SSD disk

Jednotka SSD ( anglicky  Solid-State Drive, SSD ) je počítačově energeticky nezávislé nemechanické úložné zařízení založené na paměťových čipech , alternativa k pevným diskům (HDD). Nejběžnější typ SSD používá k ukládání informací NAND flash paměť , existují však možnosti, kdy je disk vytvořen na bázi DRAM - paměti, vybavené přídavným zdrojem energie - baterií [1] . Kromě samotných paměťových čipů taková mechanika obsahuje řídicí čip - řadič .

V současné době se disky SSD používají jak v nositelných zařízeních ( notebooky , netbooky , tablety ), tak ve stolních počítačích pro zlepšení výkonu. Pro rok 2016 byly nejproduktivnější M.2 SSD s rozhraním NVMe , u kterých při vhodném připojení mohla rychlost zápisu/čtení dat dosáhnout 3800 megabajtů za sekundu [2] .

Ve srovnání s tradičními pevnými disky jsou SSD menší a lehčí, tišší, odolnější proti poškození (například upuštění) a mnohem rychlejší v operacích. Zároveň mají několikanásobně vyšší náklady na gigabajt a nižší odolnost proti opotřebení (zdroj záznamu) .

Popis

SSD jsou zařízení, která ukládají data na čipy namísto točení kovových disků nebo magnetických pásek. Důvod jejich vzhledu odráží skutečnost, že rychlost zpracování dat v procesoru je mnohem vyšší než rychlost zápisu dat na HDD. Magnetické disky dominují segmentu firemních úložišť již desítky let, za tuto dobu (od 50. let) stoupla kapacita úložiště dvěstětisíckrát, rychlost procesorů se také velmi zvýšila, ale rychlost přístupu k datům se změnila mnohem méně a disky se staly „úzkým hrdlem“. Disky SSD tento problém řeší – poskytují mnohem vyšší rychlost zpracování dat ve srovnání s pevnými disky [3] . Díky použití flash paměťových čipů se SSD výrazně liší svými vlastnostmi od pevných disků s magnetickými plotnami.

Za účelem optimalizace využití SSD disků  bylo v roce 2011 vyvinuto rozhraní NVMe .  Non-Volatile Memory Express , jehož podpora byla přidána do Windows pouze počínaje verzí 8.1 . V systému Windows 7 je protokol podporován opravou hotfix KB2990941 . Ne všechny základní desky podporují rozhraní NVMe, takže staré rozhraní SATA je stále oblíbené [4] .

Hlavní vlastnosti pevných disků [5] :

Na rozdíl od pevných disků je cena SSD hodně závislá na dostupné kapacitě, což je dáno omezenou hustotou paměťových buněk a omezením velikosti čipu v mikroobvodu [6] .

Hybridní pohony

Existují také hybridní pevné disky ( SSHD  , solid-state hybrid drive ), které kombinují solid-state paměť a mechanický pevný disk [7] [8] . Tato kombinace umožňuje využít některé z výhod flash paměti (rychlý náhodný přístup) při zachování nízkých nákladů na ukládání velkého množství dat. Používají flash paměť jako vyrovnávací paměť ( cache ) malé velikosti (například v Seagate Momentus XT od 4 do 8 GB) [9] , nebo (méně často) mohou být k dispozici jako samostatný disk ( anglicky  dual-drive hybrid systémy ) .

Technologie Intel Smart Response umožňuje sdílet SSD a HDD pro ukládání často používaných dat (souborů) na SSD a navíc efektivnější využití SSHD [10] [11] .

Své technologie pro využití SSD pro cachování dat uložených na HDD mají i další výrobci: Marvell HyperDuo (v řadiči Marvell 88SE9130), Adaptec MaxIQ (MaxCache), LSI CacheCade. Z nich je pouze HyperDuo určeno pro domácí použití [12] [13] [14] [15] .

Název

Jednotky SSD zahrnují pouze jednotky SSD. Pevné disky a optické disky k nim nepatří, i když se přísně vzato jedná o pevná těla. Tato terminologie je opačná než u laserů - pevnolátkové lasery jsou lasery založené na jakýchkoliv pevných tělesech s výjimkou polovodičů.

