Co to jest napęd w stanie solidnym (SSD)? Plus, zalety i wady

Napędy stałego stanu (SSD) szybko stają się preferowaną pamięcią komputerową dla systemów operacyjnych i aplikacji. Znajdziesz je w najnowszych laptopach, telefonach, tabletach, a nawet konsolach.

Z doskonałą wydajnością i trwałością, dyski te robią prawdziwy plusk, ale czym dokładnie jest SSD?

Wewnątrz dysku twardego znajdziesz jeden lub więcej wirujących dysków o nazwie „Talerze.„Każdy talerz jest podzielony na tor i sektory. Pltery są zwykle wykonane z aluminium lub szkła i są pokryte materiałem magnetycznym.

Powierzchnia talerza zawiera miliardy poszczególnych obszarów, w których każdy reprezentuje jeden kawałek danych. Obszar może być magnetyzowany lub zdemagnetyzowany, reprezentując jeden lub zero.

Gdy wirujące talerze poruszają się z tysiącami obrotów na minutę, małe czytane głowice przymocowane do huśtania się ramion unoszą się na szerokości włosów powyżej talerza od czytania lub pisania do napędu.

Dysk twardy to niezwykle skomplikowane urządzenia z wieloma drobnymi, precyzyjnymi i delikatnymi ruchomymi częściami. To współczesny cud, że pracują tak dobrze, jak to robią.

Jak działa napęd solidny (SSD)

SSD mają więcej wspólnego z urządzeniami półprzewodnikowymi, takimi jak CPU i RAM niż dyski twarde. SSDS i HDDS działają jako urządzenia pamięci masowej, ale SSD działają w zupełnie inny sposób.

Wewnątrz typowego dysk SSD znajdziesz tylko układy komputerowe. Istnieje układ kontrolera SSD, który zarządza jak i gdzie są przechowywane dane, ale większość dysków SSD składa się z flash chips.

Pamięć flash jest „nielatywna” pamięć. Lotna pamięć, podobnie jak pamięć RAM, nie utrzymuje się, gdy moc jest wyłączona-przechowywane tam dane znika. Natomiast z pamięcią nielotną (jak SSDS lub dyski USB), twoje dane utrzymują się nawet po wyłączeniu zasilania. Właśnie dlatego dyski USB są również określane jako „dyski flash”!

Nowoczesne dyski SSD (i większość dysków flash i karty pamięci USB) używają rodzaju pamięci flash o nazwie Nand Flash Memory. Nazwa nazwa jednego z rodzajów bram logicznych, które można zrobić w mikroczipu. W pamięci NAND istnieją „komórki”, które mogą zawierać różne poziomy ładunku elektrycznego. Mierząc poziom ładowania w komórce pamięci, możesz stwierdzić, czy reprezentuje on jeden, czy zero. Aby zmienić zawartość komórki, po prostu zmienisz poziom ładunku w niej.

Istnieje wiele różnych różnorodności technologii w świecie pamięci NAND. Na przykład być może widziałeś niektóre dyski Samsung oznaczone jako „V-Nand” lub „pionowe” NAND. Tutaj komórki pamięci są układane pionowo, co pozwala na większą pojemność magazynowania w tym samym krzemowym śladzie. 3D NAND Intela jest również mniej więcej tą samą technologią.

Rodzaje SSD i interfejsów

SSD są dostępne w różnych czynnikach form i typów pamięci Flash NAND. To określa maksymalną wydajność SSD, a także jego cenę.

Typy pamięci flash

Wszystkie NAND Flash nie jest tym samym dla gęstości danych i wydajności. Z naszej powyższej dyskusji pamiętasz, że SSDS przechowuje dane jako ładunki elektryczne w komórkach pamięci.

Jeśli komórka przechowuje tylko jeden kawałek danych, nazywa się to SLC lub Pamięć komórek na jednym poziomie. MLC (komórka wielopoziomowa) i TLC (komórka potrójna) przechowują odpowiednio dwa i trzy bity danych na komórkę. Pamięć QLC (komórka czterokrotnie) przenosi ją do czterech bitów na komórkę.

