Jednotka SSD - Solid-state drive

Jednotka SSD
Super Talent 2.5in SATA SSD SAM64GM25S.jpg
2,5palcová jednotka SSD Serial ATA
Využití flash paměti
Představil: SanDisk
Datum představení: 1991 ; Před 30 lety ( 1991 )
Kapacita: 20 MB (2,5palcový formát)
Originální koncept
Podle: Storage Technology Corporation
Počato: 1978 ; Před 43 lety ( 1978 )
Kapacita: 45 MB
Od roku 2019
Kapacita: Až 250 GB - 100 TB 
MSATA SSD s vnějším krytem
512 GB SSD Samsung 960 PRO NVMe M.2
SSD mSATA s odstraněným štítkem pro zobrazení čipové sady a NAND.

Solid-state drive ( SSD ) je polovodičový skladovací zařízení, které používá integrovaný obvod sestavy pro ukládání dat trvale , typicky za použití flash paměti , a funguje jako sekundární paměti v hierarchii úložného prostoru počítače . Někdy se mu také říká solid-state device nebo solid-state disk , přestože u SSD chybí fyzické rotující disky a pohyblivé čtecí a zapisovací hlavy používané na pevných discích (HDD) a disketách .

Ve srovnání s elektromechanickými disky jsou disky SSD obvykle odolnější vůči fyzickým otřesům, běží tiše a mají rychlejší přístupový čas a nižší latenci . SSD ukládají data do polovodičových buněk. Od roku 2019 mohou buňky obsahovat 1 až 4 bity dat. Úložná zařízení SSD se liší ve svých vlastnostech podle počtu bitů uložených v každé buňce, přičemž jednobitové buňky („Single Level Cells“ nebo „SLC“) jsou obecně nejspolehlivějším, odolnějším, nejrychlejším a nejdražším typem ve srovnání s 2– a 3bitové články („Víceúrovňové články/MLC“ a „Tříúrovňové články/TLC“) a nakonec čtyřbitové články („QLC“) používané pro spotřebitelská zařízení, která nevyžadují tak extrémní vlastnosti a jsou ze všech čtyř nejlevnější na gigabajt . Kromě toho paměť 3D XPoint (prodávaná společností Intel pod značkou Optane) ukládá data změnou elektrického odporu článků namísto ukládání elektrických nábojů v buňkách a SSD vyrobené z paměti RAM lze použít pro vysokou rychlost, kdy je trvanlivost dat po napájení není vyžadována ztráta, nebo může k uchování dat použít napájení z baterie, když není k dispozici její obvyklý zdroj napájení. Hybridní disky nebo hybridní disky SSD (SSHD), jako je Apple Fusion Drive , kombinují funkce SSD a HDD ve stejné jednotce pomocí flash paměti i pevného disku za účelem zlepšení výkonu často přístupných dat. Bcache umožňuje dosáhnout podobného efektu čistě softwarově pomocí kombinací vyhrazených běžných SSD a HDD.

Jednotky SSD založené na NAND Flash se v průběhu času pomalu vybíjejí, pokud zůstanou delší dobu bez napájení. To způsobí, že opotřebované disky (které překročily své hodnocení odolnosti) začnou ztrácet data obvykle po jednom roce (pokud jsou skladovány při 30 ° C) až dvou letech (při 25 ° C) při skladování; u nových disků to trvá déle. SSD disky proto nejsou vhodné pro archivační úložiště . 3D XPoint je možnou výjimkou z tohoto pravidla; je to relativně nová technologie s neznámými vlastnostmi dlouhodobého uchovávání dat.

Jednotky SSD mohou používat tradiční rozhraní a formáty pevných disků nebo novější rozhraní a tvarové faktory, které využívají specifické výhody flash paměti v jednotkách SSD. Tradiční rozhraní (např. SATA a SAS ) a standardní formáty pevných disků umožňují použití takovýchto SSD jako náhradních náhrad za pevné disky v počítačích a dalších zařízeních. Novější formáty jako mSATA , M.2 , U.2 , NF1, XFMEXPRESS a EDSFF (dříve známé jako Ruler SSD ) a rozhraní s vyšší rychlostí, jako je NVM Express (NVMe) přes PCI Express (PCIe), mohou dále zvýšit výkon přes HDD výkon.

SSD mají omezený počet zápisů po celou dobu životnosti a také se zpomalí, když dosáhnou své plné úložné kapacity.

Vývoj a historie

Dřívější SSD disky využívající RAM a podobnou technologii

Prvním, ne-li prvním, polovodičovým úložným zařízením kompatibilním s rozhraním pevného disku (např. S ​​definovaným SSD) byl 1978 StorageTek STC 4305. STC 4305, náhrada za kompatibilní s pevnou diskovou jednotkou IBM 2305 , původně používal k ukládání zařízení CCD ( Charge- Couled Device), a proto byl údajně sedmkrát rychlejší než produkt IBM za zhruba poloviční cenu (400 000 USD za kapacitu 45 MB) Později přešel na DRAM . Před StorageTek SSD existovalo mnoho produktů DRAM a jádra (např. DATARAM BULK Core, 1976) prodávaných jako alternativy k pevným diskům, ale tyto produkty obvykle měly paměťová rozhraní a nebyly SSD podle definice.

Na konci osmdesátých let společnost Zitel nabídla rodinu produktů SSD založených na DRAM pod obchodním názvem „RAMDisk“, mimo jiné pro použití v systémech společností UNIVAC a Perkin-Elmer.

Flash disky SSD

Vývoj SSD
Parametr Začal s Vyvinuto pro Zlepšení
Kapacita 20 MB (Sandisk, 1991) 100 TB (Enterprise Nimbus Data DC100, 2018)
(od roku 2020 je pro spotřebitele k dispozici až 8 TB)
5 milionů ku jedné
(400 000 ku jedné)
Sekvenční rychlost čtení 49,3 MB/s (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 15 GB/s (ukázka Gigabyte, 2019)
(od roku 2020 je pro spotřebitele k dispozici až 6,795 GB/s)
304,25 ku jedné (138 ku jedné)
Sekvenční rychlost zápisu 80 MB/s (Samsung Enterprise SSD, 2008) 15,200 GB/s (ukázka Gigabyte, 2019)
(od roku 2020 je pro spotřebitele k dispozici až 4,397 GB/s)
190 ku jedné (55 ku jedné)
IOPS 79 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 2 500 000 (Enterprise Micron X100, 2019)
(Od roku 2020 je pro spotřebitele k dispozici až 736 270 čtení IOPS pro čtení a 702 210 zápisů IOPS)
31 645,56 k jednomu (spotřebitel: čtení IOPS: 9319,87 k jednomu, zápis IOPS: 8888,73 k jednomu)
Čas přístupu (v milisekundách, ms) 0,5 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 0,045 čtení, 0,013 zápisu (nejnižší hodnoty, WD Black SN850 1 TB, 2020) Čtení: 11: 1, Zápis: 38: 1
Cena 50 000 USD za gigabajt (Sandisk, 1991) 0,10 USD za gigabajt (Crucial MX500, červenec 2020) 555 555 ku jedné

Základ pro flash disky SSD, flash paměť, vynalezl Fujio Masuoka ve společnosti Toshiba v roce 1980 a komercializoval ji Toshiba v roce 1987. Zakladatelé SanDisk Corporation (tehdy SanDisk) Eli Harari a Sanjay Mehrotra spolu s Robertem D. Normanem viděli potenciál flash paměti jako alternativa ke stávajícím pevným diskům a v roce 1989 podal patent na flashový SSD. První komerční flashový SSD byl dodán společností SanDisk v roce 1991. Jednalo se o 20 MB SSD v konfiguraci PCMCIA a prodával OEM za přibližně 1 000 $ a byl používán IBM v notebooku ThinkPad. V roce 1998 SanDisk představil SSD v 2½ a 3 a půl tvarových faktorů s PATA rozhraním.

V roce 1995 vstoupila společnost STEC, Inc. do oblasti flash pamětí pro spotřební elektroniku.

V roce 1995 společnost M-Systems představila flash disky na bázi SSD jako náhradu HDD pro vojenský a letecký průmysl a pro další kritické aplikace. Tyto aplikace vyžadují schopnost SSD odolat extrémním nárazům, vibracím a teplotním rozsahům.

V roce 1999 provedla společnost BiTMICRO řadu představení a oznámení o flash discích SSD, včetně 18  GB 3,5palcového SSD. V roce 2007 společnost Fusion-io oznámila SSD disk na bázi PCIe s výkonem 100 000  vstupních/výstupních operací za sekundu (IOPS) na jedné kartě s kapacitou až 320 GB.

Na veletrhu Cebit 2009 společnost OCZ Technology předvedla 1  TB flash SSD pomocí rozhraní PCI Express × 8. Dosáhla maximální rychlosti zápisu 0,654 gigabajtů za sekundu ( GB/s ) a maximální rychlosti čtení 0,712 GB/s. V prosinci 2009 společnost Micron Technology oznámila SSD s rozhraním SATAgigabitů za sekundu ( Gbit/s ) .

V roce 2016 společnost Seagate předvedla rychlost sekvenčního čtení a zápisu 10 GB/s z 16-ti dráhového SSD PCIe 3.0 a také ukázala 60 TB SSD ve 3,5palcovém provedení. Samsung také uvedl na trh 15,36 TB SSD s cenovkou 10 000 USD pomocí rozhraní SAS s použitím 2,5palcového formátu, ale s tloušťkou 3,5palcových disků. To bylo poprvé, kdy komerčně dostupný SSD měl větší kapacitu než největší v současnosti dostupný HDD.

V roce 2018 uvedly Samsung i Toshiba na trh 30,72 TB SSD disky se stejným 2,5palcovým tvarem, ale s 3,5palcovou tloušťkou disku pomocí rozhraní SAS. Společnost Nimbus Data oznámila a údajně dodala disky 100 TB pomocí rozhraní SATA, kapacita pevných disků se očekává až v roce 2025. Samsung představil SSD M.2 NVMe s rychlostí čtení 3,5 GB/s a rychlostí zápisu 3,3 GB/s. Nová verze 100 TB SSD byla uvedena na trh v roce 2020 za cenu 40 000 USD, přičemž verze 50 TB stojí 12 500 USD.