Zpočátku byly SSD disky označovány jako „solid-state drive“ ( anglicky:  Solid-State Disk ), ačkoli žádný z SSD není disk. Tento název je nyní zastaralý.

Historie vývoje

Trh

V roce 2013 byly největšími výrobci čipů NAND Samsung , Toshiba , Micron a SK-Hynix [17] , čipy řadičů pro SSD byly LSI-SandForce, Marvell , Silicon Motion, Phison a JMicron [ 18] .

Ve stejném roce začaly Samsung, Toshiba a Micron vyrábět disky s čipy 3D-NAND, což umožnilo zlevnit zařízení, zejména vysokokapacitní [19] .

V 1. čtvrtletí 2016 byly největšími výrobci SSD Samsung Electronics (první místo, cca 40 % trhu), SanDisk (12 %), Lite-On ( Plextor [20] , Lite-On), Kingston , Intel , Micron , OCZ , HGST .

NAND flash paměti pro SSD byly vyrobeny společnostmi SanDisk, Toshiba ( Kioxia [21] ), Samsung, Intel, Micron. Navzdory tomu, že Toshiba Memory byla a je jedním z největších výrobců čipů NAND, podíl společnosti na trhu SSD činil pouze 3,9 % [22] .

Od roku 2016 Samsung vydává „spotřební“ SSD s 3D NAND čipy výhradně z vlastní produkce [6] .

Nedostatek čipu v roce 2021 vedl k „cenovému výkyvu“ u SSD kvůli jejich nadprodukci a poté, na pozadí prudkého poklesu prodeje SSD, ke kolapsu cen na konci roku 2022 [23] [24] .

Faktory tvaru a rozhraní

Externí disky

Zpočátku se disky SSD rozšířily ve formě samostatných zařízení pro ukládání a přenos informací. K počítačům a digitálním přístrojům se připojovaly prostřednictvím řady standardizovaných externích rozhraní a konstrukce disků umožňovala nekvalifikovanému uživateli s nimi bezpečně manipulovat a přenášet data mezi zařízeními. Všechny tyto disky by se daly rozdělit do dvou velkých skupin: s rozhraním USB („ USB flash disky “), používané hlavně v počítačích, a paměťové karty , používané hlavně v různých elektronických přístrojích, jako jsou digitální fotoaparáty, telefony atd.

USB disky byly dokonale standardizované a zajistily výkon na jakémkoli zařízení s tímto konektorem. Paměťové karty měly širokou škálu nekompatibilních designů a rozhraní. Zpočátku byly populární CompactFlash , SmartMedia , Memory Stick , MMC , SD . Až dosud si vysokou popularitu udržely pouze SD karty ve dvou formách : standardní a miniaturní (microSD).

Vestavěné jednotky

Jak kapacita rostla a cena flash pamětí zlevňovala , začala polovodičová paměť nahrazovat hlavní dlouhodobou paměť počítačů  – pevné disky . Aby byla zajištěna zaměnitelnost se stávajícími technologiemi, začaly se vestavěné disky SSD vyrábět ve standardizovaných provedeních pevných disků a s v té době nejoblíbenějším rozhraním pevných disků. Tak se objevily 2,5″ SATA SSD disky , které byly instalovány místo mechanických pevných disků.

Objemné konstrukce a pomalá rozhraní mechanických pevných disků však neumožňovaly flash paměti uvolnit svůj potenciál. Začal proces miniaturizace pohonů. Zpočátku opustili design pevných disků, standardizovali na malé velikosti mSATA a M.2 SATA (někdy nazývané NGFF), ale zachovali kompatibilitu s rozhraním SATA. Dalším krokem bylo opustit pomalé rozhraní SATA a přejít na rychlé rozhraní PCI Express . Takto se objevily disky NVM Express (NVMe) v různých provedeních, z nichž nejběžnější je M.2 NVMe .

I přes podobný design nelze místo M.2 NVMe nainstalovat disky M.2 SATA a místo M.2 SATA nelze nainstalovat M.2 NVMe, jsou vzájemně nekompatibilní. Navenek je lze rozlišit podle počtu výřezů na kontaktech desky měniče a odpovídajících klíčů na protilehlém konektoru: M.2 SATA má dva z nich a M.2 NVMe má jeden.

