Solid state-enhet

En solid-state-enhet ( engelska  Solid-State Drive, SSD ) är en icke-flyktig icke- mekanisk datorlagringsenhet baserad på minneschips , ett alternativ till hårddiskar (HDD). Den vanligaste typen av solid-state-enheter använder NAND-flashminne för att lagra information , men det finns alternativ där enheten skapas baserat på DRAM- minne, utrustad med en extra strömkälla - ett batteri [1] . Utöver de faktiska minneschippen innehåller en sådan enhet ett kontrollchip - en kontroller .

För närvarande används SSD:er i både bärbara datorer ( bärbara datorer , netbooks , surfplattor ) och stationära datorer för att förbättra prestandan. För 2016 var de mest produktiva M.2 SSD -enheter med ett NVMe- gränssnitt , där hastigheten för att skriva/läsa data kunde nå 3800 megabyte per sekund med en lämplig anslutning [2] .

Jämfört med traditionella hårddiskar är SSD:er mindre och lättare, tystare, mer motståndskraftiga mot skador (som att tappas) och mycket snabbare i drift. Samtidigt har de flera gånger högre kostnad per gigabyte och lägre slitstyrka (inspelningsresurs) .

Beskrivning

SSD:er är enheter som lagrar data på chips istället för att snurra metallskivor eller magnetband. Anledningen till deras utseende återspeglar det faktum att databehandlingshastigheten i processorn är mycket högre än dataskrivhastigheten på hårddisken. Magnetiska diskar har dominerat företagslagringssegmentet i decennier, under denna tid (sedan 1950-talet) har lagringskapaciteten vuxit tvåhundratusen gånger, hastigheten på processorer har också ökat kraftigt, men hastigheten på dataåtkomst har förändrats mycket mindre och diskar har blivit en "flaskhals". ". Solid-state-enheter löser problemet – de ger mycket snabbare databehandlingshastigheter jämfört med hårddiskar [3] . På grund av användningen av flashminneschip skiljer sig SSD:er avsevärt i sina egenskaper från hårddiskar med magnetiska plattor.

För att optimera användningen av SSD:er utvecklades  NVMe - gränssnittet 2011 .  Non-Volatile Memory Express , stöd för vilket lades till i Windows från och med endast version 8.1 . I Windows 7 stöds protokollet av snabbkorrigeringen KB2990941 . Alla moderkort stöder inte NVMe-gränssnittet, så det gamla SATA -gränssnittet är fortfarande populärt [4] .

De viktigaste egenskaperna hos solid state-enheter [5] :

Till skillnad från hårddiskar är priset på en SSD mycket beroende av den tillgängliga kapaciteten, vilket beror på den begränsade tätheten av minnesceller och begränsningen av chipstorleken i mikrokretsen [6] .

Hybridenheter

Det finns också hybridhårddiskar ( SSHD  , solid-state hybrid drive ), som kombinerar solid state-minne och en mekanisk hårddisk [7] [8] . Denna kombination gör att du kan dra nytta av några av fördelarna med flashminne (snabb slumpmässig åtkomst) samtidigt som du håller kostnaderna för att lagra stora datamängder låga. De använder flashminne som en buffert ( cache ) av liten storlek (till exempel i Seagate Momentus XT från 4 till 8 GB) [9] , eller (mer sällan) kan de vara tillgängliga som en separat enhet ( engelsk  dual-drive hybrid system ) .

Intel Smart Response Technology låter dig dela SSD och HDD för att cachelagra data (filer) som ofta används på SSD, plus effektivare användning av SSHD [10] [11] .

Andra tillverkare har också sina egna teknologier för att använda SSD för cachelagring av data lagrad på hårddisken: Marvell HyperDuo (i Marvell 88SE9130-kontrollern), Adaptec MaxIQ (MaxCache), LSI CacheCade. Av dessa är endast HyperDuo designad för hemmabruk [12] [13] [14] [15] .

Titel

SSD-enheter inkluderar endast SSD-enheter. Hårddiskar och optiska diskar hör inte till dem, även om de strängt taget är solida kroppar. Denna terminologi är motsatsen till den som används i lasrar - halvledarlasrar är lasrar baserade på alla solida kroppar, med undantag för halvledare.

