Szilárdtest meghajtó - Solid-state drive

Szilárdtest meghajtó
Super Talent 2.5 hüvelykes SATA SSD SAM64GM25S.jpg
2,5 hüvelykes soros ATA szilárdtestalapú meghajtó
A flash memória használata
Bevezette: SanDisk
Bemutatkozás dátuma: 1991 ; 30 évvel ezelőtt ( 1991 )
Kapacitás: 20 MB (2,5 hüvelykes formátum)
Eredeti koncepció
Által: Storage Technology Corporation
Fogant: 1978 ; 43 évvel ezelőtt ( 1978 )
Kapacitás: 45 MB
2019 -től
Kapacitás: Akár 250 GB - 100 TB 
Egy mSATA SSD külső burkolat
512 GB Samsung 960 PRO NVMe M.2 SSD
Egy mSATA SSD, amelynek címkéje eltávolítva a lapkakészlet és a NAND megjelenítéséhez.

A szilárdtestalapú meghajtó ( SSD ) egy szilárdtestalapú tárolóeszköz , amely integrált áramköri szerelvényeket használ az adatok tartós , általában flash memóriát használó tárolására , és másodlagos tárolóként működik a számítógép tárolási hierarchiájában . Néha szilárdtest-eszköznek vagy szilárdtest-lemeznek is nevezik , annak ellenére, hogy az SSD-k nem rendelkeznek a merevlemez-meghajtókban (HDD-k) és a hajlékonylemezekben használt fizikai forgó lemezekkel és mozgatható olvasó- írófejekkel .

Az elektromechanikus meghajtókhoz képest az SSD -k jellemzően jobban ellenállnak a fizikai ütéseknek, csendben futnak, gyorsabb hozzáférési idővel és alacsonyabb késleltetéssel rendelkeznek . Az SSD -k félvezető cellákban tárolják az adatokat . 2019 -től a cellák 1 és 4 bit közötti adatot tartalmazhatnak. Az SSD-tárolóeszközök tulajdonságai az egyes cellákban tárolt bitek számától függően változnak, az egybites cellák ("Single Level Cells" vagy "SLC") általában a legmegbízhatóbb, legtartósabb, leggyorsabb és legdrágább típus. 2 és 3 bites cellák ("Multi-Level Cells/MLC" és "Triple-Level Cells/TLC"), és végül négybites cellák ("QLC") olyan extrém tulajdonságokat nem igénylő fogyasztói eszközökhöz és ezek a legolcsóbbak négy gigabájtonként . Ezenkívül a 3D XPoint memória (amelyet az Intel Optane márkanév alatt értékesít ) tárolja az adatokat a cellák elektromos ellenállásának megváltoztatásával, ahelyett, hogy a cellákban lévő elektromos töltéseket tárolná, és a RAM -ból készült SSD -k nagy sebességgel használhatók, amikor az adatok megmaradnak a tápellátás után nincs szükség veszteségre, vagy akkumulátor -energiát használhat az adatok megőrzésére, ha a szokásos áramforrás nem érhető el. A hibrid meghajtók vagy szilárdtestalapú hibrid meghajtók (SSHD-k), például az Apple Fusion Drive , egyesítik az SSD-k és HDD-k funkcióit ugyanabban az egységben, flash memóriát és HDD-t használva, hogy javítsák a gyakran hozzáférhető adatok teljesítményét. A Bcache lehetővé teszi hasonló hatás elérését pusztán szoftverben, dedikált rendszeres SSD -k és HDD -k kombinációinak használatával.

A NAND Flash alapú SSD -k lassan szivárognak, ha hosszabb ideig áram nélkül hagyják őket. Ez azt eredményezi, hogy az elhasználódott meghajtók (amelyek meghaladták a tartóssági besorolást) jellemzően egy év elteltével (30 ° C-on tárolva) két évig (25 ° C-on) kezdenek el adatvesztést; az új meghajtók esetében hosszabb ideig tart. Ezért az SSD -k nem alkalmasak archív tárolásra . A 3D XPoint lehetséges kivétel ez alól a szabály alól; ez egy viszonylag új technológia, ismeretlen hosszú távú adatmegőrzési jellemzőkkel.

Az SSD -k használhatnak hagyományos HDD interfészeket és űrlapfaktorokat, vagy újabb interfészeket és formatervezési tényezőket, amelyek kihasználják az SSD -k flash memóriájának sajátos előnyeit. A hagyományos interfészek (pl. SATA és SAS ) és a szabványos merevlemez-formátumok lehetővé teszik, hogy az ilyen SSD-ket a számítógépek és más eszközök merevlemez-meghajtóinak cseréjeként használják. Az újabb formatervezési tényezők, mint például az mSATA , M.2 , U.2 , NF1, XFMEXPRESS és EDSFF (korábban Ruler SSD néven ismertek ), valamint a nagyobb sebességű interfészek, például az NVM Express (NVMe) a PCI Express (PCIe) felett tovább növelhetik a teljesítményt a HDD -hez képest teljesítmény.

Az SSD -k korlátozott számú élettartamú írással rendelkeznek, és a teljes tárolókapacitásuk elérésekor le is lassulnak.

Fejlődés és történelem

Korai SSD -k RAM -mal és hasonló technológiával

Egy korai-ha nem az első-félvezető tárolóeszköz kompatibilis merevlemez interfész (pl egy SSD meghatározott) volt az 1978-as StorageTek STC 4305. Az STC 4305, egy plug-kompatibilis csere az IBM 2305 rögzített fej lemezmeghajtó, kezdetben használt CCD-k (CCD) tárolásra és következésképpen jelentették, hogy hétszer gyorsabb, mint az IBM termék körülbelül fele áron ($ 400,000 45 MB kapacitású) később áttért a DRAM . A StorageTek SSD előtt sok DRAM és mag (pl. DATARAM BULK Core, 1976) terméket értékesítettek a HDD -k alternatívájaként, de ezek a termékek jellemzően memória interfészekkel rendelkeztek, és nem a meghatározott SSD -k.

A 80-as évek végén a Zitel DRAM-alapú SSD-termékcsaládot kínált, "RAMDisk" márkanéven, többek között az UNIVAC és a Perkin-Elmer rendszerein való használatra.

Flash-alapú SSD-k

SSD evolúció
Paraméter Kezdve Fejlesztve Javulás
Kapacitás 20 MB (Sandisk, 1991) 100 TB (Enterprise Nimbus Data DC100, 2018)
(2020 -tól 8 TB áll rendelkezésre a fogyasztók számára)
5 millió az egyhez
(400 000 az egyhez)
Szekvenciális olvasási sebesség 49,3 MB/s (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 15 GB/s (Gigabyte bemutató, 2019)
(2020 -tól akár 6,795 GB/s a fogyasztók számára)
304,25 az egyhez (138 az egyhez)
Szekvenciális írási sebesség 80 MB/s (Samsung vállalati SSD, 2008) 15.200 GB/s (Gigabyte bemutató, 2019)
(2020 -tól akár 4,397 GB/s áll a fogyasztók rendelkezésére)
190 az egyhez (55 az egyhez)
IOPS 79 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 2 500 000 (Enterprise Micron X100, 2019)
(2020 -tól akár 736 270 olvasási IOPS és 702 210 írási IOPS áll a fogyasztók rendelkezésére)
31.645.56-to-one (Fogyasztó: olvassa el az IOPS-t: 9 319,87-et, írjon IOPS-t: 8 888,73-to-one)
Hozzáférési idő (ezredmásodpercben, ms) 0,5 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 0,045 olvasás, 0,013 írás (legalacsonyabb értékek, WD Black SN850 1TB, 2020) Olvasás: 11: 1, Írás: 38: 1
Ár 50 000 USD gigabájtonként (Sandisk, 1991) 0,10 USD gigabájtonként (Crucial MX500, 2020 július) 555 555-egyhez

A flash alapú SSD-k alapját, a flash memóriát Fujio Masuoka találta fel a Toshiba- ban 1980-ban, és a Toshiba értékesítette 1987-ben. A SanDisk Corporation (akkor SanDisk) alapítói, Eli Harari és Sanjay Mehrotra Robert D. Normannal együtt látták a potenciált a flash memória helyett a meglévő merevlemezek alternatívájaként, és 1989-ben szabadalmat nyújtott be egy flash-alapú SSD-re. Az első kereskedelmi forgalomban kapható flash-alapú SSD-t 1991-ben szállította a SanDisk. Ez egy 20 MB-os SSD volt PCMCIA konfigurációban, és OEM -t értékesített körülbelül 1000 dollárért, és az IBM használta ThinkPad laptopban. 1998 -ban a SanDisk 2½ és 3½ formátumú SSD -ket mutatott be PATA interfésszel.

1995 -ben a STEC, Inc. belépett a fogyasztói elektronikai eszközök flash memória üzletágába.

1995-ben az M-Systems bemutatta a flash alapú szilárdtestalapú meghajtókat HDD-helyettesítőként a katonai és repülőgépipar számára, valamint más, kritikus fontosságú alkalmazásokhoz. Ezek az alkalmazások megkövetelik az SSD képességét, hogy ellenálljon az extrém ütéseknek, rezgéseknek és hőmérsékleti tartományoknak.

1999-ben a BiTMICRO számos bevezetést és bejelentést tett a flash alapú SSD-kről, köztük egy 18  GB - os 3,5 hüvelykes SSD-ről. 2007-ben a Fusion-io bejelentett egy PCIe-alapú szilárdtestalapú meghajtót, amely 100 000  bemeneti/kimeneti műveletet tesz lehetővé másodpercenként (IOPS) egyetlen kártyán, kapacitása akár 320 GB.

A Cebit 2009 -en az OCZ Technology bemutatott egy 1  TB -os flash SSD -t PCI Express × 8 interfész segítségével. A maximális írási sebesség 0,654 gigabájt másodpercenként ( GB/s ), a maximális olvasási sebesség pedig 0,712 GB/s volt. 2009 decemberében a Micron Technology bejelentett egy SSD -t, amely 6 gigabit /s ( Gbit/s ) SATA interfészt használ  .

2016-ban a Seagate 10 GB/s szekvenciális olvasási és írási sebességet mutatott be egy 16 sávos PCIe 3.0 SSD-ről, és bemutatott egy 60 TB-os SSD-t is 3,5 hüvelykes formátumban. A Samsung piacra dobott egy 15,36 TB-os SSD-t is, amelynek ára 10 000 amerikai dollár, SAS interfész használatával, 2,5 hüvelykes formátumot használva, de 3,5 hüvelykes meghajtók vastagságával. Ez volt az első alkalom, hogy egy kereskedelmi forgalomban kapható SSD -nek nagyobb kapacitása volt, mint a jelenleg elérhető legnagyobb HDD -nek.

2018-ban a Samsung és a Toshiba is piacra dobta a 30,72 TB-os SSD-ket, amelyek ugyanazt a 2,5 hüvelykes formátumot használták, de 3,5 hüvelykes meghajtóvastagsággal, SAS interfészt használva. A Nimbus Data bejelentette, és állítólag 100 TB -os meghajtókat szállított SATA interfész segítségével, a kapacitású merevlemezek várhatóan csak 2025 -ben érik el. A Samsung bemutatott egy 3,5 GB/s olvasási és 3,3 GB/s írási sebességű M.2 NVMe SSD -t. A 100 TB -os SSD új verziója 2020 -ban jelent meg 40 000 USD áron, az 50 TB -os verzió pedig 12 500 USD -ba került.