V roce 2019 společnost Gigabyte Technology na Computexu 2019 předvedla 8TB 16pásmový PCIe 4.0 SSD s rychlostí sekvenčního čtení 15,0 GB/s a sekvenčním zápisem 15,2 GB/s. Součástí byl ventilátor , protože nové vysokorychlostní SSD disky běží při vysokých teplotách. Také v roce 2019 byly uvedeny na trh NVMe M.2 SSD využívající rozhraní PCIe 4.0. Tyto SSD mají rychlost čtení až 5,0 GB/s a rychlost zápisu až 4,4 GB/s. Vzhledem k vysokorychlostnímu provozu používají tyto SSD velké chladiče a pokud nedostanou dostatečný proud chladicího vzduchu, obvykle zhruba po 15 minutách nepřetržitého provozu při plné rychlosti tepelně škrtí. Samsung také představil SSD s rychlostí sekvenčního čtení a zápisu 8 GB/s a 1,5 milionu IOPS, schopnými přesouvat data z poškozených čipů na nepoškozené čipy, aby SSD mohl normálně fungovat, i když s nižší kapacitou.

Podnikové flash disky

Pohled shora a zdola na 2,5palcový model 100 GB SATA 3.0 (6 Gbit/s) řady Intel DC S3700

Enterprise flash disky ( EFD ) jsou navrženy pro aplikace vyžadující vysoký I/O výkon ( IOPS ), spolehlivost, energetickou účinnost a v poslední době i konzistentní výkon. Ve většině případů je EFD SSD s vyšší sadou specifikací ve srovnání s SSD, které by se obvykle používaly v přenosných počítačích. Tento termín poprvé použila společnost EMC v lednu 2008, aby jim pomohla identifikovat výrobce SSD, kteří by poskytovali produkty splňující tyto vyšší standardy. Neexistují žádné normalizační orgány, které by řídily definici EFD, takže každý výrobce SSD může tvrdit, že vyrábí EFD, i když ve skutečnosti produkt ve skutečnosti nemusí splňovat žádné konkrétní požadavky.

Příkladem je řada pohonů Intel DC S3700, představená ve čtvrtém čtvrtletí roku 2012, která se zaměřuje na dosažení konzistentního výkonu, což je oblast, které se dříve nevěnovala velká pozornost, ale o které společnost Intel tvrdila, že je důležitá pro podnikový trh. Společnost Intel zejména tvrdí, že v ustáleném stavu by disky S3700 neměnily své IOPS o více než 10–15% a že 99,9% všech 4 kB náhodných I/O je obsluhováno za méně než 500 µs.

Dalším příkladem je řada podnikových SSD Toshiba PX02SS, oznámená v roce 2016, která je optimalizována pro použití na serverových a úložných platformách vyžadujících vysokou výdrž aplikací náročných na zápis, jako je ukládání do mezipaměti, akcelerace I/O a zpracování online transakcí (OLTP). Řada PX02SS využívá rozhraní SAS 12 Gb/s, nabízí flash paměť MLC NAND a dosahuje rychlosti náhodného zápisu až 42 000 IOPS, rychlosti náhodného čtení až 130 000 IOPS a hodnocení odolnosti 30 zápisů disku za den (DWPD).

SSD založené na 3D XPoint mají vyšší náhodné (vyšší IOPS), ale nižší sekvenční rychlosti čtení/zápisu než jejich protějšky NAND-flash. Mohou mít až 2,5 milionu IOPS.

Jednotky využívající jiné technologie trvalé paměti

V roce 2017 byly pod značkou Intel Optane vydány první produkty s pamětí 3D XPoint . 3D Xpoint je zcela odlišný od NAND flash a ukládá data pomocí různých principů.

Architektura a funkce

Klíčovými součástmi SSD jsou řadič a paměť pro ukládání dat. Primární paměťovou komponentou na disku SSD byla tradičně energeticky nezávislá paměť DRAM , ale od roku 2009 je to běžnější NAND flash energeticky nezávislá paměť .

Ovladač

Každý SSD obsahuje řadič, který obsahuje elektroniku, která přemosťuje komponenty paměti NAND k hostitelskému počítači . Řadič je integrovaný procesor, který spouští kód na úrovni firmwaru a je jedním z nejdůležitějších faktorů výkonu SSD. Mezi některé funkce prováděné ovladačem patří:

Výkon disku SSD lze škálovat podle počtu paralelních čipů NAND flash použitých v zařízení. Jeden čip NAND je relativně pomalý díky úzkému (8/16 bitovému) asynchronnímu I/O rozhraní a dodatečné vysoké latenci základních I/O operací (typické pro SLC NAND, ~ 25  μs pro načtení stránky 4  KiB z pole do vyrovnávací paměti I/O při čtení, ~ 250 μs pro potvrzení stránky 4 KiB z vyrovnávací paměti IO do pole při zápisu, ~ 2 ms pro vymazání bloku 256 KiB). Když v SSD pracuje paralelně více zařízení NAND, lze šířku pásma a vysoké latence skrýt, pokud čeká na vyřízení dostatek vynikajících operací a zatížení je rovnoměrně rozloženo mezi zařízení.

Micron a Intel zpočátku vyráběli rychlejší SSD implementací prokládání dat (podobně jako RAID 0 ) a prokládáním do své architektury. To v roce 2009 umožnilo vytvoření SSD s efektivní rychlostí čtení/zápisu 250 MB/s s rozhraním SATA 3 Gbit/s. O dva roky později společnost SandForce pokračovala ve využívání této paralelní flashové konektivity a uvolňovala spotřebitelský SATA 6 Gbit/s SSD řadiče, které podporovaly rychlost čtení/zápisu 500 MB/s. Ovladače SandForce komprimují data před odesláním do paměti flash. Tento proces může mít za následek menší počet zápisů a vyšší logickou propustnost v závislosti na stlačitelnosti dat.

Noste nivelaci

Pokud je konkrétní blok opakovaně naprogramován a vymazán bez zápisu do jiných bloků, tento blok se opotřebuje dříve než všechny ostatní bloky - čímž předčasně skončí životnost disku SSD. Z tohoto důvodu řadiče SSD používají k distribuci zápisů co nejrovnoměrněji do všech bloků blesku v SSD techniku ​​nazývanou opotřebení .

V dokonalém scénáři by to umožnilo zapsat každý blok na jeho maximální životnost, takže všechny selžou současně. Proces rovnoměrné distribuce zápisů vyžaduje přesun dat dříve zapsaných a neměnících se (studená data), aby bylo možné do těchto bloků zapisovat data, která se mění častěji (horká data). Přemístění dat zvyšuje zesílení zápisu a zvyšuje opotřebení paměti flash. Designéři se snaží minimalizovat obojí.

Paměť

Flash paměť

Porovnání architektur
Porovnávací charakteristiky MLC  : SLC NAND  : NOR
Poměr perzistence 1: 10 1: 10
Poměr sekvenčního zápisu 1: 3 1: 4
Poměr sekvenčního čtení 1: 1 1: 5
Poměr ceny 1: 1,3 1: 0,7

Většina výrobců SSD používá při konstrukci svých SSD energeticky nezávislou paměť NAND flash kvůli nižším nákladům ve srovnání s DRAM a schopnosti uchovávat data bez stálého napájení, což zajišťuje stálost dat při náhlých výpadcích napájení. Flash disky SSD byly zpočátku pomalejší než řešení DRAM a některé rané designy byly po dalším používání ještě pomalejší než pevné disky. Tento problém vyřešili ovladače, které vyšly v roce 2009 a později.

Flash disky SSD ukládají data do čipů s integrovanými obvody kov-oxid-polovodič (MOS), které obsahují energeticky nezávislé paměťové buňky s plovoucí bránou . Řešení založená na paměti Flash jsou obvykle balena ve standardních formátech diskových jednotek (1,8, 2,5 a 3,5 palce), ale také v menších kompaktnějších formátech, jako je například formát M.2 , které umožňují malé velikost flash paměti.

Jednotky s nižší cenou obvykle používají flash paměť se čtyřmi úrovněmi buněk (QLC), tříúrovňovými buňkami (TLC) nebo víceúrovňovými buňkami (MLC), která je pomalejší a méně spolehlivá než flash paměť s jednou úrovní buněk (SLC). To lze zmírnit nebo dokonce zvrátit vnitřní konstrukční strukturou SSD, jako je prokládání, změny v algoritmech zápisu a vyšší nadměrné zřizování (větší nadbytečná kapacita), s nimiž mohou algoritmy pro vyrovnávání opotřebení fungovat.

Byly představeny polovodičové disky, které se spoléhají na technologii V-NAND , ve které jsou vrstvy buněk skládány svisle.


DOUŠEK

SSD založené na nestálé paměti, jako je DRAM, se vyznačují velmi rychlým přístupem k datům, obvykle méně než 10  mikrosekund , a používají se především k akceleraci aplikací, které by jinak byly zdrženy latencí flash disků SSD nebo tradičních pevných disků.

Jednotky SSD založené na DRAM obvykle obsahují buď interní baterii, nebo externí adaptér AC/DC a záložní úložné systémy, které zajišťují stálost dat bez napájení jednotky z externích zdrojů. Pokud dojde ke ztrátě napájení, baterie poskytne energii a všechny informace se zkopírují z paměti RAM (RAM) do záložního úložiště. Po obnovení napájení se informace zkopírují zpět do paměti RAM ze záložního úložiště a jednotka SSD obnoví normální provoz (podobně jako funkce hibernace používaná v moderních operačních systémech).

SSD tohoto typu jsou obvykle vybaveny moduly DRAM stejného typu používanými v běžných počítačích a serverech, které lze vyměnit a nahradit většími moduly. Například i-RAM , HyperOs HyperDrive , DDRdrive X1 atd. Někteří výrobci DRAM SSD pájí čipy DRAM přímo na disk a nemají v úmyslu je vyměnit, například ZeusRAM, Aeon Drive atd.

Dálkový, nepřímé paměti přístup k disku (RIndMA Disk) využívá sekundární počítač s rychlým sítě nebo (přímé) Infiniband spojení se chovat jako RAM založené na SSD s, ale na základě nové, rychlejší, flash pamětí SSD jsou již k dispozici v 2009 činí tuto možnost ne tak nákladově efektivní.

Zatímco cena DRAM nadále klesá, cena paměti Flash klesá ještě rychleji. K bodu křížení „Flash stane se levnějším než DRAM“ došlo přibližně v roce 2004.

