HDD- und SSD-Festplatten - Welche Temperatur ist optimal?

Es ist bekannt, dass die Überwachung der Temperatur in EDV-Räumen und Rechenzentren wichtig ist, um die Leistung und Lebensdauer der Server zu optimieren. Kritische Temperaturbedingungen im Rechenzentrum können zu Beschädigungen der Hardware sowie einem Verlust von Daten führen. Deshalb ist gilt der Messung und Überwachung von Umweltfaktoren, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftstrom sowie weiteren wichtigen Bedingungen im Rechenzentrum besonderes Augenmerk. 

Was ist die optimale Betriebstemperatur von HDD- und SSD-Festplattenlaufwerken?

Die meisten Festplattenhersteller geben eine normale Betriebstemperatur zwischen 0 und 60 Grad Celsius (32°F bis 140°F) an. Dies ist jedoch nicht der optimale Temperaturbereich für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb. Wenn Sie die Festplatte längere Zeit bei Temperaturen unter 20 (68°F) oder über 50 Grad Celsius (122°F) betreiben, wird die Lebensdauer der Festplatte beeinträchtigt.

Sollte Ihr Computer in einer Umgebung mit einer minimalen Umgebungstemperatur von weniger als 5°C und/oder einer maximalen Umgebungstemperatur von mehr als 50 Grad Celsius betrieben werden, ist die Verwendung von Enterprise-Festplatten ratsam, da diese einen erweiterten Betriebstemperaturbereich aufweisen. Diese Laufwerke enthalten Komponenten, die für den zuverlässigen Betrieb bei niedrigen und hohen Temperaturen ausgelegt sind. Wenn eine Festplatte zu warm oder zu kalt betrieben wird, kann es zu mechanischen und elektrischen Problemen im Laufwerk kommen (Fehlausrichtung des Kopfes, Kondensation, Festkleben des Kopfes auf der Platte, Probleme mit der Leiterplatte usw.).

Laut einer Google HDD-Studie aus dem Jahr 2007 können übermäßig gekühlte Festplatten sogar häufiger ausfallen als solche, die in einem etwas wärmeren Bereich laufen. Hitze kann die Lebensdauer einer Festplatte ebenfalls verkürzen. In Tests von National Instruments wurde festgestellt, dass ein Temperaturanstieg von nur 5°C (9°F) die Lebensdauer der Hardware um bis zu zwei Jahre verkürzen kann.

Wenn sich die Laufwerke während des Betriebs stark erwärmen, kann es zu Leistungseinbußen kommen. Moderne Festplatten drosseln ihre Lese- und Schreibgeschwindigkeiten, wenn das Laufwerk eine kritische voreingestellte Temperatur erreicht (in der Regel etwa 60°C). Die Leistung sinkt dann sogar bis auf 1 MB/s, bis sich das Laufwerk wieder abkühlen kann. Daher sollte die Temperatur einer Festplatte optimaler Weise während des Betriebs zwischen 20 und 45 Grad Celsius liegen.

Was verursacht hohe Temperaturen bei Festplatten?

• Überdurchschnittlich hohe Arbeitsbelastung der Festplatte (kontinuierliche Lese- und Schreibvorgänge)
• Unzureichende Kühlung des Computergehäuses und der Festplatte (Staub, mangelhafte Lüfter, hohe Umgebungstemperatur, Betrieb der Festplatte in einem engen geschlossenen Raum, Erwärmung der Festplatte durch eine andere heiße Komponente)
• Ausfall der Festplatte (fehlerhafte Sektoren und mechanische Probleme)

Der wichtigste Faktor, um Ihre Laufwerke in dieser thermischen Hülle zu halten, ist die Regulierung der Umgebungstemperatur durch eine Klimaanlage. Sie müssen sicherstellen, dass die Temperatur in Ihrem Rechenzentrum innerhalb sicherer Grenzen liegt, da nicht nur Festplatten Wärme erzeugen, sondern auch andere Hardware (wie CPUs, RAM usw.).

Weiterhin sollte für einen guten Luftstrom um das Laufwerk herum gesorgt werden. Vergleichen Sie die eigenen Temperatursensoren des Laufwerks mit den Messwerten externer Sensoren (außerhalb des Servergehäuses). Wenn es große Unterschiede gibt, müssen Sie die Lüfter des Gehäuses verbessern.

Server müssen große Mengen an warmer Luft schnellstmöglich abführen, damit Festplatten und andere Hardwarekomponenten bei optimalen Temperaturen arbeiten können. Wenn die Wärme im Raum schnell ansteigt, können die Server und ihre Festplatten nicht mehr innerhalb der empfohlenen Temperaturbereiche arbeiten und werden langsamer, was zu Leistungsproblemen und möglichen Hardwareausfällen führt.