Architektura a provoz

NAND SSD

Disky postavené na využití energeticky nezávislé paměti ( NAND SSD) se objevily ve druhé polovině 90. let minulého století, ale začaly sebevědomě dobývat trh díky pokroku v mikroelektronice a zlepšení základních charakteristik, včetně ceny za gigabajt. Až do poloviny roku 2000 byly v rychlosti zápisu horší než tradiční disky - pevné disky  , ale kompenzovaly to vysokou rychlostí přístupu k libovolným blokům informací (rychlost vyhledávání, rychlost počátečního určování polohy). Od roku 2012 se již vyrábí disky SSD s rychlostí čtení a zápisu, která je mnohonásobně vyšší než možnosti pevných disků [25] . Vyznačují se relativně malými rozměry a nízkou spotřebou energie.

Do roku 2016 byly čipy NAND vytvořeny se třemi různými technologiemi, pokud jde o hustotu ukládání dat [6] :

TLC poskytuje nejvyšší hustotu úložiště (třikrát vyšší než planární SLC), ale má nejkratší životnost a nižší spolehlivost, kterou výrobci kompenzují komplikovaným zpracováním dat [6] .

Dalším vývojem technologie NAND je 3D TLC, ve kterém jsou TLC buňky umístěny na čipu v několika vrstvách. Například Samsung SSD 850 EVO využívá 3D paměť s 32 vrstvami 3bitových TLC buněk; výrobce pro ně slibuje spolehlivost na úrovni zařízení s planárními dvoubitovými MLC [6] .

Od roku 2017 se rozšířil i QLC (Quad Level Cell) - čtyřbitový [26] . Pro rok 2022 je rekordem 7. generace 3D NAND se 176 vrstvami (frekvence rozhraní 1,6 GHz) od Micronu , vydaná loni ; spotřebitelským standardem jsou 96-144vrstvé mikroobvody [27] .

RAM SSD

Tyto jednotky jsou postaveny na použití volatilní paměti (stejné jako v paměti RAM osobního počítače) jako jednotka RAM a vyznačují se ultra rychlým čtením, zápisem a vyhledáváním informací. Jejich hlavní nevýhodou jsou extrémně vysoké náklady na jednotku objemu. Používají se především ke zrychlení provozu velkých databázových systémů a výkonných grafických stanic. Takové disky jsou obvykle vybaveny bateriemi pro úsporu dat v případě výpadku napájení a dražší modely jsou vybaveny zálohovacími a / nebo online zálohovacími systémy. Příklady takových jednotek jsou I-RAM a řada HyperDrive (poslední jmenovaná je v Evropě známá jako ACARD ANS-9010 a 9010BA).

Uživatelé s dostatečnou pamětí RAM mohou taková zařízení simulovat pomocí technologie disk-in-RAM (jednotka RAM), například pro vyhodnocení výkonu virtuálních strojů.

Ostatní

V roce 2015 Intel a Micron oznámily vydání nové energeticky nezávislé paměti 3D XPoint [28] . Intel plánoval v roce 2016 vydat SSD na bázi 3D XPoint využívající rozhraní PCI Express, které by byly rychlejší a odolnější než disky založené na NAND. V březnu 2017 Intel vydal první SSD využívající technologii 3D XPoint, Intel Optane P4800X [29] .

Výhody

Nevýhody

Podpora v různých operačních systémech

Microsoft Windows a SSD

Windows 7 představil speciální optimalizace pro práci s disky SSD. S SSD disky s nimi tento operační systém funguje jinak než s běžnými HDD disky. Windows 7 například neaplikuje defragmentaci na SSD disk, technologie SuperFetch a ReadyBoost a další techniky čtení napřed, které zrychlují načítání aplikací z běžných HDD.

Předchozí verze systému Microsoft Windows tuto speciální optimalizaci nemají a jsou navrženy tak, aby fungovaly pouze s běžnými pevnými disky. Proto například některé operace se soubory systému Windows Vista , pokud nejsou zakázány, mohou zkrátit životnost jednotky SSD. Operace defragmentace by měla být zakázána, protože prakticky žádným způsobem neovlivňuje výkon média SSD a pouze jej dodatečně opotřebovává.

