ausgeschlossen werden.

Außerdem drohen – zumindest in der Theorie – über die Zeit Performance-Einbußen beim Schreiben, sofern das ATA-Kommando Trim nicht für Abhilfe sorgt. Mit seiner Hilfe teilt das Betriebssystem dem SSD-Controller mit, welche Speicherseiten nicht mehr benötigt werden, weil die zugehörigen Dateien gelöscht wurden.

Bei herkömmlichen Festplatten ist dies nicht notwendig, da der Controller Speicherbereiche einfach überschreiben kann. Es reicht, wenn beim Löschen in der Dateizuordnungstabelle die Bereiche als frei markiert worden sind. Bei SSDs muss jede Speicherseite erst gelöscht werden, bevor sie sich wieder beschreiben lässt. Geschieht das erst beim erneuten Schreibvorgang, bremst das abhängig von der Zahl nicht freier Zellen enorm. Der Controller könnte schon vorher aufräumen, bekommt vom Löschen aber normalerweise nichts mit, da das Dateisystem die Informationen nicht durchreicht. Mit aktiviertem Trim werden die Speicherseiten der SSD beim Löschen von Dateien also gleich wieder aufnahmebereit gemacht.

Erschwerend kommt hinzu, dass immer nur ganze Blöcke, meist bestehend aus 4 Kilobyte großen Speicherseiten, überschrieben werden können. Ist auch nur eine der 4K-Einheiten noch belegt, muss der Controller sie auslesen und zwischenspeichern, bevor er den Block löschen und sie an anderer Stelle zurückschreiben kann. Das hält doppelt auf, wenn eigentlich gerade Daten geschrieben werden sollen. Mit Trim geschähe das Freiräumen schon beim Datei-Löschen.

Trim funktioniert bisher nur an der SATA-Schnittstelle und nicht mit Software-RAIDs oder Thunderbolt-Platten. Apple hat das Kommando ab Mac OS X 10.6.8 implementiert, aber bisher nur für die selbst eingesetzten SSDs und nicht die anderer Hersteller. Man kann es aber nachrüsten ...

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