3D XPoint

V roce 2015 společnosti Intel a Micron oznámily 3D XPoint jako novou energeticky nezávislou paměťovou technologii. Společnost Intel vydala v březnu 2017 první disk 3D XPoint (označovaný jako Intel® Optane ™ SSD), počínaje produktem datového centra, řadou Intel® Optane ™ SSD DC P4800X, a následuje klientská verze, Intel® Optane ™ SSD 900P Řada, v říjnu 2017. Oba produkty fungují rychleji a s vyšší výdrží než SSD na bázi NAND, přičemž plošná hustota je srovnatelná se 128 gigabity na čip. Za cenu za bit je 3D XPoint dražší než NAND, ale levnější než DRAM.

jiný

Některé disky SSD, nazývané zařízení NVDIMM nebo Hyper DIMM , používají paměť DRAM i flash. Když dojde k výpadku napájení, SSD zkopíruje všechna data ze svého DRAM na flash; po obnovení napájení zkopíruje disk SSD všechna data z blesku do paměti DRAM. Poněkud podobným způsobem některé SSD používají tvarové faktory a sběrnice skutečně určené pro moduly DIMM, přičemž používají pouze flash paměť a vypadají, jako by to byla DRAM. Takové SSD jsou obvykle známé jako zařízení ULLtraDIMM .

Jednotky známé jako hybridní disky nebo hybridní disky SSD (SSHD) používají hybrid spřádacích disků a flash paměti. Některé SSD používají pro ukládání dat magnetorezistivní paměť s náhodným přístupem (MRAM).

Vyrovnávací paměť nebo vyrovnávací paměť

Flash-based SSD obvykle používá malé množství DRAM jako volatilní mezipaměť, podobně jako vyrovnávací paměti na pevných discích. Adresář umístění bloku a údajů o vyrovnávání opotřebení je také uložen v mezipaměti, když je disk v provozu. Jeden výrobce řadičů SSD, SandForce , u svých návrhů nepoužívá externí mezipaměť DRAM, ale přesto dosahuje vysokého výkonu. Taková eliminace externí DRAM snižuje spotřebu energie a umožňuje další zmenšení velikosti SSD.

Baterie nebo superkondenzátor

Další součástí výkonnějších SSD je kondenzátor nebo nějaká forma baterie, které jsou nezbytné pro zachování integrity dat, takže data v mezipaměti lze při ztrátě napájení vyprázdnit na disk; někteří mohou dokonce držet energii dostatečně dlouho na to, aby udrželi data v mezipaměti, dokud se napájení neobnoví. V případě flash paměti MLC může dojít k problému s poškozením spodní stránky, když při programování horní stránky dojde ke ztrátě energie paměti MLC flash. Výsledkem je, že dříve zapsaná a předpokládaná bezpečná data mohou být poškozena, pokud paměť není podporována superkondenzátorem v případě náhlé ztráty napájení. Tento problém neexistuje s pamětí flash SLC.

Většina disků SSD spotřebitelské třídy nemá vestavěné baterie ani kondenzátory; mezi výjimky patří řady Crucial M500 a MX100, řada Intel 320 a dražší řada Intel 710 a 730. SSD disky podnikové třídy, jako je řada Intel DC S3700, mají obvykle vestavěné baterie nebo kondenzátory.

Hostitelské rozhraní

SSD s 1,2 TB MLC NAND, využívající jako hostitelské rozhraní PCI Express

Hostitelské rozhraní je fyzicky konektor se signalizací řízenou řadičem SSD . Nejčastěji se jedná o jedno z rozhraní na pevných discích. Obsahují:

  • Sériově připojené SCSI (SAS-3, 12,0 Gbit/s)-obvykle se vyskytuje na serverech
  • Varianta Serial ATA a mSATA (SATA 3.0, 6.0 Gbit/s)
  • PCI Express (PCIe 3.0 × 4, 31,5 Gbit/s)
  • M.2 (6,0 Gbit/s pro rozhraní logického zařízení SATA 3.0, 31,5 Gbit/s pro PCIe 3.0 × 4)
  • U.2 (PCIe 3.0 × 4)
  • Fibre Channel (128 Gbit/s) - téměř výhradně na serverech
  • USB (10 Gbit/s)
  • Paralelní ATA (UDMA, 1064 Mbit/s) - většinou nahrazeno SATA
  • (Paralelní) SCSI (40 Mbit/s- 2560 Mbit/s)- obvykle se vyskytuje na serverech, většinou nahrazeno SAS ; poslední SSD na bázi SCSI byl představen v roce 2004

Jednotky SSD podporují různá rozhraní logických zařízení, například Advanced Host Controller Interface (AHCI) a NVMe. Rozhraní logických zařízení definují sady příkazů používané operačními systémy ke komunikaci s jednotkami SSD a adaptéry hostitelské sběrnice (HBA).

Konfigurace

Velikost a tvar jakéhokoli zařízení jsou do značné míry dány velikostí a tvarem součástí použitých k výrobě tohoto zařízení. Tradiční pevné disky a optické jednotky jsou navrženy kolem otočných talířů nebo optických disků spolu s vřetenovým motorem uvnitř. Pokud se SSD skládá z různých propojených integrovaných obvodů (IC) a konektoru rozhraní, pak jeho tvar již není omezen na tvar rotujících mediálních jednotek. Některá řešení SSD jsou dodávána ve větším šasi, což může být dokonce i rackový držák s mnoha SSD uvnitř. Všichni by se připojili ke společné sběrnici uvnitř šasi a připojili se mimo krabici jediným konektorem.

Pro běžné použití v počítači je nejoblíbenější 2,5palcový formát (obvykle se vyskytuje v přenosných počítačích). U stolních počítačů s 3,5palcovými sloty pro jednotky pevného disku lze k přizpůsobení takové jednotky použít jednoduchou desku adaptéru. Jiné typy tvarových faktorů jsou běžnější v podnikových aplikacích. SSD může být také zcela integrován do jiných obvodů zařízení, jako v Apple MacBook Air (počínaje modelem z podzimu 2010). Od roku 2014 si oblíbily také tvarové faktory mSATA a M.2 , a to především v noteboocích.

Standardní formáty pevného disku

SSD s 2,5palcovým pevným diskem, otevřený pro zobrazení polovodičové elektroniky. Prázdná místa vedle čipů NAND jsou pro další čipy NAND, což umožňuje použít stejný design desky plošných spojů na několika modelech pohonů s různými kapacitami; jiné jednotky mohou místo toho použít desku s obvody, jejíž velikost se zvyšuje spolu s kapacitou disku, takže zbytek disku zůstane prázdný

Výhodou použití aktuálního formátu pevného disku by bylo využití rozsáhlé infrastruktury, která již existuje, k připojení a připojení jednotek k hostitelskému systému. Tyto tradiční formáty jsou známy podle velikosti rotujícího média (tj. 5,25 palce, 3,5 palce, 2,5 palce nebo 1,8 palce) a nikoli podle rozměrů skříně jednotky.

Standardní formáty karet

U aplikací, kde je místo na špičce, například u ultrabooků nebo tabletových počítačů , bylo u flash disků SSD standardizováno několik kompaktních formátů.

Existuje formát mSATA, který využívá fyzické rozložení karty PCI Express Mini . Zůstává elektricky kompatibilní se specifikací rozhraní PCI Express Mini Card a vyžaduje další připojení k hostitelskému řadiči SATA přes stejný konektor.

Formátový faktor M.2 , dříve známý jako Next Generation Form Factor (NGFF), je přirozeným přechodem od mSATA a fyzického rozložení, které používalo, k použitelnějšímu a pokročilejšímu tvarovému faktoru. Zatímco mSATA využívala výhody stávajícího tvarového faktoru a konektoru, M.2 byl navržen tak, aby maximalizoval využití místa na kartě a minimalizoval stopu. Standard M.2 umožňuje instalaci modulů M.2 na disky SATA i PCI Express .

Některé vysoce výkonné a vysokokapacitní disky používají standardní formát doplňkové karty PCI Express k umístění dalších paměťových čipů, umožňují použití vyšších úrovní výkonu a umožňují použití velkého chladiče . Existují také desky adaptérů, které převádějí další formáty, zejména jednotky M.2 s rozhraním PCIe, na běžné přídavné karty.

Faktory o tvaru disku na modulu

2 GB disk-on-a-modul s rozhraním PATA

Disk-on-a-modul ( DOM ) je flash disk buď 40/44-pin Parallel ATA (PATA) nebo SATA rozhraní, které jsou určeny pro zasunutí přímo do základní desky a použit jako počítačové pevného disku (HDD) . Zařízení DOM emulují tradiční pevný disk, takže nejsou potřeba žádné speciální ovladače ani jiná specifická podpora operačního systému. DOMy se obvykle používají ve vestavěných systémech , které se často používají v drsných prostředích, kde by mechanické pevné disky jednoduše selhávaly, nebo v tenkých klientech kvůli malým rozměrům, nízké spotřebě energie a tichému provozu.

Od roku 2016 se úložné kapacity pohybují od 4 MB do 128 GB s různými odchylkami fyzického rozložení, včetně svislé nebo vodorovné orientace.

Faktory krabicové formy

Mnoho řešení založených na DRAM používá krabici, která je často navržena tak, aby se vešla do systému pro montáž do stojanu. Počet komponent DRAM potřebných k získání dostatečné kapacity pro ukládání dat spolu se záložními napájecími zdroji vyžaduje větší prostor než u tradičních formátů pevných disků.

Bare-board form factor

Formáty, které byly běžnější u paměťových modulů, nyní SSD používají k využití jejich flexibility při rozložení komponent. Některé z nich zahrnují PCIe , mini PCIe , mini-DIMM , MO-297 a mnoho dalších. SATADIMM od Viking Technology využívá prázdný slot DDR3 DIMM na základní desce k napájení SSD pomocí samostatného konektoru SATA k zajištění datového připojení zpět k počítači. Výsledkem je snadno instalovatelný disk SSD s kapacitou rovnou jednotkám, které obvykle zabírají celou pozici 2,5palcového disku . Minimálně jeden výrobce, Innodisk , vyrobil disk, který sedí přímo na konektor SATA (SATADOM) na základní desce bez potřeby napájecího kabelu. Některé disky SSD jsou založeny na tvarovém faktoru PCIe a připojují datové rozhraní i napájení prostřednictvím konektoru PCIe k hostiteli. Tyto jednotky mohou používat buď přímé řadiče flash PCIe, nebo můstkové zařízení PCIe na SATA, které se poté připojí k řadičům flash SATA.

Faktory tvaru pole mřížky

V časném 2000s, několik společností představil SSD do kuličkového pole (BGA) tvarových faktorů, jako je M-Systems' (nyní SanDisk ) DiskOnChip a Silicon Storage Technology 's NANDrive (nyní produkoval Greenliant Systems ), a Memoright ' S M1000 pro použití ve vestavěných systémech. Hlavní výhody BGA SSD disků jsou jejich nízká spotřeba energie, malá velikost čipového balíčku, aby se vešly do kompaktních subsystémů, a že je lze pájet přímo na základní desku systému, aby se omezily nepříznivé účinky vibrací a nárazů.

Takové vložené jednotky často dodržují standardy eMMC a eUFS .

Srovnání s jinými technologiemi

Pevné disky

Benchmark SSD, který zobrazuje rychlost čtení přibližně 230 MB/s (modrá), rychlost zápisu 210 MB/s (červená) a dobu hledání 0,1 ms (zelená), to vše nezávisle na přístupném umístění disku.

Porovnání mezi SSD a běžnými (točivými) HDD je obtížné. Tradiční měřítka pevných disků se obvykle zaměřují na výkonnostní charakteristiky, které jsou u pevných disků špatné, jako je například latence otáčení a doba hledání . Jelikož se disky SSD nemusí otáčet ani vyhledávat data, mohou se v těchto testech ukázat jako mnohem lepší než pevné disky. Jednotky SSD však mají problémy se smíšeným čtením a zápisem a jejich výkon se může časem snižovat. Testování SSD musí začínat na (používaném) plném disku, protože nový a prázdný (čerstvý, vybalený) disk může mít mnohem lepší zapisovací výkon, než by ukázal po pouhých týdnech používání.

Většina výhod pevných disků oproti tradičním pevným diskům je dána jejich schopností přistupovat k datům zcela elektronicky místo elektromechanicky, což má za následek vynikající přenosové rychlosti a mechanickou odolnost. Na druhou stranu pevné disky nabízejí za svou cenu výrazně vyšší kapacitu.

Některé míry selhání polí naznačují, že SSD jsou výrazně spolehlivější než HDD, ale jiné ne. Jednotky SSD jsou však jedinečně citlivé na náhlé přerušení napájení, což má za následek přerušení zápisu nebo dokonce případy úplné ztráty disku. Spolehlivost pevných i pevných disků se u jednotlivých modelů velmi liší.

Stejně jako u pevných disků existuje kompromis mezi cenou a výkonem různých SSD. Jednoúrovňové SSD (SLC) disky, které jsou výrazně dražší než víceúrovňové (MLC) SSD, nabízejí značnou rychlostní výhodu. Pevné úložiště na bázi DRAM je v současné době považováno za nejrychlejší a nejnákladnější s průměrnou dobou odezvy 10 mikrosekund namísto průměrných 100 mikrosekund jiných SSD. Enterprise flash zařízení (EFD) jsou navržena tak, aby zvládala požadavky aplikací 1. úrovně s výkonem a dobou odezvy podobnou levnějším SSD.

Na tradičních pevných discích bude přepsaný soubor obecně zaujímat stejné místo na povrchu disku jako původní soubor, zatímco na SSD bude nová kopie často zapsána do různých buněk NAND za účelem vyrovnání opotřebení . Algoritmy pro vyrovnávání opotřebení jsou složité a obtížně se testují vyčerpávajícím způsobem; v důsledku toho jsou jednou z hlavních příčin ztráty dat na jednotkách SSD chyby firmwaru.

Následující tabulka ukazuje podrobný přehled výhod a nevýhod obou technologií. Srovnání odrážejí typické vlastnosti a nemusí platit pro konkrétní zařízení.

Porovnání NAND SSD a HDD
Atribut nebo charakteristika Jednotka SSD Pevný disk
Cena za kapacitu SSD jsou obecně dražší než HDD a očekává se, že tak zůstanou i v příštím desetiletí.

Cena SSD k prvnímu čtvrtletí 2018 kolem 30 centů (USA) za gigabajt na základě 4 TB modelů.

Ceny obecně každoročně klesaly a od roku 2018 se očekává, že v tom budou pokračovat.


Cena pevného disku k prvnímu čtvrtletí 2018 kolem 2 až 3 centů (USA) za gigabajt na základě 1 TB modelů.

Ceny obecně každoročně klesaly a od roku 2018 se očekává, že v tom budou pokračovat.

Kapacita skladu V roce 2018 byly SSD k dispozici až do velikosti 100 TB, ale méně nákladné byly běžnější modely se 120 až 512 GB. V roce 2018 byly k dispozici pevné disky až 16 TB.
Spolehlivost - uchovávání dat Pokud ponecháte bez napájení, opotřebované disky SSD obvykle začnou ztrácet data přibližně po jednom až dvou letech v úložišti, v závislosti na teplotě. Nové disky mají uchovávat data zhruba deset let. Zařízení založená na MLC a TLC mají tendenci ztrácet data dříve než zařízení založená na SLC. SSD nejsou vhodné pro archivní použití. Pokud jsou HDD uchovávány v suchém prostředí při nízkých teplotách, mohou uchovávat svá data po velmi dlouhou dobu i bez napájení. Mechanické části se však časem srazí a pohon se po několika letech skladování neotáčí.
Spolehlivost - dlouhá životnost SSD nemají žádné pohyblivé části, které by mechanicky selhaly, takže teoreticky by měly být spolehlivější než HDD. V praxi to však není jasné,

Každý blok flash disku SSD lze vymazat (a tedy zapsat) pouze omezený početkrát, než selže. Řadiče toto omezení spravují, takže disky mohou při běžném používání trvat mnoho let. SSD založené na DRAM nemají omezený počet zápisů. Selhání řadiče však může způsobit, že bude SSD nepoužitelný. Spolehlivost se u různých výrobců a modelů SSD výrazně liší s mírou návratnosti dosahující 40% u konkrétních disků. Mnoho SSD kriticky selhává při výpadcích napájení; průzkum mnoha SSD v prosinci 2013 zjistil, že jen některé z nich jsou schopné přežít více výpadků napájení. Studie na Facebooku zjistila, že řídké rozložení dat ve fyzickém adresním prostoru SSD (např. Nesouvisle přidělená data), husté rozložení dat (např. Souvislá data) a vyšší provozní teplota (která koreluje s výkonem použitým k přenosu dat) každý vede ke zvýšené míře poruch mezi SSD.

Jednotky SSD však prošly mnoha revizemi, díky nimž jsou spolehlivější a mají delší životnost. Nové SSD na dnešním trhu používají k zajištění dlouhé životnosti obvody pro ochranu před ztrátou energie, techniky vyrovnávání opotřebení a tepelné škrcení.

Pevné disky mají pohyblivé části a podléhají potenciálním mechanickým poruchám způsobeným opotřebením, takže teoreticky by měly být méně spolehlivé než disky SSD. V praxi to však není jasné,

Samotné paměťové médium (magnetický talíř) v podstatě nedegraduje z operací čtení a zápisu.

Podle studie provedené Univerzitou Carnegie Mellon pro pevné disky určené pro spotřebitele i pro podniky je jejich průměrná míra selhání 6 let a délka života 9–11 let. U pevných disků však může být riziko náhlé, katastrofické ztráty dat nižší.

Při dlouhodobém skladování offline (bez napájení na polici) si magnetické médium pevného disku uchovává data výrazně déle než flash paměť používaná v jednotkách SSD.

Čas spuštění Téměř okamžitý; žádné mechanické součásti k přípravě. Může trvat několik milisekund, než se dostanete z automatického úsporného režimu. Drive spin-up může trvat několik sekund. Systém s mnoha jednotkami může vyžadovat střídání roztočení, aby se omezil odběr špičkového výkonu, který je krátce vysoký při prvním spuštění pevného disku.
Výkon sekvenčního přístupu U spotřebních produktů se maximální přenosová rychlost obvykle pohybuje od přibližně 200 MB/s do 3 500 MB/s, v závislosti na jednotce. Podnikové SSD mohou mít propustnost více gigabajtů za sekundu. Jakmile je hlava umístěna, při čtení nebo zápisu souvislé stopy může moderní pevný disk přenášet data rychlostí přibližně 200 MB/s. Rychlost přenosu dat závisí také na rychlosti otáčení, která se může pohybovat od 3 600 do 15 000  ot / min, a také na stopě (čtení z vnějších stop je rychlejší). Rychlost přenosu dat může být až 480 MB/s (experimentální).
Výkon náhodného přístupu Náhodná doba přístupu obvykle pod 0,1 ms. Vzhledem k tomu, že data lze načítat přímo z různých umístění paměti flash, doba přístupu obvykle není velkým překážkou výkonu. Výkon čtení se nemění podle toho, kde jsou data uložena. V aplikacích, kde je limitujícím faktorem hledání pevného disku, to má za následek rychlejší doby spouštění a spouštění aplikací (viz Amdahlův zákon ).

Technologie SSD může poskytovat poměrně konzistentní rychlost čtení/zápisu, ale když se přistupuje k mnoha jednotlivým menším blokům, výkon se sníží. Před přepsáním paměti Flash je nutné ji vymazat. To vyžaduje nadměrný počet operací zápisu nad rámec zamýšleného (jev známý jako zesílení zápisu ), což negativně ovlivňuje výkon. SSD obvykle vykazují malé, stálé snižování výkonu zápisu po celou dobu své životnosti, i když průměrná rychlost zápisu některých disků se může s věkem zlepšovat.