Počítače Mac OS X a Macintosh s SSD

Operační systém Mac OS X počínaje verzí 10.7 (Lion) plně implementuje podporu TRIM pro polovodičové paměti nainstalované v systému [50] .

Od roku 2010 představuje Apple počítače řady Air plně vybavené pouze polovodičovou pamětí založenou na NAND flash paměti. Do roku 2010 si kupující mohl pro tento počítač vybrat běžný pevný disk, ale další vývoj řady ve prospěch maximálního odlehčení a zmenšení skříně počítačů této řady si vyžádal úplné odmítnutí klasických pevných disků ve prospěch SSD disků. .

Množství zahrnuté paměti v počítačích řady Air se pohybuje od 128 GB do 512 GB [51] . Podle JP Morgan se od okamžiku uvedení do června 2011 prodalo 420 000 počítačů této řady výhradně na pevné NAND flash paměti [52] .

11. června 2012 byla na základě flash paměti představena aktualizovaná řada profesionálních notebooků MacBook Pro s Retina displejem , do kterých bylo možné nainstalovat volitelných 768 GB flash paměti. .

GNU/Linux a počítače s pevným diskem

Operační systém Linux , počínaje jádrem verze 2.6.33, plně implementuje podporu TRIM pro SSD nainstalovanou v systému, když v nastavení připojení disku [53] specifikujete možnost „zahodit“ .

Perspektivy rozvoje

Hlavní nevýhodou flash disků SSD je omezený počet cyklů zápisu; s rozvojem výrobních technologií pro energeticky nezávislé paměti může být eliminován výrobou informačního nosiče podle jiných fyzikálních principů, například FeRam , ReRAM (odporová paměť s náhodným přístupem) atd.