Im więcej bitów danych możesz przechowywać w jednej komórce, tym tańszy może być twój dysk SSD, lub tym więcej danych możesz wypić w tej samej przestrzeni. To brzmi jak świetny pomysł, ale dzięki temu, jak działają SSDS, jazdy umierają szybciej, stosując metodę przechowywania wielu bitów. Pamięć SLC jest najlepiej wydajnym i najtrwalszym typem NAND z długą żywotnością. Jest jednak najdroższy i znaleziony tylko podczas wysokiej klasy napędów.

W związku z tym większość dysków SSD konsumenckich używa MLC lub TLC i stosuje specjalne metody, aby jak najwięcej przedłużyć swoje użyteczne życie. Omówimy kwestię zużycia SSD nieco później w tym artykule pod wadami technologii.

Forma SSD

SSD występują w różnych czynnikach. „Forma” jest po prostu fizycznym kształtem urządzenia i jakiego połączenia jest zgodne. Ponieważ SSD zostały początkowo zaprojektowane w celu zastąpienia HDD, pierwsze urządzenia przeznaczone na komputery stacjonarne miały miejsce, w którym wcześniej znajdowały się dyski twarde.

Tutaj 2.5-calowy projekt SSD SATA pojawia się na zdjęciu. Możesz po prostu wyjąć swój obecny 2.5-calowy dysk twardy laptopa i podłącz jeden z tych SSD.

SSD w tej obudowie nie potrzebuje całego tego pokoju, ale miało to doskonały sens, ponieważ laptopy i większość nowoczesnych komputerów stacjonarnych ma już 2.5-calowe zatoki napędowe i złącza SATA na swoich płytach głównych. Możesz także kupić adaptery, które pozwalają umieścić 2.5-calowy jazda na pulpicie 3.5-calowa zatoka.

Oprócz zajęcia niepotrzebnej przestrzeni, te 2.5-calowe dyski były ograniczone do 600 MB/s, ponieważ jest to granica interfejsu SATA 3.

Standard MSATA (Mini-SATA) rozwiązuje problem przestrzeni. MSATA było fizycznie tym samym kształtem, rozmiarem i złączem co standard mini karty PCI Express, ale dwa typy kart są niekompatybilne elektrycznie.

Standard MSATA został teraz zastąpiony przez m.2 standard. M.2 SSD może być SATA lub PCIE, w zależności od karty i kombinacji płyty głównej.

M.2 karty mogą być również dwustronne z komponentami po obu stronach i różnią się długością. Zawsze ważne jest, aby upewnić się, że płyta główna komputera jest kompatybilna z M.2 SSD, których chcesz z nim użyć!

NVME SSDS używają standardu nielotnego pamięci Express, w którym komputer może uzyskać dostęp do pamięci SSD za pomocą PCIE, który jest częściej używany do kart graficznych. PCIE ma znacznie większą przepustowość niż SATA, umożliwiając szybką pamięć SSD osiągnąć pełny potencjał.

Zalety SSDS

Istnieje wiele powodów, dla których SSD szybko stają się standardem technologii pamięci masowej. Podczas gdy pewne wczesne problemy ząbkowane przez jakiś czas trzymały ich z dala od głównego nurtu komputerowego. Nawet najnowsze konsole do gier wideo używają teraz SSD. Oto kluczowe mocne strony, które doprowadziły SSD w kierunku ich obecnej popularności.

SSD są szybkie

Najszybszy mechaniczny dysk twardy na całym świecie, Seagate Mach.2 EXOS 2x14, może osiągnąć trwałe wskaźniki transferu 524 MB/s. To jest prawie tak szybkie jak SATA 3 SSD, ale typowy mechaniczny napęd, który znajdziesz w komputerach, może osiągnąć gdzieś od 100 MB/s do 250 MB/s, jeśli patrzysz na najwyższą część rynku.

Typowy m.2 SSD PCIE, takie jak te znalezione w laptopach średniej klasy, oferują 2.5 do 3.5 GB/s. Najnowsze m.2 SSD PCIE zbliżają się do 8 GB/s, co jest zadziwiającą ilością danych. Sekwencyjne prędkości zapisu są zwykle nieco wolniejsze niż prędkości odczytu, ale dane lecą w ogromnym tempie w obu kierunkach.

Nie chodzi tylko o prędkości transferu. Mechaniczne dyski twarde wymagają czasu kręcenia talerzy i poruszania głowic napędowych na miejsce. Znalezienie odpowiedniego miejsca na talerzu dla żądania danych jest znane jako „czas szukania”. W przypadku SSD ten numer opóźnienia jest skutecznie zerowy.

SSD może natychmiast odczytać dane z dowolnego miejsca w jego komórkach pamięci, a nawet robić to równolegle. Bez względu na to, w jaki sposób go pokroisz, SSD są w innym wszechświecie wydajności niż nawet najlepsze mechaniczne dyski twarde, bez względu na to, w jaki sposób go pokroisz.

Podczas aktualizacji dysk twardego komputera do SSD, doświadczasz znacznie szybszych czasów rozruchu i bardzo snappy reaktywność systemu. Po prostu dlatego, że procesor nigdy nie musi czekać na dane z dysków pamięci. To fantastyczny sposób na zapewnienie starego systemu systemu Windows New Life.

SSD są trwałe

SSD są tak samo trwałe, jak każdy inny komponent stanu stałego, taki jak procesor lub pamięć RAM, bez ruchomych części. O ile nie niszczy ich, powinny oni działać na czas nieokreślony lub przynajmniej tak długo, jak komputer pozostaje dla Ciebie przydatny. Pamięć flash jest również bardzo odporna na uszkodzenia uderzenia, w przeciwieństwie do dysków twardych, które można łatwo zniszczyć, jeśli spadną, zwłaszcza gdy wirują talerze.

Ta trwałość czyni je idealnymi do laptopów i dlatego ultrabooki, takie jak Apple MacBook Air, IMAC i inni członkowie rodziny komputerów Mac, mają zintegrowane dyski SSD o wysokiej wydajności.

„Trwałość” w tym przypadku nie odnosi się do zjawiska zużycia SSD, które obejmujemy pod listą wad poniżej.

SSD nie cierpią na fragmentację

Fragmentacje danych są prawdziwym problemem na HDDS. Dzieje się tak, gdy nowe dane są zapisywane do pierwszej dostępnej przestrzeni na dysku. Tak więc dany plik lub zestaw powiązanych plików może mieć rozproszone dane po całym fizycznym talerzu napędu.

To niszczy sekwencyjne prędkości odczytu i dodaje mnóstwo czasu, ponieważ głowice napędowe lecą po całym miejscu, aby znaleźć wszystkie części pliku. SSD, ze względu na swoją naturę, nie cierpią z powodu fragmentacji. Nie chodzi o to, że pliki nie są rozdrobnione. Po prostu nie ma znaczenia, ponieważ nie ma ruchomych części i nie ma czasu na mówienie.

Defragmentowanie po prostu naraża niepotrzebne zużycie na jazdę. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o fragmentacji SSD, przeczytaj, czy należy defraić dysk SSD?

SSD są ciche

Dyski twarde są głośne! Szum silnika, Whoosh z dysku, klikające dźwięki głowic napędowych poruszają się tam iz powrotem - to był szum w tle dla użytkowników komputerów przez dziesięciolecia.

Natomiast SSDS w ogóle nie hałas. Może to wydawać się trywialną zaletą, ale hałaśliwe komponenty komputerowe są denerwujące. W niektórych przypadkach użycia, takich jak komputery używane do nagrywania dźwięku, poziomy dźwięku są krytyczne. Drogie dyski twarde z specjalnymi mocowaniami i wzorami, które próbowały ograniczyć hałas HDD, ale w przypadku SSDS problem jest całkowicie rozwiązany.

Właśnie dlatego możemy mieć komputer taki jak Apple M1 Macbook Air, który nie ma wentylatorów i mechanicznego dysku twardego. Cały komputer jest państwo stałe i dlatego nie hałas!

SSD są małe i wydajne

SSD zajmują znacznie mniej miejsca niż HDD i potrzebują znacznie mniejszej mocy do pracy. Oznacza to, że możemy mieć mniejsze i cieńsze komputery, tablety, smartfony i inne urządzenia elektroniczne, które wymagają szybkich nielotnych napędów pamięci.

SSD mogą prawie całkowicie spać, gdy nie są używane, i, w przeciwieństwie do HDD, mogą niemal natychmiast przejść do trybu wysokiej wydajności. Zużycie energii SSD jest szczególnie ważne, aby uzyskać lepszą żywotność baterii z mobilnych komputerów i innych gadżetów, które z nich korzystają. Urządzenia elektromechaniczne po prostu potrzebują więcej energii niż urządzenia półprzewodnikowe do działania.

SSD mogą zmniejszyć rozmiary instalacji

SSD mogą zmniejszyć wielkości instalacji niektórych aplikacji, zwłaszcza gier wideo. Gdy aplikacje polegają na szybkim przesyłaniu danych do pamięci, programiści mogą powielać informacje w wielu lokalizacjach na talerzu HDD. To ogranicza czasy wyszukiwania, ponieważ głowice napędowe są zawsze blisko kopii potrzebnych danych. To sprytna sztuczka, ale pochodzi kosztem miejsca do przechowywania.

Aplikacje zaprojektowane dla SSD w ogóle nie muszą tego robić. Ponieważ SSD nie ma praktycznie żadnego opóźnienia i może natychmiast odczytać dane z dowolnego miejsca na dysku, musi być tylko jedna kopia danych.

Konsole takie jak PlayStation 5 pokazały już, ile SSD może zmniejszyć rozmiary instalacji, szczególnie w połączeniu z kompresją, co prowadzi nas do następnej przewagi.

SSD można przyspieszyć

Jeśli pomyślałeś, że dyski SSD są już dużo szybko, możesz przyspieszyć te dyski w przypadku niektórych prawdziwie szybkich liczb wydajności. To wszystko dzięki technologii kompresji. Dane są przechowywane na SSD w formie mocno skompresowanej. Gdy informacje są wymagane, są one dekompresowane w czasie rzeczywistym, skutecznie wzmacniając surowe prędkości transferu danych SSD.

Jedynym haczykiem jest to, że potrzebujesz potężnego procesora do dekompresji, ale SSD obecnie nie zawiera takiego procesora. Okazuje się, że GPU są doskonałe w wykonywaniu tego rodzaju pracy, więc za pomocą oprogramowania API (interfejs programisty aplikacji), takich jak DirectStorage Microsoft i RTX IO NVIDIA, najnowsze generacje GPU mogą przyspieszyć nie tylko grafikę 3D, ale także wydajność SSD.

Wady SSD

SSD mają wiele pożądanych atrybutów, ale technologia nie jest idealna. Niektóre aspekty własności SSD nie są tak przyjemne, jak byśmy chcieli.

SSD są droższe

HDD tak bardzo spadły i zwiększyły ilość danych, które mogą przechowywać do szalonych poziomów gęstości. W rezultacie gigabajt danych HDD kosztuje znacznie mniej niż nawet najtańszy flash NAND.

Ceny SSD gwałtownie spadły w ciągu ostatnich kilku lat, ale ludzie na ogół nadal używają stosunkowo małych dysków SSD w przedziale od 256 GB do 512 GB. SSD są zarezerwowane dla aplikacji i systemów operacyjnych, podczas gdy dysku twardego nadal mają masę przechowywania plików multimedialnych lub aplikacji, które nie korzystają z prędkości SSD.

Dobrą wiadomością jest to, że podobnie jak cała technologia półprzewodników, gęstość tranzystora i procesy produkcyjne prawdopodobnie wykazują wykładniczy trend prowadzący do niższych kosztów i bardziej znacznych ilości przestrzeni. Na razie większość budżetów wymaga połączenia magazynu SSD i HDD.

SSD mogą się zużywać

Podczas gdy SSD są bardzo trwałe i mogą wytrzymać większą karę niż HDD, a jednocześnie mają dłuższe życie operacyjne, cierpią na zużycie. Zużycie SSD dzieje się, ponieważ SSD piszą do komórek pamięci jest destrukcyjne. Za każdym razem, gdy trochę jest zapisywane w komórce pamięci SSD, traci swoją zdolność do utrzymywania ładowania.

