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USB mit SLC-Speicherzellen als Systemfestplatte - Ein SSD Ersatz ?

Es gibt Sie schon länger, aber erst mit den jetzt fallenden Preisen sind sie einen Blick wert: USB-Sticks mit SLC-Speicherzellen. Wir möchten euch in diesem Artikel die Unterschiede zeigen und wollen anhand von einer Linux Installation (OpenMediaVault mit Debian Unterbau) testen wie gut sich ein SLC-Stick als Systemdatenträger eignet.

Ein Systemdatenträger gehört wenn möglich IN das PC-Gehäuse - ein von außen angesteckter USB-Stick sieht eben auch nicht so professionell aus. Das ist durch verschiedene Adapter Heute ohne Probleme realisierbar. Dabei gibt es USB 3 und USB 2 Adapter. Nach Möglichkeit sollte man immer zu einem USB 3 Adapter greifen damit der USB-Stick nicht ausgebremst wird.

An einem USB 3 Anschluss sind aktuell Übertragungsraten von 175MB/s Lesend und Schreibend kein Problem, wer nur über einen USB 2 Anschluss verfügt wird über 30MB/s nicht hinauskommen.


USB mit SLC-Speicherzellen als Systemfestplatte - Ein SSD Ersatz ?


USB Pinhead Adapter

Verfügt eurer Mainboard über einen freien USB-Header, könnt ihr einen der Oben gezeigten Adapter benutzen um den USB-Stick in das Gehäuse wandern zu lassen. Hier empfehlen wir den Delock USB 3.0 PinHead auf 2x USB 3.0 Adapter für 4-5 Euro, den wir auch in diesem Test hier verwendet haben. Wer nur über einen USB 2 Header verfügt und trotzdem den USB-Stick in das Gehäuse verfrachten möchte, der greift zum DELOCK MBz USB Pinheader.



Warum eignet sich nicht jeder USB-Stick als Systemdatenträger ?

USB-Sticks variieren nicht nur erheblich in der Lese- und Schreibgeschwindigkeit sondern basieren auch auf unterschiedlichen Technologien. Die allermeisten USB-Sticks sind mit MLC-Speicherzellen ausgestattet. Diese sind zwar langsamer als SLC-Speicherzellen, dafür aber deutlich günstiger zu produzieren.

Natürlich kommt es auch auf den verwendeten Controller des USB-Sticks an, hier gibt es bei USB 3.0 Sticks deutliche Unterschiede. Aus diesen Gründen eignen sich nur wenige USB-Sticks als Systemdatenträger.



Unterschied zwischen SLC und MLC Speicherzellen

Während in einer SLC-Speicherzelle nur ein Bit gespeichert werden kann, können in MLC-Speicherzellen bis zu 4 Bits gespeichert werden. Dadurch werden für die gleiche Speicherkapazität nur 25% der Speicherzellen benötigt - ein Grund dafür warum MLC-Speicher deutlich günstiger sind.

Das ganze hat allerdings mehrere Nachteile: Zum einen ist die Geschwindigkeit bei Lese- und Schreibzugriffen meist deutlich reduziert, zum anderen ist die Fehleranfälligkeit bei MLC-Speicherzellen erheblich höher.

MLC-Speicherzellen verkraften ca. 15.000 Schreibzyklen, SLC-Speicherzellen liegen zwischen 250.000 und 1.000.000 Schreibzyklen. Um die Lebensdauer nochmals zu erhöhen, verwenden Flash-Speicher Techniken um die Speicherzellen gleichmäßig abzunutzen, das sogenannte "Wear-Leveling".

Beim Einsatz als Systemdatenträger ist vor allem die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit wichtig. USB-Sticks mit MLC-Speicherzellen sind daher für den Einsatz als Systemdatenträger ungeeignet und gehen auch meist relativ schnell kaputt.

Aus diesem Grund wird in Foren häufig abgeraten ein Linux-Betriebssystem wie z.B. OpenMediaVault (Debian Linux) auf einen USB-Stick zu installieren. Diese Aussagen basieren aber auf den Erfahrungswerten mit MLC-USB-Sticks. USB-Sticks mit SLC-Speicherzellen können ähnlich zuverlässig wie eine normale SSD-Festplatte sein und erreichen auch beachtliche Geschwindigkeiten.

