🧙🏼 👩‍❤️‍💋‍👨 🐊 ड्राइव एनाटॉमी: एसएसडी 🍮 👨‍🚒 ☯️

पत्थर जितना कठोर

जिस तरह से ट्रांजिस्टर ने स्विचिंग की गति को बढ़ाकर और गणितीय कार्यों को करने के लिए कंप्यूटर क्षेत्र में क्रांति ला दी, उसी तरह के परिणाम के लिए भंडारण उपकरणों के रूप में अर्धचालक उपकरणों का उपयोग किया गया।

इस दिशा में पहला कदम तोशिबा द्वारा लिया गया था, जिसने 1980 में फ्लैश मेमोरी की अवधारणा का प्रस्ताव दिया था । चार साल बाद, उसने NOR मेमोरी बनाई, और 1987 में, NAND मेमोरी। 1991 में सनडिस्क (बाद में नाम बदलकर सैनडिस्क) द्वारा पहला वाणिज्यिक फ्लैश ड्राइव ( सॉलिड स्टेट ड्राइव या एसएसडी) जारी किया गया था।

ज्यादातर लोगों ने तथाकथित यूएसबी स्टिक से एसएसडी के साथ अपने परिचित को शुरू किया । आज भी, एक पूरे के रूप में उनकी संरचना ज्यादातर एसएसडी से मिलती जुलती है।

बाईं ओर एक सिंगल सैनडिस्क नंद मेमोरी चिप है। SRAM की तरह, इसका उपयोग CPU और GPU caches में किया जाता है। यह संशोधित फ्लोटिंग गेट ट्रांजिस्टर से निर्मित लाखों "कोशिकाओं" से भरा है । वे ट्रांजिस्टर के व्यक्तिगत वर्गों में चार्ज को रिकॉर्ड करने और मिटाने के लिए उच्च वोल्टेज का उपयोग करते हैं। सेल पढ़ते समय, एक कम वोल्टेज अनुभाग पर लागू होता है।

यदि सेल को चार्ज नहीं किया जाता है, तो जब कम वोल्टेज लागू किया जाता है, तो प्रवाह होता है। यह सिस्टम को समझता है कि सेल में राज्य 0 है; विपरीत स्थिति में, इसमें राज्य 1 है (यानी, वोल्टेज लागू होने पर कोई प्रवाह नहीं होता है)। इसके लिए धन्यवाद, NAND मेमोरी से पढ़ना बहुत तेज़ है, लेकिन डेटा लिखना और हटाना इतना तेज़ नहीं है।

सबसे अच्छी मेमोरी सेल्स जिसे पीयर सेल्स कहा जाता है(सिंगल लेवल सेल्स, SLC), ट्रांजिस्टर साइट पर केवल एक राशि का चार्ज है; हालाँकि, मेमोरी सेल हैं जो कई चार्ज स्तर रख सकते हैं। सामान्य तौर पर, सभी को बहुस्तरीय कोशिकाओं (बहु-स्तरीय कोशिकाओं, एमएलसी) के रूप में संदर्भित किया जाता है , लेकिन उद्योग नंद-एमएलसी मेमोरी 4 को उत्पादन चार्ज को दर्शाता है। अन्य प्रकारों के समान नाम हैं: तीन-स्तरीय (ट्रिपल लेवल, TLC) और चार-स्तरीय (क्वाड लेवल, QLC) क्रमशः 8 और 16 अलग-अलग चार्ज स्तर हैं।

यह प्रभावित करता है कि प्रत्येक सेल में कितना डेटा संग्रहीत किया जा सकता है:

एसएलसी - 1 स्तर = 1 बिट
एमएलसी - 4 स्तर = 2 बिट्स
टीएलसी - 8 स्तर = 3 बिट्स
QLC - 16 स्तर = 4 बिट्स