Till en början kallades SSD-enheter som "solid-state-enheter" ( engelska:  Solid-State Disk ), även om ingen av SSD-enheterna är en disk. Detta namn håller nu på att bli föråldrat.

Utvecklingshistorik

Marknad

2013 var de största tillverkarna av NAND-chips Samsung , Toshiba , Micron och SK-Hynix [17] , kontrollerchips för SSD-enheter var LSI-SandForce, Marvell , Silicon Motion, Phison och JMicron [18] .

Samma år började Samsung, Toshiba och Micron producera enheter med 3D-NAND-chips, vilket gjorde det möjligt att minska kostnaderna för enheter, särskilt högkapacitet [19] .

Under första kvartalet 2016 var de största SSD-tillverkarna Samsung Electronics (första plats, cirka 40 % av marknaden), SanDisk (12 %), Lite-On ( Plextor [20] , Lite-On), Kingston , Intel , Micron , OCZ , HGST .

NAND-flashminne för SSD-enheter producerades av SanDisk, Toshiba ( Kioxia [21] ), Samsung, Intel, Micron. Trots att Toshiba Memory var och är en av de största tillverkarna av NAND-chips, var företagets andel på SSD-marknaden endast 3,9 % [22] .

Sedan 2016 har Samsung släppt "konsument" SSD:er med 3D NAND-chips uteslutande från sin egen produktion [6] .

Bristen på chip 2021 ledde till en "prissvängning" för SSD-enheter på grund av deras överproduktion, och sedan, mot bakgrund av en kraftig nedgång i SSD-försäljningen, till en kollaps i priserna i slutet av 2022 [23] [24] .

Formfaktorer och gränssnitt

Externa enheter

Initialt sprids solid-state-enheter i form av separata enheter för lagring och överföring av information. De kopplade till datorer och digitala prylar genom en serie standardiserade externa gränssnitt, och utformningen av enheterna gjorde det möjligt för en outbildad användare att säkert manipulera dem och överföra data mellan enheter. Alla dessa enheter kan delas in i två stora grupper: med ett USB- gränssnitt (" USB-minnen "), som huvudsakligen används med datorer, och minneskort , som huvudsakligen används i en mängd olika elektroniska prylar, såsom digitalkameror, telefoner, etc.

USB-enheter var perfekt standardiserade och säkerställde prestanda på alla enheter med denna kontakt. Minneskort hade en mängd olika inkompatibla design och gränssnitt. Till en början var CompactFlash , SmartMedia , Memory Stick , MMC , SD populära . Hittills har bara SD- kort i två formfaktorer behållit hög popularitet : standard och miniatyr (microSD).

Inbäddade enheter

När kapaciteten växte och kostnaden för flashminnet blev billigare började solid-state-minnet ersätta datorernas huvudsakliga långtidsminne  - hårddiskar . För att säkerställa utbytbarhet med befintlig teknik började inbäddade solid state-enheter produceras i standardiserade hårddiskdesigner och med det mest populära hårddiskgränssnittet vid den tiden. Så här såg 2,5 ″ SATA solid state-enheter ut , som installerades istället för mekaniska hårddiskar.

De skrymmande designerna och långsamma gränssnitten för mekaniska hårddiskar tillät dock inte flashminnet att låsa upp dess potential. Processen för miniatyrisering av enheter har börjat. Till en början övergav de hårddiskdesignen och standardiserade på de små mSATA- och M.2 SATA -designerna (ibland kallade NGFF), men behöll kompatibiliteten med SATA-gränssnittet. Nästa steg var att gå bort från det långsamma SATA-gränssnittet och byta till det snabba PCI Express -gränssnittet . Så här såg NVM Express (NVMe)-enheter ut i en mängd olika utformningar, varav M.2 NVMe är den vanligaste .

Trots liknande design kan M.2 SATA-enheter inte installeras istället för M.2 NVMe och M.2 NVMe kan inte installeras istället för M.2 SATA, de är inkompatibla med varandra. Utåt kan de särskiljas genom antalet utskärningar på kontakterna på drivkortet och motsvarande nyckelinsatser på den matchande kontakten: M.2 SATA har två av dem och M.2 NVMe har en.