BetriebssystemEmpfehlungBemerkung
OpenElec 4/5MLC oder SLCwenig Zugriffe
Windows 8/8.1 USBMLC oder SLC
Ubuntu LinuxSLC
Debian LinuxSLC
OpenBSD (FreeNAS, NAS4Free)SLC
OpenMediaVault (Debian Linux)SLC



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Vorteil eines USB-Sticks mit SLC-Speicherzellen

Der größte Vorteil neben dem Preis gegenüber einer SSD (ein 16GB SLC-Stick kostet etwa 30 Euro) ist vor allem, dass kein SATA-Port für den Systemdatenträger blockiert wird. Gerade in kleineren NAS-Lösungen kann man jeden SATA-Port gut für Datenfestplatten gebrauchen.

Das ASRock Q1900-ITX - das von uns aktuell am häufigsten empfohlene Mainboard für kleinere NAS-Lösungen - besitzt z.B. 4 SATA Ports. Sofern man als Systemdatenträger auf einen USB-Stick mit SLC-Speicherzellen setzt, lassen sich hier also ohne Erweiterungskarten 4 Datenfestplatten anschließen. Zudem wird kein Festplattenschacht blockiert.

Ein schneller SLC-USB-Stick kann übrigens den Energieverbrauch eines NAS Systemes im Gegensatz zu einem langsamen MLC-Stick deutlich reduzieren: Je schneller Änderungen auf dem Stick gespeichert werden, desto schneller kehrt das System wieder in den verbrauchsarmen Idle-Zustand zurück.

Bei einem langsamen Stick muss die CPU so lange wach bleiben bis alle Änderungen auf den Datenträger geschrieben worden sind. Da z.B. bei OpenMediaVault relativ häufig geschrieben wird, kann sich dies über Minuten ziehen.



Benchmarks

Wir haben uns einen 16GB großen Mach Xtreme Technology ES Ultra für 35 Euro besorgt, für die 32GB Variante werden 58 Euro, für die 64GB Version satte 94 Euro fällig. Der ES Ultra ist Ende 2014 als Nachfolger des Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES erschienen und bietet noch einmal ca. 20% gesteigerte Durchsatzraten.

Achtet beim Kauf unbedingt darauf, dass der Stick über SLC-Speicherzellen, auch SLC NAND Flash genannt, verfügt. USB-Sticks mit einem deutlich besseren Preis-Leistungsverhältnis verwenden höchstwahrscheinlich MLC-Speicherzellen und somit für den Einsatz als Systemdatenträger meist ungeeignet.

Die Benchmarks zur Geschwindigkeitsmessung haben wir mit einem ASRock Q1900-ITX unter Windows 7 64bit sowie unter OpenMediaVault 1.9 (Debian Linux "Weezy") durchgeführt.

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Wir haben den Benchmark einmal mit UASP und einmal ohne das neue Protokoll durchgeführt. Wer nichts mit UASP anfangen kann, dem empfehle ich unseren Aritkel USB 3.0 Geschwindigkeit mit UASP um 10-30% erhöhen.



OpenMediaVault mit einem SLC-Stick als Systemdatenträger

Benchmark-Ergebnisse alleine bringen natürlich nichts, wenn der Einsatz in der Praxis nicht funktioniert. Daher haben wir den Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES einem Langzeittest mit OpenMediaVault unterzogen, der natürlich nicht wirklich repräsentativ ist aber einen Erfahrungswert vermitteln soll.

Während der Nutzung von OpenMediaVault fällt auf, dass der Stick wirklich extrem oft arbeitet obwohl von uns keine Aktionen auf dem Systemdatenträger ausgeführt werden. Mit 4GB Arbeitsspeicher haben wir zudem eine für OpenMediaVault großzügige Ausstattung gewählt, es sind eigentlich durchgängig 2-3GB freier Arbeitsspeicher vorhanden. Es sind vor allem viele kleine Logdateien, die auf dem Systemdatenträger abgelegt werden.



Fazit

Wer einen USB-Stick zum Speichern von Bilder, Musik oder Videos sucht, kann bedenkenlos zu einem MLC-Stick greifen. Wer allerdings einen USB-Stick als Systemdatenträger sucht, der ist besser mit einem SLC-USB-Stick wie dem Mach Xtreme MX-ES series MXUB3SES bedient, der neben der Langlebigkeit auch mit hohen Transferraten punktet.

In Verbindung mit einem Delock USB 3.0 PinHead auf 2x USB 3.0 Adapter kann ein SLC-Stick problemlos eine SSD als Systemdatenträger für ein kleines Linux wie z.B. OpenMediaVault ersetzen.