आदि। QLC सबसे अच्छा सेल लगता है, है ना? दुर्भाग्य से, यह नहीं है। धाराएं बहुत छोटी और विद्युत शोर के प्रति संवेदनशील होती हैं, इसलिए, सेल के विभिन्न आवेश स्तरों को निर्धारित करने के लिए, आपको इसकी पुष्टि करने के लिए कई बार मूल्य पढ़ने की आवश्यकता होती है। संक्षेप में, SLCs सबसे तेज कोशिकाएं हैं, लेकिन सबसे अधिक भौतिक स्थान पर कब्जा कर लेती हैं, और QLC सबसे धीमी गति से होती हैं, लेकिन आपके पैसे के लिए आपको अधिक बिट्स मिलते हैं।

SRAM और DRAM के विपरीत, जब बिजली बंद हो जाती है, तो फ्लैश मेमोरी में चार्ज बच जाता है और इसका रिसाव बहुत होता हैधीमी गति से। सिस्टम मेमोरी के मामले में, कोशिकाओं को नैनोसेकंड में छुट्टी दे दी जाती है, और इसलिए इसे लगातार अपडेट किया जाना चाहिए। दुर्भाग्य से, वोल्टेज का उपयोग और चार्ज की आपूर्ति कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाती है, और इसलिए एसएसडी समय के साथ खराब हो जाते हैं। इससे निपटने के लिए, पहनने की दर को कम करने के लिए मुश्किल प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है; वे आमतौर पर कोशिकाओं के उपयोग को सबसे अधिक समान बनाते हैं।

यह फ़ंक्शन सही पर दिखाए गए नियंत्रण चिप द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यह HDD में उपयोग की जाने वाली LSI चिप के समान कार्य करता है। हालाँकि, स्पिनिंग डिस्क वाले ड्राइव में DRAM कैश और सीरियल फ्लैश फर्मवेयर के लिए अलग-अलग चिप्स होते हैं, और दोनों कंट्रोलर USB ड्राइव ड्राइव में एकीकृत होते हैं। और चूंकि वे सस्ते होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, इसलिए आपको उनसे बहुत अधिक कार्यक्षमता नहीं मिलनी चाहिए।

लेकिन चलती भागों की कमी के कारण, हम आत्मविश्वास से उम्मीद कर सकते हैं कि फ्लैश मेमोरी का प्रदर्शन एचडीडी की तुलना में अधिक होगा। आइए क्रिस्टलडिस्कमार का उपयोग करके मीट्रिक देखें :

सबसे पहले, परिणाम निराशाजनक हैं। अनुक्रमिक पढ़ने / लिखने और यादृच्छिक लिखने की गति परीक्षण किए गए HDD की तुलना में बहुत खराब है; हालाँकि, यादृच्छिक पढ़ना बहुत बेहतर है, और यह वह लाभ है जो फ़्लैश प्रदान करता है। डेटा लिखना और हटाना काफी धीमा है, लेकिन पढ़ना आमतौर पर तुरंत होता है।

हालांकि, इस परीक्षण में एक और अगोचर विशेषता है। USB मेमोरी टेस्ट केवल USB 2.0 मानक के अनुसार कनेक्टिविटी प्रदान करता है, जिसमें केवल 60 MB / s की अधिकतम स्थानांतरण गति होती है, और HDD SATA 3.3 पोर्ट का उपयोग करता है, जो थ्रूपुट 10 गुना अधिक प्रदान करता है। इसके अलावा, प्रयुक्त फ्लैश मेमोरी तकनीक काफी सरल है: कोशिकाएं टीएलसी प्रकार की होती हैं और लंबी समानांतर धारियों में व्यवस्थित होती हैं; इस व्यवस्था को फ्लैट कहा जाता है(प्लानर) या द्वि-आयामी (2D)।