2019-ben a Gigabyte Technology bemutatott egy 8 TB-os 16 sávos PCIe 4.0 SSD-t 15,0 GB/s soros olvasással és 15,2 GB/s soros írási sebességgel a Computex 2019-en. Ventilátort is tartalmazott , mivel az új, nagy sebességű SSD-k magas hőmérsékleten futnak. Szintén 2019 -ben dobták piacra a PCIe 4.0 interfészt használó NVMe M.2 SSD -ket. Ezek az SSD -k akár 5,0 GB/s olvasási sebességgel és 4,4 GB/s írási sebességgel rendelkeznek. Nagy sebességű működésük miatt ezek az SSD -k nagy hűtőbordákat használnak, és ha nem kapnak elegendő hűtőlevegő -áramlást, akkor általában nagyjából 15 perc folyamatos működés után hőmérséklettel lenyomják a gázt. A Samsung bemutatta az SSD -ket is, amelyek képesek 8 GB/s szekvenciális olvasási és írási sebességre és 1,5 millió IOPS -re, amelyek képesek az adatokat a sérült chipekről a sértetlen chipekre áthelyezni, hogy az SSD továbbra is normálisan működhessen, bár kisebb kapacitással.

Vállalati flash meghajtók

Az Intel DC S3700 sorozat 2,5 hüvelykes 100 GB-os SATA 3.0 (6 Gbit/s) modelljének felül és alulnézete

A vállalati flash meghajtókat ( EFD ) olyan alkalmazásokhoz tervezték, amelyek nagy I/O teljesítményt ( IOPS ), megbízhatóságot, energiahatékonyságot és újabban következetes teljesítményt igényelnek . A legtöbb esetben az EFD magasabb specifikációjú SSD, összehasonlítva az SSD -kkel, amelyeket tipikusan notebook számítógépeken használnak. A kifejezést az EMC használta először 2008 januárjában, hogy segítsen azonosítani azokat az SSD -gyártókat, akik ezeknek a magasabb szabványoknak megfelelő termékeket nyújtanak. Nincsenek szabványügyi testületek, amelyek ellenőrzik az EFD -k meghatározását, így bármely SSD -gyártó állíthatja, hogy EFD -ket gyárt, bár valójában a termék valójában nem felel meg semmilyen különleges követelménynek.

Példa erre a 2012 negyedik negyedévében bemutatott Intel DC S3700 meghajtó sorozat, amely a következetes teljesítmény elérésére összpontosít, amely terület korábban nem kapott nagy figyelmet, de az Intel szerint fontos volt a vállalati piac számára. Az Intel különösen azt állítja, hogy egyensúlyi állapotban az S3700 -as meghajtók nem változtatnák meg 10-15% -nál nagyobb mértékben az IOPS -t, és hogy a 4 KB -os véletlenszerű I/O -k 99,9% -át 500 µs -nál rövidebb ideig kiszolgálják.

Egy másik példa a 2016-ban bejelentett Toshiba PX02SS vállalati SSD sorozat, amelyet olyan szerver- és tárolóplatformokra való használatra optimalizáltak, amelyek nagy tartósságot igényelnek az írást igénylő alkalmazásoktól, mint például az írás gyorsítótárazás, az I/O gyorsítás és az online tranzakciófeldolgozás (OLTP). A PX02SS sorozat 12 Gbit/s SAS interfészt használ, amely MLC NAND flash memóriával rendelkezik, és akár 42 000 IOPS véletlenszerű írási sebességet, akár 130 000 IOPS véletlenszerű olvasási sebességet és napi 30 meghajtó írási állóképességet (DWPD) ér el.

A 3D XPoint alapú SSD-k nagyobb véletlenszerű (magasabb IOPS), de alacsonyabb szekvenciális olvasási/írási sebességgel rendelkeznek, mint NAND-flash társaik. Akár 2,5 millió IOPS is lehet.

Más tartós memóriatechnológiákat használ

2017 -ben megjelentek az első 3D XPoint memóriával rendelkező termékek az Intel Optane márkanév alatt. A 3D Xpoint teljesen különbözik a NAND flash -től, és különböző elvek alapján tárolja az adatokat.

Építészet és funkció

Az SSD kulcskomponensei a vezérlő és a memória az adatok tárolására. Az SSD elsődleges memóriakomponense hagyományosan a DRAM illékony memória volt , de 2009 óta gyakrabban NAND flash nem felejtő memória .

Vezérlő

Minden SSD tartalmaz egy vezérlőt , amely magában foglalja az elektronika, hogy áthidalja a NAND memória komponensek a fogadó számítógép . A vezérlő egy beágyazott processzor, amely firmware szintű kódot hajt végre, és az SSD teljesítményének egyik legfontosabb tényezője. A vezérlő néhány funkciója a következő:

Az SSD teljesítménye mérhető a készüléken használt párhuzamos NAND flash chipek számával. Egyetlen NAND chip viszonylag lassú a keskeny (8/16 bites) aszinkron I/O interfész és az alapvető I/O műveletek további magas késleltetése miatt (az SLC NAND -ra jellemző, ~ 25  μs a 4  KiB -os oldal letöltéséhez a tömb az I/O pufferhez olvasáskor, ~ 250 μs, hogy egy 4 KiB -os oldalt az IO pufferből a tömbhöz írjon, ~ 2 ms a 256 KiB blokk törléséhez). Ha több NAND eszköz működik párhuzamosan az SSD -n belül, akkor a sávszélesség skálája és a magas késleltetések elrejthetők, amíg elegendő függőben lévő művelet van folyamatban, és a terhelés egyenletesen oszlik el az eszközök között.

Micron és az Intel kezdetben elért gyorsabb SSD-végrehajtási adatok csíkozás (hasonló RAID 0 ), és interleavelését építészetükben. Ez lehetővé tette 250 MB/s tényleges olvasási/írási sebességű SSD-k létrehozását a SATA 3 Gbit/s interfésszel 2009-ben. Két évvel később a SandForce továbbra is kihasználta ezt a párhuzamos flash kapcsolatot, és kiadta a fogyasztói minőségű SATA 6 Gbit/s SSD-t vezérlők, amelyek 500 MB/s olvasási/írási sebességet támogattak. A SandForce vezérlők tömörítik az adatokat, mielőtt elküldik a flash memóriába. Ez a folyamat kevesebb írást és nagyobb logikai átvitelt eredményezhet, az adatok tömöríthetőségétől függően.

Viselet kiegyenlítése

Ha egy adott blokkot többször programozunk és törlünk anélkül, hogy bármilyen más blokkba írnánk, az a blokk az összes többi blokk előtt elkopik - ezáltal idő előtt véget ér az SSD élettartama. Emiatt az SSD vezérlők kopáskiegyenlítésnek nevezett technikát használnak, hogy az írásokat a lehető legegyenletesebben osszák szét az SSD összes flash blokkján.

Egy tökéletes forgatókönyv szerint ez lehetővé tenné, hogy minden blokkot a lehető legnagyobb élettartamra írjunk, így mindegyik egyszerre meghibásodik. Az írások egyenletes elosztásának folyamata megköveteli a korábban írt és nem változó (hideg adatok) adatok áthelyezését, így a gyakrabban változó adatokat (forró adatok) be lehet írni ezekbe a blokkokba. Az adatok áthelyezése növeli az íráserősítést és növeli a flash memória kopását. A tervezők mindkettőt minimalizálni kívánják.

memória

Flashmemória

Az architektúrák összehasonlítása
Összehasonlítási jellemzők MLC  : SLC NAND  : NOR
Perzisztencia arány 1: 10 1: 10
Szekvenciális írási arány 1: 3 1: 4
Szekvenciális olvasási arány 1: 1 1: 5
Ár arány 1: 1.3 1: 0,7

A legtöbb SSD-gyártó nem felejtő NAND flash memóriát használ az SSD-k gyártásában, mivel alacsonyabb költséggel rendelkezik a DRAM- hoz képest, és képes megőrizni az adatokat állandó áramellátás nélkül, biztosítva az adatok tartósságát hirtelen áramkimaradások esetén. A flash memória SSD -k kezdetben lassabbak voltak, mint a DRAM -megoldások, és néhány korai kialakítás még a HDD -knél is lassabb volt a folyamatos használat után. Ezt a problémát a 2009 -ben és később megjelent vezérlők oldották meg.

A flash-alapú SSD-k fém-oxid-félvezető (MOS) integrált áramköri chipekben tárolják az adatokat, amelyek nem felejtő lebegőkapu memóriacellákat tartalmaznak . Flash memória-alapú megoldások jellemzően csomagolva szabványos lemezmeghajtó formában tényezők (1.8-, 2,5-, és 3,5-es), hanem kisebb kompaktabb formában tényezők, mint például a M.2 forma tényező, tette lehetővé a kis a flash memória mérete.

Az alacsonyabb árú meghajtók általában négyszintű cellát (QLC), hármasszintű cellát (TLC) vagy többszintű cellát (MLC) használnak, ami lassabb és kevésbé megbízható, mint az egyszintű cella (SLC). Ezt mérsékelheti vagy akár meg is fordíthatja az SSD belső tervezési struktúrája, például az átlapolás, az írási algoritmusok megváltoztatása és a nagyobb túlterhelés (többletkapacitás), amellyel a kopáskiegyenlítő algoritmusok működhetnek.

Bevezetésre kerültek a V-NAND technológiára épülő szilárdtestalapú meghajtók, amelyekben a cellák rétegei függőlegesen helyezkednek el.


DRAM

Az illékony memórián alapuló SSD -ket, például a DRAM -ot, nagyon gyors adatelérés jellemzi, általában kevesebb, mint 10  mikroszekundum , és elsősorban olyan alkalmazások felgyorsítására szolgálnak, amelyeket egyébként a flash SSD -k vagy a hagyományos HDD -k késése tartana vissza .

A DRAM-alapú SSD-k általában vagy belső akkumulátort, vagy külső AC/DC adaptert és tartalék tárolórendszereket tartalmaznak, hogy biztosítsák az adatok állandóságát, miközben a meghajtó külső forrásból nem kap áramot. Ha az áramellátás kiesik, az akkumulátor energiát ad, miközben az összes információt a véletlen hozzáférésű memóriából (RAM) másolja a tartalék tárolóba. Amikor az áramellátás helyreáll, az adatokat a biztonsági mentésből visszamásolja a RAM-ba, és az SSD folytatja a normál működést (hasonlóan a modern operációs rendszerekben használt hibernált funkcióhoz).

Az ilyen típusú SSD -ket általában a hagyományos PC -kben és szerverekben használt azonos típusú DRAM -modulokkal szerelik fel, amelyek kicserélhetők és nagyobb modulokkal helyettesíthetők. Mint például az i-RAM , a HyperOs HyperDrive , a DDRdrive X1 stb. Egyes DRAM SSD-k gyártói a DRAM-chipeket közvetlenül a meghajtóhoz forrasztják, és nem kívánják kicserélni a chipeket-például ZeusRAM, Aeon Drive stb.

A távoli, közvetett memória-hozzáférési lemez (RIndMA Disk) egy másodlagos számítógépet használ, amely gyors hálózati vagy (közvetlen) Infiniband kapcsolattal működik, mint egy RAM-alapú SSD, de az új, gyorsabb, flash memórián alapuló SSD-k már elérhetők 2009 -ben ezt a lehetőséget nem teszik költséghatékonynak.

Míg a DRAM ára tovább csökken, a Flash memória ára még gyorsabban csökken. A "Flash olcsóbb lesz, mint a DRAM" keresztezési pont 2004 körül történt.

3D XPoint

2015-ben az Intel és a Micron bejelentette a 3D XPoint új, nem felejtő memóriatechnológiát . Az Intel 2017 márciusában adta ki az első 3D XPoint-alapú meghajtót (Intel® Optane ™ SSD néven), kezdve az adatközpont termékével, az Intel® Optane ™ SSD DC P4800X sorozatgal, majd a kliens verzióval, az Intel® Optane ™ SSD 900P-vel Mindkét termék gyorsabban és nagyobb tartóssággal működik, mint a NAND-alapú SSD-k, míg a területi sűrűség 128 gigabites chipenként összehasonlítható. A bitenkénti árért a 3D XPoint drágább, mint a NAND, de olcsóbb, mint a DRAM.

