Hlavní stránka Hardware Disky /CD /DVD /BR Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat)
Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat)
autor: Jan Černý , publikováno 17.3.2011
Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat)

Pro velký test SSD uložišť jsme napsali úvodní kapitolu s rozborem současných technologií. Přibyl rozhovor s Marco Biermanem, informace z vývoje, rady, jak se o své SSD starat, rozbor cen, další budoucnost... Zkrátka – než jsme se probrali, stal se z jedné kapitoly samostatný článek. Dnes vám tedy můžeme nabídnout podrobný rozbor SSD.


Od vývoje prvních flash pamětí a tedy i základního stavebního kamene SSD disků uplynulo spoustu let. Počítače byly na trhu již od druhé světové války a bylo potřeba někam ukládat data. Děrné štítky se ukázaly jako nedostatečné, magnetické pásky jako náročné pro skladování (prostředí, které nepoškodí mag. záznam) a pomalé z hlediska vyhledávání. První klasické pevné disky neměly svoji budoucnost vůbec jistou a Toshiba dospěla k závěru, že data by se dala ukládat do elektronických pamětí. První typy na trhu již byly – EPROM. Ty však měly nevýhodu v podobě mazání. Pro smazání dat bylo zapotřebí ultrafialového světla a navíc došlo ke smazání celého obsahu.

Přehled článků o SSD discích:

V roce 1980 předvedl vývojový tým profesora Fujio Masuoki paměť, která tyto nevýhody odstranila – Simultaneously Eraseble EEPROM (zkráceně SE-EEPROM). Dnešní název flash dostala SE-EEPROM až později. Během roku 1984 se konala IEEE konference v San Francisku, kde se sešlo mnoho výrobců, aby představilo různé patenty nebo technologie. Díky na svou dobu vysoké rychlosti mazání dostala snadno zapamatovatelný název flash. Oproti tehdy dostupným pamětem EEPROM (nástupce EPROM, dodnes používané pro ukládání BIOSů) je výhodou podstatně vyšší rychlost a potřeba pouze jednoho tranzistoru pro uložení informace o velikosti jednoho bitu – k tomu posloužilo zapojení tranzistoru odpovídajícímu negovanému součinu (NAND).

Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat)
Profesor Masuoka a jeho první 256kilobitový (256 kb = 32 kB) flash čip představený na konferenci IEEE

Vzhledem k náročnosti na hustotu integrace se na trh dostaly rozměrnější úložná zařízení až koncem 90. let minulého století. Ano, správně, řeč je o flashdiscích. Jejich výrazně složitějším nástupcem posledních let jsou pak SSD disky. Ty se za poslední rok staly doslova fenoménem, byť zájem uživatelů netáhne tolik jako grafické karty nebo procesory a základní desky. Na druhou stranu, každý rozumný uživatel ví, že právě klasické pevné disky jsou největší brzdou počítače. Tak, jako bylo kdysi první Voodoo od 3dfx akcelerátorem herní grafiky, dnes jsou akcelerátorem systému právě SSD disky. Zatímco disky běžné konstrukce mají pomalejší přístupové doby způsobené otáčením ploten (kotouče s magnetickými vlastnostmi) a sektorů uložených do soustředěných kružnic, SSD disky založené na flash, potažmo NAND flash čipech, mají veškerý svůj prostor adresovány do matic. Přístup do libovolného prostoru by měl být tedy teoreticky po celém prostoru stejný.

Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat) Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat)
Data v SSD discích jsou uložena do paměťových flash buněk v podobě náboje. Pokud je na bránu (gate) přivedeno kladné napětí, přitáhne ze substrátu volné elektrony a ty pak zůstanou v plovoucím hradle (floating gate). Při mazání, které se musí provádět před každým zápisem, je na bránu přivedeno záporné napětí, čímž dojde k vytlačení elektronů zpět do substrátu

Reálné vlastnosti k tomu mají sice velice blízko, ale i zde platí fyzikální zákony, způsob realizace a s nimi spojená jistá technologická omezení. První současné generace flash byly schopny uchovávat v jedné buňce pouze jediný bit (logickou úroveň), proto byl jejich název Single Level Cell (SLC). Jak doba pokročila, bylo možné zvýšit počet logických úrovní na 2 nebo 3 bity (MLC = Multi Level Cell, TLC = Tripple Level Cell).

Při zápisu dat do buňky však dochází k opotřebení polovodičů a životnost paměťových buněk se postupně snižuje. Řadič tak musí postupně optimalizovat velikost napětí, aby došlo k jasnému uložení informace. Dalším problémem je, že před zápisem je nutné zajistit, aby byl obsah buňky prázdný – tedy ve stavu logické nuly (operační systém totiž datový prostor pouze označí jako prázdný a dále se o jeho obsah nestará). V neposlední řadě pak nesmíme zapomínat na velikost stránek. Ta ovlivňuje rychlost zápisu malých bloků dat. Byť je v tomto případě během zápisu SSD až 10× rychlejší než klasické disky, výrazně zaostává rychlost takto malých bloků oproti sekvenčním operacím.

Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat) Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat) Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat) Vše, co jste kdy chtěli vědět o SSD (ale báli jste se zeptat)
Blokové schéma jedné NAND flash buňky. Co bylo koncem 80. let náročné na výrobu, je dnes samozřejmostí. V příštích letech se možná dočkáme nahrazení NAND flash za NOR nebo AG-AND. Přínos by měl být v podobě nižší chybovosti při čtení a zápisu. Několik informací naleznete v tomto dokumentu

Každý problém vyžaduje individuální řešení. Pro rovnoměrné opotřebení slouží tzv. wear leveling (rozlišujeme statický a dynamický). Firmware disku postupně buňky střídá a v případě, že mu přijde opotřebená, využije náhradní (over-provisioning/spare area). Této problematice jsem se již obšírně věnoval v prvním díle testu.

Dnes díky bouřlivému vývoji posledních měsíců naleznete spíše jeho doplnění a spoléháme se na to, že čtenáři se s problematikou již obeznámili. O vyplnění datového prostoru nulami se stará garbage collection (disk) anebo příkaz obsažený ve standardu ATA8-ACS trim (operační systém). Ne vždy vše ale funguje bez problémů. Řadiče Samsung kupříkladu neumějí provádět garbage collection v jiném systému souborů než NTFS (proto nejsou vhodné pro použití v počítačích Apple) a řadiče SandForce první generace nejsou zase plně kompatibilní se standardem ATA8-ACS.



 
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
104 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 49.6Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.