21 Kommentare

Von Eumel am 18.05.2017
Besucher

Hm, ich fahre seit über einem Jahr Ubuntu 16.04 auf Corsair Voyager GTX 256g (USB3), hat mich damals 120€ gekostet. Jetzt 4 Monate reine Betriebszeit und ca. 900 Startvorgänge. Da ich vor allem programmiere (und eben viel zu kompilieren habe), waren das aber viele Schreibvorgänge.

Ist schon ein coole Sache: ich trage mein OS in der Hosentasche mit mir rum. Zuhause boote ich es auf meiner Workstation mit Xeons (die hat schon gar keine HD mehr), unterwegs auf dem Notebook.

Der stick behauptet nach "smartctl -a /dev/sda1", er sei eine SSD mit tatsächlich sogar 2.5 inches, *lol*. Tatsächlich soll auch ein Phishon controller verbaut sein. Allerdings verweigert er "Self Test Loggin", und das ist schlecht: ich weiß also quasi nichts über den wirklichen Gesundheits-Zustand, also das sogenannte "WearOut". Man sagt mir lediglich "OK".

Bin mal gespannt, wann mich das kleine Gerät verläßt... - und ob ich kurz vorher Backups angelegt haben werde.

Von Ivan am 12.05.2017
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Hmm, also wenn ich mir die Erfahrungen hier (oder auch in den Reviews auf Amazon) durchlese gibt es eine Menge Leute, die den Stick durch Schreibzugriffe ruiniert haben. Da frage ich mich doch, ob es die Muehe lohnt... 16GB- oder 32GB-SLC-Sticks kosten praktisch dasselbe wie gleich grosse SSDs, man braucht aber einen Mainboard-Adapter, hat dann ein vom MB hochstehendes Bauteil, bei dem man aufpassen muss, es nicht versehentlich abzubrechen, riskiert Schreibfehler, und als einzigen Vorteil hat man eine zusaetzliche SATA-Schnittstelle...

Keine Kritik an Stefans Bericht, die Idee finde ich sehr reizvoll, aber bei dem Preis-Leistungs-Verhaeltnis der USB-Sticks geht (fuer mich) die Rechnung einfach nicht auf.

Von Michael am 03.09.2016
Besucher

Hey Björn,

ich habe mir ein NAS genau nach hier bereitgestellter Anleitung zusammengebaut und verwendete den MXUB3SES-16G. In meiner Unerfahrenheit habe ich die bereits nach wenigen Wochen auftretenden Probleme nicht zuordnen können, doch jetzt kann ich nach einem halben Jahr Gebrauch sicher sein: Der USB-Stick ist hinüber. Ob ich dann auch einen Montags-Stick erwischt habe, oder die Teile einfach für OMV unbrauchbar sind...keine Ahnung...

Gruß

Michael

Von plimo am 26.08.2016
Registrierter Benutzer

1 Beitrag
Ich habe für mein Selbstbau-NAS diese Lösung angewendet und dafür den MX-ES Ultra 16 GB (MXUB3SESU-16G) verwendet, also nicht den hier getesteten MX-ES (ohne Ultra). Beide Sticks verwenden jedoch SLC-Zellen.

Nach 4 Montaten Verwendung als Systemspeicher für OMV (inkl. Verwendung des FlashMemory Plugins) hat der Stick jetzt allerdings aufgegeben, eine Überprüfung des Sticks liefert nur noch Schreib- und Lesefehler.

Aufgrund der 5 Jahre Garantie war der Tausch kein Problem, mir stellt sich allerdings die Frage, ob es sich um ein Montags-Produkt handelte oder ob auch andere die Erfahrung der nur sehr geringen Lebenserwartung bei den Ultra-Sticks gemacht haben.

Ich freue mich über eure Erfahrungen.

Björn

Von root2 am 07.12.2015
Besucher

Nachdem ich die Frage bezüglich einer RAMDisk gelesen habe:

Wenn OpenMediaVault als System verwendet werden soll, gibt es eine elegante Lösung:
Ein Plugin mit Namen "FlashMemory" (https://github.com/OpenMediaVault-Plugin-Developers/openmediavault-flashmemory)
Es mounted die Pfade mit den meisten "Schreibern" (logs, rrdcache, etc) in RAMDisks, sodass diese nicht mehr auf den Datenträger geschrieben.

Lediglich bei einem Reboot/Shutdown oder per explizitem "sync" Befehl werden Daten auf das Speichermedium geschrieben.