Egyéb

Egyes SSD -k , az úgynevezett NVDIMM vagy Hyper DIMM eszközök, mind DRAM -ot , mind flash memóriát használnak. Amikor lemerül az áram, az SSD minden adatot lemásol a DRAM -ról villogni; amikor az áramellátás visszaáll, az SSD a flash -ről a DRAM -ra másolja az összes adatot. Kissé hasonló módon egyes SSD -k olyan formai tényezőket és buszokat használnak, amelyeket valójában a DIMM -modulokhoz terveztek, miközben csak flash memóriát használnak, és DRAM -nak tűnnek. Az ilyen SSD -ket általában ULLtraDIMM eszközöknek nevezik .

A hibrid meghajtók vagy szilárdtestalapú hibrid meghajtók (SSHD) néven ismert meghajtók forgó lemezek és flash memória hibridjét használják. Egyes SSD-k mágneses rezisztens véletlen hozzáférésű memóriát (MRAM) használnak az adatok tárolására.

Gyorsítótár vagy puffer

A flash alapú SSD általában kis mennyiségű DRAM-ot használ illékony gyorsítótárként, hasonlóan a merevlemez-meghajtók puffereihez . A blokk elhelyezésére és a kopás kiegyenlítésére vonatkozó adatok könyvtára szintén a gyorsítótárban van, miközben a meghajtó működik. Az egyik SSD vezérlőgyártó, a SandForce nem használ külső DRAM gyorsítótárat a tervezéshez, de továbbra is nagy teljesítményt ér el. A külső DRAM ilyen megszüntetése csökkenti az energiafogyasztást és lehetővé teszi az SSD -k további méretének csökkentését.

Akkumulátor vagy szuperkondenzátor

A nagyobb teljesítményű SSD-k másik összetevője egy kondenzátor vagy valamilyen akkumulátor, amelyek az adatok integritásának megőrzéséhez szükségesek, így a gyorsítótárban lévő adatok a meghajtóhoz öblíthetők áramkimaradás esetén; egyesek akár elég hosszú ideig is tarthatják az áramot ahhoz, hogy az adatokat a gyorsítótárban tartsák, amíg az áramot újra be nem kapcsolják. Az MLC flash memória esetében az alsó oldal sérülésének nevezett probléma léphet fel, amikor az MLC flash memória elveszíti energiáját egy felső oldal programozása közben. Ennek eredményeként a korábban írt és biztonságosnak vélt adatok megsérülhetnek, ha hirtelen áramkimaradás esetén a memóriát nem támogatja egy szuperkondenzátor. Ez a probléma nem létezik SLC flash memóriával.

A legtöbb fogyasztói osztályú SSD nem rendelkezik beépített akkumulátorral vagy kondenzátorral; a kivételek közé tartozik a Crucial M500 és MX100 sorozat, az Intel 320 sorozat, valamint a drágább Intel 710 és 730 sorozat. A vállalati szintű SSD-k, például az Intel DC S3700 sorozat, általában beépített akkumulátorokkal vagy kondenzátorokkal rendelkeznek.

Host felület

SSD, 1,2 TB MLC NAND, PCI Express -t használó gazdainterfészként

A gazda interfész fizikailag egy csatlakozó, amelynek jelzéseit az SSD vezérlője kezeli . Ez leggyakrabban a HDD -k egyik interfésze. Tartalmazzák:

  • Soros csatolású SCSI (SAS-3, 12,0 Gbit/s)-általában megtalálható a szervereken
  • Soros ATA és mSATA változat (SATA 3.0, 6.0 Gbit/s)
  • PCI Express (PCIe 3.0 × 4, 31.5 Gbit/s)
  • M.2 (6,0 Gbit/s a SATA 3.0 logikai eszköz interfészéhez, 31,5 Gbit/s a PCIe 3.0 × 4 esetén)
  • U.2 (PCIe 3.0 × 4)
  • Fibre Channel (128 Gbit/s) - szinte kizárólag a szervereken található
  • USB (10 Gbit/s)
  • Párhuzamos ATA (UDMA, 1064 Mbit/s) - többnyire SATA helyett
  • (Párhuzamos) SCSI (40 Mbit/s- 2560 Mbit/s)- általában megtalálható a szervereken, többnyire SAS helyett ; az utolsó SCSI-alapú SSD-t 2004-ben mutatták be

Az SSD -k különféle logikai eszközinterfészeket támogatnak, például az Advanced Host Controller Interface (AHCI) és az NVMe. A logikai eszközinterfészek határozzák meg azokat a parancskészleteket, amelyeket az operációs rendszerek használnak az SSD -k és a host busz adapterek (HBA) közötti kommunikációhoz .

Konfigurációk

Bármely eszköz méretét és alakját nagymértékben befolyásolja az eszköz gyártásához használt alkatrészek mérete és alakja. A hagyományos HDD -ket és optikai meghajtókat a forgó tányér (ok) vagy az optikai lemez körül tervezték, a benne lévő orsómotorral együtt . Ha az SSD különféle összekapcsolt integrált áramkörökből (IC) és interfészcsatlakozóból áll, akkor az alakja már nem korlátozódik a forgó adathordozók formájára. Egyes szilárdtestalapú tárolási megoldások nagyobb házban érkeznek, amely akár rackre szerelhető formatervezés is lehet, számos SSD-vel. Mindegyik csatlakozik egy közös buszhoz az alvázon belül, és a dobozon kívül egyetlen csatlakozóval.

Általános számítógép-használat esetén a 2,5 hüvelykes formátum (általában laptopokban található) a legnépszerűbb. A 3,5 hüvelykes merevlemez-meghajtó-foglalattal rendelkező asztali számítógépek esetében egy egyszerű adapterlemez használható a meghajtó illesztésére. Más típusú űrlapfaktorok gyakoribbak a vállalati alkalmazásokban. Az SSD is teljesen integrálható a készülék másik áramkörébe, például az Apple MacBook Air -be (a 2010 őszi modelltől kezdve). 2014 -től az mSATA és az M.2 formai tényezők is népszerűvé váltak, elsősorban laptopokban.

Szabványos HDD formatervezési tényezők

Egy 2,5 hüvelykes HDD-formátumú SSD, nyitva a szilárdtest-elektronika megjelenítésére. A NAND chipek melletti üres terek további NAND chipek számára szolgálnak, lehetővé téve ugyanazt az áramköri lapot több különböző kapacitású hajtásmodellben; más meghajtók ehelyett olyan áramköri lapot használhatnak, amelynek mérete a meghajtó kapacitásával együtt növekszik, és a meghajtó többi részét üresen hagyja

A jelenlegi HDD formatervezési mód előnye az lenne, ha kihasználná a meglévő meglévő infrastruktúrát a meghajtók csatlakoztatásához és csatlakoztatásához a gazdarendszerhez. Ezeket a hagyományos formatervezési tényezőket a forgó hordozó mérete (azaz 5,25 hüvelyk, 3,5 hüvelyk, 2,5 hüvelyk vagy 1,8 hüvelyk) ismeri, és nem a meghajtóház mérete.

Szabványos kártyaformák

Azoknál az alkalmazásoknál, ahol a helykihasználás kiemelkedő, mint például az ultrabookok vagy táblagépek , néhány kompakt formát szabványosítottak a flash alapú SSD-khez.

Ott van az mSATA form factor, amely a PCI Express Mini Card fizikai elrendezését használja. Elektromosan kompatibilis marad a PCI Express Mini Card interfész specifikációjával, miközben további csatlakozást igényel a SATA gazdavezérlővel ugyanazon a csatlakozón keresztül.

Az M.2 form factor, korábbi nevén a Next Generation Form Factor (NGFF), természetes átmenet az alkalmazott mSATA -tól és fizikai elrendezésétől egy használhatóbb és fejlettebb formai tényezőhöz. Míg az mSATA kihasználta a meglévő formatervezési tényezőt és csatlakozót, az M.2 -et úgy tervezték, hogy maximalizálja a kártyaterület kihasználását, miközben minimalizálja a lábnyomokat. Az M.2 szabvány lehetővé teszi mind a SATA, mind a PCI Express SSD -k felszerelését az M.2 modulokra.

Egyes nagy teljesítményű, nagy kapacitású meghajtók szabványos PCI Express bővítőkártya- formát használnak további memóriachipek elhelyezésére, nagyobb teljesítményszintek használatára és nagy hűtőborda használatára . Vannak olyan adapterlapok is, amelyek más formatervezési tényezőket, különösen a PCIe interfésszel rendelkező M.2 meghajtókat szokásos bővítőkártyákká alakítják át.

Lemez a modulon űrlapfaktorok

2 GB-os lemez-on-a-modul PATA interfésszel

A lemez-a-modulon ( DOM ) egy flash meghajtó 40/44 tűs párhuzamos ATA (PATA) vagy SATA interfésszel, amelyet közvetlenül az alaplaphoz kell csatlakoztatni, és számítógépes merevlemez-meghajtóként (HDD) kell használni . A DOM -eszközök hagyományos merevlemez -meghajtót emulálnak, így nincs szükség speciális illesztőprogramokra vagy más specifikus operációs rendszer -támogatásra. A DOM -okat általában beágyazott rendszerekben használják , amelyeket gyakran olyan zord környezetben telepítenek, ahol a mechanikus merevlemezek egyszerűen meghibásodnának, vagy vékony kliensekben a kis méret, az alacsony energiafogyasztás és a csendes működés miatt.

2016 -tól a tárolási kapacitás 4 MB -tól 128 GB -ig terjed, a fizikai elrendezések különböző változatai, beleértve a függőleges vagy vízszintes tájolást is.

Doboz alakú tényezők

A DRAM-alapú megoldások közül sok olyan dobozt használ, amelyet gyakran úgy terveztek, hogy illeszkedjen a rackbe szerelhető rendszerbe. Az adatok tárolásához szükséges kapacitás eléréséhez szükséges DRAM -összetevők száma a tartalék tápegységekkel együtt nagyobb helyet igényel, mint a hagyományos HDD -formátumok.

Csupasz tábla formai tényezők

Az SSD -k ma már olyan formai tényezőket használnak, amelyek a memóriamoduloknál gyakoribbak voltak, hogy kihasználják az alkatrészek elhelyezésének rugalmasságát. Ezek közül néhány a PCIe , mini PCIe , mini-DIMM , MO-297 és még sok más. A Viking Technology SATADIMM -je egy üres DDR3 DIMM foglalatot használ az alaplapon, hogy tápellátást biztosítson az SSD -hez, külön SATA -csatlakozóval, hogy biztosítsa az adatkapcsolatot a számítógéphez. Az eredmény egy könnyen telepíthető SSD, amelynek kapacitása megegyezik a meghajtókkal, amelyek általában egy 2,5 hüvelykes meghajtórekeszet foglalnak el . Legalább egy gyártó, az Innodisk olyan meghajtót készített, amely közvetlenül az alaplap SATA -csatlakozóján (SATADOM) található, és nincs szükség tápkábelre. Egyes SSD -k a PCIe formatervezési tényezőn alapulnak, és mind az adatinterfészt, mind a tápellátást a PCIe -csatlakozón keresztül csatlakoztatják a gazdagéphez. Ezek a meghajtók vagy közvetlen PCIe vakuvezérlőket, vagy PCIe-SATA hídeszközöket használhatnak, amelyek ezután csatlakoznak a SATA vakuvezérlőkhöz.

Gömbrács tömb alakító tényezői

A korai 2000-es évek, néhány vállalat bevezette SSD Ball Grid Array (BGA) formában tényezők, mint például az M-Systems (ma SanDisk ) DiskOnChip és Silicon Storage Technology 's NANDrive (most elő Greenliant Systems ) és Memoright ' s M1000 beágyazott rendszerekben való használatra. A BGA SSD -k fő előnyei az alacsony energiafogyasztás, a kis chipcsomag mérete, hogy illeszkedjenek a kompakt alrendszerekbe, és hogy közvetlenül a rendszer alaplapjára forraszthatók, hogy csökkentsék a rezgés és a sokk káros hatásait.

