👩‍👧‍👦 ㊗️ 🌦️ Drive Anatomy: SSD 👩🏽‍🔧 🧖🏾 👆🏼

Sekeras batu

Dengan cara yang sama bahwa transistor merevolusi bidang komputer dengan meningkatkan kecepatan switching dan melakukan operasi matematika, penggunaan perangkat semikonduktor sebagai perangkat penyimpanan menghasilkan hasil yang sama.

Langkah pertama ke arah ini diambil oleh Toshiba, yang mengusulkan konsep memori flash pada 1980 . Empat tahun kemudian, ia menciptakan memori NOR, dan pada tahun 1987, memori NAND. Flash drive komersial pertama ( solid state drive , atau SSD) dirilis oleh SunDisk (kemudian dinamai SanDisk) pada tahun 1991.

Kebanyakan orang mulai berkenalan dengan SSD dari apa yang disebut USB stick . Bahkan saat ini, struktur mereka secara keseluruhan menyerupai kebanyakan SSD.

Di sebelah kiri adalah chip memori NAND SanDisk tunggal. Seperti SRAM, ini digunakan dalam cache CPU dan GPU. Itu diisi dengan jutaan "sel" yang dibuat dari transistor gerbang mengambang yang dimodifikasi . Mereka menggunakan tegangan tinggi untuk merekam dan menghapus muatan pada bagian-bagian individual dari transistor. Saat membaca sel, tegangan yang dikurangi diberikan ke bagian tersebut.

Jika sel tidak diisi, maka ketika tegangan rendah diberikan, arus mengalir. Ini membuat sistem memahami bahwa sel memiliki status 0; dalam kasus sebaliknya, ia memiliki status 1 (mis., tidak ada arus yang mengalir saat tegangan diberikan). Berkat ini, membaca dari memori NAND sangat cepat, tetapi menulis dan menghapus data tidak begitu cepat.

Sel memori terbaik disebut sel rekan(sel level tunggal, SLC), hanya memiliki satu jumlah muatan yang dibuat di situs transistor; namun, ada sel memori yang dapat memiliki beberapa level pengisian daya. Secara umum, semua disebut sebagai sel bertingkat ( sel multi-level, MLC) , tetapi akronim industri NAND-MLC memori 4 menunjukkan biaya produksi. Jenis lain memiliki nama yang mirip: memiliki tiga tingkat (tiga tingkat, TLC) dan empat tingkat (empat tingkat, QLC), masing-masing memiliki 8 dan 16 tingkat pengisian daya yang berbeda.

Ini memengaruhi seberapa banyak data yang dapat disimpan di setiap sel:

SLC - 1 level = 1 bit
MLC - 4 level = 2 bit
TLC - 8 level = 3 bit
QLC - 16 level = 4 bit

Dll QLC tampaknya merupakan sel terbaik, bukan? Sayangnya tidak. Arusnya sangat kecil dan peka terhadap kebisingan listrik, oleh karena itu, untuk menentukan tingkat muatan sel yang berbeda, Anda perlu membaca nilainya beberapa kali untuk mengonfirmasinya. Singkatnya, SLC adalah sel tercepat, tetapi menempati ruang paling fisik, dan QLC adalah yang paling lambat, tetapi untuk uang Anda, Anda mendapatkan lebih banyak bit.

Tidak seperti SRAM dan DRAM, ketika daya dimatikan, muatan dalam memori flash disimpan dan kebocorannya sangatlambat. Dalam hal memori sistem, sel dikeluarkan dalam nanodetik, dan karenanya harus terus diperbarui. Sayangnya, penggunaan voltase dan pasokan daya merusak sel, dan karenanya SSD aus seiring berjalannya waktu. Untuk mengatasi hal ini, prosedur rumit digunakan untuk meminimalkan tingkat keausan; mereka biasanya menggunakan sel dengan paling seragam.

Fungsi ini dikendalikan oleh chip kontrol yang ditunjukkan di sebelah kanan. Ini juga melakukan tugas yang sama seperti chip LSI yang digunakan dalam HDD. Namun, drive dengan disk pemintalan memiliki chip terpisah untuk cache DRAM dan firmware Serial Flash, dan kedua pengontrol terintegrasi dalam USB flash drive. Dan karena mereka dirancang untuk menjadi murah, Anda tidak akan mendapatkan banyak fungsionalitas dari mereka.

Tetapi karena kurangnya bagian yang bergerak, kita dapat dengan yakin berharap bahwa kinerja memori flash akan lebih tinggi daripada HDD. Mari kita lihat metrik menggunakan CrystalDiskMark :

Pada awalnya, hasilnya mengecewakan. Kecepatan baca / tulis berurutan dan tulis acak jauh lebih buruk daripada HDD yang diuji; Namun, pembacaan acak jauh lebih baik, dan ini adalah keuntungan yang diberikan flash. Menulis dan menghapus data cukup lambat, tetapi membaca biasanya dilakukan secara instan.

Namun, tes ini memiliki fitur lain yang tak terlihat. Tes memori USB menyediakan konektivitas hanya sesuai dengan standar USB 2.0, yang memiliki kecepatan transfer maksimum hanya 60 MB / s, dan HDD menggunakan port SATA 3.3, yang menyediakan throughput 10 kali lebih banyak. Selain itu, teknologi memori flash yang digunakan cukup sederhana: sel-selnya bertipe TLC dan disusun dalam garis-garis paralel panjang; pengaturan ini disebut flat(planar) atau dua dimensi (2D).

