Hlavní stránka Hardware Disky /CD /DVD /BR Technologie a zajímavosti z oblasti SSD disků II
Technologie a zajímavosti z oblasti SSD disků II
autor: Tomáš Hort , publikováno 5.1.2012
Technologie a zajímavosti z oblasti SSD disků II

Proč nejsou 60GB SSD uložiště stejně výkonná jako jejich 240GB bratříčci? Co je to package, die, Toggle-Mode NAND, kanál a jak funguje prokládání dat? Jak technologie výroby ovlivňuje životnost a výkon NAND flash čipů? Jaký je výkon přídavných SATA řadičů na základních deskách? I to jsou otázky, na které si odpovíme v druhé části článku o SSD.


Otázka je jasná a obecně bychom ji z pohledu uživatele mohli položit takto: „Proč nemá můj datově menší SSD stejný výkon jako datově větší model, který byl v recenzi?“ Kdo přemýšlel o koupi SSD, asi si této skutečnosti při procházení modelů stejné řady ve specifikacích všiml. Nyní přijde chvíle na vysvětlení toho, proč záleží na tom, kolik je osazeno NAND pamětí (packages) na PCB a kolik je v nich NAND čipů (NAND die).

První informací je, že se to netýká všech SSD. Jsou modely, u kterých je 120GB verze rychlejší než 240GB a také modely, u kterých je 512GB rychlejší než 256GB. Na první pohled to nedává smysl, ale je to tak. Existují totiž různé řadiče a různé NAND flash paměti. Většina informací, které teď napíši, pochází z článků od Ananda z anandtech.com (recenze OCZ Vertex 3) a od Tudora ze serveru lab501.ro (článek o technologiích SSD). Pro dobrou ilustraci použiji i některé Anandovy obrázky, které najdete ve zmíněném článku.

Začněme tedy základním předpokladem, že většina aktuálně používaných řadičů pro běžné uživatelské SSD osm kanálů. Tyto kanály zajišťují přenos dat mezi NAND paměťmi a řadičem.

Technologie a zajímavosti z oblasti SSD disků II
Zdroj: anandtech.com

Každá šipka na obrázku tedy zobrazuje jeden 8-bajtový kanál. Celkově vidíme osm kanálů od řadiče (v tomto případě SandForce SF-2281) do osmi NAND flash pamětí. Ano, je jich pouze osm a v 2,5" SSD od velikosti 128 GB je jich 16. To však nevadí, jeden kanál v takovém případě zvládne i dvě NAND flash paměti. Kanály také reálně vystupují pouze z jedné strany řadiče, což vysvětluje osazení na základní desce v SSD.

Dvě NAND paměti (devices) nemohou přenášet data najednou. Druhá paměť však může být aktivována ve chvíli, kdy první nepracuje nebo když se první zabývá interními procesy. Řadič je v tomto případě tak chytrý a rychlý, že dokáže prokládat příkazy pro přístup na zápis či čtení tak, že v jednom cyklu využije kanál vícekrát. Na vysvětlení tohoto případu použiji opět hezký obrázek od Ananda:

Technologie a zajímavosti z oblasti SSD disků II
Zdroj: anandtech.com

Na něm je ukázán hypotetický případ jednokanálového SSD, připojeného na dva NAND čipy (die), nebo také dvě NAND flash paměti (devices), které mají každá jeden NAND čip (die). Je vidět, že operace čtení trvá pět cyklů. Pokud bychom měli kanál zapojen pouze do žluté NAND flash paměti, byla by rychlost čtení přes jeden 8-bajtový kanál přesně osm bajtů za pět časových jednotek. Po 15 cyklech bychom měli načteno třikrát osm bajtů. Pokud však máme kanál napojen i na modrou NAND paměť, může řadič využít prokládání a přistoupit s požadavkem i na druhý čip (die) a tím využít jeden ze čtyř nevyužitých cyklů. Požadavek na přístup k datům je dokončen s pátým cyklem, a proto bychom měli dle obrázku načteno 5 (poslední modrá není dokončená) krát osm bajtů, dohromady 40 bajtů. To je o 16, tedy o 66 procent více než v předešlém případě. Prokládání je tedy dvojnásobné, označované jako 2-way.

Pokud bychom měli na kanál napojeny ještě dvě NAND paměti nebo čipy (die), mohl by řadič využít tzv. 4-way interleaving, tedy čtyřnásobné prokládání a výsledkem by v daných 15 cyklech bylo načtení 72 bajtů (9 krát 8 bajtů). Vše samozřejmě ještě záleží na řadiči. Ten musí prokládání (interleaving) umět a ještě záleží kolikanásobně to zvládá. U řadiče SandForce SF-2281 je například testováním zjištěno, že nejvyšší výsledek podává při čtyřnásobném prokládání (4-way interleaving). Pokud na jeden jeho kanál zapojíme osm NAND čipů (die), jsou výsledky už o něco nižší než se čtyřmi zapojenými čipy.

Technologie a zajímavosti z oblasti SSD disků II
Zdroj: anandtech.com

Při 25nm výrobním procesu vyrábí výrobci 64Gbit (8GB) NAND čipy (die). U 34nm technologie to byly 32Gbit (4GB) NAND čipy. Stejné je to i u 32nm Toggle NAND flash čipů od Samsungu či Toshiby. Takže pokud chceme vyrobit 128GB SSD s 25nm NAND paměťmi, použijeme 16 NAND flash pamětí, každou s jedním 64Gbit NAND čipem (die) uvnitř. Na základní desce tak bude 16 pouzder (packages). Pokud však chceme vyrobit jeden SSD s 32 nebo 34nm NAND flash čipy, musíme použít buď 8 pamětí se čtyřmi 4GB čipy (die) nebo 16 pamětí se dvěma 4GB čipy.

Pokud budeme chtít 256GB SSD, víme, že 16 NAND flash pamětí je u 2,5" SSD maximum, a proto musíme pořídit paměti, které v sobě budou mít hned dva 64Gbit čipy (die). Jedna paměť na základní desce tak bude mít 128 Gbit (16 GB) => 16 krát 16 = 256. 25nm NAND flash paměti se dodávají v baleních (packages) po 1, 2, 4 a 8 čipech (die), 32 a 34nm mají maximálně čtyři čipy. Se zvyšující se hustotou (tedy počtem čipů v jedné NAND paměti) roste i její cena. Takže neplatí úměra, že čím větší SSD, tím by měl být levnější.

A jaký je tedy závěr? Po pozorném přečtení řádků v této kapitole by už většina měla vědět, proč je rozdíl výkonu mezi jednotlivými modely v jedné sérii. Rozdíl vzniká kvůli prokládání dat, které podporují řadiče SSD. Proto jsou 128GB SSD s 32nm paměťmi (OCZ Vertex 3 Max IOPS, Patriot Wildfire a podobně) rychlejší než 128GB SSD s 25nm paměťmi. Mají totiž o jednom balení (package) hned čtyři paměťové čipy a použito je pouze osm NAND flash pamětí, takže je prokládání u řadiče SandForce využito maximálně. Stejný výkon pak mají až 256GB SSD s 25nm NAND paměťmi, které používají 16 NAND pamětí, každou se dvěma čipy (die), což vychází také čtyři čipy na jeden kanál.



 
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
79 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 37.9Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.