Az ilyen beágyazott meghajtók gyakran megfelelnek az eMMC és az eUFS szabványoknak.

Összehasonlítás más technológiákkal

Merevlemez -meghajtók

SSD -referenciaérték, amely körülbelül 230 MB/s olvasási sebességet (kék), 210 MB/s írási sebességet (piros) és körülbelül 0,1 ms keresési időt (zöld) mutat, mindezt a hozzáférési lemez helyétől függetlenül.

Nehéz összehasonlítani az SSD -ket és a közönséges (forgó) HDD -ket. A hagyományos HDD -referenciaértékek általában a HDD -k gyenge teljesítményjellemzőire összpontosítanak, mint például a forgási késleltetés és az időkeresés . Mivel az SSD -knek nem kell forogniuk vagy keresniük kell az adatokat, az ilyen tesztek során sokkal jobbak lehetnek a HDD -knél. Az SSD -knek azonban kihívásai vannak a vegyes olvasással és írással, és teljesítményük idővel romolhat. Az SSD tesztelését a (használatban lévő) teljes meghajtóról kell kezdeni, mivel az új és üres (friss, dobozon kívüli) meghajtó sokkal jobb írási teljesítményt nyújthat, mint azt néhány hét használat után mutatná.

A szilárdtestalapú meghajtók legtöbb előnye a hagyományos merevlemezekkel szemben annak köszönhető, hogy teljesen elektronikus úton, nem elektromechanikus módon férnek hozzá az adatokhoz, ami kiváló átviteli sebességet és mechanikai tartósságot eredményez. Másrészt a merevlemez -meghajtók árukhoz képest lényegesen nagyobb kapacitást kínálnak.

Egyes helyszíni meghibásodási arányok azt jelzik, hogy az SSD -k lényegesen megbízhatóbbak, mint a HDD -k, de mások nem. Az SSD -k azonban egyedülállóan érzékenyek a hirtelen áramkimaradásra, ami megszakított írásokat vagy akár a meghajtó teljes elvesztésének eseteit eredményezi. Mind a merevlemezek, mind az SSD -k megbízhatósága nagymértékben eltér a modellek között.

A HDD -khez hasonlóan a különböző SSD -k költsége és teljesítménye között is van kompromisszum. Az egyszintű cellás (SLC) SSD-k, bár lényegesen drágábbak, mint a többszintű (MLC) SSD-k, jelentős sebességelőnyt kínálnak. Ugyanakkor a DRAM-alapú szilárdtestalapú tárolót tekintik jelenleg a leggyorsabbnak és legköltségesebbnek, az átlagos válaszidő 10 mikroszekundum a többi SSD átlagos 100 mikroszekunduma helyett. A vállalati flash-eszközöket (EFD-ket) úgy tervezték, hogy az olcsóbb SSD-khez hasonló teljesítmény és válaszidő mellett kielégítsék az első szintű alkalmazások igényeit.

A hagyományos merevlemezeken az újraírt fájl általában ugyanazon a helyen található a lemez felületén, mint az eredeti fájl, míg az SSD -knél az új példányt gyakran különböző NAND cellákba írják a kopás kiegyenlítése céljából . A kopáskiegyenlítő algoritmusok bonyolultak és nehezen tesztelhetők kimerítően; ennek következtében az SSD -k adatvesztésének egyik fő oka a firmware hibái.

A következő táblázat részletes áttekintést nyújt mindkét technológia előnyeiről és hátrányairól. Az összehasonlítások a jellemző jellemzőket tükrözik, és nem biztos, hogy érvényesek egy adott eszközre.

NAND-alapú SSD és HDD összehasonlítása
Tulajdonság vagy jellemző Szilárdtest meghajtó Merevlemez
Ár kapacitásonként Az SSD -k általában drágábbak, mint a HDD -k, és várhatóan a következő évtizedben is azok maradnak.

Az SSD ára 2018 első negyedévében körülbelül 30 cent (USA) gigabájtonként, 4 TB -os modellek alapján.

Az árak általában évente csökkentek, és 2018 -tól várhatóan továbbra is csökkenni fog.


A merevlemez ára 2018 első negyedévében körülbelül 2-3 cent (USA) gigabájtonként 1 TB -os modellek alapján.

Az árak általában évente csökkentek, és 2018 -tól várhatóan továbbra is csökkenni fog.

Tárolási kapacitás 2018 -ban az SSD -k 100 TB -ig terjedő méretben kaphatók, de olcsóbbak, 120-512 GB -os modellek voltak gyakoribbak. 2018 -ban akár 16 TB -os HDD -k is rendelkezésre álltak.
Megbízhatóság - adatmegőrzés Ha áram nélkül maradnak, az elhasználódott SSD -k jellemzően körülbelül egy -két év tárolás után kezdenek adatokat veszteni, a hőmérséklettől függően. Az új meghajtóknak körülbelül tíz évig kell megőrizniük az adatokat. Az MLC és TLC alapú eszközök hajlamosabbak korábban elveszíteni az adatokat, mint az SLC-alapú eszközök. Az SSD -k nem alkalmasak archiválásra. Ha száraz környezetben, alacsony hőmérsékleten tárolják, a merevlemezek áram nélkül is nagyon hosszú ideig megőrzik adataikat. A mechanikus alkatrészek azonban idővel hajlamosak alvadásra, és a meghajtó néhány év tárolás után nem fordul fel.
Megbízhatóság - hosszú élettartam Az SSD -k nem rendelkeznek mozgó alkatrészekkel, amelyek mechanikusan meghibásodnának, ezért elméletben megbízhatóbbnak kell lenniük, mint a HDD -k. A gyakorlatban azonban ez nem világos,

A flash alapú SSD minden blokkját csak korlátozott számú alkalommal lehet törölni (és ezért írni), mielőtt meghibásodik. A vezérlők úgy kezelik ezt a korlátozást, hogy a meghajtók normál használat mellett sok évig tarthassanak. A DRAM -on alapuló SSD -k nem rendelkeznek korlátozott számú írással. A vezérlő meghibásodása azonban használhatatlanná teheti az SSD -t. A megbízhatóság jelentősen eltér a különböző SSD -gyártók és modellek között, a megtérülési ráta bizonyos meghajtók esetén eléri a 40% -ot. Sok SSD kritikusan kudarcot vall áramkimaradások esetén; egy 2013. decemberi felmérés sok SSD -n azt találta, hogy csak néhányuk képes túlélni a többszörös áramkimaradásokat. Egy Facebook-tanulmány megállapította, hogy az SSD fizikai címterében ritka adatelrendezés (pl. Nem összefüggő módon kiosztott adatok), sűrű adatelrendezés (pl. Összefüggő adatok) és magasabb üzemi hőmérséklet (ami korrelál az adatok továbbítására használt energiával) az SSD -k megnövekedett meghibásodási arányához.

Az SSD -ket azonban számos módosításon esett át, amelyek megbízhatóbbá és hosszú élettartamúvá tették őket. Az új SSD -k ma a piacon áramkimaradás elleni védelmi áramköröket, kopáskiegyenlítési technikákat és termikus fojtószelepet használnak a hosszú élettartam biztosítása érdekében.

A merevlemezeknek mozgó alkatrészeik vannak, és a kopásból adódó esetleges mechanikai hibáknak vannak kitéve, ezért elméletileg kevésbé megbízhatóak, mint az SSD -k. A gyakorlatban azonban ez nem világos,

Maga a tárolóeszköz (mágneses tálca) lényegében nem rontja le az olvasási és írási műveleteket.

Egy tanulmány szerint, amelyet a Carnegie Mellon Egyetem végzett mind a fogyasztói, mind a vállalati minőségű HDD-k esetében, átlagos meghibásodási arányuk 6 év, a várható élettartam pedig 9–11 év. A hirtelen, katasztrofális adatvesztés kockázata azonban alacsonyabb lehet a HDD -k esetében.

Hosszú távon offline állapotban tárolva (áramtalanítva a polcon) a merevlemez mágneses adathordozója lényegesen hosszabb ideig őrzi meg az adatokat, mint az SSD -ken használt flash memória.

Indítási idő Szinte azonnali; nincs mechanikus alkatrész előkészítése. Előfordulhat, hogy néhány ezredmásodperc szükséges ahhoz, hogy kilépjen az automatikus energiatakarékos módból. A meghajtó centrifugálása több másodpercet is igénybe vehet. A sok meghajtóval rendelkező rendszernek előfordulhat, hogy fokozatosan kell felpörgetnie, hogy korlátozza a felhasznált csúcsteljesítményt, ami röviden magas a HDD első indításakor.
Szekvenciális hozzáférési teljesítmény A fogyasztási cikkekben a maximális átviteli sebesség a meghajtótól függően jellemzően körülbelül 200 MB/s és 3500 MB/s között mozog. A vállalati SSD-k több gigabájt / másodperc átviteli sebességgel rendelkezhetnek. A fej elhelyezése után, folyamatos műsorszám olvasásakor vagy írásakor a modern HDD körülbelül 200 MB/s sebességgel tud adatokat továbbítani. Az adatátviteli sebesség függ a forgási sebességtől is, amely 3600 és 15 000 ford / perc között változhat,  valamint a sávotól (a külső sávokból történő leolvasás gyorsabb). Az adatátviteli sebesség akár 480 MB/s is lehet (kísérleti).
Véletlen hozzáférésű teljesítmény Véletlen hozzáférési idő általában 0,1 ms alatt. Mivel az adatok közvetlenül a flash memória különböző helyeiről is lekérhetők, a hozzáférési idő általában nem nagy teljesítmény szűk keresztmetszet. Az olvasási teljesítmény nem változik az adatok tárolási helye alapján. Azokban az alkalmazásokban, ahol a merevlemez -meghajtó a korlátozó tényező, ez gyorsabb rendszerindítási és alkalmazásindítási időt eredményez (lásd Amdahl törvénye ).

Az SSD technológia meglehetősen egyenletes olvasási/írási sebességet tud biztosítani, de sok kisebb blokk elérésekor a teljesítmény csökken. A flash memóriát törölni kell, mielőtt átírható. Ehhez túl sok írási műveletre van szükség a tervezettnél ( írási erősítés néven ismert jelenség ), ami negatívan befolyásolja a teljesítményt. Az SSD -k jellemzően kicsi, folyamatos csökkenést mutatnak az írási teljesítményben életük során, bár egyes meghajtók átlagos írási sebessége az életkor előrehaladtával javulhat.