Viz také

Poznámky

  1. Magnetická pole mohou poškodit pouze funkční pevný disk. Například, pokud připevníte neodymový magnet na funkční pevný disk, může to narušit činnost kovových pohyblivých částí na disku - bloku magnetických hlav, zatímco magnetické pole nemůže přímo poškodit nebo demagnetizovat disk a poškodit informace uloženy na něm. SSD disk je ještě odolnější vůči poškození informací na něm uložených vlivem magnetických polí. Aby magnetické pole demagnetizovalo nebo poškodilo informace uložené na SSD, potřebujete magnet kolosální velikosti a gigantické síly.
  1. SNIA, 2009 , Přehled, str. 2.
  2. Aubert, 2016 , Strana 2: Formát a konektory: 2,5", M.2, mSATA, SATA a PCIe .
  3. SNIA, 2009 , Co je úložiště v pevném stavu?, str. 2-3.
  4. Aubert, 2016 , Strana 3: Jaký je rozdíl mezi AHCI a NVMe? .
  5. SNIA, 2009 , Zvýšení rychlosti zvyšuje zisky, s. 3.
  6. 1 2 3 4 5 Aubert, 2016 , Strana 4: Paměťové technologie: SLC, MLC, TLC a 3D-NAND .
  7. Dong Ngo. WD ukazuje svůj první hybridní disk, WD Black SSHD . Společnost WD předvedla svůj první hybridní disk, WD Black SSHD, který je k dispozici v  tloušťce 7 mm a 5 mm . Cnet (9. ledna 2013) . Staženo 27. dubna 2019. Archivováno z originálu 29. března 2013.
  8. Recenze Momentus XT 750 GB: Hybridní pevný disk druhé generace . Tom's Hardware (8. února 2012). Datum přístupu: 27. dubna 2019.
  9. Anand Lal Shimpi. Recenze hybridního pevného disku Seagate Momentus XT (750 GB) 2. generace . AnandTech (13. prosince 2011). Získáno 27. dubna 2019. Archivováno z originálu 1. listopadu 2013.
  10. Technologie Intel® Smart Response . Rychlý přístup k nejčastěji používaným souborům a aplikacím . Intel Corporation . Získáno 27. dubna 2019. Archivováno z originálu dne 2. června 2021.
  11. Andrey Kozhemyako. Výhody a nevýhody technologie Intel Smart Response Technology . Podrobná studie vlivu ukládání do mezipaměti SSD na výkon pevného disku . iXBT (26. března 2013) . Staženo 27. dubna 2019. Archivováno z originálu 27. dubna 2019.
  12. Technologie Marvell HyperDuo . NYX (3. května 2012). Staženo 27. 4. 2019. Archivováno z originálu 3. 1. 2018.
  13. Adaptec MaxIQ (MaxCache) . NIKS (3. září 2011). Získáno 27. dubna 2019. Archivováno z originálu 5. prosince 2017.
  14. Adaptec Hybrid RAID . NIKS (31. července 2011). Datum přístupu: 27. dubna 2019.
  15. LSI CacheCade . NYX (18. dubna 2013). Datum přístupu: 27. dubna 2019.
  16. Počítačové systémy Cray-1 a Cray X-MP referenční příručka pro pevné úložiště (SSD) HR-0031 1982
  17. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , str. 17.
  18. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , str. osmnáct.
  19. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , str. 17.
  20. Toshiba může převzít obchodní Lite-On SSD a značku Plextor // 3DNews , 17.08.2019 / Archivováno 17. srpna 2019 na Wayback Machine
  21. Kioxia Holdings na CNews
  22. Anton Šilov. Trendy na trhu Q1 2016: Dodávky SSD se meziročně zvýšily o 32,7 % . AnandTech (25. května 2016). Získáno 27. dubna 2019. Archivováno z originálu dne 8. listopadu 2020.
  23. SSD se připravují na úplné „zabití“ pevných disků. Ceny klesají a konec je v nedohlednu // CNews , 28. září 2022
  24. Ceny SSD klesají s tím, jak klesají prodeje. Za všechno mohou cloudoví poskytovatelé // CNews , 15. září 2022
  25. Vyplatí se přejít z pevného disku na SSD? . thg.ru. Datum přístupu: 13. prosince 2012. Archivováno z originálu 31. prosince 2012.
  26. Nejnovější technologie 3D NAND SSD disků Archivováno 9. srpna 2019 na Wayback Machine // CHIP , 7. 12. 2017
  27. Výsledky roku 2021: SSD disky Archivovány 16. ledna 2022 na Wayback Machine // 3DNews , 14. ledna 2022
  28. IDF 2015: Intel oznamuje produkty založené na 3D XPoint  (ruština) , 3DNews – Daily Digital Digest . Archivováno z originálu 22. března 2017. Staženo 21. března 2017.
  29. Praktická recenze Intel Optane SSD DC P4800X 750 GB . Staženo 25. 9. 2018. Archivováno z originálu 1. 12. 2017.
  30. Porovnání síťového rozhraní úložiště Demartek Archivováno 11. srpna 2019 na Wayback Machine // článek 31. 7. 2019 na demartek.principledtechnologies.com .