Z czasem powtarzane pisze do komórki sprawiają, że jest nieoperacyjna. SSD SLC może obsłużyć najbardziej powtarzane zapisy przed smażeniem danej komórki, ale komórki MLC, TLC i QLC są bardziej wrażliwe, w tej kolejności. Wczesne dyski konsumenckie mogą wkrótce umrzeć niepokojąco, ale dziś dyski mają takie strategie, jak wyrównywanie zużycia i nadmierne obciążenie, aby rozszerzyć wytrzymałość pisania SSD.

SSD Wear to złożony temat, więc spójrz na wszystko, co musisz wiedzieć o zużyciu SSD i łzy w celu dogłębnej dyskusji.

SSD mogą mieć szybką gnicie

Wszystkie formy przechowywania danych ostatecznie ulegają Bit Rot. Dzieje się tak, gdy medium magazynowe tak bardzo degraduje, że nie może już przechowywać danych w czytelnej formie.

Różne media dostają bit gnicie z różnych powodów, ale dyski twarde mogą być przechowywane przez dziesięciolecia bez zgnicia. Z drugiej strony SSD mogą potencjalnie stracić swoje dane po zaledwie kilku latach przechowywania. Dzieje się tak z powodu degradacji warstwy izolacyjnej, która utrzymuje ładunek w każdej komórce pamięci. Jeśli ilość wycieka, komórka jest pusta i nie zawiera danych!

Wygląda na to, że Bit Rot zdarza się szybciej, jeśli SSD są przechowywane w środowisku, które jest zbyt gorące, ale tak czy inaczej, prawdopodobnie nie są najlepszym wyborem do przechowywania danych w szufladzie gdzieś.

Odzyskiwanie danych SSD jest trudne

Wokół sztuki odzyskiwania danych z mechanicznych dysków twardych opiera się na wyrafinowanym przemysłu. Jeśli masz wystarczająco dużo pieniędzy do wydania, możesz nawet odzyskać dane z napędów, które zostały rozbite, ponieważ specjalista dosłownie odbudowuje jazdę z kawałków.

Na bardziej przyziemnym poziomie możesz odzyskać dane, które zostały przypadkowo usunięte, ponieważ twardych dysku twardego nie usuwają danych fizycznych po ich usuwaniu w systemie Windows lub w innym systemie operacyjnym. Zamiast tego ten obszar napędu jest po prostu oznaczony do zastąpienia. Tak długo, jak nadpisanie jeszcze się nie wydarzyło, możesz je odzyskać za pomocą specjalnego oprogramowania.

SSD sprawiają, że prawie niemożliwe jest odzyskanie czegokolwiek, jeśli dysk jest uszkodzony lub pliki zostaną usunięte. Jeśli dysk twardy jest uszkodzony przez wzrost elektryczny, nadal możesz go odbudować za pomocą nowej elektroniki napędowej, ale ponieważ dysk SSD jest całkowicie elektryczny, cała pamięć może być smażona.

Nie pomaga to również, że SSD mają wyrafinowane kontrolery, które robią wiele rzeczy z fizycznymi systemami operacyjnymi, o których nie wiedzą. Na przykład polecenie wykończenia używane przez SATA SSDS uprzednio usuwa komórki pamięci, które zostały oznaczone do usunięcia w celu przyspieszenia procesu pisania nowych danych. Więc nieokreślona sztuczka nie będzie na nich zadziałać!

Przyszłość jest stała stan

Chociaż SSD nie są idealne, reprezentują taki skok w wydajności dyskowej, że ich ostateczna dominacja rynku pamięci wydaje się nieunikniona. Z czasem spodziewamy się, że nawet SSD SSD spadnie w cenie, podczas gdy mniej trwałe typy SSD staną się jeszcze mądrzejsze, jeśli chodzi o ograniczanie zużycia.

Technologia dysku twardego miała również spory udział w problemach na początku, ale mamy wrażenie, że wszelkie problemy, które są nadal rozwiązywane, zostaną rozwiązane w rekordowym czasie.