Az olvasási késleltetési idő sokkal hosszabb, mint az SSD -k. A véletlen hozzáférési idő 2,9 (csúcskategóriás szervermeghajtó) és 12 ms (laptop HDD) között mozog, mivel a fejeket mozgatni kell, és meg kell várni, amíg az adatok elfordulnak a mágneses fej alatt. Az olvasási idő minden keresésnél más és más, mivel az adatok és a fej helye valószínűleg eltérő. Ha a tálca különböző területeiről származó adatokhoz kell hozzáférni, mint a töredezett fájlok esetében, a válaszidők megnőnek az egyes töredékek keresésének szükségessége miatt.
A fájlrendszer töredezettségének hatása Korlátozott haszna van az adatok szekvenciális olvasásának (a tipikus FS blokkméreten túl, mondjuk 4  KiB ), ami elhanyagolhatóvá teszi a töredezettséget az SSD -k számára. A töredezettségmentesítés kopást okozna, ha további írásokat készítene a korlátozott élettartamú NAND vakucellákról. Azonban még az SSD -k esetében is gyakorlati korlátai vannak annak, hogy az egyes fájlrendszerek mennyire töredezettek maradnak; ha eléri ezt a korlátot, a későbbi fájlkiosztás sikertelen. Következésképpen a töredezettségmentesítésre továbbra is szükség lehet, bár kisebb mértékben. Egyes fájlrendszerek, mint például az NTFS , idővel töredezetté válnak, ha gyakran írják őket; rendszeres töredezettségmentesítés szükséges az optimális teljesítmény fenntartásához. Ez általában nem jelent problémát a modern fájlrendszerekben.
Zaj (akusztikus) Az SSD -k nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket, és ezért némaak, bár egyes SSD -knél a nagyfeszültségű generátorból származó nagy hangmagasság (blokkok törlése) fordulhat elő. A merevlemezek mozgó alkatrészekkel ( fejek , szelepmozgató és orsómotor ) rendelkeznek, és jellegzetes hangokat adnak ki zúgásból és kattanásból; a zajszint a fordulatszámtól függően változik, de jelentős lehet (bár gyakran sokkal alacsonyabb, mint a hűtőventilátorok hangja). A laptop merevlemezek viszonylag csendesek.
Hőmérséklet szabályozás Egy Facebook -tanulmány megállapította, hogy 40 ° C feletti üzemi hőmérsékleten az SSD -k meghibásodási aránya nő a hőmérséklettel. Ez azonban nem történt meg az újabb meghajtásoknál, amelyek termikus fojtószelepet alkalmaznak , bár a teljesítmény potenciális költségeivel. A gyakorlatban az SSD -k általában nem igényelnek külön hűtést, és magasabb hőmérsékletet is képesek elviselni, mint a HDD -k. A kiegészítő kártyaként vagy 2,5 hüvelykes rekeszeszközként telepített csúcskategóriás vállalati modellek hűtőbordákkal szállíthatják a keletkező hőt, és bizonyos mennyiségű légáramot igényelnek. A 35 ° C (95 ° F) feletti környezeti hőmérséklet lerövidítheti a merevlemez élettartamát, és 55 ° C (131 ° F) feletti meghajtóhőmérsékleten a megbízhatóság romlik. Ventilátor hűtésre lehet szükség, ha a hőmérséklet egyébként meghaladja ezeket az értékeket. A gyakorlatban a modern HDD -ket külön hűtési elrendezés nélkül lehet használni.
A legalacsonyabb üzemi hőmérséklet Az SSD -k -55 ° C -on (-67 ° F) működhetnek. A legtöbb modern HDD 0 ° C -on (32 ° F) működik.
A legnagyobb magasság működés közben Az SSD -knek ezzel nincs problémája. A merevlemezek biztonságosan működhetnek legfeljebb 3000 méter (10 000 láb) magasságban. A merevlemezek nem működnek 12 000 méter (40 000 láb) feletti magasságban. A héliummal töltött (lezárt) HDD-k bevezetésével ez várhatóan kevésbé lesz probléma.
Hideg környezetből a melegebb környezetbe való áttérés Az SSD -knek ezzel nincs problémája. A termikus fojtószelep mechanizmusnak köszönhetően az SSD -k biztonságban vannak, és megakadályozzák a hőmérséklet -egyensúlyhiányt. Bizonyos akklimatizálási időre lehet szükség, ha egyes HDD -ket hideg környezetből melegebb környezetbe helyez át, mielőtt azokat működtetné; a páratartalomtól függően páralecsapódás léphet fel a fejeken és/vagy lemezeken, és az azonnali működés az ilyen alkatrészek károsodásához vezethet. A modern hélium HDD -k le vannak zárva, és nincs ilyen probléma.
Légzőnyílás Az SSD -khez nincs szükség légtelenítő lyukra. A legtöbb modern HDD -nek légzőnyílás szükséges a megfelelő működéshez. A héliummal töltött eszközök le vannak zárva, és nincs lyuk.
Érzékenység a környezeti tényezőkre Nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, nagyon ellenáll az ütésnek , a rezgésnek, a mozgásnak és a szennyeződésnek. A gyorsan forgó tányérok felett repülő fejek érzékenyek az ütésekre, rezgésekre, mozgásokra és szennyeződésekre, amelyek károsíthatják a közeget.
Telepítés és szerelés Nem érzékeny a tájolásra, rezgésre vagy ütésre. Általában nincsenek felfedett áramkörök. Az áramkörök kártya formájú eszközben lehetnek kitéve, és nem zárhatják rövidre vezető anyagok. Az áramkörök ki vannak téve, és nem zárhatják rövidre vezetőképes anyagok (például a számítógép fémváza). A rezgés és ütés elleni védelem érdekében fel kell szerelni. Néhány HDD -t nem szabad döntött helyzetben telepíteni.
Érzékenység a mágneses mezőkre Alacsony hatás a flash memóriára, de az elektromágneses impulzus károsítja az elektromos rendszereket, különösen az integrált áramköröket . Általában a mágnesek vagy mágneses túlfeszültségek adatvesztést vagy mechanikus károsodást okozhatnak a meghajtó belsejében. A meghajtó fémháza alacsony árnyékolást biztosít a mágneses lemezek számára.
Súly és méret Az SSD -k, lényegében az áramkörre szerelt félvezető memóriaeszközök, kicsik és könnyűek. Gyakran ugyanazokat a formai tényezőket követik, mint a HDD-k (2,5 hüvelykes vagy 1,8 hüvelykes), vagy csupasz NYÁK-ok (M.2 és mSATA.) A nagy teljesítményű modellekhez gyakran hűtőbordák vannak csatlakoztatva a készülékhez, vagy terjedelmes tokjaik vannak, amelyek hűtőbordaként szolgálnak, növelve annak súlyát. A merevlemezek általában nehezebbek, mint az SSD -k, mivel a házak többnyire fémből készülnek, és nehéz tárgyakat, például motorokat és nagy mágneseket tartalmaznak. A 3,5 hüvelykes meghajtók jellemzően 700 gramm (körülbelül 1,5 font) súlyúak.
Biztonságos írási korlátozások A NAND flash memória nem írható felül, de át kell írni a korábban törölt blokkokra. Ha egy szoftver titkosító program titkosítja az SSD-n már meglévő adatokat, akkor a felülírt adatok továbbra is biztonságosak, titkosítatlanok és hozzáférhetők (a meghajtóalapú hardveres titkosításnál nincs ilyen probléma). Ezenkívül az adatok nem törölhetők biztonságosan az eredeti fájl felülírásával a meghajtóba épített speciális "Biztonságos törlés" eljárások nélkül. A merevlemezek bármelyik szektorban közvetlenül felülírhatják az adatokat a meghajtón. A meghajtó firmware -je azonban kicserélheti a sérült blokkokat tartalék területekkel, így a darabok és darabok még mindig jelen lehetnek. Egyes gyártók merevlemez -meghajtói az ATA Secure Erase Enhanced Erase parancsával a teljes meghajtót nullákkal töltik ki, beleértve az áthelyezett szektorokat is.
Olvasás/írás teljesítményszimmetria A kevésbé drága SSD -k jellemzően lényegesen alacsonyabb írási sebességgel rendelkeznek, mint az olvasási sebességük. A nagyobb teljesítményű SSD -k hasonló olvasási és írási sebességgel rendelkeznek. A merevlemezek általában valamivel hosszabb (rosszabb) keresési időt írnak, mint olvasást.
Ingyenes blokk elérhetőség és TRIM Az SSD írási teljesítményét jelentősen befolyásolja az ingyenes, programozható blokkok elérhetősége. A korábban már nem használt adatblokkokat a TRIM visszaigényelheti ; azonban még a TRIM esetén is kevesebb szabad blokk lassabb teljesítményt okoz. A HDD -ket nem érintik az ingyenes blokkok, és nem részesülnek a TRIM előnyeiből.
Energiafelhasználás A nagy teljesítményű flash alapú SSD-k általában a HDD-k teljesítményének felét-harmadát igénylik. A nagy teljesítményű DRAM SSD-k általában ugyanannyi energiát igényelnek, mint a HDD-k, és akkor is csatlakoztatni kell őket a hálózathoz, ha a rendszer többi része le van állítva. Az olyan új technológiák, mint a DevSlp , minimalizálhatják az üresjárati hajtások energiaigényét. A legkisebb teljesítményű HDD-k (1,8 hüvelykes méret) akár 0,35 wattot is használhatnak üresjáratban. A 2,5 hüvelykes meghajtók általában 2–5 wattot fogyasztanak. A legnagyobb teljesítményű 3,5 hüvelykes meghajtók akár 20 wattot is fogyaszthatnak.
Maximális tárolási sűrűség (terabit per négyzethüvelyk) 2.8 1.2

Memóriakártyák

CompactFlash kártya SSD -ként

Bár mind a memóriakártyák, mind a legtöbb SSD flash memóriát használ, nagyon különböző piacokat és célokat szolgálnak. Mindegyiknek számos különböző tulajdonsága van, amelyeket optimalizálnak és beállítanak, hogy a legjobban megfeleljenek az egyes felhasználók igényeinek. Ezek közül néhány jellemző az energiafogyasztás, a teljesítmény, a méret és a megbízhatóság.

Az SSD -ket eredetileg számítógépes rendszerben való használatra tervezték. Az első egységeket merevlemez -meghajtók cseréjére vagy bővítésére szánták, így az operációs rendszer merevlemezként ismerte fel őket. Eredetileg a szilárdtestalapú meghajtókat még merevlemezekként alakították és rögzítették a számítógépbe. Később az SSD -k kisebbek és kompaktabbak lettek, végül kifejlesztve saját egyedi formatervezési tényezőiket, például az M.2 formát. Az SSD -t úgy tervezték, hogy véglegesen telepítse a számítógép belsejébe.

Ezzel szemben a memóriakártyákat (mint például a Secure Digital (SD), a CompactFlash (CF) és sok más) eredetileg digitális fényképezőgépekhez tervezték, majd később a mobiltelefonokba, játékeszközökbe, GPS -egységekbe jutottak. fizikailag kisebb, mint az SSD -k, és többszörös behelyezésre és eltávolításra tervezték.

SSD hiba

Az SSD -k nagyon eltérő hibamódokkal rendelkeznek, mint a hagyományos mágneses merevlemezek. Mivel a szilárdtestalapú meghajtók nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket, általában nincsenek kitéve mechanikai hibáknak. Ehelyett más típusú meghibásodások is lehetségesek (például a hirtelen áramkimaradás miatt hiányos vagy sikertelen írások nagyobb problémát okozhatnak, mint a HDD -k esetében, és ha egy chip meghibásodik, akkor minden rajta lévő adat elvész, ez a forgatókönyv nem alkalmazható mágneses hajtások). Összességében azonban a tanulmányok kimutatták, hogy az SSD -k általában rendkívül megbízhatóak, és gyakran tovább működnek, mint a gyártó által megadott várható élettartam.

Az SSD tartósságát az adatlapon két formában kell megadni:

  • vagy n DW/D ( n meghajtó ír naponta )
  • vagy m TBW ( max terabájt írva ), rövid TBW .

Például egy 1 TB -os Samsung 970 EVO NVMe M.2 SSD (2018) tartóssága 600 TBW.

SSD megbízhatóság és meghibásodási módok

A Techreport.com 2013 és 2015 között lezajlott korai vizsgálata során számos flash-alapú SSD-t teszteltek pusztításig, hogy kiderüljön, hogyan és mikor buktak meg. A weboldal azt találta, hogy az összes meghajtó "túllépte a hivatalos állóképességi előírásait azáltal, hogy több száz terabájtot írt le probléma nélkül" - ennek a mennyisége meghaladta a tipikus fogyasztói igényeket. Az első SSD, amely meghibásodott, TLC-alapú volt, a meghajtó 800 TB feletti írási sikert ért el. A tesztben szereplő három SSD háromszorosát (majdnem 2,5 PB) írt, mielőtt ők is kudarcot vallottak. A teszt még a fogyasztói piaci SSD-k figyelemre méltó megbízhatóságát is bizonyította.