Memori flash yang digunakan dalam SSD modern terbaik adalah dari tipe SLC atau MLC, yaitu, ia bekerja sedikit lebih cepat dan aus sedikit lebih lambat, dan garis-garis ditekuk menjadi dua dan berbaris tegak, membentuk struktur sel vertikal atau tiga dimensi . Mereka juga menggunakan antarmuka SATA 3.0, meskipun mereka semakin menggunakan sistem PCI Express yang lebih cepat melalui antarmuka NVMe.

Mari kita lihat salah satu contohnya: Samsung 850 Pro , yang menggunakan trik ini dengan tata letak vertikal.

Tidak seperti hard disk Seagate 3,5 inci yang berat , SSD ini hanya berukuran 2,5 inci dan jauh lebih tipis dan lebih ringan.

Mari kita buka (terima kasih kepada Samsung karena menggunakan baut Torx murahan yang hampir berantakan ketika dibongkar ...) dan lihat alasannya:

Hampir tidak ada apa-apa di dalamnya!

Tidak ada disk, tidak ada tuas, tidak ada magnet - hanya satu papan sirkuit cetak yang terdiri dari beberapa chip.

Jadi apa yang kita lihat di sini? Chip hitam kecil adalah pengatur tegangan, dan sisanya menjalankan fungsi-fungsi berikut:

Samsung S4LN045X01-8030: Prosesor tri-core berbasis ARM Cortex R4 untuk memproses instruksi, data, koreksi kesalahan, enkripsi dan manajemen keausan
Samsung K4P4G324EQ-FGC2: 512 MB DDR2 SDRAM digunakan untuk cache
Samsung K9PRGY8S7M: setiap chip adalah 64 GB memori flash MLC tipe NAND 32-lapis (total 4 chip, dua terletak di sisi lain board)

Kami memiliki sel memori flash 2-bit, beberapa chip memori, dan banyak cache, yang seharusnya memberikan peningkatan kinerja. Mengapa? Ingatlah bahwa menulis data ke memori flash adalah proses yang agak lambat, tetapi memiliki beberapa chip flash memungkinkan Anda untuk merekam secara paralel. Stik USB tidak memiliki banyak DRAM untuk menyimpan data yang siap direkam, jadi chip terpisah juga akan membantu. Kembali ke CrystalDiskMark ...

Perbaikan itu ternyata sangat besar . Kecepatan membaca dan menulis menjadi lebih tinggi, dan penundaannya jauh lebih sedikit. Apa lagi yang dibutuhkan untuk kebahagiaan? Lebih kecil dan lebih ringan, tidak ada bagian yang bergerak; SSD juga mengonsumsi daya lebih sedikit daripada drive disk mekanis.

Tentu saja, semua kelebihan ini memiliki harga, dan di sini kata "harga" digunakan secara harfiah: apakah Anda ingat bahwa seharga $ 350 Anda dapat membeli HDD 14 TB ? Jika Anda menggunakan SSD, maka untuk jumlah ini Anda hanya dapat membeli 1 atau 2 TB . Jika Anda menginginkan drive dengan level yang sama, sejauh ini hal terbaik yang dapat Anda lakukan adalah menghabiskan $ 4.300 pada satu SSD tingkat perusahaan dengan kapasitas 15,36 TB!

Beberapa produsen dibuatHDD hibrida - hard drive standar dengan sedikit memori flash pada papan sirkuit mereka; digunakan untuk menyimpan data pada disk, yang sering diakses. Di bawah ini adalah papan dari drive hybrid Samsung 1TB (kadang-kadang disebut SSHD ).

Di sudut kanan atas papan adalah chip NAND dan pengontrolnya. Segala sesuatu yang lain hampir sama dengan model Seagate, yang kami periksa di posting sebelumnya.

Kita dapat menggunakan CrystalDiskMark untuk terakhir kalinya untuk melihat apakah ada manfaat nyata dari menggunakan memori flash sebagai cache, tetapi perbandingannya tidak adil, karena disk drive ini berputar pada kecepatan 7200 rpm (dan HDD WD, yang kami digunakan untuk otopsi - dari hanya 5400 rpm):

Performanya sedikit lebih baik, tetapi alasannya mungkin karena peningkatan kecepatan rotasi - semakin cepat disk bergerak di bawah kepala baca / tulis, semakin cepat Anda dapat mentransfer data. Perlu juga dicatat bahwa file yang dihasilkan oleh tes benchmark tidak akan dikenali sebagai aktif dibaca oleh algoritma, yang berarti bahwa pengontrol kemungkinan besar tidak akan dapat menggunakan memori flash dengan benar.

Meskipun demikian, pengujian yang lebih baik menunjukkan peningkatan kinerja HDD dengan SSD terintegrasi. Namun, memori flash yang murah kemungkinan gagal jauh lebih cepat daripada HDD berkualitas tinggi, jadi drive hibrida mungkin tidak layak diperhatikan - industri drive jauh lebih tertarik pada SSD.

Sebelum kita melanjutkan, ada baiknya menyebutkan bahwa memori flash bukan satu-satunya teknologi yang digunakan dalam solid-state drive. Intel dan Micron bersama-sama menciptakan sistem yang disebut 3D XPoint . Alih-alih menulis dan menghapus muatan biaya dalam sel untuk membuat status 0 dan 1, untuk menghasilkan bit dalam sistem ini, sel mengubah hambatan listriknya.

Intel memuji memori baru ini di bawah merek Optane, dan ketika kami mengujinya, kinerjanya luar biasa . Seperti harga sistem, tetapi dalam arti buruk. Drive Optane hanya dengan 1 TB saat ini harganya lebih dari $ 1.200 - empat kali lebih banyak dari SSD dengan ukuran yang sama berdasarkan memori flash.

Drive ketiga dan terakhir, yang akan kita bahas di artikel berikutnya, akan menjadi drive optik.

Drive Anatomy: SSD

Sekeras batu

More articles: