Czym są dyski SSD i dlaczego opanowały rynek podzespołów?

Na początek, dysk SSD jest jednym z rodzajów nośnika pamięci, który przechowuje trwałe dane w półprzewodnikowej pamięci flash. Składa się z dwóch kluczowych elementów: kontrolera pamięci flash oraz układ pamięci NAND. Specjalna konstrukcja architektoniczna kontrolera SSD jest zoptymalizowana w celu zapewnienia wysokiej wydajności zapisu i odczytu dla danych sekwencyjnych oraz losowych. Dyski SSD czasem nazywane są dyskami flash.

Czym SSD różni się od dysku HDD?

W przeciwieństwie do dysku twardego, dysk SSD nie posiada ruchomych części, które często wymagają naprawy i są najbardziej awaryjnymi częściami dysku. Tradycyjny dysk składa się z obracającego się dysku z głowicą odczytu/zapisu zamontowanego na specjalnym mechanicznym ramieniu. Dyski SSD wypierają powoli dyski HDD w komputerach stacjonarnych i laptopach, nawet mimo wyższego kosztu jednostkowego. Dyski HDD zapisują i odczytują dane magnetycznie, co sprzyja trwałym uszkodzeniom. Dyski SSD używają krzemowych układów flash, ułożonych w siatkę osiągającą różną, w zależności od półki cenowej i zastosowania, zagęszczenie.

Wprowadzenie dysków SSD na rynek

Dyski solid-state drive od początku tworzone były z myślą o zastosowaniach czysto konsumenckich. Pierwszym godnym uwagi urządzeniem zawierającym dysk SSD był wypuszczony na rynek w 2005 roku iPod. Zamieszczony w nim dysk pamięci flash zapewniał nieznaną wcześniej konsumentom szybkość zapisu i odczytu przechowywanych danych. Dell EMC jest pierwszym producentem, który zastosował szerokie wdrożenie technologii SSD do przechowywania danych w przedsiębiorstwie. Było to możliwe z pomocą nowatorskiego połączenia mechanicznych dysków twardych z tymi wyposażonymi w pamięć flash. Dyski hybrydowe stały się podstawowym narzędziem przedsiębiorstw służącym do buforowania odczytu pamięci flash. Łączą szybkość dysków SSD z niskim kosztem dysków mechanicznych.

 

Pierwsze dyski SSD przeznaczone na rynek komercyjny zostały wykonane w technologii MLC. Z początku dostępne jedynie dla przedsiębiorstw szybko znalazły swoje miejsce na rynku powszechnych konsumentów. Nowe dyski SSD wykonane są w technologii 3D NAND, w których komórki pamięci flash ułożone są jedna na drugiej, w pionowych warstwach. Czołowymi producentami tak zaprogramowanych dysków pamięci flash są Toshiba, Samsung i IBM. Technologia flash zyskuje w oczach przedsiębiorstw głównie ze względu na spadające ceny pamięci flash oraz wzrostu wydajności dysków. Mimo wzrostu zapotrzebowania na dyski oparte na pamięci flash, nadal twierdzi się, że to hybrydowe dyski są przyszłością wielu przedsiębiorstw. Dyski SSD mimo wysokiej wydajności, nie nadają się do długoterminowej archiwizacji i tworzenia kopii zapasowych. Tutaj swoje zastosowanie znajdują tradycyjne dyski mechaniczne.

Jak działa dysk SSD?

dyski przenośne SSD

 Dyski SSD, w przeciwieństwie do tradycyjnych dysków twardych, nie używają właściwości magnetycznych podczas operacji odczytu/zapisu. Są przez to mniej narażone na mechaniczne usterki, będąc jednocześnie mniej awaryjnymi. Dysk SSD do odczytywania i zapisywania danych stosuje połączone układy pamięci flash, ułożonych w różnej gęstości siatki. W wyniku zastosowania specjalnych tranzystorów bramkowych (FGR), dyski z pamięcią flash są wstanie przetrzymywać zapisane dane, nawet jeśli nie są podłączone do jakiegokolwiek źródła zasilania. Każdy FGR posiada bit danych, oznaczony jako 1 dla naładowanego ogniwa  i 0, jeśli ogniwo nie posiada ładunku elektrycznego. Dyski pamięci flash by zapobiec ograniczeniu w postaci możliwości zapisywania danych jedynie w pustych blokach stosują specjalnie zaprojektowane sposoby wyrównywania zużycia i metod wyrzucania bezużytecznych elementów. Czyszczenie pamięci usuwa przestarzałe pliki w tle operacyjnym, a wyrównanie zużycia równoważy obciążenie komórek flash.

Typy pamięci dysków SSD

Dyski SSD wykorzystują trzy główne typy pamięci: komórki jedno, wielo- i trzypoziomowe. Komórki jednopoziomowe mogą przechowywać jednocześnie jeden bit danych – jeden lub zero. Komórki jednopoziomowe (SLC) są najdroższym dostępnym typem dysku SSD, są przy tym najtrwalsze i najbardziej trwałe. Komórki wielopoziomowe mogą przechowywać dwa bity danych na komórkę i posiadają więcej wolnego miejsca na przechowywanie danych, posiadając taki sam wymiar co dyski SLC. Dyski wielopoziomowe mają jednak wolniejszą prędkość zapisu. Komórki trzypoziomowe (TLC) mogą przechowywać trzy bity danych na komórkę. Mają najniższą cenę, ale są również najwolniejsze i charakteryzują się najmniejszą trwałością. Zapewniają jednocześnie większą pojemność pamięci flash od dysków MLC lub SLC, będąc przy tym tańszymi odpowiednikami. Producenci prześcigają się w zagęszczeniu komórek pamięci flash w dyskach SSD. Wiodącymi producentami wielowarstwowych dysków są Samsung, Intel i Micron, Przytoczeni producenci oferują dyski 64-warstwowe. Miano producenta sprzedającego dyski o największym zagęszczeniu zdobył koreański producent SK Hynix, oferując 72-warstwowy dysk 3d NAND 256Gb. Natomiast w 2018 roku Intel i Micron pochwalili się dyskiem NAND z czteropoziomową komórką.