Solid state drive

SSD disk

mSATA SSD

Solid state drive (mechanika s nepohyblivým médiom) alebo SSD alebo SSD disk je zariadenie pre ukladanie dát, ktoré pre záznam využíva zvyčajne statické pamäte typu SRAM, ale existujú aj SSD s pamäťami DRAM.

SSD emuluje rozhranie klasického pevného disku (HDD), čím ho môže nahradiť. Disk SSD neobsahuje pohyblivé časti, je preto mechanicky odolnejší voči nárazom, nehlučný, s rádovo kratšou prístupovou dobou, vyššou rýchlosťou čítania a zápisu dát, bez mechanických latencií, s menšími rozmermi a váhou avšak doteraz (2020) aj s nižšou úložnou kapacitou a vyššou cenou ako má klasický pevný disk, založený na princípe magnetického zápisu.

SSD disky sa začali využívať hlavne v netbookoch a notebookoch, hoci boli (2009) podstatne drahšie na jednotku kapacity než pevné disky. S trvalým poklesom cien polovodičových pamätí, ale hlavne pre svoje mechanické a rozmerové vlastnosti nahrádzajú (hlavne 2,5" a menšie) pevné disky.

SSD sa zvyčajne vyrábajú v štandardných diskových formátoch 1,8", 2,5" a zriedkavejšie 3,5" šírky disku. V súčasnej dobe sa čoraz viac používajú SSD s konektorom M.2 (či už M.2 SATA alebo M.2 NVMe, ktorý na rozdiel od pripojenia SATA využíva linky zbernice PCI Express, čo znamená dosiahnutie ešte vyšších prenosových rýchlostí, než SATA zbernica).

Väčšina výrobcov SSD používa (od 2014) statické NAND flash pamäte. Tieto pamäte, nevyžadujú pre uchovanie informácie napájanie a teda dátový obsah zachovávajú aj pri odpojení napätia. Flash pamäte sú pomalšie ako pamäte DRAM, tie však potrebujú na uchovanie informácie napájanie, ktoré môže byť realizované vo forme batérie v SSD disku. Od roku 2004 sú však pamäte Flash lacnejšie ako DRAM a preto sú SSD s pamäťami DRAM využívané tam, kde sú potrebné veľmi krátke doby prístupu a cena nerozhoduje. Súčasné SSD disky s flash pamäťami využívajú pamäte DRAM ako cache pamäť s podobnou funkciou ako je buffer pevných diskov.

Existujú aj hybridné disky (solid-state hybrid drives - SSHDs), ktoré čiastočne kombinujú výhody SSD a HDD v jednej súčiastke: pevný disk s veľkou kapacitou a SSD cache, ktorá zvyšuje výkon pre často volané údaje. Tieto disky však popularitu nenašli aj z dôvodu častejšej poruchovosti oproti bežným HDD (zlyhanie SSD cache z dôvodu častého zápisu systémových súborov). Ďalším vývojovým stupňom bola kombinácia dvoch nezávislých pamäťových médií pre úložisko a cache, a to osobitné (SATA) HDD spoločne s osobitnou SSD cache využívajúcou rozhranie PCI Express v kapacitách 16 GB a 32 GB s rýchlosťami čítania až do 1350 MB/s a zápisu až do 290 MB/s, avšak táto technológia prišla v čase neustáleho znižovania ceny veľkokapacitných plnohodnotných SSD diskov (120 GB a viac), takže využitie mala len minimálne, spravidla len v OEM zariadeniach. Výrobcom tejto technológie je Intel a niesla značku Intel Optane. Neskôr sa teda začala využívať kombinácia SSD pre systém a často používané programy plus HDD na dlhodobé ukladanie dát, s ktorými práca nevyžaduje vysoké rýchlosti. Vďaka čoraz nižším cenám SSD sa už taktiež používa aj výhradne jeden SSD disk s veľkou kapacitou súčasne na systém, aj dáta.

Komponenty SSD

Porovnanie 2.5" HDD a SSD

• Cache: SSD disky využívajú malé DRAM ako cache, podobne ako je tomu u pevných diskov. V cache je obvykle uložená FAT tabuľka.
• Akumulátor energie: pre SSD s vyšším výkonom sa používa kondenzátor alebo iná forma akumulátora. Ten je nevyhnutný pre zachovanie integrity dát, aby pri náhlom výpadku napájania bolo možné dáta z cache stiahnuť na disk, niektoré disky dokážu udržať obsah i tak dlho, aby bolo možné v práci pokračovať po nábehu napájania.

