>
 
Что такое SSD (твердотельный) накопитель, и как он работает
25-03-2013, 15:32 Категория: Железо ПК / Жесткие диски и SSD / Просмотров: 2 666

SSD (solid state drive, накопитель на твёрдотельной памяти, твёрдотельный накопитель - рус.) - накопитель информации, основанный на чипах энергонезависимой памяти, которые сохраняют данные после отключения питания. Являются относительно новым видом носителей информации, а первое проявление и развитие, чипы энергонезависимой памяти получили от Flash накопителей и обычной RAM памяти.

Содержит такие же интерфейсы ввода-вывода как и современные жёсткие диски. В SSD не используются движущиеся части и элементы как в электромеханических устройствах (жёсткие диски, дискеты), что исключает вероятность износа механическим путём.

Большинство современных твёрдотельных накопителей основаны на энергонезависимой NAND памяти. Существуют накопители корпоративного класса, которые используют RAM память вкупе с резервными системами питания. Это даёт очень большие скорости передачи данных, но и цена одного гигабайта очень высока по меркам рынка.

Существуют гибридные версии SSD и HDD накопителей.

Они включают магнитные пластины для большого объёма хранимой информации и небольшой по объёму SSD накопитель в одном корпусе. Самые часто использующиеся данные хранятся в SSD накопителе и обновляются по мере их актуальности из блока HDD. При обращении за этими данными, они считываются с высокой скоростью из твёрдотельной памяти не обращаясь к более медленным магнитным пластинам.

 

Из чего состоят SSD накопители.

* на примере NAND памяти

Что такое SSD (твердотельный) накопитель, и как он работает

 

Твёрдотельный накопитель состоит из самих чипов NAND, управляющего микроконтроллёра привносящего все функции, чипа энергозависимой кеш памяти и печатной платы на которой всё это распаяно.

Иногда в SSD накопителях используется небольшая батарея, чтобы при отключении питания, все данные из кэша можно было бы переписать в энергонезависимую память и сохранить все данные в целостности. Есть прецеденты, что в накопителях сMLC памятью при отключении питания, пропадала часть или все данные. С SLC памятью, таких проблем замечено не было.

 

Память.

Практически все твёрдотельные накопители высокого, среднего и бюджетного класса используют энергонезависимую NAND(flash) память из-за её относительно низкой стоимости, способности сохранять данные без постоянного поддержания питания и возможность реализации технологии сохранения данных при неожиданном отключении питания.

Благодаря компактной компоновке чипов, производители могут выпускать SSD накопители в формфакторе 1.82.53.5 и меньше, если речь идёт о устройствах без защитных упаковок. Например для ноутбуков или внутреннего размещения в компьютере.

В большинстве SSD накопителей используется дешёвая MLC (Multi Level Cell) - память, которая может вмещать в одну ячейкуболее одного бита. Это очень результативно сказывается на цене готового изделия и способствует популяризации данных накопителей. Но есть у MLC памяти и большие недостатки. Это низкая долговечность ячеек и более низкая скоростьзаписи и чтения, чем у накопителей на основе SLC (Single Level Cell).

SLC записывают только один бит в ячейку и это обеспечивает до 10 раз лучшую долговечность и до 2-х раз более высокую скорость в сравнении с MLC. Есть и один недостаток - цена накопителей на SLC памяти примерно в два раза выше чем цена накопителей на MLC памяти. Это обусловлено большими затратами на производство, а в особенности потому, что чипов SLC того же объёма, требуется в среднем в два раза больше для достижения того же объёма в сравнении с MLC.

 

Контроллёр SSD.

Практически все показатели SSD накопителя зависят от управляющего контроллёра. Он включает в себя микропроцессор, который управляет всеми процессами памяти с помощью специальной прошивки; и моста между сигналами чипов памяти и шины компьютера (SATA, USB).

Функции современного SSD контроллёра:

  • TRIM.
  • Чтение запись и кеширование.
  • Коррекция ошибок (ECC).
  • Шифрование (AES).
  • Возможность S.M.A.R.T мониторинга.
  • Пометка и запись о нерабочих блоках для добавления их в чёрный список.
  • Сжатие данных (Sandforce контроллёры например).

