SSD kettad: Difference between revisions

From ICO wiki
Jump to navigationJump to search
← Older edit
Asumin (talk | contribs)
131 edits
No edit summary
Otiks (talk | contribs)
475 edits
 
(130 intermediate revisions by 2 users not shown)
Line 1: Line 1:
'''ARTIKKEL ON POOLELI!'''
== Sissejuhatus ==
Sellel teemal kirjutab Andres Sumin A32


SSD (<i>solid-state drive</i>) ehk pooljuhtketas on mälukiipidel realiseeritud andmesalvestusseade, mis on otstarbelt võrreldav tavalise kõvakettaga (HDD), kuid põhineb välkmälu tehnoloogial ja pakub märgatavalt kiiremat andmepöördust.


Mõned punktid, mida viki artikli puhul tasub silmas pidada:
Pooljuhtketaste valmistamisel kasutatakse mitut tüüpi mälukiipe, sealhulgas nii hävimälusid kui ka säilmälusid. Erinevalt tavapärastest kõvaketastest pole SSD sõna otseses mõttes üldse kettaseade, sest sellel puuduvad mehaaniliselt liikuvad osad, kuid ühendusliidesed on mõlemal samad ja täiendavaid draivereid pole SSD jaoks vaja - operatsioonisüsteem näeb ka pooljuhtketast tavalise kettana.<ref>[http://www.vallaste.ee/sona.asp?Type=UserId&otsing=3395 SSD (Solid State Drive)], Vallaste e-teatmik</ref> SSD on tänu liikuvate osade puudumisele vastupidavam põrutustele, ei tekita vibratsiooni ning töötab täiesti hääletult. SSD on ka palju energiasäästlikum ega kuumene üle. Seejuures on pooljuhtkettad aga tavalistest kõvaketastest seni veel märgatavalt kallimad. Miinuseks võib pidada sedagi, et välkmälu kirjutuskordade arv on piiratud, mis seab piirid SSD elueale, kuigi tavakasutajat see enamasti ei mõjuta.<ref>[http://compreviews.about.com/od/storage/a/SSD.htm "What is a Solid State Drive (SSD)?"], About.com - Tech</ref><ref>[http://www.digitaltrends.com/computing/solid-state-drives-vs-hard-disk-drives/ "Solid State Drives vs. Hard Drives: Which is Right for You?"], Digital Trends</ref>
Info autori kohta: Nimi, Grupp, Artikli kirjutamise aasta
Teema lühitutvustus, millest artikkel räägib
Mulli pole vaja kirjutada, kuid on hea, kui kõik käsud on arusaadavalt lahti seletatud
Tehonoloogia kasutamisvõimalused reaalses elus ja võimalusel näited enda katsetustest on VÄGA oodatud!
Lihtsad jooniseid, mis seletavad pika jutu lühidalt, on samuti head!
Tekst võiks olla hea struktuuriga - alampealkirjad loogilised ning teema jaotus ka, et lugejal oleks teema kergemini loetav


== Tehnoloogia ==
Viimastel aastatel kasutatakse pooljuhtketastes valdavalt NAND-loogikal põhinevat välkmälu tehnoloogiat. Selle värskeim edasiarendus on kolmemõõtmelise arhitektuuriga V-NAND (<i>vertical NAND</i>) välkmälu, mis võimaldab suuremat andmetihedust ja töökiirust.<ref>[http://www.gizmag.com/samsung-v-nand-flash-chip-ssd/28655/ "Samsung moves into mass production of 3D flash memory"], Gizmag</ref> Eriotstarbeliselt on kasutusel ka suvapöördusmälul (RAM) põhinevad akutoitega pooljuhtkettad, mis pakuvad kiiremat andmepöördust, ent nende osakaal on üsna väike ja sihtturg spetsiifiline.<ref>[http://www.storagesearch.com/ssd-ram.html "RAM SSDs"], StorageSearch.com</ref>


== Mis on SSD ketas? ==
Välkmälu (<i>flash memory</i>) on säilmälu, kus säilivad andmed ka pärast seda, kui toide on ära kadunud. Ehituselt kujutab välkmälu endast väikest trükkplaati, millele on monteeritud suure mahuga mälukiip.<ref>[http://www.vallaste.ee/sona.asp?Type=UserId&otsing=427 flash memory], Vallaste e-teatmik</ref> Selle mõtles 1980ndatel aastatel välja Toshibas töötanud Fujio Masuoka.<ref>[http://www.forbes.com/global/2002/0624/030.html "Unsung hero"], Forbes</ref>