Lösungen für die Überwachung der Festplatten-Temperatur

Es gibt mehrere gute Lösungen für die Überwachung Ihres Rechenzentrums. Ob Sie einige Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren für Ihren EDV-Raum benötigen oder eine Überwachungslösung für mehrere Schränke einführen möchten, wir bieten Ihnen eine maßgeschneiderte Lösung für die Überwachung Ihres Rechenzentrums mit Sensoren und passenden Überwachungsgeräten. AirFlow-Sensoren kontrollieren, ob der Luftstrom optimal ist. Druckdifferenzsensoren überprüfen das korrekte Luftdruckgefälle zwischen heißen und kalten Gängen. Zutrittskontrollsysteme sichern Ihre IT-Infrastruktur. Didactum bietet sowohl traditionelle kabelgebundene als auch drahtlose Lösungen zur Überwachung von Rechenzentren an.

Lagertemperaturen von Langzeitdatenspeichern

Wenn eine HDD-Festplatte als Langzeitdatenspeicher verwendet wird, schneidet sie normalerweise besser ab als SSD-Laufwerke (wie wir im Abschnitt über SSDs untersuchen werden). Im ausgeschalteten Zustand kann eine HDD-Festplatte gut und sicher bei Temperaturen zwischen -40 und 70 Grad Celsius gelagert werden. Dies ist jedoch je nach Modell unterschiedlich. Western Digital empfiehlt, dass die Lagertemperatur einer Standard-Festplatte zwischen 12 und 33°C liegen sollte. Außerdem sollten Sie einen guten Lagerort wählen, der nicht zu feucht ist oder sich in direktem Sonnenlicht befindet.

Nachdem Sie eine Festplatte bei einer höheren oder niedrigeren Temperatur gelagert haben, sollten Sie dieser vor der Nutzung genügend Zeit geben (mindestens 2 bis 3 Stunden, bei größeren Unterschieden auch länger), um sich auf Raumtemperatur zu erwärmen. Falls die Umgebungstemperatur des Laufwerks nicht stark schwankt (höher oder niedriger als 15 - 20°C), wird es als Magnetspeicher Ihre Daten höchstwahrscheinlich auch noch viele Jahre später, während es nicht genutzt wurde wurde, sicher und lesbar erhalten.

Abgesehen von guten Umgebungsbedingungen des Laufwerks müssen Sie sich keine Gedanken über die Datenspeicherung auf einer Festplatte machen. Es handelt sich um einen permanenten Magnetspeicher, der nicht eingeschaltet sein muss, um die gespeicherten Daten zu aktualisieren. Daher ist es immer noch empfehlenswert, HDD-Festplatten für die externe Datenspeicherung Ihrer Backups zu verwenden. Sie sind für diese Anwendung immer noch kostengünstiger und zuverlässiger.

SSDs (Solid State Flash Memory-Speicher)

SSD-Arbeitstemperaturen

Auch Solid-State-Laufwerke können im Betrieb sehr warm werden, obwohl sie über keine beweglichen Teile verfügen und weniger Strom verbrauchen. Im Allgemeinen werden sie sogar um etwa 10 Grad Celsius wärmer als durchschnittliche Festplatten. Die meisten auf dem Markt befindlichen SSDs sind für einen Temperaturbereich von 0 bis 70°C (32°F bis 158°F) ausgelegt.

M2-SSDs und PCI-E-SSDs können diese thermische Grenze aufgrund ihrer freiliegenden Speicher- und Controller-Chips, die mit hoher Bandbreite und Geschwindigkeit arbeiten, schneller erreichen. Daher wird empfohlen, bei diesen SSD-Typen einen Kühlkörper zu verwenden und für eine gute Belüftung des Computergehäuses zu sorgen.

Fallstudien von Facebook und Digitaltrends haben ergeben, dass der Flash-Speicher im Laufwerk umso schneller verschleißen wird, je heißer die SSD arbeitet. Dies ist vor allem ein Problem für Rechenzentren, in denen diese Laufwerke rund um die Uhr laufen müssen. Aus Gründen der Zuverlässigkeit wird daher empfohlen, den Betriebstemperaturbereich der SSD zwischen 30 und 50 Grad Celsius (86°F bis 122°F) zu halten.

Während des normalen Betriebs (Lese- und Schreibvorgänge) kann die Temperatur der SSD für kürzere Zeiträume normalerweise um 5 - 20°C im Vergleich zur Leerlauftemperatur ansteigen. Bei starker Belastung ist es jedoch normal, dass die Temperatur für kurze Zeit sogar noch stärker ansteigt.

Genau wie moderne HDD-Festplatten verfügen die meisten SSDs über eine thermische Drosselung als Sicherheitsfunktion, wenn ein Laufwerk zu warm wird. Je mehr sich das Laufwerk dem von den meisten Herstellern festgelegten Grenzwert von 70 Grad Celsius (158°F) nähert, desto wahrscheinlicher ist es, dass es beginnt, sich selbst zu verlangsamen, um einen Ausfall zu verhindern. Die SSD verlangsamt sich drastisch, bis die Temperaturen wieder in einen vernünftigen Bereich zurückkehren (etwa 50°C oder 122°F).