Все контроллёры памяти нацелены на параллельно подключенную NAND память. Так как шина памяти одного чипа очень мала (максимум 16 бит), используются шины многих чипов подключенных параллельно (аналогия RAID 0). К тому же, отдельно взятый чип отнюдь не обладает отличными характеристиками, а наоборот. Например высокую задержку ввода-вывода. Когда чипы памяти параллельно объединены, эти задержки скрываются, распределяясь между ними. Да и шина растёт пропорционально каждому добавленному чипу, вплоть до максимальной пропускной способности контроллёра.

Многие контроллёры, умеют использовать SATA 6 Гбит/c, что в купе с контроллёрами поддерживающими скорость обмена данными 500мб/c, даёт ощутимый прирост производительности в чтении/записи и полное раскрытие потенциала SSD накопителя.

 

Кэш память.

В SSD накопителях применяется кэш память в виде энергозависимой DRAM микросхемы, наподобие как в жёстких дисках.

Но в твёрдотельных накопителях она несёт ещё одну важную функцию. Часть прошивки и самые часто изменяющиеся данные находятся в ней, сокращая износ энергозависимой NAND памяти. В некоторых контроллёрах, не предусмотрено использование кеш памяти, но тем не менее они достигают высоких показателей в скорости (SandForce).

 

Интерфейсы для подключения SSD.

Самыми распространёнными интерфейсами для SSD потребительского класса являются SATA 6 Гбит/cPCI-Express и USB 3.0. Все эти интерфейсы способны обеспечить нужную пропускную способность для любого SSD накопителя.

В портативных устройствах вроде ноутбуков и планшетных компьютеров, наиболее часто встречаются компактные SSD накопители с интерфейсом mini PCI-Express (mSATA).

 

Преимущества и недостатки SSD накопителей в сравнении с HDD.

Плюсы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками):

  • Включаются мгновенно, не требуют раскрутки.
  • Значительно более высокая скорость произвольного доступа.
  • Значительно более высокая скорость доступа.
  • Скорость передачи данных значительно выше.
  • Не требуется дефрагментация.
  • Беззвучны, так как не имеют механических частей.
  • Не создают вибраций.
  • Более выносливы в плане температуры, ударов и вибраций.
  • Немного меньшее энергопотребление.

 

Минусы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками).

  • Износ ячеек. Хоть в SSD накопителях и отсутствуют механические части, чипы памяти изнашиваются (mlc ~10000 перезаписей, slc ~100000).
  • Ёмкость значительно меньше.
  • Цена значительно выше по соотношению ГБ/$
  • Невозможность восстановить утерянные данные после команды TRIM или просто после форматирования.

 

В твёрдотельных накопителях применяется команда (инструкция) TRIM для увеличения скорости записи. Совместно с некоторыми микроконтроллёрами, TRIM позволяет добиться и небольшого увеличения скорости чтения. Все твурдотельные накопители, которые выпускаются с 2012 года имеют поддержку TRIM. В более ранних, для включения данной инструкции может потребоваться прошивка новой микропрограммой. В большинстве случаев, при прошивке все данные безвозвратно удаляются.

SSD накопители ещё совсем новое поколение накопителей информации и они не являются сбалансированными во всех отношениях продуктами. Тем не менее, для энтузиастов, клиентов корпоративного класса и использования в серверных системах они выгодно отличаются по показателю производительности, что может быть решающим фактором к покупке. Новый виток эволюции, твёрдотельные накопители получат с массовым производством чипов памяти Ferroelectric RAM (FRAM,FeRAM). Это позволит повысить уровень долговечности ячеек SSD накопителей.

Но не факт что за SSD накопителями будущее. Каждый новый техпроцесс, как показала практика, уменьшает скорость чтения/записи и увеличивает количество возникающих ошибок, которые тоже нужно убирать с помощью системы коррекции ошибок в ущерб производительности. Причём для SLC этот показатель приемлем, но вот с MLC и TLC (triple level cell) всё очень и очень печально. С каждым новым поколением, без значительных новых прорывов, скорость будет падать. А к 4 нм, опустится практически до уровня HDD 2012 года.

источник

 

Добавить коммент
КОММЕНТАРИИ
  • smilelaughing
    wink
    angry

Вопрос:

_ + 3 = 34 ( допишите недостающие число )

Ответ: