Dyski półprzewodnikowe (dyski SSD ) szybko stają się preferowaną pamięcią masową komputerów dla systemów operacyjnych i aplikacji. Znajdziesz je w najnowszych laptopach, telefonach, tabletach, a nawet konsolach.
Dzięki doskonałej wydajności i trwałości te dyski robią furorę, ale czym właściwie jest dysk SSD?
Jak działają tradycyjne dyski twarde (HDD)
Aby zrozumieć, co wyróżnia dyski SSD, musimy na chwilę cofnąć czas i przyjrzeć się tradycyjnym dyskom twardym (HDD). Do niedawna dysk twardy był standardowym typem dysku, który można było znaleźć w praktycznie wszystkich komputerach.
Wewnątrz dysku twardego znajduje się jeden lub więcej obracających się dysków zwanych „talerzami”. Każdy talerz jest podzielony na ścieżki i sektory. Talerze są zwykle wykonane z aluminium lub szkła i pokryte materiałem magnetycznym.
Powierzchnia talerza zawiera miliardy pojedynczych obszarów, z których każdy reprezentuje pojedynczy bit danych. Obszar może być namagnesowany lub rozmagnesowany, reprezentując jedynkę lub zero.
Gdy wirujące talerze poruszają się z tysiącami obrotów na minutę, maleńkie głowice do odczytu i zapisu przymocowane do wahadłowych ramion unoszą się na włos nad talerzem, odczytując z dysku lub zapisując na nim.
Dyski twarde to niezwykle skomplikowane urządzenia zawierające wiele drobnych, precyzyjnych i delikatnych ruchomych części. To cud współczesności, że działają tak dobrze.
Jak działa dysk półprzewodnikowy (SSD)
Dyski SSD mają więcej wspólnego z urządzeniami półprzewodnikowymi, takimi jak Procesory i pamięć RAM, niż dyski twarde. Zarówno dyski SSD, jak i dyski twarde pełnią funkcję urządzeń pamięci masowej, ale dyski SSD działają w zupełnie inny sposób.
W typowym dysku SSD znajdują się wyłącznie chipy komputerowe. Istnieje układ kontrolny dysku SSD, który zarządza sposobem i miejscem przechowywania danych, ale większość dysku SSD składa się z układów pamięci flash.
Pamięć flash jest pamięcią „nieulotną”. Pamięć ulotna, taka jak RAM, nie trwa po wyłączeniu zasilania — zapisane w niej dane znikają. Natomiast w przypadku pamięci nieulotnej (takiej jak dyski SSD lub dyski USB) dane pozostają nawet po wyłączeniu zasilania. Dlatego pendrive'y USB nazywane są także „dyskami flash”!
Współczesne dyski SSD (oraz większość dysków flash USB i kart pamięci) korzystają z typu pamięci flash zwanej pamięcią flash NAND. Jego nazwa pochodzi od jednego z typów bramek logicznych, które można wykonać w mikrochipie. W pamięci NAND znajdują się „ogniwa”, które mogą utrzymywać różne poziomy ładunku elektrycznego. Mierząc poziom naładowania komórki pamięci, możesz stwierdzić, czy reprezentuje ona jeden, czy zero. Aby zmienić zawartość ogniwa, wystarczy zmienić poziom jego naładowania..
Istnieje wiele różnych odmian technologii w świecie pamięci NAND. Na przykład mogłeś spotkać niektóre dyski SSD firmy Samsung oznaczone jako „V-NAND” lub „pionowe” NAND. Tutaj komórki pamięci są ułożone pionowo, co pozwala na większą pojemność pamięci w tej samej obudowie krzemowej. 3D NAND firmy Intel to mniej więcej ta sama technologia.
Typy dysków SSD i interfejsów
Dyski SSD są dostępne w różnych obudowach i typach pamięci flash NAND. Od tego zależy maksymalna wydajność dysku SSD, a także jego cena.
Typy pamięci Flash
Wszystkie pamięci flash NAND nie są takie same pod względem gęstości danych i wydajności. Z naszej dyskusji powyżej pamiętasz, że dyski SSD przechowują dane w postaci ładunków elektrycznych w komórkach pamięci.
Jeśli komórka przechowuje tylko jeden bit danych, nazywa się ją SLC lub pamięcią komórki jednopoziomowej. Pamięć MLC (komórka wielopoziomowa) i TLC (komórka potrójna) przechowuje odpowiednio dwa i trzy bity danych na komórkę. Pamięć QLC (komórka czteropoziomowa) przenosi do czterech bitów na komórkę.
Im więcej bitów danych możesz przechowywać w jednej komórce, tym tańszy może być Twój dysk SSD lub tym więcej danych możesz upchnąć w tej samej przestrzeni. Brzmi to jak świetny pomysł, ale dzięki sposobowi działania dysków SSD dyski zużywają się szybciej w przypadku korzystania z wielobitowej metody przechowywania. Pamięć SLC to najskuteczniejszy i najtrwalszy typ pamięci NAND o długiej żywotności. Jest jednak również zdecydowanie najdroższy i można go znaleźć tylko w dyskach z najwyższej półki.
W związku z tym większość konsumenckich dysków SSD wykorzystuje technologię MLC lub TLC i stosuje specjalne metody w celu maksymalnego wydłużenia ich żywotności. Kwestię zużycia dysków SSD omówimy nieco w dalszej części tego artykułu, omawiając wady tej technologii.
Formy SSD
Dyski SSD są dostępne w różnych obudowach. „Współczynnik kształtu” to po prostu fizyczny kształt urządzenia i zgodny ze standardem połączenia. Ponieważ dyski SSD zostały początkowo zaprojektowane w celu zastąpienia dysków twardych, pierwsze urządzenia przeznaczone do komputerów stacjonarnych dla konsumentów miały być montowane w miejscach, w których wcześniej znajdowały się dyski twarde.
Tutaj pojawia się projekt 2,5-calowy dysk SSD SATA. Możesz po prostu wyjąć swój obecny 2,5-calowy dysk twardy z laptopa i podłączyć jeden z tych dysków SSD..
Na dysk SSD w tej obudowie nie potrzeba aż tak dużo miejsca, ale miało to sens, ponieważ laptopy i większość nowoczesnych komputerów stacjonarnych mają już 2,5-calowe wnęki na dyski i złącza SATA na swoich płytach głównych. Możesz także kupić adaptery umożliwiające umieszczenie dysku 2,5-calowego we wnęce 3,5-calowej komputera stacjonarnego.
Oprócz zajmowania niepotrzebnego miejsca, te 2,5-calowe dyski zostały ograniczone do 600 MB/s, ponieważ taki jest limit interfejsu SATA 3.
Standard mSATA (mini-SATA) rozwiązuje problem miejsca. mSATA ma fizycznie ten sam kształt, rozmiar i złącze co standard karty PCI Express Mini, ale te dwa typy kart są elektrycznie niekompatybilne.
Standard mSATA został obecnie zastąpiony standardem M.2. Dyski SSD M.2 mogą być dyskiem SATA lub PCIe, w zależności od kombinacji karty i płyty głównej.
Karty M.2 mogą być również dwustronne z komponentami po obu stronach i różnią się długością. Zawsze ważne jest, aby upewnić się, że płyta główna komputera jest kompatybilna z dyskiem SSD M.2, którego chcesz z nim używać!
Dyski SSD NVMe korzystają ze standardu Non-Volatile Memory Express, czyli sposobu, w jaki komputer może uzyskać dostęp do pamięci SSD za pomocą złącza PCIe częściej używanego w przypadku kart graficznych. PCIe ma znacznie większą przepustowość niż SATA, dzięki czemu szybka pamięć SSD może w pełni wykorzystać swój potencjał.
Zalety dysków SSD
Istnieje wiele powodów, dla których dyski SSD szybko stają się standardem w technologii przechowywania danych. Chociaż początkowe problemy przez jakiś czas trzymały je poza głównym nurtem świata komputerów, teraz są w punkcie, w którym możemy je polecić każdemu. Nawet najnowsze konsole do gier wideo korzystają teraz z dysku SSD. Oto najważniejsze mocne strony dysków SSD, które przyczyniły się do ich obecnej popularności.
Dyski SSD są szybkie
Najszybszy mechaniczny dysk twardy na świecie, Seagate Mach.2 Exos 2X14, może osiągnąć stałą szybkość transferu 524 MB/s. To prawie tak szybko, jak dysk SSD SATA 3, ale typowy dysk mechaniczny, który można obecnie znaleźć w komputerach, może osiągnąć prędkość od 100 MB/s do 250 MB/s, jeśli spojrzeć na produkty z najwyższej półki .
Typowe dyski SSD M.2 PCIe, takie jak te stosowane w laptopach średniej klasy, oferują prędkość od 2,5 do 3,5 GB/s. Najnowsze dyski SSD M.2 PCIe zbliżają się do 8 GB/s, co stanowi oszałamiającą ilość danych. Prędkości zapisu sekwencyjnego są zwykle nieco mniejsze niż prędkości odczytu, ale dane przesyłane są z ogromną szybkością w obu kierunkach..
Nie chodzi tu tylko o prędkość transferu. Mechaniczne dyski twarde wymagają czasu na rozkręcenie talerzy i umieszczenie głowic dysków na miejscu. Znalezienie odpowiedniego miejsca na talerzu na żądanie danych nazywa się „czasem wyszukiwania”. W przypadku dysków SSD liczba opóźnień wynosi w rzeczywistości zero.
SSD może natychmiastowo odczytywać dane z dowolnego miejsca w komórkach pamięci, a nawet robić to równolegle. Niezależnie od tego, w jaki sposób go pokroisz, dyski SSD charakteryzują się inną wydajnością niż nawet najlepsze mechaniczne dyski twarde, niezależnie od tego, w jaki sposób je pokroisz.
Podczas wymiany dysku twardego komputera na dysk SSD można uzyskać znacznie krótszy czas uruchamiania i bardzo szybką reakcję systemu. Po prostu dlatego, że Twój procesor nigdy nie musi czekać na dane z dysków. To fantastyczny sposób na nadanie nowego życia staremu systemowi Windows.
Dyski SSD są trwałe
Dyski SSD są mniej więcej tak samo trwałe, jak każdy inny komponent półprzewodnikowy, taki jak procesor czy pamięć RAM, bez ruchomych części. Jeśli nie zniszczy ich przepięcie, powinny działać przez czas nieokreślony lub przynajmniej tak długo, jak komputer będzie dla ciebie użyteczny. Pamięć flash jest również bardzo odporna na uszkodzenia spowodowane uderzeniami, w przeciwieństwie do dysków twardych, które łatwo ulegają zniszczeniu w przypadku upadku, szczególnie podczas obracania się talerzy.
Ta trwałość sprawia, że idealnie nadają się do laptopów i dlatego ultrabooki, takie jak Apple MacBook Air, iMac i inni członkowie rodziny komputerów Mac, mają zintegrowane dyski SSD o wysokiej wydajności.
„Trwałość” w tym przypadku nie odnosi się do zjawiska zużycia dysku SSD, które omawiamy na poniższej liście wad.
Dyski SSD nie ulegają fragmentacji
Fragmentacja danych to prawdziwy problem na dyskach twardych. Dzieje się tak, gdy nowe dane są zapisywane na pierwszym dostępnym miejscu na dysku. Zatem dane danego pliku lub zestawu powiązanych plików mogą być rozproszone po całym fizycznym obszarze talerza dysku.
Niszczy to prędkość odczytu sekwencyjnego i wydłuża czas wyszukiwania, ponieważ głowice napędów latają po całym pliku, aby znaleźć wszystkie części pliku. Dyski SSD ze względu na swój charakter nie ulegają fragmentacji. Nie chodzi o to, że pliki nie są pofragmentowane. Tyle, że to nie ma znaczenia, bo nie ma ruchomych części i nie ma czasu, o którym można by rozmawiać..
Defragmentacja powoduje niepotrzebne zużycie dysku. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat fragmentacji SSD, przeczytaj Czy warto defragmentować dysk SSD?
Dyski SSD są ciche
Dyski twarde są głośne! Buczenie silnika, szum dysku, odgłosy klikania głowic napędów poruszających się tam i z powrotem – to od dziesięcioleci dźwięki tła dla użytkowników komputerów.
Dla dysków SSD w ogóle nie słychać hałasu. Może się to wydawać banalną zaletą, ale hałaśliwe elementy komputera są denerwujące. W niektórych przypadkach użycia, takich jak komputery używane do nagrywania dźwięku, poziomy dźwięku są krytyczne. Istnieją drogie dyski twarde ze specjalnymi mocowaniami i konstrukcjami, które próbują ograniczyć hałas dysku twardego, ale w przypadku dysków SSD problem został całkowicie rozwiązany.
Dlatego możemy teraz mieć komputer taki jak MacBook Air firmy Apple M1, który nie ma wentylatorów ani mechanicznego dysku twardego. Cały komputer jest wykonany w technologii półprzewodnikowej i dlatego nie wydaje żadnego dźwięku!
SSD są małe i energooszczędne
Dyski SSD zajmują znacznie mniej miejsca niż dyski twarde i potrzebują znacznie mniej energii do pracy. Oznacza to, że możemy mieć mniejsze i cieńsze komputery, tablety, smartfony i inne urządzenia elektroniczne wymagające szybkich dysków nieulotnych.
Dyski SSD mogą niemal całkowicie przejść w tryb uśpienia, gdy nie są używane, i w przeciwieństwie do dysków twardych mogą niemal natychmiast przełączyć się w tryb wysokiej wydajności. Ogólnie rzecz biorąc, zużycie energii przez dysk SSD jest szczególnie ważne, aby wydłużyć czas pracy baterii komputerów przenośnych i innych gadżetów, które z nich korzystają. Urządzenia elektromechaniczne potrzebują po prostu więcej energii do działania niż urządzenia półprzewodnikowe.
Dyski SSD mogą zmniejszać rozmiary instalacji
Dyski SSD mogą zmniejszyć rozmiar instalacji niektórych aplikacji, zwłaszcza Gry wideo. Gdy aplikacje polegają na szybkim strumieniowaniu danych do pamięci, programiści mogą powielać informacje w wielu miejscach na talerzu dysku twardego. Skraca to czas wyszukiwania, ponieważ głowice dysków są zawsze blisko kopii potrzebnych danych. To sprytna sztuczka, ale odbywa się kosztem miejsca do przechowywania.
Aplikacje przeznaczone dla dysków SSD wcale nie muszą tego robić. Ponieważ dysk SSD praktycznie nie ma opóźnień i może natychmiast odczytać dane z dowolnego miejsca na dysku, musi znajdować się tylko jedna kopia danych..
Konsole takie jak PlayStation 5 pokazały już, jak bardzo dyski SSD mogą zmniejszyć rozmiary instalacji, zwłaszcza w połączeniu z kompresją, co prowadzi nas do kolejnej korzyści.
Dyski SSD można przyspieszyć
Jeśli uważasz, że dyski SSD są już wystarczająco szybkie, możesz je przyspieszyć, aby uzyskać naprawdę wysoką wydajność. Wszystko dzięki technologii kompresji. Dane są przechowywane na dysku SSD w formie silnie skompresowanej. Gdy wymagane są informacje, są one dekompresowane w czasie rzeczywistym, co skutecznie zwiększa prędkość przesyłania nieprzetworzonych danych na dysku SSD.
Jedynym haczykiem jest to, że do dekompresji potrzebny jest mocny procesor, ale obecnie dyski SSD nie są wyposażone w taki procesor. Okazuje się, że procesory graficzne doskonale radzą sobie z tego typu pracą, więc korzystając z programowych interfejsów API (Application Programmer Interface), takich jak Bezpośrednie przechowywanie i Nvidia RTX IO firmy Microsoft, najnowsze generacje procesorów graficznych mogą przyspieszać nie tylko grafika 3D, ale także wydajność dysku SSD.
Wady dysków SSD
Dyski SSD mają wiele pożądanych cech, ale technologia nie jest doskonała. Niektóre aspekty posiadania dysku SSD nie są tak przyjemne, jak byśmy tego chcieli.
Dyski SSD są droższe
Dyski twarde znacznie obniżyły cenę i zwiększyły ilość danych, które mogą przechowywać, do niesamowitego poziomu gęstości. W rezultacie gigabajt danych na dysku twardym kosztuje znacznie mniej niż nawet najtańsza pamięć flash NAND.
Ceny dysków SSD gwałtownie spadły w ciągu ostatnich kilku lat, ale ludzie na ogół nadal używają stosunkowo małych dysków SSD o pojemności od 256 GB do 512 GB. Dyski SSD są zarezerwowane dla aplikacji i systemów operacyjnych, podczas gdy dyski twarde nadal mają pamięć masową na pliki multimedialne lub aplikacje, które nie korzystają z szybkości dysków SSD.
Dobra wiadomość jest taka, że podobnie jak w przypadku wszystkich technologii półprzewodników, gęstość tranzystorów i procesy produkcyjne prawdopodobnie wykażą tendencję wykładniczą, prowadzącą do niższych kosztów i większej ilości miejsca. Na razie większość budżetów wymaga połączenia pamięci masowej SSD i HDD.
Dyski SSD mogą się zużywać
Chociaż dyski SSD są bardzo trwałe i wytrzymują większe obciążenia niż dyski twarde, a jednocześnie mają dłuższą żywotność, ulegają zużyciu. Zużycie dysku SSD ma miejsce, ponieważ zapis danych w komórkach pamięci jest destrukcyjny. Za każdym razem, gdy bit jest zapisywany w komórce pamięci SSD, traci ona zdolność do utrzymywania ładunku..
Z biegiem czasu powtarzające się zapisy w komórce powodują, że przestaje ona działać. Dyski SSD SLC radzą sobie z najczęściej powtarzanymi zapisami przed usmażeniem danej komórki, ale komórki MLC, TLC i QLC są bardziej podatne na ataki, w tej kolejności. Wczesne dyski SSD dla konsumentów mogą alarmująco wkrótce przestać działać, ale obecnie dyski mają strategie takie jak wyrównywanie zużycia i nadmierna alokacja, aby wydłużyć trwałość zapisu dysku SSD.
Zużycie dysków SSD to złożony temat, dlatego zajrzyj do Wszystko, co musisz wiedzieć o zużyciu dysku SSD, aby uzyskać szczegółową dyskusję.
Dyski SSD mogą szybko gnić
Wszystkie formy przechowywania danych w końcu ulegają gniciu bitów.Dzieje się tak, gdy nośnik danych ulega degradacji tak bardzo, że nie jest już w stanie pomieścić danych w czytelnej formie.
Różne nośniki ulegają gniciu z różnych powodów, ale dyski twarde można przechowywać przez dziesięciolecia bez problemu. Z drugiej strony dyski SSD mogą potencjalnie utracić dane już po kilku latach przechowywania. Dzieje się tak na skutek degradacji warstwy izolacyjnej, która utrzymuje ładunek w każdej komórce pamięci. Jeśli kwota wycieknie, komórka jest pusta i nie zawiera żadnych danych!
Wygląda na to, że gnicie bitów następuje szybciej, jeśli dyski SSD są przechowywane w zbyt gorącym środowisku, ale tak czy inaczej, prawdopodobnie nie są one najlepszym wyborem do przechowywania danych w jakiejś szufladzie.
Odzyskiwanie danych z dysku SSD jest trudne lub niemożliwe
Istnieje wyrafinowany przemysł zbudowany wokół sztuki odzyskiwania danych z mechanicznych dysków twardych. Jeśli masz wystarczająco dużo pieniędzy, możesz nawet odzyskać dane z uszkodzonych dysków, ponieważ specjalista dosłownie odbudowuje dysk z kawałków.
Na bardziej przyziemnym poziomie możesz odzyskać przypadkowo usunięte dane, ponieważ dyski twarde nie usuwają danych fizycznych po ich usunięciu w systemie Windows lub innym systemie operacyjnym. Zamiast tego ten obszar dysku jest po prostu oznaczony do nadpisania. O ile nadpisanie jeszcze nie nastąpiło, możesz je odzyskać za pomocą specjalnego oprogramowania.
Dyski SSD sprawiają, że odzyskanie czegokolwiek w przypadku uszkodzenia dysku lub usunięcia plików jest prawie niemożliwe. Jeśli wystąpi Dysk twardy jest uszkodzony w wyniku udaru elektrycznego, nadal możesz go odbudować, używając nowej elektroniki dysku, ale ponieważ dysk SSD jest całkowicie elektryczny, cała pamięć może zostać zniszczona..
Nie pomaga również to, że dyski SSD mają wyrafinowane kontrolery, które wykonują wiele czynności z fizycznymi systemami operacyjnymi, o których nie mają pojęcia. Na przykład polecenie TRIM używane przez dyski SSD SATA zapobiegawczo usuwa komórki pamięci oznaczone do usunięcia, aby przyspieszyć proces zapisywania nowych danych. Zatem sztuczka polegająca na przywróceniu usunięcia nie zadziała na nich!
Przyszłość należy do rozwiązań półprzewodnikowych
Chociaż dyski SSD nie są doskonałe, reprezentują taki skok w wydajności dysków pamięci masowej, że ich ostateczna dominacja na rynku pamięci masowej wydaje się nieunikniona. Z biegiem czasu spodziewamy się, że ceny nawet dysków SSD SLC spadną, a mniej trwałe typy dysków SSD staną się jeszcze mądrzejsze, jeśli chodzi o ograniczenie zużycia.
Technologia dysków twardych również miała na początku sporo problemów, ale mamy przeczucie, że wszelkie problemy, jakie nadal występują w dyskach SSD, zostaną rozwiązane w rekordowym czasie.
.