Solid-state drive

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
SSD disk velikosti 2,5″.

Solid-state drive (zkratka SSD) je v informačních technologiích typ datového média, které na rozdíl od magnetických pevných disků neobsahuje pohyblivé mechanické části a má mnohem nižší spotřebu elektrické energie.[1] SSD emuluje (napodobuje) rozhraní používané pro pevné disky (typicky SATA), aby je mohl snadno nahradit.

Pro uložení dat je nejčastěji použita nevolatilní flash paměť. SSD disk, který používá volatilní paměť typu SRAM nebo DRAM, je někdy nazýván RAM-drive.

Charakteristika[editovat | editovat zdroj]

SSD disk z 8GB ASUS Eee PC.

SSD disky byly a jsou vyráběny s cílem, že postupně nahradí pevné disky. Používají stejné rozhraní SATA, pro vyšší přenosové rychlosti PCI Express, popřípadě ATA v rozhraní PCMCIA, ExpressCard a podobně (tj. stejný konektor i typ komunikace).

Výhody[editovat | editovat zdroj]

Díky tomu, že SSD nemají mechanické pohyblivé části, vykazují nižší spotřebu, mají nižší čas na alokaci dat (u klasických disků spotřebovaný na přesunutí čtecích/zápisových hlaviček), dosahují vyšších přenosových rychlostí a nevydávají hluk atd. Taktéž jsou znatelně lehčí, což je s nižší spotřebou (typicky 2 Watty při plném provozu a zhruba 1/10 ve standby režimu) předurčuje k použití do notebooků, netbooků, PDA a podobných zařízení, kde spotřeba hraje velkou roli. Kromě toho nejsou tak náchylné na nárazy a otřesy jako mechanické disky.

Rozdíly v času potřebném pro vybavení dat (mikrosekundy v porovnání s milisekundami u pevných disků)[2] a rychlostmi čtení (OCZ Z-DRIVE e84 – 800 MB/s; Fusion-io – 1,5 GB/s)[3][4] jsou proti pevným diskům výrazné, takže se SSD disky používají i pro specifické zvýšení výkonu počítačového systému, ale odpovídá tomu i pořizovací cena, která je  přibližně 10× větší než u běžného HDD (zhruba 20Kč/GB).

Nevýhody[editovat | editovat zdroj]

SSD disky však trpí i mnoha problémy, které jsou dány jejich konstrukcí. Flash paměti mají omezenou životnost maximálním počtem zápisů do stejného místa, který je výrazně nižší, než u klasických pevných disků (udáváno kolem 100 000 zápisů).[5] Podle typu použitých čipů (SLC, MLC) se dosahuje vyšší ceny i životnosti nebo nižší ceny a kratší životnosti. Podle některých zdrojů je životnost SSD disků naopak vyšší, protože i když je počet přepisů jedné buňky relativně malý, rozkládá se u některých SSD zápis automaticky postupně na celou dostupnou paměť.[6]

Operační systémy k SSD obvykle přistupují jako k normálním pevným diskům a tak dochází k degradaci jejich výkonu[7] (například v Microsoft Windows,[8] kde však jistý nárůst výkonu poskytuje implementace příkazu TRIM v systému Windows 7). Také optimalizace zabudované v ovladačích operačního systému, které počítají se sekvenčním zápisem na pevné disky, působí u SSD disků na jejich výkon negativně. Snížení výkonu se projevuje zejména při operacích zápisu, kdy kvůli jednomu zápisu musí proběhnout několik čtení a následně ještě mazání. Jiné operační systémy (například Linux), jsou na tom mnohem lépe, pro tento typ pamětí mají speciální souborové systémy (Log-structured file systems), [9] které mohou tyto nedostatky odstranit, avšak pak je nutné hardwarové emulační rozhraní vypínat. Do budoucna se předpokládá vznik objektově orientovaných souborových systémů, které odstraní problémy s emulační vrstvou. Mezi další nevýhody oproti klasickým pevným diskům lze zařadit zatím znatelně vyšší cenu za GB a celkově nižší kapacity.

Vlastnost nebo charakteristika Solid-state drive Hard disk drive
Rychlost startu Téměř okamžitá; nemá žádné mechanické komponenty k přípravě. Může potřebovat několik milisekund, než přejde z automatického úsporného režimu. Roztočení diskových ploten může trvat několik sekund. Systém s více disky může start jednoho pozdržet, aby omezil spotřebu energie, která je v momentu startu vysoká.
Rychlost náhodného přístupu Běžně pod 100 µs. Jelikož data lze získat z jakéhokoliv místa flash paměti, není většinou čas přístupu problém. Pohybuje se mezi 2,9 (prvotřídní serverové HDD) a 12 ms (notebookové HDD) a to kvůli pohybu hlav a nutnosti počkat, až data budou rotovat pod čtecí hlavou.
Latence čtení Běžně nízká, protože data mohou být čtena z jakéhokoliv místa. Dochází tak k rychlejšímu bootování a startu aplikací (čtěte Amdahlův zákon). Mnohem vyšší než u SSD. Různí se podle pozice uložených dat a čtecí hlavy.
Rychlost přenosu dat SSD technologie umí dosáhnout stabilnějších rychlostí čtení a zápisu, ale při vstupu do více různých bloků se výkon sníží. V spotřebitelských výrobcích se nejvyšší přenosová rychlost pohybuje mezi 100 MB/s a 600 MB/s, podle konkrétního disku. Trh pro podniky nabízí i zařízení s průchodností několika gigabytů za sekundu. Když je hlava na místě, kde čte nebo zapisuje do souvislé stopy, nabízejí podniková zařízení přenosovou rychlost okolo 140 MB/s. V praxi jsou přenosové rychlosti daleko nižší kvůli neustálému hledání, protože soubory jsou čteny z různých míst anebo fragmentovány. Záleží i na rotačních rychlostech ploten, které se pohybují mezi 4 200 a 15 000 otáčkami za minutu.
Rychlost čtení Rychlost čtení se neliší podle toho, kde jsou data na SSD uložena.

SSD technologie, na rozdíl od mechanických HDD, trpí úpadkem rychlosti zvaným write amplification, kdy NAND buňky ukazují znatelný úpadek ve výkonu, který provází SSD disky po celou dobu jejich životnosti. Aby byl tento efekt zmírněn, je implementována technika zvaná wear leveling, ale vzhledem k povaze NAND čipů bude SSD přesto nevyhnutelně degradovat.

Pokud je třeba přístup k různým místům plotny, jako u fragmentovaných souborů, tak se doba odezvy zvyšuje kvůli potřebě najít každý jednotlivý fragment.
Fragmentace Sekvenční čtení SSD disků činí fragmentaci zanedbatelnou. Defragmentace akorát způsobí dalšími zápisy únavu NAND buňek, které mají jen omezenou životnost. Soubory, především veliké, se na HDD při častých zápisech průběžně fragmentují. Pravidelná defragmentace je potřeba pro dosažení optimálních výkonů.
Hluk SSD nemají žádné pohyblivé součásti, takže jsou prakticky nehlučné, ačkoliv se může objevit elektrický hluk z obvodů. HDD mají pohyblivé části (hlavy, plotny, elektromotor) a tvoří tak charakteristické zvuky bzukotu a klapání. Hladiny hluku se různí podle jednotlivých modelů, ale mohou být výrazné (ačkoliv stále bývají nižší než hluk z větráků). HDD v noteboocích bývají relativně tiché.
Regulace teploty SSD běžně nevyžadují žádné zvláštní chlazení a snáší vyšší teploty než HDD. Prvotřídní podniková zařízení ve formě přídavných karet mohou být vybavena pasivním chlazením k lepšímu odvádění tepla. Podle Seagate mohou teploty nad 35 °C snížit životnost disku a teploty nad 55 °C mohou disk nenávratně poškodit. Pokud teploty překračují tyto hodnoty, je třeba použít chlazení větráky. V praxi se většina disků obejde bez zvláštního chlazení.
Náchylnost k okolním prvkům Nemá žádné pohyblivé součásti, takže je velmi odolný vůči šoku a otřesům. Hlavy vznášející se nad rychle otáčejícími se plotnami jsou náchylné k šoku a vibracím.
Instalace a montáž Necitlivý k poloze, vibracím a šoku. Běžně nemá žádné odkryté obvody. Obvody mohou být odkryty a nesmí se dotýkat jakýchkoliv kovových částí. Nejnovější modely pracují dobře ve všech polohách, přesto by se měl disk namontovat tak, aby nebyl vystaven vibracím.
Citlivost k magnetickým polím Magnetické pole má jen malý dopad na flashovou paměť, ale elektromagnetický impuls poškodí veškeré elektrické systémy, především integrované obvody. Magnetické pole může poškodit data, ale magnetické plotny jsou většinou dobře chráněné v kovovém pouzdře.
Váha a velikost SSD, jako každé polovodičové paměťové zařízení namontované na obvodové desce, jsou malé a lehké. Aby SSD sloužily jako jednoduchá náhrada, používají stejné formáty jako pevné disky (3,5 palce, 2,5 palce, 1,8 palce) a váží téměř tolik jako jejich protějšky, a především kvůli jejich pouzdru. HDD mají běžně stejné velikosti jako SSD, ale jsou o něco těžší (typicky váží 700 gramů).
Spolehlivost a životnost SSD nemá pohyblivé části, které by mohly mechanicky selhat. Každý blok flashové paměti má jen omezený počet cyklů, kdy může být vymazán (a přepsán) předtím než selže. Spolehlivost se liší podle výrobce a modelu. U některých dosahuje počet vadných kusů až 40%. Nicméně v roce 2011 měly přední SSD nižší počet vrácených kusů než mechanické pevné disky. Protože obsahuje mechanické součásti, je náchylný k selhání kvůli únavě materiálu, avšak samotné paměťové médium nedegraduje z operací čtení a zápisu.

Podle studia Univerzity Carnegie Mellon je průměrná doba bez poruchy jak u spotřebních, podnikových zařízení 6 let a předpokládaná životnost 9–11 let. Přední SSD předčily pevné disky ve spolehlivosti, přesto riziko náhlé ztráty dat je nižší u mechanických pevných disků.

Cena za kapacitu Dosahuje 0.59 amerických dolarů za GB Okolo 0.05 amerických dolarů za GB pro 3,5 palcové a 0.10 amerických dolarů za GB pro 2,5 palcové disky.
Kapacita paměti V roce 2011 byly dostupné velikosti až do 2 TB, ale verze mezi 64 GB a 256 GB byly běžnější . V roce 2011 byly dostupné disky o kapacitě až 4 TB.
Symetrie rychlosti čtení/zápisu Levnější SSD mají znatelně pomalejší rychlost zápisu než čtení, ale výkonnější modely mají rychlost obou operací vyrovnané.
Dostupnost volných bloků a TRIM Na rychlost zápisu SSD má veliký dopad dostupnost volných programovatelných bloků. Dříve zapsaná data, která už nejsou užívána, může převzít TRIM, ale i přesto se s menším počtem volných bloků snižuje výkon. Pevné disk nejsou volnými bloky ovlivňovány a z TRIMu nemají žádný užitek.
Spotřeba energie Vysoce výkonné SSD založené na paměti flash obecně vyžadují pouhou třetinu až polovinu energie spotřebované pevným diskem. Vysoce výkonné DRAM SSD vyžadují přibližně stejnou hladinu energie jako pevné disky a musí být připojené k napájení i když je zbytek systému vypnutý. Nejúspornější pevné disky (1,8 palců) vystačí s 0,35 watty. 2,5 palcové disky běžně spotřebují mezi 2 a 5 watty. Nejvýkonnější 3,5 palcové disky spotřebují okolo 20 wattů.

TRIM[editovat | editovat zdroj]

Související informace naleznete také v článku TRIM.

Příkaz TRIM umožňuje, aby operační systém informoval SSD disk o tom, které datové bloky jsou volné a nejsou dále využívány. Označují se tak nejtypičtěji datové bloky smazaného souboru (data nejsou nulována, místo je k dispozici pro přepsání jinými daty). Příkaz TRIM slouží k tomu, aby SSD disk mohl správně alokovat rozložení zápisů a docházelo tak k rovnoměrnému opotřebení datových buněk v SSD disku.

Typy buněk[editovat | editovat zdroj]

  • SLC - dražší varianta, buňka obsahuje 1 stav, počet zápisů a rychlosti jsou vyšší než u MLC
  • eMLC - vychází z MLC, ale má vyšší počet zápisů do buňky
  • MLC - levnější varianta, buňka obsahuje 2 stavy, počet zápisů a rychlosti jsou nižší než u SLC
  • TLC - nejlevnější varianta, buňka obsahuje 3 stavy, počet zápisů a rychlosti jsou nižší než u MLC

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. http://pcworld.cz/hardware/tip-zrychlete-si-pocitac-prostrednictvim-ssd-disku-16484 TIP: zrychlete si počítač prostřednictvím SSD disku
  2. [1], HP Solid State Drive for Workstations QuickSpecs
  3. http://pretaktovani.cz/text/fusion-io-iodrive-duo.php
  4. http://www.maximumpc.com/article/news/fusionio_reveals_worlds_fastest_ssd
  5. SSD disky - budoucnost?, Josef Vavřina, 1. října 2009
  6. Lesk a bída polovodičových SSD disků, Novinky.cz, 26. srpna 2008
  7. Proč u SSD disků používáním klesá výkon
  8. Intel SSD možná nejsou až tak super, jak se může zpočátku zdát
  9. AURORA, Valerie. Log-structured file systems: There's one in every SSD [online]. http://lwn.net,+2009-09-18, [cit. 2009-10-03]. Dostupné online. (anglicky) 

Související stránky[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]