Latence čtení je mnohem vyšší než u SSD. Doba náhodného přístupu se pohybuje od 2,9 (serverová jednotka vyšší třídy) do 12 ms (pevný disk notebooku) kvůli potřebě přesunout hlavy a počkat, až se data pod magnetickou hlavou otočí . Doba čtení je pro každé jiné vyhledávání odlišná, protože umístění dat a umístění hlavy se pravděpodobně liší. Pokud je třeba přistupovat k datům z různých oblastí plotny, jako u fragmentovaných souborů, bude doba odezvy prodloužena potřebou vyhledat každý fragment.
Dopad fragmentace systému souborů Sekvenční čtení dat (nad rámec typických velikostí bloků FS, řekněme 4 KiB ) má omezený přínos  , takže fragmentace je u SSD zanedbatelná. Defragmentace by způsobila opotřebení provedením dalších zápisů NAND flash buněk, které mají omezenou životnost cyklu. I u SSD však existuje praktický limit na to, kolik fragmentace mohou některé systémy souborů vydržet; jakmile je tohoto limitu dosaženo, následná alokace souborů se nezdaří. V důsledku toho může být stále nutná defragmentace, i když v menší míře. Některé souborové systémy, například NTFS , se při častém psaní časem fragmentují; k udržení optimálního výkonu je nutná pravidelná defragmentace. V moderních souborových systémech to obvykle není problém.
Hluk (akustický) Disky SSD nemají žádné pohyblivé části, a proto jsou tiché, i když u některých disků SSD se může vyskytovat hluk vysokého tónu generátoru vysokého napětí (pro mazání bloků). Pevné disky mají pohyblivé části ( hlavy , akční členy a vřetenový motor) a vydávají charakteristické zvuky vrčení a cvakání; Hladiny hluku se liší v závislosti na otáčkách, ale mohou být významné (i když často mnohem nižší než zvuk z chladicích ventilátorů). Pevné disky notebooků jsou relativně tiché.
Regulace teploty Studie na Facebooku zjistila, že při provozních teplotách nad 40 ° C se míra selhání mezi SSD zvyšuje s teplotou. To však nebyl případ novějších pohonů, které využívají tepelné škrcení , i když s potenciálními náklady na výkon. V praxi SSD obvykle nevyžadují žádné speciální chlazení a snesou vyšší teploty než HDD. High-endové podnikové modely instalované jako přídavné karty nebo 2,5palcová šachtová zařízení mohou být dodávány s chladiči, které odvádějí generované teplo, což ke svému provozu vyžaduje určité objemy proudu vzduchu. Okolní teploty nad 35 ° C (95 ° F) mohou zkrátit životnost pevného disku a spolehlivost bude narušena při teplotách disku nad 55 ° C (131 ° F). Pokud by teploty jinak překračovaly tyto hodnoty, může být vyžadováno chlazení ventilátorem. V praxi lze použít moderní pevné disky bez zvláštních opatření pro chlazení.
Nejnižší provozní teplota SSD mohou pracovat při -55 ° C (-67 ° F). Většina moderních pevných disků může pracovat při 0 ° C (32 ° F).
Nejvyšší nadmořská výška při provozu SSD s tím nemají žádné problémy. Pevné disky mohou bezpečně fungovat ve výšce nejvýše 3 000 metrů (10 000 stop). Pevné disky nebudou fungovat ve výškách nad 12 000 metrů (40 000 stop). Očekává se, že se zavedením heliem plněných (uzavřených) pevných disků to bude menší problém.
Přechod z chladného do teplejšího prostředí SSD s tím nemají problémy. Díky tepelnému škrticímu mechanismu jsou SSD disky udržovány v bezpečí a chráněno před teplotní nerovnováhou. Při přesunu některých pevných disků z chladného do teplejšího prostředí před jejich provozem může být zapotřebí určitý čas aklimatizace; v závislosti na vlhkosti může na hlavách a/nebo discích docházet ke kondenzaci a její okamžité spuštění způsobí poškození těchto součástí. Moderní helium HDD jsou zapečetěné a nemají takový problém.
Odvzdušňovací otvor SSD nevyžadují odvzdušňovací otvor. Většina moderních pevných disků vyžaduje ke správné funkci odvětrávací otvor. Zařízení naplněná heliem jsou utěsněna a nemají otvor.
Citlivost na faktory prostředí Žádné pohyblivé části, velmi odolné vůči nárazům , vibracím, pohybu a kontaminaci. Hlavy létající nad rychle rotujícími talíři jsou náchylné k otřesům, vibracím, pohybu a kontaminaci, které by mohly médium poškodit.
Instalace a montáž Není citlivý na orientaci, vibrace nebo nárazy. Obvykle žádné exponované obvody. Obvody mohou být vystaveny v zařízení pro karty a nesmí být zkratovány vodivými materiály. Obvody mohou být odkryté a nesmí být zkratovány vodivými materiály (například kovovým šasi počítače). Měl by být namontován tak, aby chránil před vibracemi a nárazy. Některé pevné disky by neměly být instalovány v nakloněné poloze.
Citlivost na magnetická pole Nízký dopad na flash paměť, ale elektromagnetický impuls poškodí jakýkoli elektrický systém, zejména integrované obvody . Obecně mohou magnety nebo magnetické rázy způsobit poškození dat nebo mechanické poškození vnitřních částí měniče. Kovové pouzdro Drive poskytuje nízkou úroveň stínění magnetických podložek.
Hmotnost a velikost SSD, v podstatě polovodičová paměťová zařízení namontovaná na desce s obvody, jsou malá a lehká. Často mají stejný tvarový faktor jako pevné disky (2,5 palce nebo 1,8 palce) nebo jde o holé desky plošných spojů (M.2 a mSATA.) Skříně většiny běžných modelů, pokud existují, jsou většinou vyrobeny z plastu nebo lehkého kovu. Vysoce výkonné modely mají často k zařízení připevněné chladiče nebo mají objemná pouzdra, která slouží jako chladič, což zvyšuje jeho hmotnost. Pevné disky jsou obecně těžší než disky SSD, protože skříně jsou vyrobeny převážně z kovu a obsahují těžké předměty, jako jsou motory a velké magnety. 3,5palcové disky obvykle váží kolem 700 gramů (asi 1,5 libry).
Zabezpečte omezení zápisu Paměť NAND flash nelze přepsat, ale musí být přepsána na dříve vymazané bloky. Pokud softwarový šifrovací program šifruje data již na disku SSD, přepsaná data jsou stále nezabezpečená, nešifrovaná a přístupná (hardwarové šifrování založené na jednotce tento problém nemá). Také data nelze bezpečně vymazat přepsáním původního souboru bez speciálních procedur „Secure Erase“ zabudovaných v jednotce. Pevné disky mohou přepsat data přímo na disku v jakémkoli konkrétním sektoru. Firmware jednotky však může vyměnit poškozené bloky za náhradní oblasti, takže částice mohou být stále přítomny. HDD některých výrobců naplní celý disk nulami, včetně přemístěných sektorů, pomocí příkazu ATA Secure Erase Enhanced Erase.
Symetrie výkonu čtení/zápisu Méně nákladné disky SSD mají obvykle rychlost zápisu výrazně nižší než rychlost čtení. Vysoce výkonné SSD mají podobnou rychlost čtení a zápisu. HDD obecně mají o něco delší (horší) vyhledávací časy pro zápis než pro čtení.
Bezplatná dostupnost bloků a TRIM Výkon zápisu na SSD je výrazně ovlivněn dostupností volných, programovatelných bloků. Dříve zapsané datové bloky, které se již nepoužívají, lze obnovit pomocí TRIM ; nicméně, dokonce is TRIM, méně volných bloků způsobí pomalejší výkon. Pevné disky nejsou ovlivněny volnými bloky a nemají prospěch z TRIM.
Spotřeba energie Vysoce výkonné flash disky SSD obecně vyžadují polovinu až třetinu výkonu pevných disků. Vysoce výkonné disky DRAM SSD obecně vyžadují tolik energie jako pevné disky a musí být připojeny k napájení, i když je zbytek systému vypnutý. Rozvíjející se technologie, jako je DevSlp, mohou minimalizovat požadavky na napájení nečinných disků. HDD s nejnižším výkonem (velikost 1,8 palce) mohou při nečinnosti využívat pouhých 0,35 W. 2,5palcové disky obvykle používají 2 až 5 wattů. Nejvýkonnější 3,5palcové disky mohou využívat až přibližně 20 wattů.
Maximální plošná hustota úložiště (terabitů na čtvereční palec) 2.8 1.2

Paměťové karty

Karta CompactFlash slouží jako SSD

Přestože paměťové karty i většina disků SSD používají flash paměť, slouží velmi odlišným trhům a účelům. Každý z nich má řadu různých atributů, které jsou optimalizovány a upraveny tak, aby co nejlépe odpovídaly potřebám konkrétních uživatelů. Některé z těchto charakteristik zahrnují spotřebu energie, výkon, velikost a spolehlivost.

SSD byly původně navrženy pro použití v počítačovém systému. První jednotky měly nahradit nebo rozšířit jednotky pevného disku, takže je operační systém rozpoznal jako pevný disk. Původně byly disky SSD dokonce tvarovány a namontovány v počítači jako pevné disky. Později se disky SSD staly menšími a kompaktnějšími a nakonec vyvinuly své vlastní jedinečné tvarové faktory, jako je například tvarový faktor M.2 . Jednotka SSD byla navržena tak, aby byla trvale nainstalována v počítači.

Naproti tomu paměťové karty (jako Secure Digital (SD), CompactFlash (CF) a mnoho dalších) byly původně určeny pro digitální fotoaparáty a později se dostaly do mobilních telefonů, herních zařízení, jednotek GPS atd. Většina paměťových karet je fyzicky menší než SSD a jsou navrženy tak, aby je bylo možné opakovaně vkládat a vyjímat.

Selhání disku SSD

SSD mají velmi odlišné režimy selhání od tradičních magnetických pevných disků. Protože disky SSD neobsahují žádné pohyblivé části, nejsou obecně vystaveny mechanickým poruchám. Místo toho jsou možné jiné druhy selhání (například neúplné nebo neúspěšné zápisy v důsledku náhlého výpadku napájení mohou být větší problém než u pevných disků, a pokud dojde k selhání čipu, dojde ke ztrátě všech dat na něm, což je scénář, který nelze použít pro magnetické pohony). Celkově však studie ukázaly, že SSD jsou obecně vysoce spolehlivé a často pokračují v práci daleko za očekávanou životností, jak uvádí jejich výrobce.

Výdrž SSD by měla být uvedena v jeho technickém listu v jedné ze dvou forem:

  • buď n DW/D ( n disk zapíše za den )
  • nebo m TBW ( max. zapsaných terabajtů ), krátké TBW .

Například například Samsung 970 EVO NVMe M.2 SSD (2018) s 1 TB má výdrž 600 TBW.

Režimy spolehlivosti a selhání SSD

Počáteční vyšetřování Techreport.com, které probíhalo od roku 2013 do roku 2015, zahrnovalo několik flash disků SSD, které byly testovány na zničení, aby se zjistilo, jak a v jakém okamžiku selhali. Web zjistil, že všechny disky „překonaly své oficiální specifikace vytrvalosti zapsáním stovek terabajtů bez problému“ - objemy této objednávky přesahují běžné potřeby spotřebitelů. První SSD, které selhalo, bylo založeno na TLC, přičemž disk uspěl v zápisu přes 800 TB. Tři SSD v testu napsaly třikrát tolik (téměř 2,5 PB), než selhaly. Test prokázal pozoruhodnou spolehlivost i SSD disků pro spotřebitelský trh.

Studie 2016 pole na základě dat shromážděných v průběhu šesti let v Google datových center ‚s a překlenutí‚miliony‘pohonných dnech zjistil, že podíl typu flash SSD vyžadující výměnu ve svých prvních čtyřech letech používání se pohybovala od 4% do 10% v závislosti na modelu. Autoři dospěli k závěru, že SSD selhávají s výrazně nižší rychlostí než pevné disky. (Naproti tomu hodnocení 71 940 pevných disků z roku 2016 zjistilo, že míry selhání jsou srovnatelné s jednotkami SSD od Googlu: pevné disky vykazovaly průměrnou roční poruchovost 1,95%.) Studie také ukázala, že na druhé straně je SSD výrazně vyšší míry neopravitelných chyb (které způsobují ztrátu dat) než u pevných disků. To také vedlo k několika neočekávaným výsledkům a důsledkům:

  • V reálném světě jsou návrhy založené na MLC -které jsou považovány za méně spolehlivé než konstrukce SLC -často stejně spolehlivé jako SLC. (Zjištění uvádí, že „SLC [není] obecně spolehlivější než MLC“.) Obecně se však říká, že výdrž zápisu je následující:
    • SLC NAND: 100 000 vymazání na blok
    • MLC NAND: 5 000 až 10 000 vymazání na blok u středně kapacitních aplikací a 1 000 až 3 000 u vysokokapacitních aplikací
    • TLC NAND: 1 000 vymazání na blok
  • Stáří zařízení, měřeno dny používání, je hlavním faktorem spolehlivosti SSD, a nikoli množství načtených nebo zapsaných dat, která se měří terabajty zapsaných nebo zapisovaných jednotek za den. To naznačuje, že jsou ve hře další mechanismy stárnutí, jako například „stárnutí křemíku“. Korelace je významná (kolem 0,2–0,4).
  • Míra hrubých bitových chyb (RBER) roste pomalu s opotřebením-a ne exponenciálně, jak se často předpokládá. RBER není dobrým prediktorem jiných chyb nebo selhání SSD.
  • Neopravitelná bitová chybovost (UBER) je široce používána, ale není ani dobrým prediktorem selhání. Sazby SSD UBER jsou však vyšší než u pevných disků, takže přestože nepředpovídají selhání, mohou vést ke ztrátě dat v důsledku toho, že jsou na SSD běžnější než pevné disky nečitelné bloky. Závěr uvádí, že přestože je celkově spolehlivější, míra neopravitelných chyb, které mohou ovlivnit uživatele, je větší.
  • „Špatné bloky na nových discích SSD jsou běžné a u disků s velkým počtem špatných bloků je mnohem pravděpodobnější, že přijdou o stovky dalších bloků, s největší pravděpodobností v důsledku selhání Flash die nebo selhání čipu. 30–80% SSD vytvoří alespoň jeden špatný blok a 2–7% vyvine alespoň jeden špatný čip v prvních čtyřech letech nasazení. “
  • Po dosažení očekávané životnosti nedochází k prudkému nárůstu chyb.
  • Většina disků SSD nevytváří více než několik špatných bloků, možná 2–4. SSD, které vyvíjejí mnoho špatných bloků, se často vyvíjejí mnohem více (možná stovky) a mohou být náchylné k selhání. Většina disků (99%a více) je však dodávána se špatnými bloky z výroby. Celkově bylo zjištěno, že špatné bloky jsou běžné a 30–80% disků vyvine alespoň jeden při používání, ale i několik špatných bloků (2–4) je prediktorem až stovek špatných bloků v pozdější době. Počet špatných bloků ve výrobě koreluje s pozdějším vývojem dalších špatných bloků. Závěr zprávy dodal, že disky SSD mají tendenci mít buď „méně než hrstku“ špatných bloků, nebo „velké množství“, a naznačil, že by to mohl být základ pro předpovídání případného selhání.
  • Přibližně 2–7% disků SSD vyvine špatné čipy během prvních čtyř let používání. Více než dvě třetiny těchto čipů překračují tolerance a specifikace jejich výrobců, které obvykle zaručují, že během očekávané doby zápisu se nezdaří více než 2% bloků na čipu.
  • 96% těch SSD, které potřebují opravu (záruční servis), potřebují opravu pouze jednou za život. Dny mezi opravami se liší od „několika tisíc dní“ do „téměř 15 000 dnů“ v závislosti na modelu.

Obnova dat a bezpečné mazání

Jednotky SSD představují pro společnosti pro obnovu dat nové výzvy , protože způsob ukládání dat je nelineární a mnohem složitější než u pevných disků. Strategie, pomocí které disk interně funguje, se může mezi výrobci velmi lišit a příkaz TRIM vynuluje celý rozsah odstraněného souboru. Vyrovnávání opotřebení také znamená, že fyzická adresa dat a adresa vystavená operačnímu systému se liší.

Pokud jde o zabezpečené mazání dat, mohl by být použit příkaz ATA Secure Erase. K tomuto účelu lze použít program, jako je hdparm .

Metriky spolehlivosti

JEDEC Solid State Technology Association (JEDEC) vydala standardy pro spolehlivost metriky:

  • Neopravitelný poměr chyb bitů (UBER)
  • Terabytes Written (TBW) - počet terabajtů, které lze zapsat na disk v rámci jeho záruky
  • Drive Writes Per Day (DWPD) - počet, kolikrát je možné zapsat celkovou kapacitu disku za den v rámci záruky

Aplikace

Vzhledem k jejich obecně nepřípustným nákladům oproti HDD v té době, až do roku 2009, byly SSD disky používány hlavně v těch aspektech kritických aplikací, kde rychlost úložného systému musela být co nejvyšší. Vzhledem k tomu, že se flash paměť stala běžnou součástí SSD, klesající ceny a zvýšené hustoty ji učinily nákladově efektivnější pro mnoho dalších aplikací. Například v prostředí distribuovaných počítačů lze SSD použít jako stavební blok pro vrstvu distribuované mezipaměti, která dočasně absorbuje velký objem požadavků uživatelů na pomalejší úložný systém založený na pevném disku. Tato vrstva poskytuje mnohem větší šířku pásma a nižší latenci než úložný systém a lze ji spravovat v mnoha formách, jako je distribuovaná databáze klíč – hodnota a distribuovaný souborový systém . Na superpočítačích je tato vrstva obvykle označována jako burst buffer . S touto rychlou vrstvou uživatelé často zaznamenávají kratší dobu odezvy systému. Mezi organizace, které mohou těžit z rychlejšího přístupu k systémovým datům, patří společnosti obchodující s akciemi, telekomunikační společnosti a firmy na streamování médií a videa . Seznam aplikací, které by mohly těžit z rychlejšího úložiště, je obrovský.

Jednotky SSD na bázi Flash lze použít k vytváření síťových zařízení z obecného hardwaru osobního počítače . Jednotka flash chráněná proti zápisu obsahující operační systém a aplikační software může nahradit větší, méně spolehlivé diskové jednotky nebo disky CD-ROM. Takto postavená zařízení mohou poskytnout levnou alternativu k drahému hardwaru routeru a brány firewall.

Jednotky SSD založené na kartě SD s živým operačním systémem SD lze snadno uzamknout proti zápisu . V kombinaci s cloudovým výpočetním prostředím nebo jiným zapisovatelným médiem je OS zavedený z SD karty uzamčený proti zápisu robustní, robustní, spolehlivý a odolný proti trvalému poškození , aby byla zachována vytrvalost . Pokud běžící operační systém degraduje, jednoduše vypnutím a opětovným zapnutím počítač vrátíte zpět do původního nezkorumpovaného stavu, a proto je obzvláště pevný. Operační systém s nainstalovanou kartou SD nevyžaduje odstranění poškozených součástí, protože byl uzamčen proti zápisu, i když může být nutné obnovit všechna zapsaná média.

Mezipaměť pevného disku

V roce 2011 společnost Intel zavedla mechanismus ukládání do mezipaměti pro svou čipovou sadu Z68 (a mobilní deriváty) s názvem Smart Response Technology , která umožňuje použít SATA SSD jako mezipaměť (konfigurovatelnou jako zápis nebo zpětný zápis ) pro konvenční magnetický pevný disk disková jednotka. Podobná technologie je k dispozici na kartě RocketHybrid PCIe společnosti HighPoint .

Polovodičové hybridní disky (SSHD) jsou založeny na stejném principu, ale integrují určité množství flash paměti na desku konvenčního disku namísto použití samostatného SSD. K vrstvě flash v těchto jednotkách může hostitel přistupovat nezávisle na magnetickém úložišti pomocí příkazů ATA-8 , což umožňuje operačnímu systému spravovat ji. Například technologie ReadyDrive společnosti Microsoft výslovně ukládá části souboru hibernace do mezipaměti těchto jednotek, když systém hibernuje, takže následné obnovení je rychlejší.

Hybridní systémy se dvěma pohony kombinují využití samostatných zařízení SSD a HDD nainstalovaných ve stejném počítači s celkovou optimalizací výkonu řízenou uživatelem počítače nebo softwarem operačního systému počítače . Příklady tohoto typu systému jsou bcache a dm-cache v Linuxu a Apple Fusion Drive .

Podpora systému souborů pro disky SSD

Stejné systémy souborů používané na jednotkách pevných disků lze obvykle použít také na jednotkách SSD. Obvykle se očekává, že souborový systém bude podporovat příkaz TRIM, který pomáhá SSD recyklovat vyřazená data (podpora pro TRIM přišla několik let po samotných SSD, ale nyní je téměř univerzální). To znamená, že souborový systém nepotřebuje spravovat vyrovnávání opotřebení nebo jiné charakteristiky paměti flash, protože jsou interně zpracovávány SSD. Některé souborové systémy protokolu strukturované (např F2FS , JFFS2 ) přispívají ke snížení zesílení zápisu na SSD, a to zejména v situacích, kdy se změnil jen velmi malé množství dat, například při aktualizaci systému souborů metadata .

Ačkoli to není nativní funkce souborových systémů, operační systémy by se také měly zaměřit na správné zarovnání oddílů , což zabrání nadměrným cyklům čtení-úprava-zápis . Typickou praxí osobních počítačů je zarovnat každý oddíl na značku 1  MiB (= 1 048 576 bajtů), která pokrývá všechny běžné scénáře velikosti stránky SSD a bloku, protože je dělitelná všemi běžně používanými velikostmi - 1 MiB, 512 KiB, 128 KiB, 4 KiB a 512 B. Moderní software pro instalaci operačního systému a nástroje na disku to řeší automaticky.

Linux

Do verze 2.6.28 hlavní řady jádra Linuxu byla přidána počáteční podpora příkazu TRIM.

Ext4 , Btrfs , XFS , JFS a F2FS souborové systémy zahrnují podporu pro vyřazení funkce (TRIM nebo unmap).

