Budowa dysku SSD

Dyski SSD (ang. Solid State Drive) zwane również jako dyski półprzewodnikowe są to nośniki danych, których konstrukcja opiera się jedynie na pamięciach NAND flash. W odróżnieniu od tradycyjnych dysków twardych HDD (ang. Hard Disk Drive) zbudowanych z wirujących talerzy magnetycznych, dyski SSD nie posiadają żadnych ruchomych podzespołów, dzięki czemu są bardziej odporne na uszkodzenia mechaniczne takie jak wstrząsy, uderzenia czy upadki.

W przeciwieństwie do tradycyjnych dysków talerzowych, w których hałasuje silnik obracający talerze magnetyczne oraz poruszająca się głowica zapisująco-odczytująca, dyski SSD pracą całkowicie bezgłośnie.

Odzyskiwanie danych z dysków SSD jest bardziej skomplikowane, niż jest to w przypadku tradycyjnych dysków twardych. Nasze laboratorium również zajmuje się odzyskiwaniem danych z tego typu nośników.

Działanie

Budowa dysku SSD i zasada działania jest podobna do popularnych pamięci flash (pendrive). Wszystkie dane zapisywane są w układach pamięci NAND (1), które składają się z milionów komórek pamięci a każda komórka może zapisać 1 lub więcej bitów.

W zależności od ilości zapisanych bitów, pamięci dzieli się na:

  1. SLC (ang. Single Level Cell) w komórce można zapisać tylko 1 bit danych,
  2. MLC (ang. Multi Level Cell), w komórce można zapisać 2 bity danych,
  3. TLC (ang. Triple Level Cell), w komórce można zapisać 3 bity danych.

Aktualnie najbardziej popularnymi pamięciami stosowanymi w urządzeniach są pamięci MLC. Układy SLC są najszybsze a tym samym najdroższe i stosowane są przede wszystkim w dyskach do zastosowań profesjonalnych. Pamięci TLC są najtańsze a do zapisania określonej ilości danych trzeba 3 razy mniej komórek niż w dyskach z SLC.

Niestety układy mogące zapisać więcej bitów w komórce mają znacznie mniejszą żywotność niż układy pojedyncze. We wszystkich typach pamięci liczba odczytów może być wykonana dowolną ilość razy, jednak liczba zapisów potrafi różnić się diametralnie. Od 1000 dla pamięci TLC, 10000 dla MLC do 100000 dla pamięci SLC.

Sercem dysku SSD odpowiadającym za działanie jest kontroler (2), który odpowiada za komunikację z pamięciami NAND flash oraz dba o równomiernie zużywanie wszystkich komórek pamięci poprzez przesuwaniu zawartości często zapisywanych komórek do komórek dotychczas rzadziej używanych (ang. Wear Leveling).

Kolejnym elementem dysków SSD podobnie jak w tradycyjnych dyskach talerzowych jest szybka pamięć podręczna DRAM (3) przechowująca operacje zapisu/odczytu.

Budowa Dysku SSD, Pamięci Nand flash, kontroler, pamięć podręczna

Budowa Dysku SSD, Pamięci Nand flash, kontroler, pamięć podręczna

Fotografie przedstawiające budowę dysku SSD.

Komenda TRIM

W odróżnieniu od tradycyjnego dysku talerzowego, dla którego nie jest ważne, czy zapisuje dane namagnesowaną już część talerza, czy nienamagnesowaną dyski SSD mogą uzyskać pełną wydajność zapisów jeśli działają na pustych komórkach. Do uzyskania pełnej wydajności system operacyjny używa specjalnej komendy TRIM.  Komendą TRIM system operacyjny informuje dysk SSD, który obszar pamięci nie jest już potrzebny i może go traktować jako skasowany i fizycznie wyczyścić.