Arkitektur och drift

NAND SSD

Enheter byggda på användningen av icke-flyktigt minne ( NAND SSD) dök upp under andra hälften av 90-talet av förra seklet, men började med tillförsikt erövra marknaden på grund av framsteg inom mikroelektronik och förbättring av grundläggande egenskaper, inklusive kostnad per gigabyte. Fram till mitten av 2000-talet var de underlägsna traditionella enheter – hårddiskar  – i skrivhastighet, men kompenserade för detta genom hög åtkomsthastighet till godtyckliga informationsblock (sökhastighet, initial positioneringshastighet). Sedan 2012 har solid state-enheter redan producerats med läs- och skrivhastigheter som är många gånger högre än hårddiskarnas kapacitet [25] . De kännetecknas av relativt liten storlek och låg strömförbrukning.

År 2016 skapades NAND-chips med tre olika teknologier när det gäller datalagringstäthet [6] :

TLC ger den högsta lagringstätheten (tre gånger högre än plan SLC), men har den kortaste livslängden och lägre tillförlitlighet, vilket tillverkarna kompenserar för genom att komplicera databehandlingen [6] .

En vidareutveckling av NAND-tekniken är 3D TLC, där TLC-celler placeras på ett chip i flera lager. Till exempel använder Samsung SSD 850 EVO 3D-minne med 32 lager av 3-bitars TLC-celler; tillverkaren lovar tillförlitlighet på enhetsnivå för dem med plana tvåbitars MLC:er [6] .

Sedan 2017 har QLC (Quad Level Cell) också blivit utbredd - fyra bitar [26] . För 2022 är rekordet 7:e generationens 3D NAND med 176 lager (gränssnittsfrekvens 1,6 GHz) från Micron , som släpptes förra året ; konsumentstandarden är 96-144-lagers mikrokretsar [27] .

RAM SSD

Dessa enheter bygger på användningen av flyktigt minne (samma som används i RAM -minnet på en persondator) som en RAM-enhet och kännetecknas av ultrasnabb läsning, skrivning och sökning efter information. Deras största nackdel är den extremt höga kostnaden per volymenhet. De används främst för att påskynda driften av stora databashanteringssystem och kraftfulla grafikstationer. Sådana enheter är vanligtvis utrustade med batterier för att spara data vid strömavbrott, och dyrare modeller är utrustade med backup- och/eller online-backupsystem. Exempel på sådana enheter är I-RAM och HyperDrive -serien (de senare är kända i Europa som ACARD ANS-9010 och 9010BA).

Användare med tillräckligt med RAM-minne kan simulera sådana enheter med hjälp av disk-in-RAM- teknik (RAM-enhet), till exempel för att utvärdera prestanda hos virtuella maskiner.

Andra

2015 tillkännagav Intel och Micron lanseringen av ett nytt 3D XPoint icke-flyktigt minne [28] . Intel planerade att släppa 3D XPoint-baserade SSD:er med PCI Express-gränssnittet 2016, vilket skulle vara snabbare och mer hållbart än NAND-baserade enheter. I mars 2017 släppte Intel den första SSD:n med 3D XPoint-teknik, Intel Optane P4800X [29] .

Fördelar

Nackdelar

Stöd i olika operativsystem

Microsoft Windows och SSD:er

Windows 7 introducerade speciella optimeringar för att arbeta med solid state-enheter. Med SSD-enheter fungerar det här operativsystemet annorlunda med dem än med vanliga hårddiskar. Till exempel tillämpar Windows 7 inte defragmentering på SSD-enheten, SuperFetch- och ReadyBoost -tekniker och andra läs-framåt-tekniker som påskyndar laddningen av applikationer från vanliga hårddiskar.

Tidigare versioner av Microsoft Windows har inte denna speciella optimering och är utformade för att endast fungera med vanliga hårddiskar. Därför kan till exempel vissa Windows Vista -filoperationer , om de inte är inaktiverade, minska livslängden på en SSD-enhet. Defragmenteringsoperationen bör inaktiveras, eftersom den praktiskt taget inte påverkar prestandan för SSD-mediet på något sätt och bara sliter ut den ytterligare.

