Solid State Drive

Et solid-state-drev ( engelsk  Solid-State Drive, SSD ) er en ikke-flygtig , ikke- mekanisk computerlagerenhed baseret på hukommelseschips , et alternativ til harddiske (HDD). Den mest almindelige type solid-state-drev bruger NAND-flash-hukommelse til at gemme information , men der er muligheder, hvor drevet er oprettet baseret på DRAM - hukommelse, udstyret med en ekstra strømkilde - et batteri [1] . Ud over de faktiske hukommelseschips indeholder et sådant drev en kontrolchip - en controller .

I øjeblikket bruges SSD'er i både bærbare computere ( bærbare computere , netbooks , tablets ) og stationære computere for at forbedre ydeevnen. For 2016 var de mest produktive M.2 SSD'er med en NVMe -grænseflade , hvor hastigheden for at skrive/læse data kunne nå op på 3800 megabyte pr. sekund med en passende forbindelse [2] .

Sammenlignet med traditionelle harddiske er SSD'er mindre og lettere, mere støjsvage, mere modstandsdygtige over for skader (såsom at blive tabt) og meget hurtigere i drift. Samtidig har de flere gange højere pris pr. gigabyte og lavere slidstyrke (optageressource) .

Beskrivelse

SSD'er er enheder, der gemmer data på chips i stedet for at dreje metaldiske eller magnetbånd. Årsagen til deres udseende afspejler det faktum, at databehandlingshastigheden i processoren er meget højere end dataskrivehastigheden på HDD'en. Magnetiske diske har domineret virksomhedens lagersegment i årtier, i løbet af denne tid (siden 1950'erne) er lagerkapaciteten vokset to hundrede tusinde gange, processorhastigheden er også steget meget, men hastigheden på dataadgang har ændret sig meget mindre og diske er blevet en "flaskehals". ". Solid-state-drev løser problemet – de giver meget hurtigere databehandlingshastigheder sammenlignet med harddiske [3] . På grund af brugen af ​​flash-hukommelseschips adskiller SSD'er sig markant i deres egenskaber fra harddiske med magnetiske plader.

For at optimere brugen af ​​SSD'er blev  NVMe - grænsefladen udviklet i 2011 .  Non-Volatile Memory Express , som kun understøttes af Windows fra version 8.1 . I Windows 7 understøttes protokollen af ​​hotfix KB2990941 . Ikke alle bundkort understøtter NVMe-grænsefladen, så den gamle SATA -grænseflade er stadig populær [4] .

De vigtigste egenskaber ved solid state-drev [5] :

I modsætning til harddiske er prisen på en SSD meget afhængig af den tilgængelige kapacitet, hvilket skyldes den begrænsede tæthed af hukommelsesceller og begrænsningen af ​​chipstørrelsen i mikrokredsløbet [6] .

Hybriddrev

Der findes også hybride harddiske ( SSHD  , solid-state hybrid drive ), som kombinerer solid state-hukommelse og en mekanisk harddisk [7] [8] . Denne kombination giver dig mulighed for at drage fordel af nogle af fordelene ved flash-hukommelse (hurtig tilfældig adgang), samtidig med at omkostningerne ved at opbevare store mængder data holdes lave. De bruger flashhukommelse som en buffer ( cache ) af en lille størrelse (for eksempel i Seagate Momentus XT fra 4 til 8 GB) [9] , eller (mindre ofte) kan være tilgængelig som et separat drev ( engelsk  dual-drive hybrid systemer ) .

Intel Smart Response Technology giver dig mulighed for at dele SSD og HDD for at cache hyppigt tilgåede data (filer) på SSD'en, plus mere effektiv brug af SSHD [10] [11] .

Andre producenter har også deres egne teknologier til at bruge SSD til caching af data gemt på HDD'en: Marvell HyperDuo (i Marvell 88SE9130 controlleren), Adaptec MaxIQ (MaxCache), LSI CacheCade. Af disse er kun HyperDuo designet til hjemmebrug [12] [13] [14] [15] .

Titel

Solid state-drev omfatter kun solid state-drev. Harddiske og optiske diske hører ikke til dem, selvom de strengt taget er faste kroppe. Denne terminologi er det modsatte af den, der bruges i lasere - solid-state lasere er lasere baseret på alle faste kroppe, med undtagelse af halvledere.

I starten blev SSD'er omtalt som "solid-state-drev" ( engelsk:  Solid-State Disk ), selvom ingen af ​​SSD'erne er en disk. Dette navn er nu ved at være forældet.

Udviklingshistorie

Marked

I 2013 var de største producenter af NAND-chips Samsung , Toshiba , Micron og SK-Hynix [17] , controller-chips til SSD'er var LSI-SandForce, Marvell , Silicon Motion, Phison og JMicron [18] .

Samme år begyndte Samsung, Toshiba og Micron at producere drev med 3D-NAND-chips, hvilket gjorde det muligt at reducere omkostningerne til enheder, især højkapacitet [19] .

I 1. kvartal 2016 var de største SSD-producenter Samsung Electronics (førstepladsen, omkring 40 % af markedet), SanDisk (12 %), Lite-On ( Plextor [20] , Lite-On), Kingston , Intel , Micron , OCZ , HGST .

NAND-flashhukommelse til SSD'er blev produceret af SanDisk, Toshiba ( Kioxia [21] ), Samsung, Intel, Micron. På trods af at Toshiba Memory var og er en af ​​de største producenter af NAND-chips, var virksomhedens andel på SSD-markedet kun 3,9 % [22] .

Siden 2016 har Samsung frigivet "forbruger" SSD'er med 3D NAND-chips udelukkende fra sin egen produktion [6] .

2021-chipmanglen førte til et "prisudsving" for SSD'er på grund af deres overproduktion, og derefter, på baggrund af et kraftigt fald i SSD-salget, til et kollaps i priserne i slutningen af ​​2022 [23] [24] .

Formfaktorer og grænseflader

Eksterne drev

I starten spredes solid-state-drev i form af separate enheder til lagring og overførsel af information. De sluttede sig til computere og digitale gadgets gennem en række standardiserede eksterne grænseflader, og designet af drevene gjorde det muligt for en ufaglært bruger at manipulere dem sikkert og overføre data mellem enheder. Alle disse drev kan opdeles i to store grupper: med en USB -grænseflade (" USB-flashdrev "), der hovedsageligt bruges med computere, og hukommelseskort , hovedsageligt brugt i en række elektroniske gadgets, såsom digitale kameraer, telefoner osv.

USB-drev var perfekt standardiseret og sikrede ydeevne på enhver enhed med dette stik. Hukommelseskort havde en bred vifte af inkompatible designs og grænseflader. Oprindeligt var CompactFlash , SmartMedia , Memory Stick , MMC , SD populære . Indtil nu har kun SD- kort i to formfaktorer bevaret høj popularitet : standard og miniature (microSD).

Indlejrede drev

Efterhånden som kapaciteten voksede, og prisen på flash- hukommelse blev billigere, begyndte solid-state hukommelse at erstatte computerens vigtigste langtidshukommelse  - harddiske . For at sikre udskiftelighed med eksisterende teknologier begyndte indlejrede solid state-drev at blive produceret i standardiserede harddiskdesigns og med det mest populære harddiskinterface på det tidspunkt. Sådan fremstod 2,5 ″ SATA solid state-drev , som blev installeret i stedet for mekaniske harddiske.

De omfangsrige designs og langsomme grænseflader på mekaniske harddiske tillod dog ikke flashhukommelsen at låse op for dets potentiale. Processen med miniaturisering af drev er begyndt. Til at begynde med opgav de harddiskdesignet og standardiserede på de små mSATA- og M.2 SATA - designs (nogle gange kaldet NGFF), men bevarede kompatibiliteten med SATA-grænsefladen. Det næste skridt var at gå væk fra det langsomme SATA-interface og skifte til det hurtige PCI Express -interface . Sådan fremstod NVM Express (NVMe) -drev i en række forskellige designs, hvoraf M.2 NVMe er den mest almindelige .

På trods af det lignende design kan M.2 SATA-drev ikke installeres i stedet for M.2 NVMe og M.2 NVMe kan ikke installeres i stedet for M.2 SATA, de er inkompatible med hinanden. Udadtil kan de skelnes ved antallet af udskæringer på kontakterne på drevkortet og de tilsvarende nøgleindsatser på det tilhørende stik: M.2 SATA har to af dem, og M.2 NVMe har en.

Arkitektur og drift

NAND SSD

Drev bygget på brugen af ​​ikke-flygtig hukommelse ( NAND SSD) dukkede op i anden halvdel af 90'erne af det sidste århundrede, men begyndte med selvtillid at erobre markedet på grund af fremskridt inden for mikroelektronik og forbedring af grundlæggende egenskaber, herunder pris pr. gigabyte. Indtil midten af ​​2000'erne var de ringere end traditionelle drev - harddiske  - i skrivehastighed, men kompenserede for dette ved høj adgangshastighed til vilkårlige informationsblokke (søgehastighed, indledende positioneringshastighed). Siden 2012 er solid state-drev allerede blevet produceret med læse- og skrivehastigheder, der er mange gange større end harddiskenes muligheder [25] . De er kendetegnet ved relativt lille størrelse og lavt strømforbrug.

I 2016 blev NAND-chips skabt med tre forskellige teknologier med hensyn til datalagringstæthed [6] :

TLC giver den højeste lagertæthed (tre gange højere end plan SLC), men har den korteste levetid og lavere pålidelighed, hvilket producenterne kompenserer for ved at komplicere databehandlingen [6] .

En videreudvikling af NAND-teknologien er 3D TLC, hvor TLC-celler placeres på en chip i flere lag. For eksempel bruger Samsung SSD 850 EVO 3D-hukommelse med 32 lag af 3-bit TLC-celler; producenten lover pålidelighed på enhedsniveau for dem med plane to-bit MLC'er [6] .

Siden 2017 er QLC (Quad Level Cell) også blevet udbredt - fire bits [26] . For 2022 er rekorden 7. generations 3D NAND med 176 lag (grænsefladefrekvens 1,6 GHz) fra Micron , udgivet sidste år ; forbrugerstandarden er 96-144-lags mikrokredsløb [27] .

RAM SSD

Disse drev er bygget på brugen af ​​flygtig hukommelse (det samme som bruges i RAM på en personlig computer) som et RAM-drev og er karakteriseret ved ultrahurtig læsning, skrivning og søgning efter information. Deres største ulempe er de ekstremt høje omkostninger pr. volumenenhed. De bruges hovedsageligt til at fremskynde driften af ​​store databasestyringssystemer og kraftfulde grafikstationer. Sådanne drev er normalt udstyret med batterier for at gemme data i tilfælde af strømtab, og dyrere modeller er udstyret med backup- og/eller online backup-systemer. Eksempler på sådanne drev er I-RAM og HyperDrive -serien (sidstnævnte er kendt i Europa som ACARD ANS-9010 og 9010BA).

Brugere med tilstrækkelig RAM kan simulere sådanne enheder ved hjælp af disk-in-RAM- teknologi (RAM-drev), for eksempel for at evaluere virtuelle maskiners ydeevne.

Andre

I 2015 annoncerede Intel og Micron udgivelsen af ​​en ny 3D XPoint ikke-flygtig hukommelse [28] . Intel planlagde at frigive 3D XPoint-baserede SSD'er ved hjælp af PCI Express-grænsefladen i 2016, som ville være hurtigere og mere holdbare end NAND-baserede drev. I marts 2017 frigav Intel den første SSD ved hjælp af 3D XPoint-teknologi, Intel Optane P4800X [29] .

Fordele

Ulemper

Support i forskellige operativsystemer

Microsoft Windows og SSD'er

Windows 7 introducerede specielle optimeringer til arbejde med solid state-drev. Med SSD-drev fungerer dette operativsystem anderledes med dem end med almindelige HDD-drev. For eksempel anvender Windows 7 ikke defragmentering til SSD-drevet, SuperFetch- og ReadyBoost -teknologier og andre read-ahead-teknikker, der fremskynder indlæsningen af ​​applikationer fra almindelige HDD'er.

Tidligere versioner af Microsoft Windows har ikke denne specielle optimering og er designet til kun at fungere med almindelige harddiske. Derfor kan f.eks. nogle Windows Vista -filhandlinger , hvis de ikke er deaktiveret, reducere levetiden for et SSD-drev. Defragmenteringsoperationen bør deaktiveres, da den praktisk talt ikke påvirker SSD-mediets ydeevne på nogen måde og kun slider det yderligere.

Mac OS X- og Macintosh-computere med SSD'er

Mac OS X -operativsystemet , startende med version 10.7 (Lion), implementerer fuldt ud TRIM -understøttelse af solid-state-hukommelse installeret i systemet [50] .

Siden 2010 har Apple introduceret computere i Air -linjen , fuldt udstyret med kun solid-state-hukommelse baseret på NAND-flashhukommelse . Indtil 2010 kunne køberen vælge en almindelig harddisk til denne computer, men den videre udvikling af linjen til fordel for maksimal lysstyrke og reduktion af computere i denne serie krævede en fuldstændig afvisning af konventionelle harddiske til fordel for solid state-drev .

Mængden af ​​inkluderet hukommelse i computere i Air-serien varierer fra 128 GB til 512 GB [51] . Ifølge JP Morgan blev 420.000 computere af denne serie fra introduktionstidspunktet indtil juni 2011 solgt udelukkende på solid-state NAND-flashhukommelse [52] .

Den 11. juni 2012, baseret på flash-hukommelse, blev en opdateret serie af professionelle bærbare MacBook Pro med Retina-skærm introduceret , hvor valgfri 768 GB flash-hukommelse kunne installeres .

GNU/Linux og Solid State Drive-computere

Linux -operativsystemet , startende fra kerneversion 2.6.33, implementerer fuldt ud TRIM -understøttelse af solid-state-hukommelse installeret i systemet, når "kasser"-indstillingen angives i indstillingerne for drevmontering [53] .

Udsigter for udvikling

Den største ulempe ved flash-baserede SSD'er er det begrænsede antal skrivecyklusser; med udviklingen af ​​fremstillingsteknologier til ikke-flygtig hukommelse, kan det elimineres ved at fremstille en informationsbærer i overensstemmelse med andre fysiske principper, for eksempel FeRam , ReRAM (resistive random-access memory) osv.