Sprawdzenie komendy TRIM:
  1. Uruchomić wiersz poleceń jako administrator.
  2. Wpisać „fsutil behavior query DisableDeleteNotify”.
  3. Jeżeli zostanie wyświetlone „Disable Delete Notify =0” to funkcja TRIM działa.
  4. Jeśli funkcja jest wyłączona to można ją włączyć wpisując „fsutil behavior set Disable DeleteNotify 0”

Zalety i wady technologii SSD

Zalety dysków SSD
  • zdecydowanie szybszy czas dostępu do danych (kilkadziesiąt razy),
  • duża odporność na uszkodzenia mechaniczne (wstrząsy, uderzenia czy upadki),
  • bezgłośna praca,
  • mogą pracować w większym zakresie temperatur otoczenia od -40stC do +80stC /tradycyjne dyski HDD tylko od +5stC do +55stC
  • niższe zużycie energii i niższa ilość wydzielanego ciepła.
Wady dysków SSD
  • cena znacznie wyższa od tradycyjnych dysków talerzowych,
  • ograniczona ilość cyklów zapisu danych w komórce powodujące zużywanie komórek pamięci NAND flash.

Trendy sprzedaży i pojemności dysków SSD

Sprzedaż dysków SSD cały czas rośnie a za kilka lat ma być wyższa nić dysków HDD. Według serwisu Statista w 2015 roku sprzedaż dysków HDD była 4 krotnie wyższa niż SSD. W roku 2017 sprzedaż była już 2 krotnie niższa. Według prognoz sprzedaż dysków SSD w najbliższych latach nadal będzie rosła i wyrówna się w 2020 roku.

Prognoza sprzedaży dysków SSD HDD

Źródło: https://www.statista.com/

Jeszcze do niedawna główną wadą nośników SSD była mała pojemność. Oferowane pojemności były kilkukrotnie niższe od tradycyjnych dysków talerzowych. Obecnie na rynku są dostępne dyski tradycyjne firmy Western Digital o pojemności 14TB, których talerze są zamknięte w szczelnej obudowie wypełnionej helem. Tymczasem obecnie najpojemniejszym zaprezentowanym w 2016 roku dyskiem SSD dostępnym w sprzedaży jest Samsung PM1633a o pojemności 15,36 TB.

Ale to nie koniec. W lutym 2018 roku firma Samsung pochwaliła się swoim najnowszym projektem. Obecnie firma pracuje nad największym na świecie dyskiem 2,5 calowym PM1643 o pojemności 30,72TB!!! Dysk będzie zbudowany z 32 kości TLC V-NAND o pojemności 1 TB i będzie dodatkowo wyposażony w aż 40 GB pamięci podręcznej DRAM .

Producent dysku zastosuje w tej konstrukcji zabezpieczenia przed nagłą utratą zasilania oraz korekcję błędów (ECC) a transfery sekwencyjne będą sięgać do 2100 MB/s przy odczycie i 1700 MB/s przy zapisie.

Niestety obydwa dyski nie są przeznaczone dla zwykłego konsumenta lecz dla klientów biznesowych. Modelu Samsung PM1633a o pojemności 15,36 TB można kupić za około 40 tys. zł, natomiast cena konstrukcji 30TB jeszcze nie jest znana. Największy dysk ma być dostępny pod koniec 2018 roku.

Tymczasem to nie koniec rekordów. Miesiąc po zapowiedziach firmy Samsung inna firma Nimbus Data zaprezentowała swój nowy dysk SSD ExaDrive DC100. Nośnik ten mieszczący się w obudowie 3,5 cala ma mieć pojemność UWAGA –  100TB!!!

W dysku ma być użyty interfejs SATA/SAS 6 GB/s, kości pamięci mają być SK Hynix 3D MLC NAND, natomiast za pracę dysku mają odpowiadać aż cztery kontrolery. Niestety transfery pracy dysku jakie producent deklaruje nie są imponujące i mają osiągać 500MB/s przy odczycie i zapisie danych. Dysk ma trafić do sprzedaż latem 2018r. a ceny będą najprawdopodobniej oscylować w granicach kilkudziesięciu tysięcy dolarów.

 

Rekordowa pojemność dysku SSD