Pooljuhtketas ehk SSD ehk Solid-state drive on andmekandja mis kasutab püsimälu andmete talletamiseks. SSD kettad erinevad tavapärastest kõvaketastest selle poolest, et nendes puuduvad liikuvad osad. Selle asemel kasutatakse SSD ketastes mikrokiipe, hävimälu ja säilmälu. Võrreldes tavaliste ketastega kannatavad SSD kettad füüsilisi põrutusi, kasutavad vähem ressurssi, on kiiremad ja vaiksemad aga ka palju kallimad. Operatsioonisüsteemid näevad pooljuhtkettaid kui tavalisi kõvakettaid ning nende jaoks pole vaja spetsiaalseid draivereid.
Tehnoloogiliselt arenesid välkmälukiibid välja EEPROMi kiibitehnoloogiast, kuid on odavamad ja suurema tihedusega. EEPROM (<i>electrically erasable programmable read-only memory</i>) on elektriliselt ümberprogrammeeritav püsimälu. Välkmälu erinevus seisneb selles, et kustutamine ja kirjutamine toimub väikeste andmeplokkide kaupa, EEPROMi puhul aga baitide kaupa.<ref>[http://www.vallaste.ee/sona.asp?Type=UserId&otsing=557 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)], Vallaste e-teatmik</ref>


== Mis on SLC ja MLC? ==
Välkmälu elementideks on ujuva paisuga väljatransistorid. Igas mäluelemendis hoitakse üht või enamat bitti. NAND-loogika kasutamine tähendab, et mälu on laetud siis, kui elemendi väärtus on 0 (ja laadimata väärtuse 1 korral).


SSD kõvakettad jagunevad kaheks, nendeks on  SLC (single level cell) ja MLC (multi level cell). SLC on kiirem ja kallim ning sellel on rohkem kirjutuskordi milleks on umbkaudu ~100 000 korda. Antud ketta teeb kallimaks 1 bitine kontroller. MLC ketastes on aga mitu erinevat olekut tänu millele suudab ketas hoida 2te bitti ühes üksuses ja see teeb ta palju odavamaks. MLC ketaste kirjutmiskordi on umbes ~10 000 korda. SLC ja MLC hinnavahe on pea kümnekordne.
Bittide arvust elemendis sõltub välkmälu kategooria:
* SLC (<i>single level cell</i>) - üks bitt elemendis
* MLC (<i>multi level cell</i>) - kaks või enam bitti elemendis
* TLC (<i>triple level cell</i>) - kolm bitti elemendis
 
Mida vähem bitte elemendis, seda paremad on välkmälu omadused (kiirus, eluiga, tõrketaluvus), kuid samal ajal tähendab see ka kõrgemat hinda. SLC võimaldab ligikaudu 90 000 - 100 000 kirjutuskorda, MLC ligikaudu 8000 - 10 000 ja TLC ainult 3000 - 5000 kirjutuskorda.<ref>[http://www.speedguide.net/faq/slc-mlc-or-tlc-nand-for-solid-state-drives-406 "SLC, MLC or TLC NAND for Solid State Drives?"], Speed Guide</ref>
 
Ka kirjutamiskiirus langeb elemendis hoitavate bittide arvu suurenedes märgatavalt, sest kirjutamine toimub välkmälus tavaliselt plokikaupa ja enne andmete ülekirjutamist tuleb tavaliselt terve plokk vahemällu salvestada. SSD seadmetel on välkmälu spetsiifikast tingituna keerukamad kontrollerid kui tavalistel kõvaketastel ja iga mudeli jõudlus sõltub paljuski just kontrolleri võimekusest, mistõttu ei kipu tootjad nende kohta väga palju infot välja jagama.<ref>[http://www.extremetech.com/extreme/210492-extremetech-explains-how-do-ssds-work "How do SSDs work?"], ExtremeTech</ref>
 
Massitootoodanguna valminud odavamates SSD seadmetes on tavaliselt TLC välkmälu, samas kui SLC on kasutusel tippklassi mälukaartides ja serverites. MLC jääb omadustelt nende kahe vahele, aga sedagi peetakse pigem tavatarbijale suunatud versiooniks. Ettevõtetele on mõeldud eMLC (<i>enterprise multi level cell</i>), mis on sisuliselt optimeeritud MLC versioon ja võimaldab 20 000 - 30 000 kirjutuskorda.<ref>[http://www.mydigitaldiscount.com/everything-you-need-to-know-about-slc-mlc-and-tlc-nand-flash.html "Everything You Need to Know About SLC, MLC, & TLC NAND Flash"], MyDigitalDiscount.com</ref>
 
