SSD disky – 2. díl

V minulém díle jsem si ukázali princip funkce současného pevného disku a řekli jsme si jaké má výhody a nevýhody. Nyní si ukážeme jak pracují SSD disky.

SSD disky jsou narozdíl od magetických medií tvořeny soustavou flash, příp. v některých případech DRAM pamětí. Díky tomu dosahují prakticky nulové hlučnosti, menší spotřeby energie a vyšší rychlosti. Nevýhodou této konstrukce je vysoká cena, nižší životnost a jejich malá kapacita. Odstranění těchto problémů je ale jen otázkou času. Pojďme se podívat na princip činnosti těchto disků.

Flash SSD

Většina běžně dostupných SSD disků využívá nevolatilní NAND flash paměti. Skládají se ze čtyř základních částí:

Struktura paměti NAND flash

  • Řadič – čip, který propojuje NAND paměti s I/O (Input/Output) rozhranním disku. Řadič je řízen firmwarem disku a jedná se o jednu z nejdůležitějších komponent ovlivňujících výkon SSD disku.
  • Cache – flash SSD obsahují podobně jako pevné disky malou DRAM pamět.
  • Energetická záloha – jde o baterii nebo kondenzátor, který zajišťuje uložení dat z cache do flash pamětí v případě výpadku proudu. V některých případech dokáže zásobovat cache energií po celou dobu výpadku proudu.
  • Flash paměti – nevolatilní paměti, jejichž obsah lze programovat nebo mazat pomocí elektrického proudu (EEPROM). Pamět se skládá z řádků a sloupců v jejichž průsečících leží jednotlivé paměťové buňky. Každá tato buňka je tvořena unipolárním tranzistorem.

Výkon SSD lze podstatně zvýšit paralelním spojením více NAND flash paměťových čipů. Tím získáme vyšší rychlost zápisu a nižší latenci.

Podle typu paměťových buněk rozlišujeme SLC a MLC paměti. SLC (Single Level Cell) umožňují zápis jednoho bitu do buňky (0 nebo 1), MLC zvládnou dva bity na jednu buňku, ale jsou pomalejší než SLC.

DRAM SSD

Paměťová buňka DRAM
Paměťová buňka DRAM se skládá z jednoho tranzistoru MOS a jednoho kondenzátoru. K vlastnímu uchování informace slouží kondenzátor, jehož náboj je řízen tranzistorem. Protože se kondenzátor samovolně vybíjí, je nutné pravidelně obnovovat jeho náboj, i když k paměti nepřistupujeme. To má za následek zvýšení spotřeby těchto pamětí.

DRAM SSD jsou primárně určeny pro jiný typ použití než flash SSD. Jejich velkou výhodou je obrovská rychlost, která se blíží rychlosti RAM pamětí. Je to dáno tím, že pro ukládání využívají DRAM paměti, které jsou ovšem narozdíl od flash pamětí volatilní, tzn. po výpadku proudu nedokáží udržet vloženou informaci. Proto jsou vybaveny baterií, příp. napájecím zdrojem a často i záložní nevolatilní pamětí, kam se data po výpadku proudu překopírují. Jejich hlavním využitím je náhrada RAM pamětí, příp. rozšíření velikosti paměti RAM. Např. pro 32-bitové systémy je limit velikosti RAM přibližně 4 GB. S využitím DRAM SSD můžeme tento limit obejít tím, že na tento disk umístíme swap.

Pokud dojde k přerušení napájení, je veškerý obsah pamětí DRAM zkopírován do záložní paměti. Energii pro toto kopírování dodává baterie, příp. vhodný napájecí zdroj.

Výhody SSD

  • Absence pohyblivých částí, díky čemuž se zvyšuje spolehlivost, snižuje se spotřeba i zahřívání a hluk je prakticky nulový
  • Nízká latence
  • Nízká hmotnost i velikost
  • Vyšší hustota zápisu
  • SSD není nutné defragmentovat, protože čtení probíhá paralelně

Nevýhody SSD

  • Vyšší cena těchto disků oproti klasickým magnetickým mediím
  • Menší kapacita – tento problém se pravděpodobně podaří brzy překonat, již jsou k dispozici SSD s kapacitou 1 TB
  • Nižší životnost – tento problém se pravděpodobně taky podaří překonat. Pro domácí použití to ale s životností není nijak špatné, při běžném provozu je odhadovaná životnost více než 6 let.
  • Flash paměti postupně degradují, což snižuje výkon celého SSD

SSD disky jsou zatím poněkud drahou alternativou pevných disků, ale dá se očekávat, že jejich cena se v blízké budoucnosti přiblíží ceně klasických disků a také dojde k odstranění některých jejich nevýhod.

O Zdeněk Moravec

Autor v současné době dokončuje postgraduál v oboru anorganická chemie. Mezi jeho koníčky patří tvorba webových aplikací, programování v jazycích Java, .NET (C#), Perl, elektronika a sport (běh). Hojně využívá sázecí systém LaTeX.