Výkon SSD

Výkon SSD závisí na počte paralelne pripojených NAND flash čipov používaných v zariadení. Jediný NAND čip je pomerne pomalý, a to kvôli úzkemu (8 / 16 bit) asynchrónnemu IO rozhraniu a vysokej latencii základných IO operácií (typicky pre SLC NAND ~ 25 mikrosekúnd pre čítanie jednej 4K stránky z poľa, ~ 250 mikrosekúnd pre zápis 4K stránky, a ~ 2 ms pre vymazanie). Keď vo vnútri SSD je paralelne zapojených viacero NAND čipov, zväčší sa šírka pásma, latencia sa stratí, nevyrovnanosť a záťaž je rovnomerne rozdelená medzi čipmi. Dnes sú v ponuke aj rýchlejšie flash disky, ktoré umožňujú tzv. data striping (podobne ako RAID0) a prekladanie. To umožnilo vznik ultra-rýchlych SSD s efektívnou rýchlosťou čítania/zápisu 250 MB/s, čo je viac, ako dokáže spracovať SATA rozhranie (2009). S príchodom rozhrania SATA verzie 3 sa rýchlosti SSD zastavili na maximálnej rýchlosti čítania a zápisu okolo 550 MB/s a v súčasnosti už vývoj tohto rozhrania nepokračuje. Ďalším variantom SSD je tzv. ioDrive, ktorý používa PCI Express slot pre prekonanie obmedzenia SAS a SATA rozhraní a 80GB jednotka má rýchlosť čítania viac ako 800 MB/s a rýchlosť zápisu 694 MB/s. Súčasné SSD s rozhraním NVMe (PCI Express 4.0) dokážu dosiahnuť rýchlosti okolo 7 000 MB/s pri čítaní a 6 000 MB/s pri zápise.

SLC/MLC/TLC/QLC. Najlacnejšie disky zvyčajne používajú Quad-level cell (QLC) flash pamäte, ktoré sú pomalšie a menej spoľahlivé ako Triple-level cell (TLC) flash pamäte, ktoré sa používajú najčastejšie a sú rozumným kompromisom všetkých vlastností (rýchlosť, spoľahlivosť, cena). Multi-level cell (MLC) sú výsadou profesionálnych SSD diskov s vysokými nárokmi na životnosť a Single-level cell (SLC) sú extrémne spoľahlivé a rýchle disky, ktoré sa v súčasnosti komerčne prakticky nepoužívajú z dôvodu vysokej ceny.

SSD s pamäťami DRAM

SSDs založené na dynamických pamätiach ako DRAM sa vyznačujú ultra rýchlym prístupom k dátam, spravidla menším ako 0,01 milisekundy, a používajú sa predovšetkým na zrýchlenie aplikácií, ktoré by inak boli zdržiavané latenciou Flash SDDS alebo tradičnými HDD. DRAM-založené SSD zvyčajne zahŕňajú vnútornú záložnú batériu a pamäťové systémy na zabezpečenie dátové konzistencie keď dôjde k výpadku napájania z externého zdroja. Pri výpadku napájania batéria súčasne zabezpečuje napájanie všetkých údajov v DRAM a dáta sú zároveň skopírované z pamäte s priamym prístupom (RAM) do flash pamäte alebo pevného disku. Keď je napájanie obnovené, dáta sú skopírovaná späť do RAM a SSD obnoví normálnu prevádzku. (Podobne ako v režime spánku používaného v moderných operačných systémoch.) Tieto typy SSD sú zvyčajne vybavené modulom rovnakého typu DRAM, ako sa používajú v bežných osobných počítačoch, ktoré takto umožňujú jednoduchú vymeniteľnosť a zvýšenie kapacity. Takéto SSD disky sa dajú z výhodou využiť v moderných operačných systémoch na uloženie stránkovacieho súboru, čím sa výrazne zvýši výkonnosť systému.

Referencie

• Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Solid-state drive na anglickej Wikipédii (číslo revízie nebolo určené).