== Kasutusalad ==
 
SSD seadmed on hakanud sellel aastakümnel jõudsalt levima, kuna välkmälu kasutamine on nende hinda oluliselt langetanud. Samal ajal on pooljuhtketaste mahutavus kasvanud kordades ja jõudnud tavaliste kõvaketastega pea samale tasemele.<ref>[http://www.networkcomputing.com/storage/ssd-prices-free-fall/1147938888 "SSD Prices In A Free Fall"], Network Computing</ref> Ka uued operatsioonisüsteemid on nüüd optimeeritud SSD kasutamiseks ja pooljuhtketta muu riistvaraga ühendamisel pole enamasti mingeid takistusi. Mureks on välkmälu puhul peetud piiratud kirjutuskordade arvu, mis teoorias lühendab SSD eluiga, kuid tegelikult on see tavakasutajate jaoks siiski piisavalt pikk. Tehnoloogia areneb lihtsalt nii kiiresti, et tarbijad jõuavad enamasti soetada uuema seadme enne, kui vana on end füüsiliselt ammendanud.
 
Tänaseks päevaks on pooljuhtketastest saanud juba laiatarbekaup, mille puhul on keeruline välja tuua spetsiifilisi kasutusalasid. SSD seadmete populaarsus kasvab kiiresti, sest nad on tavalistest kõvaketastest märgatavalt kiiremad, vaiksemad ja energiasäästlikumad, olgugi et praegu veel pea neli korda kallimad.<ref>[http://www.pcworld.com/article/3040591/storage/ssd-prices-plummet-again-close-in-on-hdds.html "SSD prices plummet again, close in on HDDs"], PCWorld</ref>. Sageli hangitakse pooljuhtketas lauaarvutisse nö süsteemikettaks tavalise kõvaketta kõrvale ja viimane jäetakse alles ainult andmete hoidmiseks. Kõige laialdasemat kasutust leiavad SSD kettad tänu oma väiksematele mõõtmetele süle- ja tahvelarvutites. Levinud on veel ka nn hübriidkettad, mis ühendavad endas mehaanilise ketta mahutavuse ja pooljuhtketta kiiruse: sellistel kõvaketastel täidab SSD komponent sisuliselt vahemälu rolli.<ref>[http://www.howtogeek.com/195262/hybrid-hard-drives-explained-why-you-might-want-one-instead-of-an-ssd/ "Hybrid Hard Drives Explained: Why You Might Want One Instead of an SSD"], How-to Geek</ref>


== SSD vs. HDD ==
== SSD vs. HDD ==


SSD ja HDD (tavalised, pöörlevad kettad) kettaid on tegelikult suhteliselt keeruline võrrelda. Traditsioonilised kõvaketta jõudlustestid rõhuvad nõrkuste võrdlemisele, näiteks keerlemise latentsus- ja otsinguajale. SSD kettad aga ei keerle, mis tähendab, et analoogsetes testides on nad peajagu üle. Samas SSD ketaste sega lugemise-kirjutamise tõttu võib nende jõudlus võib ajapikku degrareeruda. Testida tuleks kasutatud ketast kuna uhiuue, poest ostetud ketta jõudlus võib olla märgatavalt parem kui aastate vanune ketas (SSD).
Pooljuhtkettaid ja magnetkõvakettaid on keeruline võrrelda, sest tavaliste ketaste (HDD) jõudlustestid panevad rõhku oma nõrkuste võrdlemisele (latentsus, otsinguaeg) ja SSD kettad on nende näitajate poolest ülekaalukalt paremad. HDD kasuks räägivad enamasti ainult hind, mahutavus ja paremad krüpteerimisvõimalused.<ref>[http://www.diffen.com/difference/HDD_vs_SSD "HDD vs. SSD"], Diffen</ref><ref>[http://www.storagereview.com/ssd_vs_hdd "SSD vs HDD"], StorageReview.com</ref><ref>[http://www.pcmag.com/article2/0,2817,2404258,00.asp "SSD vs. HDD: What's the Difference?"], PCMag</ref> Samas on ka pooljuhtketastel nõrkusi, mis on tingitud tehnoloogilistest iseärasustest (kirjutamise suhteline aeglus, jõudluse vähenemine aja jooksul, tundlikkus elektrikatkestuste suhtes, andmete turvalise kustutamisega seotud probleemid).<ref>[http://blog.nordeus.com/dev-ops/power-failure-testing-with-ssds.htm "Power Failure Testing with SSDs"], Nordeus Blog</ref><ref>[http://thedatarecoveryblog.com/2013/08/01/ssds-flash-technology-with-risks-and-side-effects/ "SSDs: Flash Technology with Risks and Side-Effects"], Data Recovery Blog</ref> Samuti sõltuvad SSD näitajad välkmälu tüübist, mida seadmes kasutatakse. Tavatarbijale mõeldud odavamad pooljuhtkettad on ka väiksema jõudlusega. All on välja toodud mõned üldisemad võrdluspunktid pooljuhtketaste ja magnetkõvaketaste vahel.