Bei manchen Systemen ist die Reduzierung von Schreibzugriffen enorm: Bei einem meiner OMV Systeme, die auf einem BananaPi laufen, konnte die Menge der geschriebenen Daten von ca. 0.8GB / Tag auf unter 70MB / Tag gesenkt werden.

Gruß

Von beevizz am 16.11.2015
Registrierter Benutzer

4 Beiträge
Ach prima und wieder was gelernt :) Dankeschön!

Von Stefan am 16.11.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@beevizz: Ja, weil bei SSDs MLC (sogar TLC) ausreicht. Die Volumen kannst Du nicht mit einem USB-Stick vergleichen. Für die Samsung 850 EVO mit 120GB garantiert der Hersteller z.B. 75TB Schreibleistung.

Von beevizz am 16.11.2015
Registrierter Benutzer

4 Beiträge
Hm, hatte hier nun eigentlich auch an SLC-Speicher gedacht. Quasi die Grätsche, will mir die SSD ja auch nicht totschreiben... Verzichtest du hier bewusst auf SLC (in deiner Empfehlung an mich)?

Von Stefan am 16.11.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@beevizz: Ja, einfach einen USB 3.0 auf SATA Adapter und dann ne günstige SSD wie die Kingston SS200S3 30GB SSD oder die Transcend SSD370 32GB SSD.

Von beevizz am 16.11.2015
Registrierter Benutzer

4 Beiträge
Die Suche nach dem Stick ärgert mich momentan ein wenig. Die Bestände sind überall sehr gering oder die Sticks entsprechend über-teuer.

Was wäre denn hier die einfachste Alternative? Besonderns, wenn man den SATA-Port behalten will. SSD über Adapter an USB?

Von Stefan am 06.09.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@Buchi: Welches Betriebssystem benutzt Du denn ?

Von Buchi am 04.09.2015
Besucher

Hi,

nach der Installation auf einem USB Stick beim Starten "kernel panic: unable to mount root fs". Hast du eine Idee, was falsch läuft bzw. welche Log Files brauchst du, um helfen zu können? Danke im Voraus.

Gruß
buchi

Von Ingo am 20.08.2015
Besucher

Hallo

Ich habe auch OMV auf einem N40L und seit kurzem als Bootmedium einen USB Stick.
und zwar den Sandisk UltraFit. (32gb - davon 20gb nicht zugewiesen)
inkl. des FlashMemory Plugins
das ganze lief viele Wochen...
nun plötzlich beim booten Fehler...

habe den Stick getestet, einwandfrei unter Linux und Win zu benutzen
keine Fehler auf dem USB Stick

aber bei dem Microserver kommt:
sowas:
usb 1-1: device descriptor read/64, error -110
usb 1-1: device descriptor read/64, error -71
usb 1-1: new high-speed USB device number 3 using ehci-pci
usb 1-1: device descriptor read/64, error -71
usb 1-1: device descriptor read/64, error -71
usb 1-1: new high-speed USB device number 4 using ehci-pci
usb 1-1: device not accepting address 4, error -71
usb 1-1: new high-speed USB device number 5 using ehci-pci
usb 1-1: device not accepting address 5, error -71
usb usb1-port1: unable to enumerate USB device

d.h. schon beim booten hat das Bios Probleme mit dem Stick
der Bootvorgang bleibt bei configuring usb devices hängen
(noch vor dem OS)

nun habe ich den Stick geklont auf einen älteren, kleinen Stick, der bootet einwandfrei

laut div. Foren im Internet, scheint der Fehler aufzutreten, wenn der Stick zuviel ? Strom braucht ?
komisch, er hat ja schon funktioniert
bei anderen Usern geht er gar nicht am HP Server

an meinen Laptop ohne Probleme
Ubuntu zeigt bei usb3 - 890mA
und bei usb2 - 258mA
sollte also klappen
wie gesagt, der Stick funktioniert auch an anderen Rechnern
(es sind also nicht die Flashzellen defekt)

Fazit: also Bootmedium ist der Ultra Fit nicht zu empfehlen, zumindest nicht an einem HP Microserver
(siehe auch einige andere Foren)

nun suche ich noch einen geeigneten USB Stick, ob es unbedingt ein SLC sein muss ?
da wäre ja eine kleine SSD oder m-sata ssd im usb gehäuse günstiger

Von Stefan am 02.06.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@Arnold: Ein 16GB SLC-Stick mit doppelt so vielen Speicherzellen hält theoretisch durch das Wear Leveling doppelt so lange wie ein 8GB Stick, allerdings hält auch ein 8GB SLC Stick mehr als lang genug durch. Ich hatte dies nur auf den aktuellen Marktpreis bezogen.