Podpora jádra pro operaci TRIM byla zavedena ve verzi 2.6.33 hlavní řady jádra Linuxu, vydané 24. února 2010. Abyste ji mohli využívat, musíte pomocí discardparametru připojit souborový systém . Odkládací oddíly Linuxu ve výchozím nastavení provádějí vyřazovací operace, pokud podkladová jednotka podporuje TRIM, s možností je vypnout nebo vybrat mezi jednorázovými nebo souvislými vyřazovacími operacemi. Podpora pro TRIM ve frontě, což je funkce SATA 3.1 , která má za následek, že příkazy TRIM nenarušují fronty příkazů, byla zavedena v linuxovém jádře 3.12, vydaném 2. listopadu 2013.

Alternativou operace TRIM na úrovni jádra je použití obslužného programu s názvem uživatelského prostoru fstrim který projde všemi nepoužitými bloky v souborovém systému a odešle příkazy TRIM pro tyto oblasti. fstrimobslužný program obvykle spouští cron jako naplánovaný úkol. V listopadu 2013 ho používá distribuce Ubuntu Linux , ve které je z důvodu spolehlivosti povolena pouze pro pevné disky Intel a Samsung; kontrolu dodavatele lze deaktivovat úpravou souboru/etc/cron.weekly/fstrim pomocí pokynů obsažených v samotném souboru.

Od roku 2010 se standardní nástroje pro disky Linux ve výchozím nastavení starají o odpovídající zarovnání oddílů.

Úvahy o výkonu Linuxu

SSD, který používá NVM Express jako rozhraní logického zařízení, ve formě rozšiřující karty PCI Express 3.0 × 4

Během instalace distribuce Linuxu obvykle nenakonfigurují nainstalovaný systém tak, aby používal TRIM, a proto /etc/fstabsoubor vyžaduje ruční úpravy. Důvodem je představa, že aktuální implementace příkazu Linux TRIM nemusí být optimální. Bylo prokázáno, že za určitých okolností místo snížení výkonu způsobuje zhoršení výkonu. V lednu 2014 Linux odešle jednotlivý příkaz TRIM do každého sektoru namísto vektorizovaného seznamu definujícího rozsah TRIM podle doporučení specifikace TRIM.

Z důvodů výkonu se doporučuje přepnout plánovač I/O z výchozího CFQ (Completely Fair Queuing) na NOOP nebo Deadline . CFQ byl navržen pro tradiční magnetická média a hledá optimalizaci, takže mnoho z těchto plánovacích činností I/O je při použití s ​​SSD zbytečné. V rámci svých návrhů nabízejí SSD mnohem větší úrovně paralelismu pro I/O operace, takže je vhodnější ponechat rozhodnutí o plánování na jejich vnitřní logice-zejména u špičkových SSD.

Škálovatelná bloková vrstva pro vysoce výkonné úložiště SSD, známá jako blk-multiqueue nebo blk-mq a vyvinutá především inženýry Fusion-io , byla sloučena do hlavní linie jádra Linuxu ve verzi jádra 3.13, vydané 19. ledna 2014. To využívá výkon nabízený SSD a NVMe, umožňující mnohem vyšší míru odesílání I/O. S tímto novým designem blokové vrstvy jádra Linuxu jsou interní fronty rozděleny do dvou úrovní (fronty pro podání CPU a hardwaru), čímž se odstraní úzká místa a umožní mnohem vyšší úrovně paralelizace I/O. Od verze 4.0 jádra Linuxu, vydané 12. dubna 2015, ovladač bloku VirtIO , vrstva SCSI (kterou používají ovladače Serial ATA), rámec mapovače zařízení, ovladač zařízení smyčky, ovladač netříděných obrazů bloků (UBI) (který implementuje vymazání řízení blok vrstvy pro flash paměti zařízení) a RBD ovladač (který exportuje cef Rados objekty jako blokové zařízení) byly upraveny tak, aby ve skutečnosti v tomto novém rozhraní; další ovladače budou přeneseny v následujících verzích.

Operační Systém Mac

Verze od Mac OS X 10.6.8 (Snow Leopard) podporují TRIM, ale pouze při použití s ​​SSD zakoupeným společností Apple. TRIM není automaticky povolen pro jednotky třetích stran, i když jej lze povolit pomocí nástrojů jiných výrobců, jako je Trim Enabler . Stav TRIM lze zkontrolovat v aplikaci System Information nebo v system_profilernástroji příkazového řádku.

Verze od OS X 10.10.4 (Yosemite) obsahují sudo trimforce enablejako příkaz Terminal, který umožňuje TRIM na SSD jiných než Apple. Existuje také technika pro povolení TRIM ve verzích starších než Mac OS X 10.6.8, i když zůstává nejisté, zda je TRIM v těchto případech skutečně využíván správně.

Microsoft Windows

Před verzí 7 Microsoft Windows nepřijal žádná konkrétní opatření na podporu jednotek SSD. Od Windows 7 poskytuje podporu příkazu TRIM standardní souborový systém NTFS. (Jiné systémy souborů v systému Windows TRIM nepodporují.)

Ve výchozím nastavení Windows 7 a novější verze spouští příkazy TRIM automaticky, pokud je zařízení detekováno jako jednotka SSD. Protože však TRIM nevratně resetuje veškerý uvolněný prostor, může být žádoucí zakázat podporu tam, kde je upřednostňováno povolení obnovy dat před vyrovnáváním opotřebení. Chcete -li změnit chování, v klíči registruHKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Control \ FileSystemhodnotu DisableDeleteNotification lze nastavit na1. To zabrání ovladači velkokapacitního úložiště vydat příkaz TRIM.

Windows implementuje příkaz TRIM pro více než jen operace mazání souborů. Operace TRIM je plně integrována s příkazy na úrovni oddílů a svazků, jako je formátování a mazání , s příkazy systému souborů souvisejícími se zkrácením a kompresí a s funkcí Obnovení systému (známá také jako Snapshot svazku).

Windows Vista

Windows Vista obecně očekává spíše pevné disky než SSD. Operační systém Windows Vista obsahuje ReadyBoost, který využívá vlastnosti flash zařízení připojených přes USB, ale u SSD pouze vylepšuje zarovnání výchozího oddílu, aby se zabránilo operacím čtení-úpravy-zápisu, které snižují rychlost SSD. Většina disků SSD je obvykle rozdělena do 4 sektorů KiB, zatímco většina systémů je založena na 512 bajtech sektorů, přičemž jejich výchozí nastavení oddílů není zarovnáno s hranicemi 4 KiB.

Defragmentace

Na jednotkách SSD by měla být deaktivována defragmentace, protože umístění součástí souboru na jednotce SSD nemá zásadní vliv na její výkon, ale přesun souborů tak, aby byly souvislé pomocí rutiny Windows Defrag, způsobí zbytečné opotřebení zápisu na omezeném počtu P/E cykluje na SSD. Funkce Superfetch podstatně nezlepší výkon a způsobí další režii v systému a SSD, i když nezpůsobuje opotřebení. Windows Vista neposílá příkaz TRIM na jednotky SSD, ale některé nástroje třetích stran, jako například SSD Doctor, budou pravidelně skenovat disk a ořezávat příslušné položky.

Windows 7

Windows 7 a novější verze mají nativní podporu pro SSD. Operační systém detekuje přítomnost disku SSD a podle toho optimalizuje provoz. U zařízení SSD Windows deaktivuje operace SuperFetch a ReadyBoost , operace při zavádění a předběžné načítání aplikací. Navzdory počátečnímu prohlášení Stevena Sinofskyho před vydáním Windows 7 však defragmentace není deaktivována, i když se její chování na SSD liší. Jedním z důvodů je nízký výkon služby Volume Shadow Copy Service na fragmentovaných SSD. Druhým důvodem je vyhnout se dosažení praktického maximálního počtu fragmentů souborů, které svazek zvládne. Pokud je dosaženo tohoto maxima, následné pokusy o zápis na disk selžou s chybovou zprávou.

Operační systém Windows 7 také obsahuje podporu příkazu TRIM ke snížení uvolňování paměti pro data, která již operační systém určil, že již nejsou platné. Bez podpory TRIM by SSD nevěděl, že tato data jsou neplatná, a zbytečně by je nadále přepisoval během shromažďování odpadků, což by způsobilo další opotřebení SSD. Je výhodné provést některé změny, které zabrání tomu, aby se s SSD zacházelo více jako s pevným diskem, například zrušení defragmentace, nenaplnění na více než 75% kapacity, neukládání často zapisovaných souborů, jako jsou protokoly a dočasné soubory, pokud je k dispozici pevný disk a umožňuje proces TRIM.

Windows 8.1 a novější

Windows 8.1 a novější Windows systémy jako Windows 10 také podporují automatické TRIM pro SSD PCI Express založené na NVMe. Pro Windows 7 je pro tuto funkci vyžadována aktualizace KB2990941 a je třeba ji integrovat do instalace systému Windows pomocí DISM, pokud je třeba Windows 7 nainstalovat na NVMe SSD. Windows 8/8.1 také podporují příkaz SCSI unmap pro USB připojené SSD nebo SATA-to-USB skříně. SCSI Unmap je úplným analogem příkazu SATA TRIM. Je také podporován přes USB Attached SCSI Protocol (UASP).

Grafický program Windows Disk Defagmenter ve Windows 8.1 také rozpoznává disky SSD zřetelně z pevných disků v samostatném sloupci Typ média . Zatímco Windows 7 podporovaly automatický TRIM pro interní SATA SSD, Windows 8.1 a Windows 10 podporují manuální TRIM (prostřednictvím funkce „Optimalizace“ v programu Defragmentace disku) a také automatické TRIM pro SATA, NVMe a USB připojené SSD.

ZFS

Solaris od verze 10 Update 6 (vydáno v říjnu 2008) a nejnovější verze OpenSolaris , Solaris Express Community Edition , Illumos , Linux se ZFS na Linuxu a FreeBSD, všechny mohou používat SSD jako posilovač výkonu pro ZFS . SSD s nízkou latencí lze použít pro protokol ZIL Intent Log (ZIL), kde se nazývá SLOG. To se používá pokaždé, když dojde k synchronnímu zápisu na disk. SSD (ne nutně s nízkou latencí) může být také použit pro Adaptive Replacement Cache (L2ARC) úrovně 2 , která slouží k ukládání dat do mezipaměti pro čtení. Při použití samostatně nebo v kombinaci je obecně vidět velké zvýšení výkonu.