Egy 2016-os helyszíni tanulmány, amely a Google adatközpontjaiban hat év alatt összegyűjtött adatokon alapult, és "több millió" meghajtónapot ölel fel, azt találta, hogy a flash-alapú SSD-k aránya, amelyek cseréjüket igénylik az első négy használati évben, 4% és 10% között mozog. modelltől függően. A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy az SSD -k lényegesen alacsonyabb sebességgel buknak meg, mint a merevlemez -meghajtók. (Ezzel szemben egy 71.940 HDD-ről szóló 2016-os értékelés a Google SSD-jeivel összehasonlítható meghibásodási arányokat talált: a merevlemezek átlagos éves meghibásodási aránya 1,95%volt.) A tanulmány azt is kimutatta, hogy az SSD-k lényegesen magasabbak a javíthatatlan hibák aránya (ami adatvesztést okoz), mint a HDD -k. Ez váratlan eredményekhez és következményekhez is vezetett:

  • A való világban az MLC alapú tervek -amelyeket kevésbé megbízhatónak tartanak, mint az SLC tervek -gyakran olyan megbízhatóak, mint az SLC. (Az eredmények azt állítják, hogy "az SLC [általában] nem megbízhatóbb, mint az MLC".) Általában azonban azt mondják, hogy az írásállóság a következő:
    • SLC NAND: 100 000 törlés blokkonként
    • MLC NAND: 5000–10 000 törlés blokkonként közepes kapacitású alkalmazásokhoz, és 1000–3000 törlés nagy kapacitású alkalmazásokhoz
    • TLC NAND: 1000 törlés blokkonként
  • A készülék életkora a használatban lévő napokkal mérve az SSD megbízhatóságának fő tényezője, nem pedig az olvasott vagy írott adatok mennyisége, amelyeket napi terabájt írással vagy meghajtóírással mérnek. Ez arra utal, hogy más öregedési mechanizmusok, például a "szilícium -öregedés" is szerepet játszanak. Az összefüggés szignifikáns (0,2-0,4 körül).
  • A nyers bithiba-arányok (RBER) lassan nőnek az elhasználódással-és nem exponenciálisan, mint azt gyakran feltételezik. Az RBER nem jó előrejelzője az egyéb hibáknak vagy az SSD meghibásodásának.
  • A javíthatatlan bithiba -arányt (UBER) széles körben használják, de nem is jó előrejelzője a meghibásodásnak. Az SSD UBER aránya azonban magasabb, mint a HDD -ké, ezért bár nem jósolják meg a hibát, adatvesztéshez vezethetnek, mivel az olvashatatlan blokkok gyakrabban fordulnak elő az SSD -ken, mint a HDD -k. A következtetés megállapítja, hogy bár összességében megbízhatóbb, a javíthatatlan hibák aránya nagyobb, mint a felhasználó.
  • "Az új SSD -k hibás blokkjai gyakoriak, és a sok hibás blokkot tartalmazó meghajtók sokkal valószínűbb, hogy több száz más blokkot veszítenek el, valószínűleg a Flash meghalása vagy a chip meghibásodása miatt. Az SSD -k 30–80% -a legalább egy hibát okoz blokk és 2–7% legalább egy rossz chipet fejleszt a telepítés első négy évében. "
  • A várható élettartam elérése után a hibák nem emelkednek jelentősen.
  • A legtöbb SSD -n legfeljebb néhány rossz blokk fejlődik, talán 2–4. A sok rossz blokkot fejlesztő SSD -k gyakran tovább fejlődnek (talán több száz), és hajlamosak lehetnek a meghibásodásra. Azonban a legtöbb meghajtót (99%+) rossz gyártási blokkokkal szállítják. Összességében az volt a megállapítás, hogy a rossz blokkok gyakoriak, és a meghajtók 30–80% -a legalább egyet fejleszt a használatban, de még néhány rossz blokk (2–4) akár több száz rossz blokk előrejelzője is lehet később. A gyártás során a rossz blokkok száma korrelál a további rossz blokkok későbbi kifejlesztésével. A jelentés következtetései hozzátették, hogy az SSD -k általában „kevesebb, mint egy maroknyi” rossz blokkot tartalmaznak, vagy „nagyszámú”, és azt javasolta, hogy ez alapul szolgálhat az esetleges meghibásodások előrejelzéséhez.
  • Az SSD -k kb. 2–7% -a rossz chipeket fejleszt ki az első négy használati évben. Ezen chipek több mint kétharmada megsértette a gyártók tűréseit és specifikációit, amelyek jellemzően garantálják, hogy a chipek blokkjainak legfeljebb 2% -a tönkremegy a várható írási élettartama alatt.
  • A javításra (garanciális javításra) szoruló SSD -k 96% -a életében csak egyszer szorul javításra. A javítás között eltelt napok „tízezer naptól” a „közel 15.000 napig” változnak a típustól függően.

Adatok helyreállítása és biztonságos törlés

A szilárdtestalapú meghajtók új kihívásokat állítottak az adat-helyreállító vállalatok elé, mivel az adatok tárolásának módja nemlineáris és sokkal bonyolultabb, mint a merevlemez-meghajtóké. A meghajtó belső működési stratégiája nagymértékben változhat a gyártók között, és a TRIM parancs nullázza a törölt fájl teljes tartományát. A kopás kiegyenlítése azt is jelenti, hogy az adatok fizikai címe és az operációs rendszernek kitett cím eltérő.

Ami az adatok biztonságos törlését illeti, az ATA Secure Erase parancs használható. Erre a célra egy olyan program használható, mint a hdparm .

Megbízhatósági mutatók

A JEDEC Solid State Technology Association (JEDEC) közzétette a megbízhatósági mutatókra vonatkozó szabványokat:

  • Nem helyreállítható bithiba -arány (UBER)
  • Írott terabájtok (TBW) - a terabájtok száma, amelyet a garancián belül meghajtóra lehet írni
  • Meghajtó írások naponta (DWPD) - a meghajtó teljes kapacitásának napi száma a garancia ideje alatt

Alkalmazások

Az akkori HDD -kkel szemben általában megfizethetetlen költségeik miatt 2009 -ig az SSD -ket főként a küldetés szempontjából kritikus alkalmazások azon területein használták, ahol a tárolórendszer sebességének a lehető legnagyobbnak kellett lennie. Mivel a flash memória az SSD-k általános részévé vált, a csökkenő árak és a megnövekedett sűrűség sok más alkalmazás számára költséghatékonyabbá tette. Például az elosztott számítási környezetben az SSD -k építőelemként használhatók egy elosztott gyorsítótár -réteg számára, amely ideiglenesen elnyeli a nagy mennyiségű felhasználói kérést a lassabb HDD -alapú háttértároló rendszerhez. Ez a réteg sokkal nagyobb sávszélességet és alacsonyabb késleltetést biztosít, mint a tárolórendszer, és számos formában kezelhető, például elosztott kulcsértékű adatbázis és elosztott fájlrendszer . A szuperszámítógépek, ez a réteg általában nevezik tört pufferben . Ezzel a gyors réteggel a felhasználók gyakran rövidebb rendszer válaszidőt tapasztalnak. Azok a szervezetek, amelyek profitálhatnak a rendszeradatok gyorsabb eléréséből, többek között a részvénykereskedelmi vállalatok, a távközlési vállalatok, valamint a streaming média- és videószerkesztő cégek. A gyorsabb tárolás előnyeit élvező alkalmazások listája hatalmas.

A flash alapú szilárdtestalapú meghajtók felhasználhatók hálózati eszközök létrehozására általános célú személyi számítógép hardverből. Az operációs rendszert és az alkalmazási szoftvert tartalmazó írásvédett flash meghajtó helyettesítheti a nagyobb, kevésbé megbízható lemezmeghajtókat vagy CD-ROM-okat. Az így felépített készülékek olcsó alternatívát jelenthetnek a drága útválasztó és tűzfal hardverek számára.

SSD alapuló SD kártya egy élő SD operációs rendszer könnyen írható zárva . A felhőalapú számítástechnikai környezettel vagy más írható adathordozóval kombinálva, a kitartás megőrzése érdekében az írásvédett SD-kártyáról indított operációs rendszer robusztus, strapabíró, megbízható és nem képes ellenállni az állandó korrupciónak. Ha a futó operációs rendszer leromlik, egyszerűen kapcsolja ki a gépet, majd kapcsolja vissza eredeti állapotába, és ezáltal különösen szilárd. Az SD-kártyára telepített operációs rendszer nem igényli a sérült összetevők eltávolítását, mivel írásvédett volt, bár az írott adathordozókat vissza kell állítani.

Merevlemez gyorsítótár

2011-ben az Intel bevezette a gyorsítótárazási mechanizmust a Z68 lapkakészletükhöz (és mobil származékaikhoz) Smart Response Technology néven , amely lehetővé teszi egy SATA SSD gyorsítótárként való használatát (átírható vagy visszaírható ) egy hagyományos, mágneses merevlemezhez lemezmeghajtó. Hasonló technológia érhető el a HighPoint RocketHybrid PCIe kártyáján.

A szilárdtestalapú hibrid meghajtók (SSHD-k) ugyanazon az elven alapulnak, de bizonyos mennyiségű flash memóriát integrálnak a hagyományos meghajtó fedélzetére ahelyett, hogy külön SSD-t használnának. Ezekben a meghajtókban a flash réteg a mágneses tárolótól függetlenül , a gazda számára érhető el az ATA-8 parancsok használatával, lehetővé téve az operációs rendszer számára a felügyeletet. Például a Microsoft ReadyDrive technológiája kifejezetten tárolja a hibernációs fájl egyes részeit a meghajtók gyorsítótárában, amikor a rendszer hibernál, és gyorsabbá teszi a későbbi folytatást.

A kettős meghajtású hibrid rendszerek egyesítik az ugyanabban a számítógépben telepített különálló SSD- és HDD-eszközök használatát a teljes teljesítményoptimalizálással, amelyet a számítógép-felhasználó vagy a számítógép operációs rendszer- szoftvere kezel . Példák az ilyen típusú rendszer bcache és dm-cache a Linux és az Apple Fusion Drive- .

Fájlrendszer támogatás SSD-khez

Általában ugyanazok a fájlrendszerek használhatók a merevlemez -meghajtókon, mint a szilárdtestalapú meghajtók. Általában elvárják, hogy a fájlrendszer támogassa a TRIM parancsot, amely segíti az SSD -t az eldobott adatok újrahasznosításában (a TRIM támogatása néhány évvel az SSD -k után érkezett, de ma már szinte univerzális). Ez azt jelenti, hogy a fájlrendszernek nem kell kezelnie a kopás kiegyenlítését vagy más flash memória jellemzőit, mivel azokat az SSD belsőleg kezeli. Egyes naplószerkezetű fájlrendszerek (pl. F2FS , JFFS2 ) segítenek csökkenteni az írási erősítést az SSD-ken, különösen olyan helyzetekben, amikor csak nagyon kis mennyiségű adat változik meg, például a fájlrendszer metaadatainak frissítésekor .

Noha az operációs rendszerek nem a fájlrendszerek natív jellemzői, törekedniük kell arra is, hogy a partíciókat megfelelően illesszék be, elkerülve ezzel a túlzott olvasási-módosítási-írási ciklusokat. A személyi számítógépek tipikus gyakorlata, hogy minden partíciót 1 MiB (= 1  048 576 bájt) jelzéssel kell igazítani, amely minden általános SSD -oldal- és blokkméret -forgatókönyvet lefed, mivel osztható minden általánosan használt mérettel - 1 MiB, 512 KiB, 128 KiB, 4 KiB és 512 B. A modern operációs rendszer telepítőszoftverei és lemezeszközei ezt automatikusan kezelik.

Linux

A TRIM parancs kezdeti támogatása a Linux kernel fővonalának 2.6.28 -as verziójával bővült.

Az ext4 , Btrfs , XFS , JFS és F2FS fájlrendszerek támogatják az eldobás (TRIM vagy UNMAP) funkciót.