 
{| border=1
{| border="1"
|-
|-
! Omadus
! style="width: 20%;" | Omadus
! SSD
! style="width: 40%;" | Pooljuhtketas (SSD)
! HDD
! style="width: 40%;" | Magnetkõvaketas (HDD)
|-
|-
| Pöörete üles saamise aeg (ketta töökiiruseni; inglise spin up)
| Töövalmiduse saavutamise aeg
| Hetkeline (ei kulu aega)
| Kohene, sest pole liikuvaid osi.
| Võib võtta mõne sekundi; mitme-kettalises seadmes võib olla vajadus lükata edasi iga ketta spin up'i, et piirata järsku pingetõusu kõikide kettaste üheaegsest elektri võtmisest.
| Pöörete üles saamiseks võib kuluda mitu sekundit.
|-
|-
| Suvapöördumise aeg
| Suvapöördusaeg
| Umbes 0,1 ms - kordi kiirem kui HDD, sest andmete poole pöördutakse otse välkmälus.
| Umbes 0,1 ms, kuna andmete poole pöördutakse otse välkmälus.
| Vahemikus 5–10 ms vajaduse tõttu liigutada päid ja oodata kuni andmed liiguvad lugemis-/kirjutamispea all.
| Umbes 5–10 ms, kuna on vaja liigutada päid ja oodata kuni andmed liiguvad lugemis-/kirjutamispea all.
|-
|-
| Lugemise latentsusaeg
| Lugemise latentsusaeg
| Üldiselt madal, sest andmeid saab lugeda otse ükskõik millisest kohast; Kasutusaladel, kus kõvaketta andmete otsimine on piiravaks faktoriks, on tulemuseks kiirem käivitus ja applikatsioonide stardiaeg
| Üldiselt madal, sest andmeid saab lugeda otse ükskõik millisest kohast.
| Üldiselt kõrge, kuna mehhaanilised osad vajavad joondumiseks lisa aega.
| Üldiselt kõrge, kuna mehhaanilised osad vajavad joondumiseks lisaaega.
|-
|-
| Pideva lugemise jõudlus
| Pideva lugemise kiirus
| Lugemise jõudlus ei muutu vastavalt sellele, kus info SSDl paikneb.
| Lugemise kiirus ei sõltu sellest, kus info paikneb, kuid jõudlus väheneb aja jooksul märgatavalt.
| Kui andmed on fragmenteerunud, siis info välja lugemine võib anda erinevaid vastamis-aegu.
| Kui andmed on fragmenteerunud, siis võib info välja lugemine anda erinevaid vastamisaegu.
|-
|-
| Defragmentatsioon
| Defragmentatsioon
| Pooljuhtkettad ei saa kasu defragmentatsioonist (fragmentatsiooni eemaldamisest), sest sellel on SSD-dele minimaalne effekt ja iga defragmentatsiooni protsess lisab uusi kirjutamisi NAND välkmälule, millel on niigi piiratud eluiga.
| Puudub vajadus defragmentida, sest sellel on minimaalne efekt. See on isegi vastunäidustatud, sest iga defragmentimisega lühendatakse NAND-välkmälu eluiga (kirjutuskordade arv on piiratud).
| HDDd vajavad defragmentatsiooni pärast kestvat töösolekut või info kustutamist ja kirjutamist.
| Defragmentimine on vajalik pärast kestvat töösolekut või info kustutamist ja kirjutamist.
|-
|-
| Müratase
| Müratase
| SSD-del ei ole liikuvaid osi ja müra ei tekita
| Pole liikuvaid osi, pole müra.
| HDD-del on liikuvad osad(pead, mootor) ja tekitavad erineval tasemel müra olenevalt mudelist.
| Liikuvad osad (pead, mootor) tekitavad erineval tasemel müra olenevalt mudelist.
|-
|-
| Mehhaaniline vastupidavus
| Mehaaniline töökindlus
| Liikuvate osade puudumine praktiliselt eemaldab mehhaanilised rikked.
| Mehaanilise rikke võimalus on väga väike.
| HDD-del on mitmeid liikuvaid osi, mis kõik ütlevad aja jooksul üles.
| Kõik liikuvaid osad ütlevad aja jooksul üles.
|-
|-
|  
| Vastupidavus välistele teguritele
|  
| Väga vastupidav välismõjudele, v.a elektrikatkestused.
|  
| Liikuvad osad ei talu hästi lööke, vibratsiooni, rõhu- ja temperatuurimuutusi ning vajavad "taastumisaega".
|-
| Tundlikkus magnetismi suhtes
| Magnetism ei mõjuta välkmälu kuidagi.