FreeBSD

ZFS pro FreeBSD představil podporu pro TRIM 23. září 2012. Kód vytváří mapu oblastí dat, která byla uvolněna; při každém zápisu kód konzultuje mapu a nakonec odstraní rozsahy, které byly dříve uvolněny, ale nyní jsou přepsány. Existuje vlákno s nízkou prioritou, které se TRIMs pohybuje, až přijde čas.

Také Unix File System (UFS) podporuje příkaz TRIM.

Vyměňte oddíly

  • Podle bývalého prezidenta divize Microsoftu Stevena Sinofskyho „existuje jen málo souborů, které lze umístit na SSD lépe než soubor stránky“. Podle shromážděných telemetrických dat Microsoft zjistil, že pagefile.sys je ideální shoda pro úložiště SSD.
  • Odkládací oddíly Linuxu ve výchozím nastavení provádějí operace TRIM, pokud podkladové blokové zařízení podporuje TRIM, s možností je vypnout nebo volit mezi jednorázovými nebo souvislými operacemi TRIM.
  • Pokud operační systém nepodporuje používání TRIM na diskrétních odkládacích oddílech, může být místo toho možné použít odkládací soubory v běžném systému souborů. Například OS X nepodporuje odkládací oddíly; přepíná se pouze na soubory v systému souborů, takže může použít TRIM, když jsou například odstraněny odkládací soubory.
  • DragonFly BSD umožňuje použít swap nakonfigurovaný na SSD také jako mezipaměť systému souborů. Toho lze využít ke zvýšení výkonu na pracovní zátěži i na serveru. Bcache , dm-cache a Flashcache projekty poskytují podobný koncept linuxového jádra.

Standardizační organizace

Níže jsou uvedeny normalizační organizace a orgány, které pracují na vytváření standardů pro jednotky SSD (a další počítačová úložná zařízení). Níže uvedená tabulka také zahrnuje organizace, které propagují používání disků SSD. Toto není nutně vyčerpávající seznam.

Organizace nebo výbor Podvýbor: Účel
INCITS N/A Koordinuje činnost technických norem mezi ANSI v USA a společnými výbory ISO/IEC po celém světě
T10 INCITS SCSI
T11 INCITS FC
T13 INCITS ATA
JEDEC N/A Vyvíjí otevřené standardy a publikace pro průmysl mikroelektroniky
JC-64.8 JEDEC Zaměřuje se na standardy a publikace disku SSD
NVMHCI N/A Poskytuje standardní softwarová a hardwarová programovací rozhraní pro subsystémy energeticky nezávislé paměti
SATA-IO N/A Poskytuje průmyslu pokyny a podporu pro implementaci specifikace SATA
Výbor SFF N/A Pracuje na standardech skladovacího průmyslu, které vyžadují pozornost, pokud se jimi nezabývají jiné normalizační výbory
SNIA N/A Rozvíjí a podporuje standardy, technologie a vzdělávací služby v oblasti správy informací
SSSI SNIA Podporuje růst a úspěch úložiště v pevné fázi

Komercializace

Dostupnost

Technologie polovodičových pohonů je na trhu vojenských a specializovaných průmyslových trhů uváděna od poloviny 90. let minulého století.

Spolu s rozvíjejícím se podnikovým trhem se SSD objevují v ultra mobilních počítačích a několika lehkých přenosných systémech, což výrazně zvyšuje cenu notebooku v závislosti na kapacitě, formátu a přenosových rychlostech. U aplikací nižší třídy lze jednotku USB flash sehnat kdekoli od 10 do 100 USD nebo více, v závislosti na kapacitě a rychlosti; alternativně lze kartu CompactFlash spárovat s konvertorem CF-to-IDE nebo CF-to-SATA za podobnou cenu. Každý z nich vyžaduje, aby byly problémy s výdrží cyklu zápisu spravovány, buď upuštěním od ukládání často zapsaných souborů na jednotku, nebo pomocí systému souborů Flash . Standardní karty CompactFlash mají obvykle rychlost zápisu 7 až 15 MB/s, zatímco dražší upmarketové karty uvádějí rychlosti až 60 MB/s.

Prvním počítačem na bázi SSD s flash pamětí, který byl k dispozici, byl Sony Vaio UX90, ohlášený k předobjednávce 27. června 2006 a zahájený v Japonsku 3. července 2006 s 16 GB pevným diskem s flash pamětí. Na konci září 2006 Sony upgradovalo SSD v Vaio UX90 na 32 GB.

Jednou z prvních hlavních verzí SSD byl notebook XO , postavený jako součást projektu One Laptop Per Child . Hromadná výroba těchto počítačů, postavených pro děti v rozvojových zemích, byla zahájena v prosinci 2007. Tyto stroje používají jako primární úložiště 1024 MiB SLC NAND flash, což je považováno za vhodnější pro drsnější než normální podmínky, ve kterých se očekává jejich použití. Společnost Dell začala dodávat ultrapřenosné notebooky s disky SanDisk SSD 26. dubna 2007. Společnost Asus vydala 16. října 2007 netbook Eee PC s 2, 4 nebo 8 gigabajty flash paměti. V roce 2008 dva výrobci vydali ultratenké notebooky s možnostmi SSD namísto neobvyklých 1,8 "pevných disků : toto byl MacBook Air , vydaný společností Apple 31. ledna, s volitelným 64 GB SSD (náklady na Apple Store byly za tuto možnost o 999 USD více) , ve srovnání s 80 GB 4200 ot./min HDD ), a Lenovo ThinkPad X300 s podobným 64 gigabajtovým SSD, oznámený v únoru 2008 a upgradovaný na 128 GB SSD v 26. srpna 2008, s vydáním modelu ThinkPad X301 ( upgrade, který přidal přibližně 200 USD v USA).

V roce 2008 se objevily netbooky nižší třídy s SSD. V roce 2009 se SSD začaly objevovat v přenosných počítačích.

14. ledna 2008 se EMC Corporation (EMC) stala prvním dodavatelem podnikových úložišť, který do svého produktového portfolia dodával flash disky SSD, když oznámil, že pro své systémy Symmetrix DMX vybral SSD Zeus-IOPS společnosti STEC, Inc. V roce 2008 společnost Sun uvedla na trh Sun Storage 7000 Unified Storage Systems (s kódovým označením Amber Road), které využívají jak pevné disky, tak konvenční pevné disky, aby využily rychlost nabízenou SSD a ekonomiku a kapacitu nabízenou konvenčními HDD.

Společnost Dell začala nabízet volitelné 256GB disky SSD na vybraných modelech notebooků v lednu 2009. V květnu 2009 uvedla společnost Toshiba na trh notebook s 512 GB SSD.

Od října 2010 používá řada MacBook Air společnosti Apple standardně jednotku SSD. V prosinci 2010 byl OCZ RevoDrive X2 PCIe SSD k dispozici v kapacitách 100 GB až 960 GB poskytujících rychlost přes sekvenční rychlosti 740 MB/s a náhodné zápisy malých souborů až 120 000 IOPS. V listopadu 2010 vydal Fusion-io svůj nejvýkonnější SSD disk s názvem ioDrive Octal využívající rozhraní PCI-Express x16 Gen 2.0 s úložným prostorem 5,12 TB, rychlostí čtení 6,0 GB/s, rychlostí zápisu 4,4 GB/s a nízkou latencí 30 mikrosekund. Má 1,19 M čtení 512 bajtů IOPS a 1,18 M zápis 512 bajtů IOPS.

V roce 2011 byly k dispozici počítače založené na specifikacích Ultrabooků společnosti Intel . Tyto specifikace diktují, že Ultrabooky používají SSD. Jedná se o zařízení na úrovni spotřebitele (na rozdíl od mnoha předchozích nabídek flash zaměřených na podnikové uživatele) a představují první široce dostupné spotřební počítače využívající SSD kromě MacBooku Air. Na veletrhu CES 2012 společnost OCZ Technology předvedla SSD disky R4 CloudServ PCIe schopné dosáhnout přenosové rychlosti 6,5 GB/s a 1,4 milionu IOPS. Také byl oznámen Z-Drive R5, který je k dispozici s kapacitami až 12 TB, schopný dosáhnout přenosových rychlostí 7,2 GB/s a 2,52 milionu IOPS pomocí PCI Express x16 Gen 3.0.

V prosinci 2013 společnost Samsung představila a uvedla na trh první 1 TB mSATA SSD v oboru. V srpnu 2015 společnost Samsung oznámila 16 TB SSD, v té době nejvýkonnější jediné úložné zařízení jakéhokoli typu na světě.

Zatímco řada společností nabízí zařízení SSD od roku 2018 pouze pět společností, které je nabízejí, skutečně vyrábí zařízení Nand Flash, která jsou prvkem úložiště v jednotkách SSD.

Kvalita a výkon

Obecně se výkon jakéhokoli konkrétního zařízení může v různých provozních podmínkách výrazně lišit. Například počet paralelních vláken přistupujících k úložnému zařízení, velikost bloku I/O a množství zbývajícího volného místa, to vše může dramaticky změnit výkon (tj. Přenosové rychlosti) zařízení.

Technologie SSD se rychle rozvíjí. Většina měření výkonu použitých na diskových jednotkách s rotujícím médiem se používá také na SSD. Vzhledem k široké škále možných podmínek je výkon flash disků SSD obtížně srovnatelný. V testu provedeném v roce 2010 společností Xssist pomocí IOmetru , 4 kB náhodných 70% čtení/30% zápisu, hloubka fronty 4, IOPS dodávané procesorem Intel X25-E 64 GB G1 začalo kolem 10 000 IOP a po 8 minutách prudce kleslo na 4 000 IOPS a dalších 42 minut se postupně snižoval. IOPS se pohybuje mezi 3 000 a 4 000 od přibližně 50 minut dále po zbytek 8hodinového testovacího běhu.

Návrháři flash disků podnikové třídy se snaží prodloužit životnost zvýšením nadměrného zřizování a používáním vyrovnávání opotřebení .

Odbyt

Dodávky SSD činily 11 milionů kusů v roce 2009, 17,3 milionu kusů v roce 2011, celkem 5 miliard USD, 39 milionů kusů v roce 2012 a očekávalo se, že se zvýší na 83 milionů kusů v roce 2013 na 201,4 milionu kusů v roce 2016 a na 227 milionů kusů v roce 2017.

Celosvětové tržby na trhu s SSD (včetně levných počítačových řešení) dosáhly v roce 2008 585 milionů USD, což představuje nárůst o více než 100% z 259 milionů USD v roce 2007.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy

Pozadí a obecné

jiný