Mac OS X och Macintosh-datorer med SSD-enheter

Operativsystemet Mac OS X , som börjar med version 10.7 (Lion), implementerar fullt TRIM -stöd för solid-state-minne installerat i systemet [50] .

Sedan 2010 har Apple introducerat datorer i Air -linjen , fullt utrustade med endast solid-state-minne baserat på NAND-flashminne . Fram till 2010 kunde köparen välja en vanlig hårddisk för denna dator, men vidareutvecklingen av linjen till förmån för maximal ljusning och minskning av antalet datorer i denna serie krävde ett fullständigt avslag på konventionella hårddiskar till förmån för solid state-enheter .

Mängden inkluderat minne i datorer i Air-serien sträcker sig från 128 GB till 512 GB [51] . Enligt JP Morgan, från introduktionsögonblicket fram till juni 2011, såldes 420 000 datorer av denna serie helt och hållet på solid-state NAND-flashminne [52] .

Den 11 juni 2012, baserat på flashminne, introducerades en uppdaterad serie av professionella bärbara datorer MacBook Pro med Retina-skärm , där valfritt 768 GB flashminne kunde installeras .

GNU/Linux och Solid State Drive-datorer

Operativsystemet Linux , med start från kärnversion 2.6.33, implementerar fullt TRIM -stöd för solid-state-minne installerat i systemet när alternativet "kassera" specificeras i inställningarna för enhetsmontering [53] .

Utsikter för utveckling

Den största nackdelen med flashbaserade SSD:er är det begränsade antalet skrivcykler; med utvecklingen av tillverkningsteknologier för icke-flyktigt minne, kan det elimineras genom att tillverka en informationsbärare enligt andra fysiska principer, till exempel FeRam , ReRAM (resistivt slumpmässigt åtkomstminne), etc.