A TRIM művelet kernel támogatását a Linux kernel mainline 2010. február 24 -én kiadott 2.6.33 verziójában vezették be. Ennek használatához fájlrendszert kell telepíteni a discardparaméter használatával. A Linux cserepartíciók alapértelmezés szerint az eldobási műveleteket hajtják végre, ha az alapul szolgáló meghajtó támogatja a TRIM-et, és lehetőség van azok kikapcsolására, vagy az egyszeri vagy folyamatos eldobási műveletek közötti választásra. A 2013. november 2 -án kiadott 3.12 -es Linux -kernelben bevezetésre került a sorban álló TRIM támogatása, amely egy SATA 3.1 szolgáltatás, amelynek eredményeként a TRIM -parancsok nem zavarják a parancssorokat.

A kernel szintű TRIM művelet alternatívája az ún fstrim amely átmegy a fájlrendszer összes fel nem használt blokkján, és TRIM parancsokat küld ezekre a területekre. fstrimA segédprogramot általában a cron futtatja ütemezett feladatként. 2013 novemberétől az Ubuntu Linux disztribúciója használja , amelyben megbízhatósági okokból csak az Intel és a Samsung szilárdtestalapú meghajtók számára engedélyezett; a gyártói ellenőrzés a fájl szerkesztésével letiltható/etc/cron.weekly/fstrim a fájlban található utasítások használatával.

2010 óta a szabványos Linux -meghajtóprogramok alapértelmezés szerint gondoskodnak a megfelelő partíció -igazításról.

Linux teljesítmény szempontok

SSD, amely az NVM Express -et használja logikai eszközinterfészként, PCI Express 3.0 × 4 bővítőkártya formájában

A telepítés során a Linux disztribúciók általában nem konfigurálják a telepített rendszert a TRIM használatára, így a /etc/fstabfájl kézi módosításokat igényel. Ennek oka az a felfogás, hogy a jelenlegi Linux TRIM parancs megvalósítás nem biztos, hogy optimális. Bizonyított, hogy bizonyos körülmények között teljesítményromlást okoz a teljesítménynövekedés helyett. 2014 januárjától a Linux egyedi TRIM parancsot küld minden szektornak a TRIM tartományt meghatározó vektorizált lista helyett, a TRIM specifikáció szerint.

Teljesítményi okokból ajánlatos az I/O ütemezőt az alapértelmezett CFQ -ról (Teljesen tisztességes sorban állás ) NOOP -ra vagy határidőre váltani . A CFQ -t hagyományos mágneses adathordozókhoz tervezték, és optimalizálásra törekednek, így sok I/O ütemezési erőfeszítés elveszik, ha SSD -vel használják. Tervezésük részeként az SSD-k sokkal nagyobb párhuzamosságot kínálnak az I/O műveletekhez, ezért ajánlatos az ütemezési döntéseket a belső logikájukra hagyni-különösen a csúcskategóriás SSD-k esetében.

A nagyteljesítményű SSD-tároláshoz használható skálázható blokkréteget , amelyet blk-multiqueue vagy blk-mq néven ismernek, és amelyet elsősorban a Fusion-io mérnökei fejlesztettek ki, egyesítették a Linux kernel fővonalával a 2014. január 19-én kiadott 3.13-as kernel verzióban. az SSD -k és az NVMe által nyújtott teljesítmény, sokkal magasabb I/O beküldési arányok engedélyezésével. A Linux kernelblokk-réteg új kialakításával a belső sorok két szintre oszlanak (CPU-nkénti és hardveres beküldési sorok), ezáltal megszüntetve a szűk keresztmetszeteket, és lehetővé téve az I/O-párhuzamosítás sokkal magasabb szintjét. A Linux rendszermag 2015. április 12 -én kiadott 4.0 -s verziójától kezdve VirtIO blokkmeghajtó , az SCSI réteg (amelyet a soros ATA illesztőprogramok használnak), eszközleképező keretrendszer, hurokeszköz -illesztőprogram, nem rendezett blokkképek (UBI) illesztőprogram (amely megvalósítja törli a blokkkezelő réteget a flash memóriaeszközöknél) és az RBD illesztőprogramot (amely a Ceph RADOS objektumokat blokkeszközként exportálja ) úgy módosították, hogy ténylegesen használni tudják ezt az új felületet; más illesztőprogramok a következő kiadásokban kerülnek átvitelre.

Mac operációs rendszer

A Mac OS X 10.6.8 (Snow Leopard) óta futó verziók támogatják a TRIM-et, de csak akkor, ha Apple-től vásárolt SSD-vel használják. A TRIM nincs automatikusan engedélyezve harmadik féltől származó meghajtók esetén, bár harmadik féltől származó segédprogramok, például a Trim Enabler segítségével engedélyezhető . A TRIM állapotát a Rendszerinformáció alkalmazásban vagy a system_profilerparancssori eszközben ellenőrizheti.

Az OS X 10.10.4 (Yosemite) óta futó verziók sudo trimforce enableTerminal parancsként tartalmazzák a TRIM-et nem Apple SSD-ken. Van egy olyan technika is, amely lehetővé teszi a TRIM engedélyezését a Mac OS X 10.6.8 -as verziónál korábbi verziókban, bár továbbra is bizonytalan, hogy a TRIM -t valóban megfelelően használják -e ezekben az esetekben.

Microsoft Windows

A 7 -es verzió előtt a Microsoft Windows nem hozott semmilyen konkrét intézkedést a szilárdtestalapú meghajtók támogatására. A Windows 7 rendszerben a szabványos NTFS fájlrendszer támogatja a TRIM parancsot. (A Windows más fájlrendszerei nem támogatják a TRIM -et.)

Alapértelmezés szerint a Windows 7 és újabb verziók automatikusan végrehajtják a TRIM parancsokat, ha az eszköz szilárdtestalapú meghajtónak tűnik. Mivel azonban a TRIM visszafordíthatatlanul visszaállít minden felszabadult teret, kívánatos lehet a támogatás letiltása, ahol az adat -helyreállítás engedélyezése előnyösebb, mint a kopás. Magatartásának megváltoztatására, a Registry kulcsHKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Control \ FileSystema DisableDeleteNotification értékre lehet állítani1. Ez megakadályozza, hogy a háttértár illesztőprogramja kiadja a TRIM parancsot.

A Windows a TRIM parancsot nem csak fájl-törlési műveletekhez hajtja végre. A TRIM művelet teljes mértékben integrálva van a partíció- és hangerőszintű parancsokkal, például formázással és törléssel , a csonkítással és tömörítéssel kapcsolatos fájlrendszer-parancsokkal, valamint a Rendszer-visszaállítás (más néven kötetpillanatkép) funkcióval.

Windows Vista

A Windows Vista általában merevlemez -meghajtókat vár, nem pedig SSD -ket. A Windows Vista tartalmazza a ReadyBoost szolgáltatást az USB-csatlakoztatott flash-eszközök jellemzőinek kihasználásához, de az SSD-k esetében csak javítja az alapértelmezett partíció-igazítást, hogy megakadályozza az SSD-k sebességét csökkentő olvasási-módosítási-írási műveleteket. A legtöbb SSD rendszerint 4 KiB szektorra van felosztva, míg a legtöbb rendszer 512 bájtos szektoron alapul, és alapértelmezett partícióbeállításai nem illeszkednek a 4 KiB határokhoz.

Töredezettségmentesítés

A töredezettségmentesítést le kell tiltani a szilárdtestalapú meghajtókon, mert a fájlkomponensek elhelyezkedése az SSD-n nem befolyásolja jelentősen a teljesítményét, de a fájlok áthelyezése a szomszédos Windows Defrag rutin használatával felesleges íráskopást okoz a korlátozott számú P/E ciklusok az SSD -n. A Superfetch funkció lényegesen nem javítja a teljesítményt, és további költségeket okoz a rendszerben és az SSD -ben, bár nem okoz kopást. A Windows Vista nem küldi el a TRIM parancsot a szilárdtestalapú meghajtókra, de néhány harmadik féltől származó segédprogram, például az SSD Doctor, rendszeresen ellenőrzi a meghajtót, és TRIM-ilti a megfelelő bejegyzéseket.

Windows 7

A Windows 7 és újabb verziók natív módon támogatják az SSD -ket. Az operációs rendszer észleli az SSD jelenlétét, és ennek megfelelően optimalizálja a működést. SSD-eszközök esetén a Windows letiltja a SuperFetch és a ReadyBoost , a rendszerindítási és az alkalmazás-előhívási műveleteket. Annak ellenére, hogy Steven Sinofsky a Windows 7 megjelenése előtt kijelentette, a töredezettségmentesítés nincs letiltva, annak ellenére, hogy az SSD -n viselkedése eltér. Ennek egyik oka a Volume Shadow Copy Service alacsony teljesítménye töredezett SSD -ken. A második ok az, hogy ne érje el azt a maximális számú fájltöredéket, amelyet egy kötet kezelni tud. Ha eléri ezt a maximumot, a meghajtóra történő későbbi írási kísérletek hibaüzenetet eredményeznek.

A Windows 7 támogatja a TRIM parancsot is, hogy csökkentse a hulladékgyűjtést azokhoz az adatokhoz, amelyekről az operációs rendszer már megállapította, hogy nem érvényesek. A TRIM támogatása nélkül az SSD nem tudna arról, hogy ezek az adatok érvénytelenek, és szükségtelenül továbbírná azokat a szemétgyűjtés során, ami további kopást okoz az SSD -n. Előnyös olyan módosításokat végrehajtani, amelyek megakadályozzák, hogy az SSD-ket inkább HDD-ként kezeljék, például törli a töredezettségmentesítést, nem tölti ki őket a kapacitás több mint 75% -áig, és nem tárol rajtuk gyakran írt fájlokat, például naplót és ideiglenes fájlokat. merevlemez áll rendelkezésre, és lehetővé teszi a TRIM folyamatot.

Windows 8.1 és újabb

A Windows 8.1 és újabb Windows rendszerek, például a Windows 10 is támogatják az automatikus TRIM -et az NVMe -n alapuló PCI Express SSD -khez. Windows 7 esetén a KB2990941 frissítés szükséges ehhez a funkcióhoz, és be kell integrálni a Windows telepítőbe a DISM használatával, ha a Windows 7 -et telepíteni kell az NVMe SSD -re. A Windows 8/8.1 támogatja az SCSI unmap parancsot az USB-hez csatlakoztatott SSD-k vagy SATA-USB házak esetében is. Az SCSI Unmap a SATA TRIM parancs teljes analógja. USB csatolt SCSI protokollon (UASP) keresztül is támogatott .

A grafikus Windows Disk Defagmenter a Windows 8.1 rendszerben szintén felismeri az SSD -ket a merevlemez -meghajtóktól különálló Media Type oszlopban. Míg a Windows 7 támogatta az automatikus TRIM-et a belső SATA SSD-khez, a Windows 8.1 és a Windows 10 támogatja a manuális TRIM-et (a Lemez-töredezettségmentesítő "Optimalizálása" funkciójával), valamint az automatikus TRIM-et SATA, NVMe és USB-hez csatlakoztatott SSD-khez.

ZFS

Solaris -os verzió 10 Frissítés 6 (2008. októberi), és újabb változatai OpenSolaris , Solaris Express Community Edition , Illumos , Linux és ZFS Linux és FreeBSD mindenki használja SSD, mint a teljesítmény emlékeztető ZFS . Az alacsony késleltetésű SSD használható a ZFS szándéknaplóhoz (ZIL), ahol a SLOG nevet viseli. Ezt minden alkalommal használják, amikor szinkron írás történik a meghajtóra. Egy SSD (nem feltétlenül alacsony késleltetésű) is használható a 2. szintű adaptív cseregyorsítótárhoz (L2ARC), amely az adatok gyorsítótárazására szolgál az olvasáshoz. Ha önmagában vagy kombinációban használják, általában nagy teljesítménynövekedés figyelhető meg.