  31. HDD je jeden krok od konečné smrti. Jejich děsivá nespolehlivost byla potvrzena // CNews , 14. září 2022
  32. MLC vs. SLC NAND Flash ve vestavěných systémech . Získáno 6. června 2010. Archivováno z originálu 28. června 2010.
  33. Těžká volba: HDD nebo SSD Archivováno 12. září 2017 na Wayback Machine // Dej mi ovladač, 2011-10-13
  34. Co se stane, když SSD selžou? | Chlap SSD . Získáno 30. dubna 2020. Archivováno z originálu dne 26. září 2020.
  35. http://www.anandtech.com/show/4902/intel-ssd-710-200gb-review/2 Archivováno 3. září 2014 na Wayback Machine „Po překročení všech dostupných cyklů p/e na standardním MLC , JEDEC vyžaduje, aby NAND uchovávala vaše data ve vypnutém stavu po dobu minimálně 12 měsíců. U MLC-HET je minimum sníženo na 3 měsíce. Ve spotřebitelském prostoru potřebujete tento čas na pravděpodobně přenos dat."
  36. Spolehlivost SSD: výsledky testů životnosti [aktualizováno 02/06/19 ] . 3DNews - Daily Digital Digest. Staženo 20. února 2019. Archivováno z originálu 22. února 2019.
  37. SSD vs. HDD: Jaký je rozdíl? Archivováno 19. března 2017 na Wayback Machine
  38. Ceny SSD a pevných disků pro spotřebitele se blíží paritě Archivováno 9. září 2016 na webu Wayback Machine / ComputerWorld, 1. prosince 2015 „Cena pevných disků a SSD za gigabajt“.
  39. Pevné disky notebooků jsou mrtvé: Jak SSD ovládnou úložiště mobilních počítačů do roku 2018 Archivováno 16. září 2016 na Wayback Machine / PCWorld, 3. prosince 2015 [1] Archivováno 16. září 2016 na Wayback Machine "Právě teď nejsou SSD disky Nedosahují ani zdaleka stejné ceny jako pevný disk: Podle tchajwanské TrendForce jsou SSD v přepočtu na dolary za gigabajt šestkrát dražší než srovnatelné pevné disky."
  40. Pohled na trh: Dodávky pevných disků klesly o 20 % v 1. čtvrtletí 2016, hit víceletého minima Archivováno 30. ledna 2019 na Wayback Machine / AnandTech, 12. května 2016 „Průměrné prodejní ceny pevných disků v USD .. průměrný HDD od buď Seagate of Western Digital stojí přibližně 60 dolarů.
  41. Cena SSD vs. Náklady na HDD Archived 12. listopadu 2016 na Wayback Machine , 2015-10-28 "systémy jako PC a vestavěné systémy ..mohou používat levnější SSD "
  42. Jacobi : „Kupte si nejvyšší kapacitu, jakou si můžete dovolit. Získáte lepší výkon, i když přínos rychle klesá nad 256 GB.".
  43. https://www.usenix.org/system/files/conference/fast16/fast16-papers-hao.pdf Archivováno 11. září 2016 na Wayback Machine „Například SSD garbage collection, známý viník, může zvýšit latenci o faktor 100 .. Pojem „rychlé“ a „pomalé“ stránky existuje v rámci SSD; programování pomalé stránky může být 5-8x pomalejší ve srovnání s .. rychlou stránkou“
  44. Alastair Nisbet; Scott Lawrence, Matthew Ruf. Forenzní analýza a srovnání uchovávání dat na disku Solid State Drive se systémy souborů s povolenou úpravou  . Australská digitální forenzní konference (2013). Získáno 8. listopadu 2016. Archivováno z originálu 9. listopadu 2016.
  45. Andrew Ku. Vyšetřování: Je váš SSD spolehlivější než pevný disk?  (anglicky) . Tomův hardware .
  46. Jacobi : „SSD a solid-state storage obecně mají znepokojivý sklon k binární funkčnosti. Selhání SSD se obvykle projevuje takto: Jednu minutu funguje, další sekundu je zablokován.".
  47. Jacobi , Ať už je selhání způsobeno řadičem nebo samotnou NAND, společnost má dobrou, i když ne dokonalou míru úspěšnosti.
  48. Extrémní oprava chyb SSD | Chlap SSD . Získáno 30. dubna 2020. Archivováno z originálu dne 30. června 2020.
  49. Jak řadiče maximalizují životnost SSD – vylepšené ECC | Chlap SSD . Získáno 30. dubna 2020. Archivováno z originálu dne 22. července 2020.
  50. Mac OS X Lion má podporu TRIM pro SSD, rozlišení HiDPI pro lepší hustotu pixelů? Archivováno 29. června 2011 na Wayback Machine 
  51. Apple (Rusko) – MacBook Air – Porovnání 11palcových a 13palcových MacBooků Air. . Získáno 1. října 2017. Archivováno z originálu 7. června 2013.
  52. JP Morgan vidí MacBook Air jako obchod za 3 miliardy dolarů – Apple 2.0 – Fortune Tech. Archivováno 22. srpna 2011 na Wayback Machine 
  53. ssd - Jak povolit TRIM? Zeptejte se Ubuntu. Archivováno 6. července 2020 na Wayback Machine 

Literatura

Odkazy