Se även

Anteckningar

  1. Magnetiska fält kan bara skada en fungerande hårddisk. Till exempel, om du fäster en neodymmagnet på en fungerande hårddisk kan detta störa funktionen av metallens rörliga delar i skivan - ett block av magnethuvuden, medan magnetfältet inte direkt kan skada eller avmagnetisera skivan och skada informationen lagras på den. En SSD-enhet är ännu mer motståndskraftig mot skador på informationen som lagras på den på grund av magnetfält. För att magnetfältet ska avmagnetisera eller skada informationen som lagras på en SSD behöver du en magnet av kolossal storlek och gigantisk kraft.
  1. SNIA, 2009 , Översikt, sid. 2.
  2. Aubert, 2016 , Sida 2: Formfaktorer och kontakter: 2,5", M.2, mSATA, SATA och PCIe .
  3. SNIA, 2009 , Vad är Solid State-lagring?, s. 2−3.
  4. Aubert, 2016 , Sida 3: Vad är skillnaden mellan AHCI och NVMe? .
  5. SNIA, 2009 , Ökad hastighet ökar vinsten, sid. 3.
  6. 1 2 3 4 5 Aubert, 2016 , Sida 4: Minnesteknologier: SLC, MLC, TLC och 3D-NAND .
  7. Dong Ngo. WD visar upp sin första hybriddisk, WD Black SSHD . WD visade upp sin första hybriddisk, WD Black SSHD, som kommer i både 7 mm och 5 mm  tjocklek . Cnet (9 januari 2013) . Hämtad 27 april 2019. Arkiverad från originalet 29 mars 2013.
  8. Recension av Momentus XT 750 GB: En andra generationens hybridhårddisk . Toms hårdvara (8 februari 2012). Tillträdesdatum: 27 april 2019.
  9. Anand Lal Shimpi. Seagate 2:a generationens Momentus XT (750GB) Hybrid HDD recension . AnandTech (13 december 2011). Hämtad 27 april 2019. Arkiverad från originalet 1 november 2013.
  10. Intel® Smart Response Technology . Snabb åtkomst till de mest använda filerna och applikationerna . Intel Corporation . Hämtad 27 april 2019. Arkiverad från originalet 2 juni 2021.
  11. Andrey Kozhemyako. Fördelar och nackdelar med Intel Smart Response Technology . En detaljerad studie av effekten av SSD-cache på hårddiskens prestanda . iXBT (26 mars 2013) . Hämtad 27 april 2019. Arkiverad från originalet 27 april 2019.
  12. Marvell HyperDuo-teknologi . NYX (3 maj 2012). Hämtad 27 april 2019. Arkiverad från originalet 3 januari 2018.
  13. Adaptec MaxIQ (MaxCache) . NIKS (3 september 2011). Hämtad 27 april 2019. Arkiverad från originalet 5 december 2017.
  14. Adaptec Hybrid RAID . NIKS (31 juli 2011). Tillträdesdatum: 27 april 2019.
  15. LSI CacheCade . NYX (18 april 2013). Tillträdesdatum: 27 april 2019.
  16. Cray-1 och Cray X-MP datorsystem solid-state storage device (SSD) referensmanual HR-0031 1982
  17. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , sid. 17.
  18. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , sid. arton.
  19. Shenzhen Flashmarket Information, 2014 , sid. 17.
  20. Toshiba kan ta över Lite-On SSD-verksamheten och Plextor-varumärket // 3DNews , 08/17/2019 / Arkiverad 17 augusti 2019 på Wayback Machine
  21. Kioxia HoldingsCNews
  22. Anton Shilov. Marknadstrender Q1 2016: Leveranser av SSD-enheter ökade med 32,7 % jämfört med föregående år . AnandTech (25 maj 2016). Hämtad 27 april 2019. Arkiverad från originalet 8 november 2020.
  23. SSD-enheter förbereder sig för att helt "döda" hårddiskar. Priserna kollapsar och det finns inget slut i sikte // CNews , 28 september 2022
  24. SSD-priserna sjunker när försäljningen sjunker. Molnleverantörer bär skulden för allt // CNews 15 september 2022
  25. Är det värt att byta från en hårddisk till en SSD? . thg.ru. Datum för åtkomst: 13 december 2012. Arkiverad från originalet 31 december 2012.
  26. Senaste tekniken i 3D NAND SSD:er Arkiverad 9 augusti 2019 på Wayback Machine // CHIP , 12/7/2017
  27. Resultat av 2021: SSD-enheter Arkiverade 16 januari 2022 på Wayback Machine // 3DNews , 14 januari 2022
  28. IDF 2015: Intel tillkännager 3D XPoint-baserade produkter  (ryska) , 3DNews - Daily Digital Digest . Arkiverad från originalet den 22 mars 2017. Hämtad 21 mars 2017.
  29. Praktisk granskning av Intel Optane SSD DC P4800X 750GB . Hämtad 25 september 2018. Arkiverad från originalet 1 december 2017.
  30. Demartek Storage Networking Interface Comparison Arkiverad 11 augusti 2019 på Wayback Machine // 7/31/2019 artikel på demartek.principledtechnologies.com .