FreeBSD

A ZFS for FreeBSD 2012. szeptember 23 -án bevezette a TRIM támogatását. A kód térképet készít a felszabadult adatok régióiról; minden íráskor a kód megnézi a térképet, és végül eltávolítja a korábban felszabadított, de most felülírt tartományokat. Van egy alacsony prioritású szál, amelyet a TRIM-ek tartományban tartanak, amikor eljön az ideje.

A Unix fájlrendszer (UFS) is támogatja a TRIM parancsot.

Partíciók cseréje

  • A Microsoft korábbi Windows részlegének elnöke, Steven Sinofsky szerint "kevés az oldalfájlnál jobb fájl az SSD -re helyezni". Az összegyűjtött telemetriai adatok szerint a Microsoft úgy találta, hogy a pagefile.sys tökéletesen illeszkedik az SSD tárolóhoz.
  • A Linux cserepartíciók alapértelmezés szerint TRIM műveleteket hajtanak végre, ha az alapul szolgáló blokkeszköz támogatja a TRIM funkciót, lehetőségük van azok kikapcsolására, vagy az egyszeri vagy folyamatos TRIM műveletek közötti választásra.
  • Ha egy operációs rendszer nem támogatja a TRIM használatát diszkrét swap partíciókon, lehetséges, hogy helyettesítő fájlokat használhat egy közönséges fájlrendszerben. Például az OS X nem támogatja a swap partíciókat; csak fájlrendszeren belüli fájlokra cserél, így használhatja a TRIM -et, ha például a swap fájlokat törlik.
  • A DragonFly BSD lehetővé teszi az SSD-vel konfigurált cserét fájlrendszer-gyorsítótárként is. Ezzel növelhető a teljesítmény mind az asztali, mind a szerver terheléseknél. A bcache , dm-cache és Flashcache projektek hasonló koncepciót nyújtanak a Linux kernel számára.

Szabványügyi szervezetek

Az alábbiakban felsoroljuk azokat a szabványosító szervezeteket és testületeket, amelyek a szilárdtestalapú meghajtók (és más számítógépes tárolóeszközök) szabványainak létrehozásán dolgoznak. Az alábbi táblázat olyan szervezeteket is tartalmaz, amelyek támogatják a szilárdtestalapú meghajtók használatát. Ez nem feltétlenül kimerítő lista.

Szervezet vagy bizottság Albizottság: Célja
INCITS N/A Koordinálja a műszaki szabványok tevékenységét az amerikai ANSI és a közös ISO/IEC bizottságok között világszerte
T10 INCITS SCSI
T11 INCITS FC
T13 INCITS ATA
JEDEC N/A Nyílt szabványokat és kiadványokat dolgoz ki a mikroelektronikai ipar számára
JC-64,8 JEDEC A szilárdtestalapú meghajtó szabványokra és kiadványokra összpontosít
NVMHCI N/A Szabványos szoftver és hardver programozási felületeket biztosít a nem felejtő memória alrendszerekhez
SATA-IO N/A Iránymutatást és támogatást nyújt az iparágnak a SATA specifikáció végrehajtásához
SFF bizottság N/A A tárolási iparági szabványokon dolgozik, amelyekre figyelmet kell fordítani, ha más szabványbizottságok nem foglalkoznak velük
SNIA N/A Szabványokat, technológiákat és oktatási szolgáltatásokat dolgoz ki és népszerűsít az információk kezelésében
SSSI SNIA Elősegíti a szilárdtestalapú tárolás növekedését és sikerét

Kereskedelmezés

Elérhetőség

A szilárdtestalapú meghajtó technológiát a kilencvenes évek közepe óta forgalmazzák a katonai és az ipari piacok számára.

A feltörekvő vállalati piaccal együtt az SSD-k megjelentek az ultramobil PC-kben és néhány könnyű laptoprendszerben, ami jelentősen növeli a laptop árát, a kapacitástól, az alaptényezőtől és az átviteli sebességtől függően. Alacsony kategóriájú alkalmazásokhoz az USB flash meghajtó beszerezhető 10 és 100 dollár között, kapacitástól és sebességtől függően; Alternatív megoldásként a CompactFlash kártya hasonló költséggel párosítható CF-IDE vagy CF-SATA átalakítóval. Ezek közül bármelyik megköveteli az írási ciklus tartóssági problémáinak kezelését, vagy tartózkodik a gyakran írt fájlok tárolásától a meghajtón, vagy flash fájlrendszer használatával . A szabványos CompactFlash kártyák írási sebessége általában 7-15 MB/s, míg a drágább, magasabb kategóriájú kártyák akár 60 MB/s sebességet is igényelnek.

Az első flash-memóriás SSD-alapú PC a Sony Vaio UX90 volt, amelyet 2006. június 27-én jelentettek be előrendelésre, és 2006. július 3-án kezdték meg a szállítást Japánban egy 16 GB-os flash memóriával. 2006. szeptember végén a Sony 32 GB -ra frissítette a Vaio UX90 SSD -jét.

Az SSD egyik első mainstream kiadása az XO Laptop volt , amelyet a One Laptop Per Child projekt keretében építettek . Ezeknek a fejlődő országokban a gyermekek számára készült számítógépeknek a tömeggyártása 2007 decemberében kezdődött. Ezek a gépek 1024 MiB SLC NAND vakut használnak elsődleges tárolóeszközként, amelyet alkalmasabbnak tartanak a szokásosnál zordabb körülmények között. A Dell 2007. április 26-án kezdte meg a rendkívül hordozható laptopok szállítását SanDisk SSD-vel. Az Asus 2007. október 16-án kiadta az Eee PC netbookot , 2, 4 vagy 8 gigabájt flash memóriával. 2008 -ban két gyártó kiadta az ultravékony laptopokat SSD opciókkal a nem mindennapi 1,8 hüvelykes merevlemez helyett : ez egy MacBook Air , amelyet az Apple adott ki január 31 -én, opcionális 64 GB -os SSD -vel (az Apple Store ára 999 dollárral több volt ehhez az opcióhoz) , összehasonlítva a 80 GB -os 4200 ford./perc HDD merevlemezével ), és a Lenovo ThinkPad X300 hasonló 64 gigabájtos SSD -vel, amelyet 2008 februárjában jelentettek be és 2008. augusztus 26 -án 128 GB -os SSD opcióra frissítettek, a ThinkPad X301 modell megjelenésével ( frissítés, amely hozzávetőleg 200 dollárral növelte az Egyesült Államok árát).

2008-ban megjelentek az alacsony kategóriájú netbookok SSD-vel. 2009 -ben az SSD -k megjelentek a laptopokban.

2008. január 14-én az EMC Corporation (EMC) lett az első vállalati tároló-szállító, amely flash alapú SSD-ket szállított termékportfóliójába, amikor bejelentette, hogy a STEC, Inc. Zeus-IOPS SSD-ket választotta Symmetrix DMX rendszereihez. 2008 -ban a Sun kiadta a Sun Storage 7000 Unified Storage Systems rendszert (Amber Road kódnéven), amelyek szilárdtestalapú meghajtókat és hagyományos merevlemezeket egyaránt használnak, hogy kihasználják az SSD -k által kínált sebességet, valamint a hagyományos HDD -k által kínált gazdaságosságot és kapacitást.

A Dell 2009 januárjában kezdte kínálni az opcionális 256 GB -os szilárdtestalapú meghajtókat egyes notebook -típusokon. 2009 májusában a Toshiba piacra dobott egy 512 GB -os SSD -vel rendelkező laptopot.

2010 októbere óta az Apple MacBook Air vonala alapkivitelben szilárdtestalapú meghajtót használ. 2010 decemberében az OCZ RevoDrive X2 PCIe SSD 100 GB -tól 960 GB -ig elérhető volt, 740 MB/s -os sebességet meghaladó sebességgel és véletlenszerű, kis fájlok írásával akár 120 000 IOPS -ig. 2010 novemberében a Fusion-io kiadta a legnagyobb teljesítményű ioDrive Octal nevű SSD-meghajtóját, amely PCI-Express x16 Gen 2.0 interfészt használ, 5,12 TB tárolóhellyel, 6,0 GB/s olvasási sebességgel, 4,4 GB/s írási sebességgel és alacsony késleltetéssel. 30 mikroszekundum. 1,19 M Olvas 512 bájt IOPS és 1,18 M Írás 512 bájtos IOPS.

2011 -ben elérhetővé váltak az Intel Ultrabook specifikációin alapuló számítógépek . Ezek a specifikációk azt írják elő, hogy az Ultrabookok SSD -t használnak. Ezek fogyasztói szintű eszközök (ellentétben sok korábbi, vállalati felhasználóknak szánt flash-ajánlattal), és a MacBook Air-en kívül az első, széles körben elérhető fogyasztói számítógépek, amelyek SSD-ket használnak. A 2012 -es CES -en az OCZ Technology bemutatta az R4 CloudServ PCIe SSD -ket, amelyek képesek elérni a 6,5 ​​GB/s átviteli sebességet és 1,4 millió IOPS -t. Bejelentették a Z-Drive R5-öt is, amely akár 12 TB-os kapacitással is kapható, és képes elérni a 7,2 GB/s átviteli sebességet és 2,52 millió IOPS-t a PCI Express x16 Gen 3.0 segítségével.

2013 decemberében a Samsung bemutatta és piacra dobta az iparág első 1 TB -os mSATA SSD -jét . 2015 augusztusában a Samsung bejelentette a 16 TB-os SSD-t, amely akkoriban a világ legnagyobb kapacitású egyetlen tárolóeszköze volt.

Míg 2018 -ban számos vállalat kínál SSD -eszközöket, az általuk kínált vállalatok közül csak öt gyártja valójában azokat a Nand Flash -eszközöket , amelyek az SSD -k tároló elemei.

Minőség és teljesítmény

Általánosságban elmondható, hogy bármely adott eszköz teljesítménye jelentősen eltérhet a különböző működési körülmények között. Például a tárolóeszközhöz hozzáférő párhuzamos szálak száma, az I/O blokk mérete és a fennmaradó szabad hely nagymértékben megváltoztathatja az eszköz teljesítményét (azaz az átviteli sebességet).

Az SSD technológia gyorsan fejlődik. A forgó adathordozóval rendelkező lemezmeghajtókon használt teljesítménymérések többségét SSD -ken is használják. A flash-alapú SSD-k teljesítményét nehéz összehasonlítani a lehetséges feltételek miatt. Az Xssist által 2010-ben, IOmeter , 4 kB véletlenszerű 70% olvasás/30% írás, sor mélysége 4 által végzett teszt során az Intel X25-E 64 GB G1 által szállított IOPS körülbelül 10 000 IOP körül indult, és 8 perc után jelentősen csökkent 4000 IOPS -ra, és a következő 42 percben fokozatosan tovább csökkent. Az IOPS 3000 és 4000 között változik körülbelül 50 perctől kezdve a 8+ órás próbaidőszak hátralévő részében.

A tervezők a vállalati szintű flash meghajtók próbálja kiterjeszteni élettartam növelésével több jogosultságkiosztó és alkalmazásával kopás kiegyenlítése .

Értékesítés

Az SSD -szállítmányok 2009 -ben 11 millió darabot, 2011 -ben 17,3 millió darabot, összesen 5 milliárd dollárt, 2012 -ben 39 millió darabot, és várhatóan 2013 -ban 83 millió darabra, 201,4 millió darabra emelkednek 2016 -ra és 227 millió darabra 2017 -ben.

Az SSD-piac (beleértve az olcsó PC-megoldásokat is) bevételei világszerte 585 millió dollárt tettek ki 2008-ban, ami több mint 100% -os növekedést jelent a 2007-es 259 millió dollárhoz képest.

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom

Külső linkek

Háttér és általános

Egyéb