| Magnetid või magnetimpulsid mõjutavad andmeid kettal.
|-
| Kaal ja maht
| Välkmälu ja trükiplaadi materjal on väga kerge võrreldes tavaliste kõvaketastega.
| Suurema jõudlusega kettad kasutavad raskemaid komponente, kuid ka võrdlemisi kerged sülearvuti kõvakettad on pooljuhtketastest palju raskemad.
|-
| Paralleelsed operatsioonid
| Kontrolleril võib olla mitu kiipi kirjutamas ja lugemas infot erinevatest kohtadest samal ajal.
| Kõvakettaseadmetel on mitu pead, kuid need peavad kõik olema joondatud samale silindrile (rajale).
|-
| Kirjutuskindlus
| Välkmälu kasutavate pooljuhtketaste kirjutuskordade arv on piiratud.
| Piiramatu kirjutuskordade arv.
|-
| Piirangud tarkvaralisele krüpteerimisele
| NAND välkmälu ei saa kohe üle kirjutada, eelnevalt tuleb andmeplokid kustutada. Kui krüpteeritakse juba mälus paiknevat infot, siis "üle kirjutatud" andmed on ikka krüpteerimata ja andmevargale kättesaadavad (riistvaralise krüpteerimise puhul seda probleemi ei esine). Ka ei saa andmeid turvaliselt kustutada neid üle kirjutades ilma kettasse sisse ehitatud eriliste "Secure Erase" protseduurideta.
| Andmed saab ükskõik millises sektoris lihtsalt üle kirjutada.
|-
| Vabade plokkide saadavus ja TRIM
| Jõudlus sõltub vabade plokkide olemasolust. Varem täis kirjutatud andmeplokid saab uuesti kasutusele võtta TRIM'iga.
| Vabade blokkide olemasolu ei mõjuta jõudlust, andmed saab üle kirjutada.
|-
| Energiatarve
| Välkmälul põhinevad pooljuhtkettad vajavad 1/3 kuni 1/2 voolust, mida tarbib HDD. DRAM SSD tarbib tavaliselt sama palju voolu kui HDD ja vajavad toidet ka siis, kui ülejäänud süsteem on välja lülitatud.
| Suure jõudlusega HDD tarbib tavaliselt 12-18 vatti, sülearvutitele mõeldud kettad vaid 2-5 vatti.
|-
|-
|}
|}
== Kokkuvõte ==
SSD seadmed on valdavalt välkmälul põhinevad andmekandjad. Nad on pea igas aspektis tavalistest magnetkõvaketastest üle. Plussideks on parem lugemis- ja kirjutamiskiirus, mis tähendab seda, et arvuti käivitub kiiremini, programmid avanevad kiiremini ning päringutele reageerimine ja failide kopeerimine toimub kiiremini. Samal ajal tarbib pooljuhtketas ka vähem voolu, töötab mürata ja on vastupidavam, sest puuduvad liikuvad osad. Põhiliseks miinuseks on SSD seadmete puhul peetud kordades kõrgemat hinda ja väiksemat mahutavust, kuid aja jooksul on see vahe vähenenud ning SSD kasutamine muutunud üha laialdasemaks. Turule on ilmunud ka palju taskukohasemaid SSD mudeleid, mis on küll nõrgema jõudlusega kui kallimad tippseadmed, kuid tavakasutaja jaoks sellegipoolest piisavalt võimekad.
== Kasulikke linke ==
*[http://et.wikipedia.org/wiki/K%C3%B5vaketas Kõvaketas], Vikipeedia
*[http://et.wikipedia.org/wiki/Pooljuhtketas Pooljuhtketas], Vikipeedia
*[https://et.wikipedia.org/wiki/V%C3%A4lkm%C3%A4lu Välkmälu], Vikipeedia
*[https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive Hard disk drive], Wikipedia
*[http://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive Solid-state drive], Wikipedia
*[http://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory Flash memory], Wikipedia
*[http://en.wikipedia.org/wiki/Multi-level_cell Multi-level cell], Wikipedia
*[http://en.wikipedia.org/wiki/Single-level_cell#Single-level_cell Single-level cell], Wikipedia
== Autorid ==
Andres Sumin, A32 (asumin@itcollege.ee)
<br/>
Täiendanud: Oliver Tiks, AK21 (2015/2016)
== Viited ==
[[Category:Andmesalvestustehnoloogiad]]

Latest revision as of 06:16, 14 June 2016

Sissejuhatus

SSD (solid-state drive) ehk pooljuhtketas on mälukiipidel realiseeritud andmesalvestusseade, mis on otstarbelt võrreldav tavalise kõvakettaga (HDD), kuid põhineb välkmälu tehnoloogial ja pakub märgatavalt kiiremat andmepöördust.

Pooljuhtketaste valmistamisel kasutatakse mitut tüüpi mälukiipe, sealhulgas nii hävimälusid kui ka säilmälusid. Erinevalt tavapärastest kõvaketastest pole SSD sõna otseses mõttes üldse kettaseade, sest sellel puuduvad mehaaniliselt liikuvad osad, kuid ühendusliidesed on mõlemal samad ja täiendavaid draivereid pole SSD jaoks vaja - operatsioonisüsteem näeb ka pooljuhtketast tavalise kettana.[1] SSD on tänu liikuvate osade puudumisele vastupidavam põrutustele, ei tekita vibratsiooni ning töötab täiesti hääletult. SSD on ka palju energiasäästlikum ega kuumene üle. Seejuures on pooljuhtkettad aga tavalistest kõvaketastest seni veel märgatavalt kallimad. Miinuseks võib pidada sedagi, et välkmälu kirjutuskordade arv on piiratud, mis seab piirid SSD elueale, kuigi tavakasutajat see enamasti ei mõjuta.[2][3]

Tehnoloogia

Viimastel aastatel kasutatakse pooljuhtketastes valdavalt NAND-loogikal põhinevat välkmälu tehnoloogiat. Selle värskeim edasiarendus on kolmemõõtmelise arhitektuuriga V-NAND (vertical NAND) välkmälu, mis võimaldab suuremat andmetihedust ja töökiirust.[4] Eriotstarbeliselt on kasutusel ka suvapöördusmälul (RAM) põhinevad akutoitega pooljuhtkettad, mis pakuvad kiiremat andmepöördust, ent nende osakaal on üsna väike ja sihtturg spetsiifiline.[5]

Välkmälu (flash memory) on säilmälu, kus säilivad andmed ka pärast seda, kui toide on ära kadunud. Ehituselt kujutab välkmälu endast väikest trükkplaati, millele on monteeritud suure mahuga mälukiip.[6] Selle mõtles 1980ndatel aastatel välja Toshibas töötanud Fujio Masuoka.[7]

Tehnoloogiliselt arenesid välkmälukiibid välja EEPROMi kiibitehnoloogiast, kuid on odavamad ja suurema tihedusega. EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory) on elektriliselt ümberprogrammeeritav püsimälu. Välkmälu erinevus seisneb selles, et kustutamine ja kirjutamine toimub väikeste andmeplokkide kaupa, EEPROMi puhul aga baitide kaupa.[8]

Välkmälu elementideks on ujuva paisuga väljatransistorid. Igas mäluelemendis hoitakse üht või enamat bitti. NAND-loogika kasutamine tähendab, et mälu on laetud siis, kui elemendi väärtus on 0 (ja laadimata väärtuse 1 korral).

Bittide arvust elemendis sõltub välkmälu kategooria:

  • SLC (single level cell) - üks bitt elemendis
  • MLC (multi level cell) - kaks või enam bitti elemendis
  • TLC (triple level cell) - kolm bitti elemendis

Mida vähem bitte elemendis, seda paremad on välkmälu omadused (kiirus, eluiga, tõrketaluvus), kuid samal ajal tähendab see ka kõrgemat hinda. SLC võimaldab ligikaudu 90 000 - 100 000 kirjutuskorda, MLC ligikaudu 8000 - 10 000 ja TLC ainult 3000 - 5000 kirjutuskorda.[9]

Ka kirjutamiskiirus langeb elemendis hoitavate bittide arvu suurenedes märgatavalt, sest kirjutamine toimub välkmälus tavaliselt plokikaupa ja enne andmete ülekirjutamist tuleb tavaliselt terve plokk vahemällu salvestada. SSD seadmetel on välkmälu spetsiifikast tingituna keerukamad kontrollerid kui tavalistel kõvaketastel ja iga mudeli jõudlus sõltub paljuski just kontrolleri võimekusest, mistõttu ei kipu tootjad nende kohta väga palju infot välja jagama.[10]

Massitootoodanguna valminud odavamates SSD seadmetes on tavaliselt TLC välkmälu, samas kui SLC on kasutusel tippklassi mälukaartides ja serverites. MLC jääb omadustelt nende kahe vahele, aga sedagi peetakse pigem tavatarbijale suunatud versiooniks. Ettevõtetele on mõeldud eMLC (enterprise multi level cell), mis on sisuliselt optimeeritud MLC versioon ja võimaldab 20 000 - 30 000 kirjutuskorda.[11]

Kasutusalad

SSD seadmed on hakanud sellel aastakümnel jõudsalt levima, kuna välkmälu kasutamine on nende hinda oluliselt langetanud. Samal ajal on pooljuhtketaste mahutavus kasvanud kordades ja jõudnud tavaliste kõvaketastega pea samale tasemele.[12] Ka uued operatsioonisüsteemid on nüüd optimeeritud SSD kasutamiseks ja pooljuhtketta muu riistvaraga ühendamisel pole enamasti mingeid takistusi. Mureks on välkmälu puhul peetud piiratud kirjutuskordade arvu, mis teoorias lühendab SSD eluiga, kuid tegelikult on see tavakasutajate jaoks siiski piisavalt pikk. Tehnoloogia areneb lihtsalt nii kiiresti, et tarbijad jõuavad enamasti soetada uuema seadme enne, kui vana on end füüsiliselt ammendanud.

Tänaseks päevaks on pooljuhtketastest saanud juba laiatarbekaup, mille puhul on keeruline välja tuua spetsiifilisi kasutusalasid. SSD seadmete populaarsus kasvab kiiresti, sest nad on tavalistest kõvaketastest märgatavalt kiiremad, vaiksemad ja energiasäästlikumad, olgugi et praegu veel pea neli korda kallimad.[13]. Sageli hangitakse pooljuhtketas lauaarvutisse nö süsteemikettaks tavalise kõvaketta kõrvale ja viimane jäetakse alles ainult andmete hoidmiseks. Kõige laialdasemat kasutust leiavad SSD kettad tänu oma väiksematele mõõtmetele süle- ja tahvelarvutites. Levinud on veel ka nn hübriidkettad, mis ühendavad endas mehaanilise ketta mahutavuse ja pooljuhtketta kiiruse: sellistel kõvaketastel täidab SSD komponent sisuliselt vahemälu rolli.[14]

SSD vs. HDD

Pooljuhtkettaid ja magnetkõvakettaid on keeruline võrrelda, sest tavaliste ketaste (HDD) jõudlustestid panevad rõhku oma nõrkuste võrdlemisele (latentsus, otsinguaeg) ja SSD kettad on nende näitajate poolest ülekaalukalt paremad. HDD kasuks räägivad enamasti ainult hind, mahutavus ja paremad krüpteerimisvõimalused.[15][16][17] Samas on ka pooljuhtketastel nõrkusi, mis on tingitud tehnoloogilistest iseärasustest (kirjutamise suhteline aeglus, jõudluse vähenemine aja jooksul, tundlikkus elektrikatkestuste suhtes, andmete turvalise kustutamisega seotud probleemid).[18][19] Samuti sõltuvad SSD näitajad välkmälu tüübist, mida seadmes kasutatakse. Tavatarbijale mõeldud odavamad pooljuhtkettad on ka väiksema jõudlusega. All on välja toodud mõned üldisemad võrdluspunktid pooljuhtketaste ja magnetkõvaketaste vahel.


Omadus Pooljuhtketas (SSD) Magnetkõvaketas (HDD)
Töövalmiduse saavutamise aeg Kohene, sest pole liikuvaid osi. Pöörete üles saamiseks võib kuluda mitu sekundit.
Suvapöördusaeg Umbes 0,1 ms, kuna andmete poole pöördutakse otse välkmälus. Umbes 5–10 ms, kuna on vaja liigutada päid ja oodata kuni andmed liiguvad lugemis-/kirjutamispea all.
Lugemise latentsusaeg Üldiselt madal, sest andmeid saab lugeda otse ükskõik millisest kohast. Üldiselt kõrge, kuna mehhaanilised osad vajavad joondumiseks lisaaega.
Pideva lugemise kiirus Lugemise kiirus ei sõltu sellest, kus info paikneb, kuid jõudlus väheneb aja jooksul märgatavalt. Kui andmed on fragmenteerunud, siis võib info välja lugemine anda erinevaid vastamisaegu.
Defragmentatsioon Puudub vajadus defragmentida, sest sellel on minimaalne efekt. See on isegi vastunäidustatud, sest iga defragmentimisega lühendatakse NAND-välkmälu eluiga (kirjutuskordade arv on piiratud). Defragmentimine on vajalik pärast kestvat töösolekut või info kustutamist ja kirjutamist.
Müratase Pole liikuvaid osi, pole müra. Liikuvad osad (pead, mootor) tekitavad erineval tasemel müra olenevalt mudelist.
Mehaaniline töökindlus Mehaanilise rikke võimalus on väga väike. Kõik liikuvaid osad ütlevad aja jooksul üles.
Vastupidavus välistele teguritele Väga vastupidav välismõjudele, v.a elektrikatkestused. Liikuvad osad ei talu hästi lööke, vibratsiooni, rõhu- ja temperatuurimuutusi ning vajavad "taastumisaega".
Tundlikkus magnetismi suhtes Magnetism ei mõjuta välkmälu kuidagi. Magnetid või magnetimpulsid mõjutavad andmeid kettal.
Kaal ja maht Välkmälu ja trükiplaadi materjal on väga kerge võrreldes tavaliste kõvaketastega. Suurema jõudlusega kettad kasutavad raskemaid komponente, kuid ka võrdlemisi kerged sülearvuti kõvakettad on pooljuhtketastest palju raskemad.
Paralleelsed operatsioonid Kontrolleril võib olla mitu kiipi kirjutamas ja lugemas infot erinevatest kohtadest samal ajal. Kõvakettaseadmetel on mitu pead, kuid need peavad kõik olema joondatud samale silindrile (rajale).
Kirjutuskindlus Välkmälu kasutavate pooljuhtketaste kirjutuskordade arv on piiratud. Piiramatu kirjutuskordade arv.
Piirangud tarkvaralisele krüpteerimisele NAND välkmälu ei saa kohe üle kirjutada, eelnevalt tuleb andmeplokid kustutada. Kui krüpteeritakse juba mälus paiknevat infot, siis "üle kirjutatud" andmed on ikka krüpteerimata ja andmevargale kättesaadavad (riistvaralise krüpteerimise puhul seda probleemi ei esine). Ka ei saa andmeid turvaliselt kustutada neid üle kirjutades ilma kettasse sisse ehitatud eriliste "Secure Erase" protseduurideta. Andmed saab ükskõik millises sektoris lihtsalt üle kirjutada.
Vabade plokkide saadavus ja TRIM Jõudlus sõltub vabade plokkide olemasolust. Varem täis kirjutatud andmeplokid saab uuesti kasutusele võtta TRIM'iga. Vabade blokkide olemasolu ei mõjuta jõudlust, andmed saab üle kirjutada.
Energiatarve Välkmälul põhinevad pooljuhtkettad vajavad 1/3 kuni 1/2 voolust, mida tarbib HDD. DRAM SSD tarbib tavaliselt sama palju voolu kui HDD ja vajavad toidet ka siis, kui ülejäänud süsteem on välja lülitatud. Suure jõudlusega HDD tarbib tavaliselt 12-18 vatti, sülearvutitele mõeldud kettad vaid 2-5 vatti.

Kokkuvõte

SSD seadmed on valdavalt välkmälul põhinevad andmekandjad. Nad on pea igas aspektis tavalistest magnetkõvaketastest üle. Plussideks on parem lugemis- ja kirjutamiskiirus, mis tähendab seda, et arvuti käivitub kiiremini, programmid avanevad kiiremini ning päringutele reageerimine ja failide kopeerimine toimub kiiremini. Samal ajal tarbib pooljuhtketas ka vähem voolu, töötab mürata ja on vastupidavam, sest puuduvad liikuvad osad. Põhiliseks miinuseks on SSD seadmete puhul peetud kordades kõrgemat hinda ja väiksemat mahutavust, kuid aja jooksul on see vahe vähenenud ning SSD kasutamine muutunud üha laialdasemaks. Turule on ilmunud ka palju taskukohasemaid SSD mudeleid, mis on küll nõrgema jõudlusega kui kallimad tippseadmed, kuid tavakasutaja jaoks sellegipoolest piisavalt võimekad.

Kasulikke linke

Autorid

Andres Sumin, A32 (asumin@itcollege.ee)
Täiendanud: Oliver Tiks, AK21 (2015/2016)

Viited

  1. ↑ SSD (Solid State Drive), Vallaste e-teatmik
  2. ↑ "What is a Solid State Drive (SSD)?", About.com - Tech
  3. ↑ "Solid State Drives vs. Hard Drives: Which is Right for You?", Digital Trends
  4. ↑ "Samsung moves into mass production of 3D flash memory", Gizmag
  5. ↑ "RAM SSDs", StorageSearch.com
  6. ↑ flash memory, Vallaste e-teatmik
  7. ↑ "Unsung hero", Forbes
  8. ↑ EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), Vallaste e-teatmik
  9. ↑ "SLC, MLC or TLC NAND for Solid State Drives?", Speed Guide
  10. ↑ "How do SSDs work?", ExtremeTech
  11. ↑ "Everything You Need to Know About SLC, MLC, & TLC NAND Flash", MyDigitalDiscount.com
  12. ↑ "SSD Prices In A Free Fall", Network Computing
  13. ↑ "SSD prices plummet again, close in on HDDs", PCWorld
  14. ↑ "Hybrid Hard Drives Explained: Why You Might Want One Instead of an SSD", How-to Geek
  15. ↑ "HDD vs. SSD", Diffen
  16. ↑ "SSD vs HDD", StorageReview.com
  17. ↑ "SSD vs. HDD: What's the Difference?", PCMag
  18. ↑ "Power Failure Testing with SSDs", Nordeus Blog
  19. ↑ "SSDs: Flash Technology with Risks and Side-Effects", Data Recovery Blog
Retrieved from "https://wiki.itcollege.ee/index.php?title=SSD_kettad&oldid=104962"