SSD kettad

Täiendamisel...

Sissejuhatus

SSD (solid-state drive) ehk pooljuhtketas on mälukiipidel realiseeritud andmesalvestusseade, mis on otstarbelt võrreldav tavalise kõvakettaga (HDD), kuid põhineb teistsugusel tehnoloogial ja pakub viimasest märgatavalt kiiremat andmepöördust. Pooljuhtketaste valmistamisel kasutatakse mitut tüüpi mälukiipe, sealhulgas nii hävimälusid kui ka säilmälusid. Viimastel aastatel kasutatakse pooljuhtketastes valdavalt NAND-tüüpi välkmälu tehnoloogiat. Erinevalt tavapärastest kõvaketastest pole SSD sisuliselt üldse kettaseade, sest sellel puuduvad mehaaniliselt liikuvad osad, kuid ühendusliidesed on samad ja täiendavaid draivereid pole SSD jaoks vaja - operatsioonisüsteem näeb ka pooljuhtketast tavalise kettana. SSD on tänu liikuvate osade puudumisele märksa vastupidavam põrutustele, ei tekita vibratsiooni ning töötab täiesti hääletult. Seejuures on pooljuhtkettad aga tavalistest kõvaketastest veel märksa kallimad (hetkeseisuga umbes neli korda).

Tööpõhimõte

Välkmälu (ehk flash memory) on säilmälu, kus säilivad andmed ka peale seda kui toide on ära kadunud. Välkmälu eelisteks on ka näiteks hea löögikindlus ning suur lugemiskiirus. Tänu nendeke aspektidele kasutatakse vägapalju välkmälu erinevates telefonides, mp3 mängijates, mängukonsoolides, digikaamerates, mälukaartides jne. Välkmälu on tehniliselt üks EEPROMi tüüp. EEPROM on (inglise keeles electrically erasable programmable red-only memory) elektriliselt ümberporgrammeeritav püsimälu. Nende vahe aga seisneb selles, et välkmälu kustutatakse/kirjutatakse väikeste plokkide kaupa, EEPROMis aga suurte plokkide kaupa. Lisaks on välkmälu tänapäeval tunduvalt odavam.

Välkmälu jagatakse kaheks: SLC (single level cell) ja MLC (multi level cell). SLC peamisteks eelisteks on kiirus ja vähene voolutarbimine. Teisalt jälle SLC suudab talletada vähem andmeid cell'i kohta mis teeb MB (megabait) hinna kallimaks. Tänu kiirusele ja vastupidavusele kasutatakse seda tehnoloogiat näiteks kõrg-klassi mälukaartides, lisaks teeb SLC kallimaks ka see, et tal on rohkem kirjutuskordi, täpsemalt ~100 000 korda. MLC eeliseks on see, et ta suudab talletada rohkem bitte cellidele kuna igale cellile on mitu tastet. MLC on tihtipeale eelistatum just tänu hinnale, nimelt MB (megabait)i hind on väiksem kui SLC'l. Lisaks on MLC ketastel kirjutamiskordi tunduvalt vähem kui SLC'l, täpsemalt siis ~10 000 korda. Näiteks veel üheks MLC miinuseks on see, et nad on aeglasemad, tarbivad ka rohkem voolu. Samuti ka hinnavahe on neil kümnekordne.

SSD vs. HDD

SSD ja HDD kõvakettaid on võrdlemisi raske võrrelda. Üks põhjustest on see, et tavaliste ketaste (HDD) jõudlustestid panevad rõhku nõrkuste võrdlemisele, milleks on latentsus-ja otsinguajale. Keeruliseks teeb võrdluse aga see, et SSD ketaste sees pole liikuvaid osi mis tähendab, et SSD kettad on selle koha pealt HDD'dest peajagu üle. Tänu SSD ketaste sega lugemise-kirjutamise tõttu võib nende jõudlus aja jooksul degrareeruda.

Omadus	SSD	HDD
Ketta pöörete üles jõudmise aeg	Kohene	Aega võib kuluda mitu sekundit.
Suvapöördumise aeg	Umbes 0,1 ms. kuna andmete poole pöördutakse otse välkmälust.	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 lisa aega.
Pideva lugemise jõudlus	Lugemise jõudlus ei muutu vastavalt sellele, kus info SSDl paikneb.	Kui andmed on fragmenteerunud, siis info välja lugemine võib anda erinevaid vastamis-aegu.
Defragmentatsioon	Puudub defragmentatsioon, sest sellel on SSD-dele minimaalne effekt. Iga defragmentatsiooni protsess lisab uusi kirjutamisi NAND välkmälule, millel on niigi piiratud eluiga.	HDDd vajavad defragmentatsiooni pärast kestvat töösolekut või info kustutamist ja kirjutamist.
Müratase	Müra puudub.	HDD-del on liikuvad osad(pead, mootor) ja tekitavad erineval tasemel müra olenevalt mudelist.
Mehhaaniline vastupidavus	Liikuvate osade puudumine praktiliselt eemaldab mehhaanilised rikked.	HDD-del on mitmeid liikuvaid osi, mis kõik ütlevad aja jooksul üles.
Vastupidavus löökidele, rõhule, vibratsioonile ja äärmuslikele temperatuuridele	Väga vastupidav.	Lendavad pead ja pöörlevad kettad on üldiselt selliste äärmuslikele situatsioonidele vastuvõtlikud.
Magneetiline tundlikkus	Ei mõjuta välkmälu.	Magnetid või magnetimpulsid mõjutavad andmeid kettal.
Kaal ja maht	Välkmälu ja trükiplaadi materjal on väga kerged võrreldes HDD-dega.	Tippjõudlusega HDDd kasutavad raskemaid komponente kui sülearvuti kõvakettad, mis on kerged, kuid mitte samal määral kui pooljuhtkettad.
Paralleelsed operatsioonid	Mõneded välkmälu kontrolleritel võib olla mitu välkmälu kiipi kirjutamas ja lugemas erinevat infot samal ajal.	Kõvaketastel on mitu pead, kuid need peavad kõik ühel samal silindril (rajal) joondatud olema.
Kirjutuskindlus	Pooljuhtkettad, mis kasutavad välkmälu on piiratud arv kordi kirjutatavad.	Pole limiteeritud arv kirjutuskordi.
Tarkvara enkrüpteeringu piirangud	NAND välkmälu ei saa üle kirjutada, selle asemel tuleb ümber kirjutada eelnevalt kustutatud blokkidesse. Kui tarkvaralise krüpteeringu programm krüpteerib juba SSDl paiknevat infot, siis "üle kirjutatud" andmed on ikka kaitsmata, krüpteerimata ja andmevargale kättesaadav (kettal-põhineval riistvarakrüpteeringu puhul seda probleemi ei esine). Lisaks ei saa andmeid turvaliselt kustutada kirjutades algseid andmeid üle kirjutades ilma kettasse sisse-ehitatud eriliste "Secure Erase" protseduurideta.	HDDd saavad andmed otse ükskõik millises sektoris üle kirjutada.
Free block availability and TRIM	Oleneb plokkidest. Kasutuses mitteolevad andmeplokid võetakse kasutusele TRIM'i poolt.	HDDd ei ole mõjutatud vabadest blokkidest või TRIM funktsionaalsuse( puudumise)st.
Energiakasutus	Tippjõudluse välkmälul põhinevad pooljuhtkettad kasutavad tavaliselt ainult 1/3 kuni 1/2 voolust, mis kulub HDD-dele. Tippjõudluse DRAM SSDd vajavad tavaliselt sama palju elektrit kui HDDd ja vaajavad voolu ka siis kui ülejäänud süsteem on välja lülitatud..	Tippjõudluse HDDd vajavad tavaliselt 12-18 vatti, sülearvutitele mõeldud kettad kasutavad tavaliselt 2 vatti.

Kokkuvõte

SSD kettad on välkmälul põhinevad andmekandjad. Nad on pea igas aspektis tavalistest HDD'dest peajagu üle. Plussideks on parem lugemis/kirjutamiskiirus, programmid avanevad kiiremini, vaiksus, päringutele reageerimine, kiirem failide kopeerimine, vähene energiakasutus, puuduvad liikuvad osad, vastupidavam. Suurimaks miinuseks on aga paraku hind.

Kasutatud kirjandus

http://en.wikipedia.org/wiki/Solid-state_drive
http://compreviews.about.com/od/storage/a/SSD.htm
http://et.wikipedia.org/wiki/K%C3%B5vaketas
http://www.wisegeek.com/what-is-an-ssd.htm http://et.wikipedia.org/wiki/K%C3%B5vaketas
http://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory
http://en.wikipedia.org/wiki/Multi-level_cell
http://en.wikipedia.org/wiki/Single-level_cell#Single-level_cell
http://et.wikipedia.org/wiki/Pooljuhtketas

Autorid

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