सर्वश्रेष्ठ आधुनिक SSDs में उपयोग की जाने वाली फ़्लैश मेमोरी SLC या MLC प्रकार की होती है, अर्थात यह थोड़ा तेज़ काम करती है और थोड़ा धीमा पहनती है, और धारियाँ आधी झुककर सीधी खड़ी होती हैं, जिससे एक ऊर्ध्वाधर या तीन आयामी कोशिका संरचना बनती है । वे SATA 3.0 इंटरफ़ेस का भी उपयोग करते हैं, हालांकि वे NVMe इंटरफ़ेस के माध्यम से तेजी से PCI एक्सप्रेस प्रणाली का उपयोग कर रहे हैं ।

आइए एक ऐसे उदाहरण पर एक नज़र डालते हैं: सैमसंग 850 प्रो , जो एक ऊर्ध्वाधर लेआउट के साथ इन चालों का उपयोग करता है।

3.5 इंच के सीगेट ड्राइव के विपरीत , यह एसएसडी आकार में केवल 2.5 इंच है और बहुत पतला और हल्का है।

आइए इसे खोलें (सैमसंग को इस तरह के सस्ते टॉर्क्स बोल्ट का उपयोग करने के लिए धन्यवाद जो लगभग ध्वस्त हो गए ...) और देखें क्यों:

इसमें लगभग कुछ भी नहीं है!

कोई डिस्क, कोई लीवर, कोई मैग्नेट - सिर्फ एक मुद्रित सर्किट बोर्ड जिसमें कई चिप्स होते हैं।

तो हम यहाँ क्या देखते हैं? छोटे काले चिप्स वोल्टेज नियामक हैं, और बाकी निम्न कार्य करते हैं:

सैमसंग S4LN045X01-8030: एआरएम कॉर्टेक्स आर 4-आधारित त्रिकोणीय प्रोसेसर प्रसंस्करण निर्देश, डेटा, त्रुटि सुधार, एन्क्रिप्शन और पहनने के प्रबंधन के लिए
Samsung K4P4G324EQ-FGC2: 512 MB DDR2 SDRAM कैश के लिए उपयोग किया जाता है
सैमसंग K9PRGY8S7M: प्रत्येक चिप 32-लेयर 32-लेयर NAND टाइप MLC फ्लैश मेमोरी (कुल 4 चिप्स, दो बोर्ड के दूसरी तरफ स्थित है) है।

हमारे पास 2-बिट फ्लैश मेमोरी सेल, कई मेमोरी चिप्स और बहुत सारे कैश हैं, जो कि बढ़े हुए प्रदर्शन प्रदान करना चाहिए। क्यों? याद रखें कि फ्लैश मेमोरी में डेटा लिखना एक धीमी प्रक्रिया है, लेकिन कई फ्लैश चिप्स होने से आप समानांतर में रिकॉर्ड कर सकते हैं। एक यूएसबी स्टिक में रिकॉर्डिंग के लिए तैयार डेटा को संग्रहीत करने के लिए बहुत अधिक DRAM नहीं है, इसलिए एक अलग चिप भी मदद करेगा। वापस CrystalDiskMark पर ...

सुधार बहुत बड़ा हो गया । पढ़ने और लिखने दोनों की गति बहुत अधिक हो गई है, और देरी बहुत कम है। सुख के लिए और क्या चाहिए? छोटे और हल्के, कोई चलती भागों नहीं; SSDs मैकेनिकल डिस्क ड्राइव की तुलना में कम बिजली की खपत करते हैं।

बेशक, इन सभी फायदों की एक कीमत है, और यहां "मूल्य" शब्द का उपयोग शाब्दिक रूप से किया जाता है: क्या आपको याद है कि $ 350 के लिए आप 14 टीबी एचडीडी खरीद सकते हैं ? यदि आप एसएसडी लेते हैं, तो इस राशि के लिए आप केवल 1 या 2 टीबी खरीद पाएंगे । यदि आप समान स्तर की ड्राइव चाहते हैं, तो अब तक की सबसे अच्छी चीज जो आप 15.36 टीबी की क्षमता के साथ एक उद्यम स्तर के एसएसडी पर $ 4,300 खर्च कर सकते हैं !

कुछ निर्माताओं ने बनायाहाइब्रिड एचडीडी - उनके सर्किट बोर्डों पर फ्लैश मेमोरी के एक बिट के साथ मानक हार्ड ड्राइव; इसका उपयोग डिस्क पर डेटा स्टोर करने के लिए किया जाता है, जो अक्सर एक्सेस किए जाते हैं। नीचे सैमसंग 1TB हाइब्रिड ड्राइव (जिसे कभी-कभी SSHD भी कहा जाता है ) से एक बोर्ड मिलता है ।

बोर्ड के ऊपरी दाएं कोने में NAND चिप और इसके कंट्रोलर हैं। बाकी सब कुछ सीगेट मॉडल के समान है, जिसे हमने पिछले पोस्ट में जांचा था।

हम क्रिस्टलडिस्कमर का उपयोग आखिरी बार यह देखने के लिए कर सकते हैं कि क्या कैश के रूप में फ्लैश मेमोरी का उपयोग करने से कोई ठोस लाभ होता है, लेकिन तुलना अनुचित होगी, क्योंकि इस ड्राइव के डिस्क 7200 आरपीएम (और एचडीपीई डब्ल्यूडी) की गति से घूमते हैं, जिसे हम शव परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया - सिर्फ 5400 आरपीएम से):

प्रदर्शन थोड़ा बेहतर है, लेकिन इसका कारण संभवतः बढ़ी हुई रोटेशन की गति है - रीड / राइट हेड्स के तहत डिस्क जितनी तेजी से चलती है, उतनी ही तेजी से आप डेटा स्थानांतरित कर सकते हैं। यह भी ध्यान देने योग्य है कि बेंचमार्क टेस्ट द्वारा उत्पन्न फ़ाइलों को एल्गोरिथम द्वारा सक्रिय रूप से पढ़ने के रूप में मान्यता नहीं दी जाएगी, जिसका अर्थ है कि नियंत्रक सबसे अधिक संभावना फ्लैश मेमोरी का सही ढंग से उपयोग नहीं कर पाएगा।

इसके बावजूद, बेहतर परीक्षण ने एक एकीकृत एसएसडी के साथ एचडीडी के प्रदर्शन में सुधार दिखाया । हालांकि, उच्च-गुणवत्ता वाले HDD की तुलना में सस्ते फ्लैश मेमोरी बहुत तेजी से विफल होने की संभावना है, इसलिए हाइब्रिड ड्राइव शायद हमारे ध्यान देने योग्य नहीं हैं - ड्राइव उद्योग SSDs में अधिक रुचि रखता है।

इससे पहले कि हम आगे बढ़ें, यह ध्यान देने योग्य है कि फ्लैश मेमोरी ठोस-राज्य ड्राइव में उपयोग की जाने वाली एकमात्र तकनीक नहीं है। Intel और Micron ने मिलकर 3D XPoint नामक एक प्रणाली का आविष्कार किया । राज्यों में 0 और 1 बनाने के लिए कोशिकाओं में आवेशों के आवेशों को लिखने और मिटाने के बजाय, इस प्रणाली में बिट्स उत्पन्न करने के लिए, कोशिकाएं अपने विद्युत प्रतिरोध को बदल देती हैं।

इंटेल ने ऑप्टेन ब्रांड के तहत इस नई मेमोरी को टाल दिया, और जब हमने इसका परीक्षण किया, तो प्रदर्शन उत्कृष्ट था । सिस्टम की कीमत की तरह, लेकिन एक बुरे अर्थ में। आज सिर्फ 1 टीबी के लिए एक ऑप्टेन ड्राइव की कीमत 1,200 डॉलर से अधिक है - फ्लैश मेमोरी के आधार पर एक ही आकार के एसएसडी से चार गुना अधिक।

तीसरी और अंतिम ड्राइव, जिसे हम अगले लेख में देखेंगे, ऑप्टिकल ड्राइव होगी।

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