  31. HDD är ett steg bort från den slutliga döden. Deras skrämmande opålitlighet har bekräftats // CNews , 14 september 2022
  32. MLC vs. SLC NAND Flash i inbyggda system . Hämtad 6 juni 2010. Arkiverad från originalet 28 juni 2010.
  33. Tufft val: HDD eller SSD Arkiverad 12 september 2017 på Wayback Machine // Ge mig en drivrutin, 2011-10-13
  34. Vad händer när SSD-enheter misslyckas? | SSD-killen . Hämtad 30 april 2020. Arkiverad från originalet 26 september 2020.
  35. http://www.anandtech.com/show/4902/intel-ssd-710-200gb-review/2 Arkiverad 3 september 2014 på Wayback Machine "När du har överskridit alla tillgängliga p/e-cykler på standard MLC , kräver JEDEC att NAND behåller dina data i ett avstängt läge i minst 12 månader. För MLC-HET reduceras minimum till 3 månader. I konsumentutrymmet behöver du den tiden för att förmodligen överföra dina data."
  36. SSD-tillförlitlighet: testresultat för livslängd [uppdaterad 02/06/19 ] . 3DNews - Daily Digital Digest. Hämtad 20 februari 2019. Arkiverad från originalet 22 februari 2019.
  37. SSD vs. HDD: Vad är skillnaden? Arkiverad 19 mars 2017 på Wayback Machine
  38. Konsument-SSD- och hårddiskpriser närmar sig paritet Arkiverad 9 september 2016 på Wayback Machine / ComputerWorld, 1 december 2015 "Prissättningen per gigabyte för hårddiskar och SSD:er."
  39. Notebook-hårddiskar är döda: Hur SSD-enheter kommer att dominera mobil PC-lagring 2018 Arkiverad 16 september 2016 på Wayback Machine / PCWorld, 3 december 2015 [1] Arkiverad 16 september 2016 på Wayback Machine "Just nu är SSD-enheter aren Det är inte i närheten av samma pris som en hårddisk: på en dollar-per-gigabyte-basis är SSD:er sex gånger så mycket som en jämförbar hårddisk, enligt Taiwans TrendForce."
  40. Marknadsvyer: Hårddiskleveranser minskade med 20 % under första kvartalet 2016, sänkte fleråriga låga arkiv 30 januari 2019 på Wayback Machine /AnandTech, 12 maj 2016 "Genomsnittliga försäljningspriser för hårddiskar i $USD .. genomsnittlig hårddisk från antingen Seagate från Western Digital kostar cirka 60 USD.”
  41. SSD-prissättning vs. HDD-kostnader Arkiverade 12 november 2016 på Wayback Machine , 2015-10-28 "system som PC och inbyggda system ..kan använda en billigare SSD "
  42. Jacobi : "Köp den högsta kapaciteten du har råd med. Du kommer att få bättre prestanda, även om fördelen minskar snabbt över 256 GB."
  43. https://www.usenix.org/system/files/conference/fast16/fast16-papers-hao.pdf Arkiverad 11 september 2016 på Wayback Machine "Till exempel kan SSD garbage collection, en välkänd boven, öka latensen med en faktor på 100 .. Begreppet "snabba" och "långsamma" sidor finns inom en SSD; programmering av en långsam sida kan vara 5-8 gånger långsammare jämfört med .. snabb sida"
  44. Alastair Nisbet; Scott Lawrence, Matthew Ruf. En kriminalteknisk analys och jämförelse av lagring av Solid State Drive-data med Trim-aktiverade filsystem  . Australian Digital Forensics Conference (2013). Hämtad 8 november 2016. Arkiverad från originalet 9 november 2016.
  45. Andrew Ku. Undersökning: Är din SSD mer pålitlig än en hårddisk?  (engelska) . Toms hårdvara .
  46. Jacobi : "SSD:er och solid-state-lagring i allmänhet har en störande tendens till binär funktionalitet. Ett SSD-fel går vanligtvis så här: Ena minuten fungerar det, nästa sekund är det murat."
  47. Jacobi , Oavsett om felet ligger hos styrenheten eller själva NAND, har företaget en bra, men inte perfekt, framgångsfrekvens.
  48. Extrem SSD-felkorrigering | SSD-killen . Hämtad 30 april 2020. Arkiverad från originalet 30 juni 2020.
  49. Hur styrenheter maximerar SSD-livslängden - Förbättrad ECC | SSD-killen . Hämtad 30 april 2020. Arkiverad från originalet 22 juli 2020.
  50. Mac OS X Lion har TRIM-stöd för SSD, HiDPI-upplösningar för förbättrad pixeltäthet? Arkiverad 29 juni 2011 på Wayback Machine 
  51. Apple (Ryssland) - MacBook Air - Jämförelse av 11-tums och 13-tums MacBook Air. . Hämtad 1 oktober 2017. Arkiverad från originalet 7 juni 2013.
  52. JP Morgan ser MacBook Air som ett företag på 3 miljarder dollar - Apple 2.0 - Fortune Tech. Arkiverad 22 augusti 2011 på Wayback Machine 
  53. ssd - Hur aktiverar jag TRIM? Fråga Ubuntu. Arkiverad 6 juli 2020 på Wayback Machine 

Litteratur

Länkar