Eine MLC-SSD kannst Du von der Lebensdauer nicht mit einem MLC-USB Stick vergleichen. Bei SSDs reichen MLC-Speicherzellen aus, diese haben eine lange Lebensdauer.

Von Arnold am 02.06.2015
Besucher

Hallo Stefan,

ich bin ja wissbegierig...
Insofern habe ich dazu nochmal 2 Fragen:

Wieso ist die alternative Empfehlung zum SLC USB-Stick dann eine SSD mit MLC Chips (Intel SSDSA2CT040G310). Das macht für mich irgendwo keinen Sinn...
Oder spielt hier die reine Größe eine Rolle, da die Chips der SSD durch Wear-Leveling "verteilt" beansprucht werden?

Ist das auch eine logische Schlussfolgerung, dass dann ein 16GB SLC USB-Stick rund doppelt so lange "halten" müsste, wie ein 8GB Stick?
Nur dann würde es ja wirklich auf die Preisschwankung ankommen so wie du sagst.
Andernfalls wäre der 8GB Stick eingentlich immer im Vorteil, sobald er auch nur 1 Euro billiger ist, da der restliche Speicher einfach keine Rolle spielt.

Und dann kommt mir gerade noch ein weiterer Gedanke...
Wenn es tatsächlich "nur" auf die Größe bei MLC Speicher ankommt, dann wäre doch z.B. heutzutage ein 64GB USB 3.0 Stick (z.B. SanDisk SDCZ43-064G-G46 Ultra Fit) nochmal deutlich günstiger.

Zudem handelt es sich dabei um einen "Nano-Stick". Diesen könnte man in dem Fall doch auch hinten im Gehäuse einstecken. Dadurch spart man sich den internen Adapter, es sieht optisch nicht störend aus und lässt sich nochmal leichter austauschen (bei Defekt).

Danke für die erneute Aufklärung.

Gruß
Arnold

Von Stefan am 01.06.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@Arnold: Ja, ein 8GB Stick reicht auch. Muss man immer individuell entscheiden weil die Preise so stark schwanken, dass sich manchmal ein 8GB Stick einfach nicht lohnt.

Von Arnold am 01.06.2015
Besucher

Hey zusammen,

ich möchte mir auch nach Eurem Vorbild ein kleines/sparsames NAS zusammenbauen.

OMV soll auch die Wahl des OS sein!

Nun möchte ich alle onboard SATA für Datenplatten "frei" halten und OMV auf einen SLC Stick werfen.
Warum empfehlt ihr aber die 16GB Variante?
Aus meiner Sicht (und momentanen Recherche) reicht doch auch ein 8GB Stick voll und ganz.
Ich würde lieber 2x 8GB Stick kaufen, alles installieren und einrichten und dann auf den 2. Stick clonen (Ausfallsicherheit).

Stimmt ihr mir da zu, oder habe ich als (Anfänger bei dem Thema) irgendwo nen Denkfehler drin?

Danke für die Info.
Arnold

Von Stefan am 04.03.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@Bardo Weil: Nette Idee, übersteigt aber mein Wissen, ich hab im Linux noch keine Ramdisk erstellt.

Von Bardo Weil am 04.03.2015
Besucher

Ich wäre an einer OMV Installation auf einer Ramdisk interessiert, zusammen mit z.B. einem USB Stick. Hier wäre dann ja der Typ des USB Sticks egal.
Ramdisk erstellen beim hochfahren, mit den Daten des Sticks beladen und beim herunterfahren wird die Ramdisk zurück auf den Stick geschrieben. Man könnte das recht intelligent machen und lediglich oft ändernde Ordner auslagern (/var/log, /var/run, /var/lock, /tmp etc.).

Von Stefan am 26.02.2015
Technikaffe.de Team

1884 Beiträge
@Boernie: Dürfte Verbrauchsmässig keinen großen Unterschied machen, eventuell verbraucht der USB-Stick etwas weniger. Der Hauptgrund warum man einen USB-SLC-Stick verwendet ist, das man dadurch keinen SATA-Port belegt.

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Über den Autor
Stefan ist 33 Jahre alt, wohnt bei Hamburg und arbeitet als IT-Administrator in einer japanischen Firma. Stefan ist eines der drei Gründungsmitglieder von Technikaffe und schreibt seit April 2013 rund um die Themen Server, Netzwerk und Programmierung.