Mi az az SSD?

Az SSD, azaz a szilárdtest-meghajtó a számítógépekben használt tárolóeszközök egyik típusa. Ez a nem illékony tárolóeszköz a tartós adatokat szilárdtest flashmemórián tárolja. Az SSD-k a hagyományos merevlemezes meghajtókat (HDD) helyettesítik a számítógépekben, és ugyanazokat az alapvető funkciókat látják el, mint a merevlemezek. Az SSD-k azonban ehhez képest jelentősen gyorsabbak. SSD-vel az eszköz operációs rendszere gyorsabban indul, a programok gyorsabban betöltődnek, és a fájlok gyorsabban menthetők.

A hagyományos merevlemez egy forgó lemezből áll, amelynek író-olvasó feje egy mechanikus karon, az úgynevezett meghajtón helyezkedik el. A HDD mágnesesen olvassa és írja az adatokat. A mágneses tulajdonságok azonban mechanikai meghibásodásokhoz vezethetnek.

Ehhez képest egy SSD-nek nincsenek mozgó alkatrészei, amelyek megszakadhatnának, vagy fel- vagy lefordulhatnának. Az SSD két legfontosabb összetevője a flash-vezérlő és a NAND flash memóriachipek. Ez a konfiguráció úgy van optimalizálva, hogy nagy olvasási/írási teljesítményt nyújtson a szekvenciális és véletlenszerű adatlekérésekhez.

Az SSD-ket mindenhol használják, ahol merevlemezek is telepíthetők. A fogyasztói termékekben például személyi számítógépekben (PC), laptopokban, számítógépes játékokban, digitális fényképezőgépekben, digitális zenelejátszókban, okostelefonokban, táblagépekben és pendrive-okban használják őket. Grafikus kártyákba is beépítik őket. Ezek azonban drágábbak, mint a hagyományos HDD-k.

Az SSD-k fejlesztését és elterjedését a nagyobb input/output (I/O) iránti, gyorsan növekvő igényű vállalkozások ösztönözték. Mivel az SSD-k a HDD-knél alacsonyabb késleltetést kínálnak, hatékonyan képesek kezelni a nagy olvasási és véletlenszerű munkaterhelést is. Ez az alacsonyabb késleltetés abból ered, hogy a flash SSD-k képesek közvetlenül és azonnal kiolvasni az adatokat a tárolt adatokból.

A nagy teljesítményű szerverek, laptopok, asztali számítógépek vagy bármely olyan alkalmazás, amelynek valós időben kell információt szolgáltatnia, profitálhat a szilárdtest-meghajtó technológiából. Ezek a jellemzők alkalmassá teszik a vállalati SSD-ket a tranzakcióterheléses adatbázisokból történő olvasás tehermentesítésére. Segíthetnek továbbá a virtuális asztali infrastruktúrában a rendszerindítási viharok enyhítésében, vagy egy tárolótömbön belül a gyakran használt adatok helyben történő tárolásában egy hibrid felhő használatával.

Hogyan működnek az SSD-k?

Az SSD-lemezek adatokat olvasnak és írnak a szilíciumból készült, összekapcsolt flashmemória-chipekre. A gyártók az SSD-ket úgy építik meg, hogy a chipeket rácsba rakják, hogy különböző sűrűségeket érjenek el.

Az SSD-k adatokat olvasnak és írnak a mögöttes, összekapcsolt flashmemória-chipekbe. Ezek a chipek lebegő kaputranzisztorokat (FGT) használnak az elektromos töltés megtartására, ami lehetővé teszi, hogy az SSD akkor is tárolja az adatokat, ha nincs csatlakoztatva áramforráshoz. Minden FGT egyetlen bit adatot tartalmaz, amely vagy 1, ha a cella feltöltött, vagy 0, ha a cellában nincs elektromos töltés.

Minden adatblokk egyenletes sebességgel hozzáférhető. Az SSD-k azonban csak üres blokkokba tudnak írni. És bár az SSD-k rendelkeznek olyan eszközökkel, amelyekkel ezt meg lehet kerülni, a teljesítmény idővel mégis lassulhat.

Az SSD-k három fő memóriatípust használnak: egy-, több- és háromszintű cellákat. Az egyszintű cellák egyszerre egy bit adatot – egy egyest vagy nullát – tudnak tárolni. Az egyszintű cellák (SLC) az SSD-k legdrágább formája, de egyben a leggyorsabbak és legtartósabbak is. A többszintű cellák (MLC) cellánként két bit adatot képesek tárolni, és nagyobb mennyiségű tárolóhelyet biztosítanak ugyanannyi fizikai téren, mint az SLC. Az MLC-k azonban lassabb írási sebességgel rendelkeznek. A háromszintű cellák (TLC) három bit adatot képesek tárolni egy cellában. Bár a TLC-k olcsóbbak, az írási sebességük is lassabb, és kevésbé tartósak, mint a többi memóriatípus. A TLC-alapú SSD-k nagyobb flash-kapacitást biztosítanak és olcsóbbak, mint az MLC vagy SLC, bár a cellán belüli nyolc állapot miatt nagyobb a valószínűsége a bitek hibájának.

Melyek az SSD-k főbb jellemzői?