Se også

Noter

  1. Magnetiske felter kan kun beskadige en fungerende harddisk. Hvis du for eksempel sætter en neodymmagnet på en fungerende harddisk, kan dette forstyrre funktionen af ​​de metalbevægelige dele i disken - en blok af magnetiske hoveder, mens magnetfeltet ikke direkte kan beskadige eller afmagnetisere disken og beskadige informationen gemt på den. Et SSD-drev er endnu mere modstandsdygtigt over for beskadigelse af den information, der er gemt på det på grund af magnetiske felter. For at magnetfeltet kan afmagnetisere eller beskadige informationen, der er gemt på en SSD, har du brug for en magnet af kolossal størrelse og gigantisk kraft.
  1. SNIA, 2009 , Oversigt, s. 2.
  2. Aubert, 2016 , Side 2: Formfaktorer og stik: 2,5", M.2, mSATA, SATA og PCIe .
  3. SNIA, 2009 , Hvad er Solid State Storage?, s. 2−3.
  4. Aubert, 2016 , Side 3: Hvad er forskellen mellem AHCI og NVMe? .
  5. SNIA, 2009 , Øger hastigheden øger overskuddet, s. 3.
  6. 1 2 3 4 5 Aubert, 2016 , Side 4: Hukommelsesteknologier: SLC, MLC, TLC og 3D-NAND .
  7. Dong Ngo. WD viser sit første hybriddrev, WD Black SSHD . WD viste sit første hybriddrev frem, WD Black SSHD, som kommer i både 7 mm og 5 mm  tykkelse . Cnet (9. januar 2013) . Hentet 27. april 2019. Arkiveret fra originalen 29. marts 2013.
  8. Momentus XT 750 GB anmeldelse: A Second-Gen Hybrid Hard Drive . Toms hardware (8. februar 2012). Dato for adgang: 27. april 2019.
  9. Anand Lal Shimpi. Seagate 2nd Generation Momentus XT (750GB) Hybrid HDD anmeldelse . AnandTech (13. december 2011). Hentet 27. april 2019. Arkiveret fra originalen 1. november 2013.
  10. Intel® Smart Response-teknologi . Hurtig adgang til de mest brugte filer og applikationer . Intel Corporation . Hentet 27. april 2019. Arkiveret fra originalen 2. juni 2021.
  11. Andrey Kozhemyako. Fordele og ulemper ved Intel Smart Response-teknologi . En detaljeret undersøgelse af virkningen af ​​SSD-cache på harddiskens ydeevne . iXBT (26. marts 2013) . Hentet 27. april 2019. Arkiveret fra originalen 27. april 2019.
  12. Marvell HyperDuo-teknologi . NYX (3. maj 2012). Hentet 27. april 2019. Arkiveret fra originalen 3. januar 2018.
  13. Adaptec MaxIQ (MaxCache) . NIKS (3. september 2011). Hentet 27. april 2019. Arkiveret fra originalen 5. december 2017.
  14. Adaptec Hybrid RAID . NIKS (31. juli 2011). Dato for adgang: 27. april 2019.
  15. LSI CacheCade . NYX (18. april 2013). Dato for adgang: 27. april 2019.
  16. Cray-1 og Cray X-MP computersystemer solid-state storage device (SSD) referencemanual HR-0031 1982
  17. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , s. 17.
  18. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , s. atten.
  19. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , s. 17.
  20. Toshiba kan overtage Lite-On SSD-forretningen og Plextor-mærket // 3DNews , 17/08/2019 / Arkiveret 17. august 2019 på Wayback Machine
  21. Kioxia HoldingsCNews
  22. Anton Shilov. Markedstendenser 1. kvartal 2016: Forsendelser af SSD'er steg 32,7 % år-til-år . AnandTech (25. maj 2016). Hentet 27. april 2019. Arkiveret fra originalen 8. november 2020.
  23. SSD'er forbereder sig på fuldstændigt at "dræbe" harddiske. Priserne er ved at kollapse, og der er ingen ende i sigte // CNews , 28. september 2022
  24. SSD-priserne falder i takt med, at salget falder. Cloud-udbydere er skyld i alt // CNews , 15. september 2022
  25. Er det værd at skifte fra en harddisk til en SSD? . thg.ru. Dato for adgang: 13. december 2012. Arkiveret fra originalen 31. december 2012.
  26. Seneste teknologi i 3D NAND SSD'er Arkiveret 9. august 2019 på Wayback Machine // CHIP , 12/7/2017
  27. Resultater af 2021: SSD-drev Arkiveret 16. januar 2022 på Wayback Machine // 3DNews , 14. januar 2022
  28. IDF 2015: Intel annoncerer 3D XPoint-baserede produkter  (russisk) , 3DNews - Daily Digital Digest . Arkiveret fra originalen den 22. marts 2017. Hentet 21. marts 2017.
  29. Intel Optane SSD DC P4800X 750GB Hands-On gennemgang . Hentet 25. september 2018. Arkiveret fra originalen 1. december 2017.
  30. Sammenligning af Demartek Storage Networking Interface Arkiveret 11. august 2019 på Wayback Machine // 7/31/2019 artikel på demartek.principledtechnologies.com .