Was verursacht hohe SSD-Temperaturen?

• Überdurchschnittlich hohe Arbeitslast der SSD (kontinuierliche Lese- und Schreibvorgänge)
• Unzureichende Kühlung des Computergehäuses und des Laufwerks (Staub, fehlende Lüfter, hohe Umgebungstemperatur, Betrieb des Laufwerks in einem engen, geschlossenen Raum, das Laufwerk wird durch eine andere heiße Komponente erhitzt)
• Probleme mit der SSD-Controller-Firmware oder der Hauptplatine des Computers in Bezug auf Leistung und Energiesparfunktionen - es empfiehlt sich, die Firmware Ihrer SSD häufiger zu aktualisieren
• Fehlerhaftes Laufwerk (defekte Blöcke und elektrische Probleme)

Die allgemeinen Empfehlungen, um SSDs im optimalen Temperaturbereich zu halten, sind die gleichen wie bei HDD-Festplatten: Halten Sie die Umgebungstemperatur reguliert und sorgen Sie für einen guten Luftstrom für das Laufwerk.

Überwachungslösungen für Rechenzentren können Ihnen helfen, HDD- und SSD-Festplatten sowie weitere Komponenten zu überwachen.

Langfristige Lagertemperaturen

Im Gegensatz zu HDD-Festplatten ist es bei SSDs wichtiger, große Unterschiede zwischen den Betriebstemperaturen und den Lagertemperaturen zu vermeiden, wenn das Laufwerk eine Zeit lang (mehrere Monate oder länger) ausgeschaltet ist.

Die Speicherung von Flash-Daten hängt von der Fähigkeit ab, den in jeder Flash-Zelle gespeicherten Ladezustand zu bestimmen. Mit der Zeit nimmt diese Ladung ab und muss aufgefrischt werden, da sonst die in der Flash-Zelle gespeicherten Daten verloren gehen. Wenn der Flash-Speicher mit Strom versorgt wird (normaler Betrieb), werden die Zellen in regelmäßigen Abständen aufgefrischt, um die verlorene Ladung wiederherzustellen.

Wenn der Flash-Speicher jedoch nicht mit Strom versorgt wird, werden die Zellen nicht aufgefrischt und die Ladung nimmt mit der Zeit ab. Die Geschwindigkeit des Ladungsverlusts (Detrapping) bzw. der Datenerhaltung hängt von der Speichertemperatur ab: Sie wird bei höheren Temperaturen beschleunigt und bei niedrigeren Umgebungstemperaturen verlangsamt.

Wenn zum Beispiel die aktive Temperatur eines Laufwerks nur 25 - 30 Grad Celsius (77 - 86°F) und die ausgeschaltete Temperatur 55 Grad Celsius (131°F) beträgt, kann die Datenerhaltung bis zu einer Woche betragen! Dies ist jedoch im Allgemeinen kein Problem, da die Lagertemperatur niedriger ist als die aktive Temperatur des Laufwerks. Im Allgemeinen sollten Sie sich keine Sorgen über die Lagertemperaturen von SSDs machen, solange sie nicht über 40 Grad Celsius liegen

Es gibt mehrere Bedingungen, die erfüllt sein müssen, wenn ein SSD-Hersteller die Lebensdauer seiner Laufwerke bestimmt:

• Das Laufwerk muss seine Kapazität beibehalten, d. h., es darf nicht so viele Blöcke zurückziehen, dass die Nutzerkapazität abnimmt.
• Das Laufwerk muss die geforderte UBER-Spezifikation (Anzahl der Datenfehler pro Anzahl der gelesenen Bits) erfüllen und innerhalb der Anforderungen für Funktionsausfälle liegen.
• Das Laufwerk muss Daten für eine bestimmte Zeit ohne Stromzufuhr speichern, um die JEDEC-Spezifikation zu erfüllen.
• Nach der Abnutzung müssen Client-SSDs in der Lage sein, Daten ein Jahr lang bei 30 Grad Celsius (86°F) zu erhalten oder für Unternehmens-SSDs 3 Monate bei 40 Grad Celsius (104°F), was beides über der typischen Raumtemperatur liegt.

Diese Ausdauerbedingungen werden für ein Laufwerk beschrieben, das bereits seine maximale Anzahl an Schreibvorgängen erreicht hat (abgenutzt ist), d. h. wenn ein Laufwerk für 100 TB ausgelegt ist, muss es diese Spezifikationen nach 100 TB an Schreibvorgängen erfüllen.

Wenn das Laufwerk noch nicht abgenutzt ist (seine maximale Schreibkapazität noch nicht erreicht hat), ist die Datenerhaltungskapazität viel besser: Bei neuen Laufwerken ist sie wesentlich höher, typischerweise über zehn Jahre bei MLC NAND-basierten SSDs.