Számos jellemző jellemzi az SSD-k kialakítását. Mivel nincsenek mozgó alkatrészei, az SSD-ket nem érintik ugyanazok a mechanikai hibák, amelyek a HDD-knél előfordulhatnak. Az SSD-k emellett csendesebbek és kevesebb energiát fogyasztanak. És mivel az SSD-k kisebb súlyúak, mint a merevlemezek, jól illeszkednek a laptopokhoz és a mobil számítástechnikai eszközökhöz.

Ezenkívül az SSD-vezérlő szoftver olyan előrejelző elemzést tartalmaz, amely előre figyelmeztetheti a felhasználót a meghajtó lehetséges meghibásodására. Mivel a flashmemória alakítható, a teljesen flash tömbök gyártói adatcsökkentési technikákkal manipulálhatják a felhasználható tárolókapacitást.

Milyen előnyei vannak az SSD-knek?

Az SSD-k előnyei a HDD-kkel szemben a következők:

• Gyorsabb olvasási/írási sebesség. Az SSD-k gyorsan hozzáférnek a nagyméretű fájlokhoz.
• Gyorsabb indítási idő és jobb teljesítmény. Mivel a meghajtónak nem kell felpörögnie, mint egy HDD-nek, gyorsabban reagál és jobb betöltési teljesítményt nyújt.
• Tartósság. Az SSD-k ütésállóbbak és jobban bírják a hőt, mint a HDD-k, mivel nincsenek mozgó alkatrészeik.
• Energiafogyasztás. Az SSD-knek a mozgó alkatrészek hiánya miatt kevesebb energiára van szükségük a működéshez, mint a HDD-knek.
• Csendesebb. Az SSD-k kevesebb hallható zajt keltenek, mivel nincsenek mozgó vagy forgó alkatrészek.
• Méret. Az SSD-k többféle formátumban kaphatók, míg a HDD-k mérete korlátozott.

Milyen hátrányai vannak az SSD-knek?

Az SSD-k hátrányai a következők:

• Költségek. Az SSD-k drágábbak, mint a hagyományos HDD-k.
• A várható élettartam. Egyes SSD-k, például a NAND memória-flash chipeket használók, csak meghatározott számú alkalommal írhatók, ami jellemzően kevesebb, mint a HDD-ké.
• Teljesítmény. Az írási ciklusok számának korlátozása miatt az SSD-k teljesítménye idővel csökken.
• Tárolási lehetőségek. A költségek miatt az SSD-ket jellemzően kisebb méretben árulják.
• Adatok helyreállítása. Ez az időigényes folyamat költséges lehet, mivel a sérült chipeken lévő adatok nem biztos, hogy helyreállíthatók.

Melyek az SSD-k típusai?

Az SSD-k típusai közé tartoznak:

• Szilárdtest-meghajtók. Az alap SSD-k nyújtják a legkisebb teljesítményt. Az SSD-k olyan flash-eszközök, amelyek SATA (Serial Advanced Technology Attachment) vagy SAS (Serial-attached SCSI) rendszeren keresztül csatlakoznak, és költséghatékony első lépést jelentenek a szilárdtestek világába. Sok környezetben elegendő a SATA vagy SAS SSD-lemezek szekvenciális olvasási sebességének teljesítménynövekedése.
• PCIe-alapú flash. A Peripheral Component Interconnect Express alapú flash a következő lépcsőfok a teljesítmény terén. Bár ezek az eszközök jellemzően nagyobb áteresztőképességet és több be- és kimeneti műveletet kínálnak másodpercenként, a legnagyobb előnyük a jelentősen alacsonyabb késleltetés. Hátránya, hogy a legtöbb ilyen ajánlat egyedi illesztőprogramot igényel, és korlátozott beépített adatvédelemmel rendelkezik.
• Flash DIMM-ek. A flash dual in-line memóriamodulok csökkentik a késleltetést, és a PCIe flash kártyáknál tovább mennek, mivel kiküszöbölik a PCIe busz esetleges versengését. Ezekhez egyedi, a flash DIMMS-ekre jellemző egyedi illesztőprogramokra van szükség, az alaplapon lévő csak olvasható I/O rendszer speciális módosításával.
• NVMe SSD-k. Ezek az SSD-k az NVMe (non-volatile memory express) interfészspecifikációt használják. Ez felgyorsítja az adatátviteli sebességet az ügyfélrendszerek és a szilárdtest-meghajtók között a PCIe buszon keresztül. Az NVMe SSD-ket nagy teljesítményű nem-illékony tárolásra tervezték, és jól alkalmazhatók a nagy igénybevételt jelentő, számításigényes beállításokhoz.
• NVMe-oF. Az NVMe over Fabrics protokoll lehetővé teszi az adatátvitelt a gazdaszámítógép és a célként szolgáló szilárdtest-tárolóeszköz között. Az NVMe-oF olyan módszerekkel továbbítja az adatokat, mint az Ethernet, a Fibre Channel vagy az InfiniBand.
• Hibrid DRAM-flash tárolás. Ez a dinamikus véletlen hozzáférésű memória (DRAM) csatornakonfiguráció a flash és a kiszolgáló DRAM-ot kombinálja. Ezek a hibrid flash-tárolóeszközök a DRAM elméleti skálázási határát kezelik, és az alkalmazásszoftverek és a tároló közötti átviteli sebesség növelésére szolgálnak.