  31. HDD er et skridt væk fra den endelige død. Deres skræmmende upålidelighed er blevet bekræftet // CNews , 14. september 2022
  32. MLC vs. SLC NAND Flash i indlejrede systemer . Hentet 6. juni 2010. Arkiveret fra originalen 28. juni 2010.
  33. Svært valg: HDD eller SSD Arkiveret 12. september 2017 på Wayback Machine // Giv mig en driver, 2011-10-13
  34. Hvad sker der, når SSD'er fejler? | SSD-manden . Hentet 30. april 2020. Arkiveret fra originalen 26. september 2020.
  35. http://www.anandtech.com/show/4902/intel-ssd-710-200gb-review/2 Arkiveret 3. september 2014 på Wayback Machine "Når du har overskredet alle tilgængelige p/e-cyklusser på standard MLC , JEDEC kræver, at NAND opbevarer dine data i en slukket tilstand i mindst 12 måneder. For MLC-HET reduceres minimum til 3 måneder. I forbrugerområdet har du brug for den tid til formodentlig at overføre dine data."
  36. SSD-pålidelighed: resultater fra levetidstest [opdateret 02/06/19 ] . 3DNews - Daily Digital Digest. Hentet 20. februar 2019. Arkiveret fra originalen 22. februar 2019.
  37. SSD vs. HDD: Hvad er forskellen? Arkiveret 19. marts 2017 på Wayback Machine
  38. Forbruger-SSD'er og priser på harddiske nærmer sig paritet Arkiveret 9. september 2016 på Wayback Machine / ComputerWorld, 1. december 2015 "Prisen pr. gigabyte på harddiske og SSD'er."
  39. Notebook-harddiske er døde: Hvordan SSD'er vil dominere mobil pc-lagring inden 2018 Arkiveret 16. september 2016 på Wayback Machine / PCWorld, 3. december 2015 [1] Arkiveret 16. september 2016 på Wayback Machine "Lige nu er SSD'er aren Det er ikke i nærheden af ​​den samme pris som en harddisk: På en dollars-per-gigabyte-basis er SSD'er seks gange prisen på en sammenlignelig harddisk, ifølge Taiwans TrendForce."
  40. Markedsvisninger: HDD-forsendelser faldt 20 % i 1. kvartal 2016, ramte multi-year low Arkiveret 30. januar 2019 på Wayback Machine /AnandTech, 12. maj 2016 "Gennemsnitlige salgspriser på harddiske i $USD .. gennemsnitlig HDD fra enten Seagate fra Western Digital koster cirka 60 $."
  41. SSD-priser vs. HDD-omkostninger Arkiveret 12. november 2016 på Wayback Machine , 2015-10-28 "systemer såsom pc'er og indlejrede systemer ..kan bruge en billigere SSD "
  42. Jacobi : "Køb den højeste kapacitet, du har råd til. Du vil få bedre ydeevne, selvom fordelen falder hurtigt ud over 256 GB."
  43. https://www.usenix.org/system/files/conference/fast16/fast16-papers-hao.pdf Arkiveret 11. september 2016 på Wayback Machine "For eksempel kan SSD skraldindsamling, en velkendt synder, øge latensen med en faktor på 100 .. Begrebet "hurtige" og "langsomme" sider findes inden for en SSD; programmering af en langsom side kan være 5-8 gange langsommere sammenlignet med ..hurtig side"
  44. Alastair Nisbet; Scott Lawrence, Matthew Ruf. En retsmedicinsk analyse og sammenligning af Solid State Drive-dataopbevaring med Trim-aktiverede filsystemer  . Australian Digital Forensics Conference (2013). Hentet 8. november 2016. Arkiveret fra originalen 9. november 2016.
  45. Andrew Ku. Undersøgelse: Er din SSD mere pålidelig end en harddisk?  (engelsk) . Toms hardware .
  46. Jacobi : "SSD'er og solid-state-lagring generelt har en foruroligende tendens til binær funktionalitet. En SSD-fejl går typisk sådan her: Det ene minut virker den, i det næste sekund er den muret."
  47. Jacobi , Uanset om fejlen ligger hos controlleren eller NAND selv, har virksomheden en god, men ikke perfekt, succesrate.
  48. Ekstrem SSD-fejlrettelse | SSD-manden . Hentet 30. april 2020. Arkiveret fra originalen 30. juni 2020.
  49. Sådan maksimerer controllere SSD-levetid - Forbedret ECC | SSD-manden . Hentet 30. april 2020. Arkiveret fra originalen 22. juli 2020.
  50. Mac OS X Lion har TRIM-understøttelse til SSD'er, HiDPI-opløsninger for forbedret pixeltæthed? Arkiveret 29. juni 2011 på Wayback Machine 
  51. Apple (Rusland) - MacBook Air - Sammenligning af 11-tommer og 13-tommer MacBook Air. . Hentet 1. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 7. juni 2013.
  52. JP Morgan ser MacBook Air som en forretning på 3 milliarder dollar - Apple 2.0 - Fortune Tech. Arkiveret 22. august 2011 på Wayback Machine 
  53. ssd - Hvordan aktiverer man TRIM? Spørg Ubuntu. Arkiveret 6. juli 2020 på Wayback Machine 

Litteratur

Links