Pooljuhtketas

Allikas: Vikipeedia
Disambig gray.svg  See artikkel räägib andmekandjast; ansambli kohta vaata artiklit SSD (ansambel)


SSD – välismälu, mis on pakitud 2,5-tollise kõvakettaajurina
Intel SATA SSD 80 GB
PCI'le kinnituv IO Accelerator SSD

Pooljuhtketas (Solid State Drive ehk SSD) on välismäluandmekandja, mis kasutab püsimälu info hoiustamiseks. SSD-d eristuvad tavalistest kõvaketastest (Hard Disk Drive ehk HDD), mis on elektromehhaanilised seadmed ja koosnevad pöörlevaist laengutega metallketastest ja lugemis-/kirjutamispeast. SSD-d kasutavad selle asemel mikrokiipe, hävimälu ja säilmälu ning ei sisalda mingeid liikuvaid osi. Operatsioonisüsteemile paistab pooljuhtketas tavalise kõvakettana ning selle kasutamiseks pole vaja spetsiaalseid draivereid. HDD-ga võrreldes on SSD vastupidavam füüsilistele löökidele, on vaiksem ja energiasäästlikum. Lisaks on pooljuhtketastel lühem pöördusaeg ja latentsusaeg. Kuna HDD ja SSD kasutavad samu liideseid, on HDD enamasti asendatav SSD-ga.[1]

SSD-kõvaketta eelis tavalise ketta ees on oluliselt suurem kiirus, praegu on uusimad SSD-kettad tavalistest ketastest kuni kümme korda kiiremad. SSD-kõvakettaid jagunevad kahte põhilisse rühma: SLC ja MLC. SLC ehk Single Level Cell on kallim ja kiirem, ning sellel on suurem kirjutuskordade arv ligikaudu ~100 000 korda. SLC-ketta teeb kallimaks 1-bitine kontroller. MLC-ketastes on ühes üksuses neli erinevat olekut, mis võimaldab hoida 2 bitti ühes üksuses ja see teebki need nii palju odavamaks. Kirjutuskordade arv on MLC-ketastel aga väiksem ~10 000 korda. Kiireimate SSD-ketaste kiirus on praegu 550–600 MB/s lugemisel ja 520 MB/s kirjutamisel. SLC- ja MLC-ketaste hinnavahe on kümnekordne.

Alates 2010. aastast kasutab enamik pooljuhtkettaid Nand-tüüpi välkmälu, mis säilitab infot ka ilma pideva elektritoiteta. Hävimälu (muutmälu) kasutavad SSD-d on olemas olukordadeks, kus vajatakse veel kiiremat pöördumist, aga andmete püsivus pärast elektrivoolu katkemist pole oluline või pärast toite lõppemist kasutatakse andmete salvestamise ajaks akutoidet.[1]

Hübriidketas hõlmab HDD ja SSD omadusi ühes seadmes. Kuna SSD-kettad on võrdlemisi kallid, on paljud tootjad toonud turule hübriidkettad, mis koosnevad 4 GB SSD-kettast ja 500 GB tavalisest kõvakettast – selle eeliseks on see, et kõvaketas paigutab ise tihedamini kasutatavamad failid SSD osasse, et neid oleks võimalik kiiremini kätte saada.

Arendus ja ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esimesed SSD-d kasutasid RAM-i ja sarnast tehnoloogiat[muuda | redigeeri lähteteksti]

SSD pärineb 1950. aastate abimälu tehnoloogiatest.[2][3] Odavama trummelmälu käibelevõtuga nende kasutamine lõpetati.[4] Hiljem, 1970. ja 1980. aastatel, kasutati SSD-d pooljuhtmälus IBM-i superarvutite Amdahl ja Cray,[5] kuid tellimusena ehitatavate SSD-de takistavalt kõrge hind muutis nende kasutamise haruldaseks.

1978. aastal tutvustas Texas Memory Systems 16-kilobaidist (kB) muutmälu pooljuhtketast naftafirmadele seismiliste andmete kogumiseks.[6] Järgmisel aastal arendas StorageTek välja esimese tänapäevase pooljuhtketta tüübi.[7] 1983. aastal avaldatud Sharp PC-5000 kasutas 128 kB pooljuhtsalvestikasette, mis sisaldasid mullmälu.[8] 1984. aastal oli Tall Grass ettevõttel 40 MB magnetlintvarundamisüksus sisseehitatud 20 MB pooljuhtkettaga. 20 MB SSD üksust oli võimalik kasutada kõvaketta asemel. Septembris 1986 tutvustas Santa Clara Systems BatRam'i 4 MB massmäluseadet, mida oli võimalik laiendada kuni 20 MB-ni, kasutades 4 MB mälumooduleid. Komplekt sisaldas akut, et säilitada mälukiibi sisu, kui massiiv ei ole vooluvõrgus.[9] 1987. aastal tuli EMC korporatsioon SSD turule ketastega mini-arvutitele. Ometi eemaldus EMC peatselt sellest ärist.[10]

Saadavus[muuda | redigeeri lähteteksti]

SSD on olnud turul sõjaväe ja nišituru jaoks 1990. aastate keskpaigast. SSD-d on viimasel ajal ilmunud nii sülearvutitesse kui ka ultramobiilsetesse sülearvutitesse. SSD-kettad ei ole veel hinna poolest võrreldavad HDD-ga, hind sõltub tootjast, mahust ja andmekiirustest. Praeguseks on suhteliselt odavaks muutunud USB-välkmälu seadmed, mis on juba enamikel inimestel kodudes olemas. Trend on, et iga paari aasta jooksul vähenevad SSD hinnad poole võrra ja mahutavus suureneb kaks korda. Selle tulemusena on välkmälupõhised SSD-d saanud järjest populaarsemaks sülearvutites, tahvelarvutites ja ultramobiilsetes sülearvutites.

Kasutusalad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuni 2009. aastani olid SSD-d peamiselt kasutusel sellistes valdkondades, kus salvestisüsteemi kiirus oli elulise tähtsusega. Kuna välkmälu on saanud SSD tavaliseks komponendiks, on see viinud alla SSD hinnad ja suurendanud nende mahutavust. Selle tõttu on SSD hakanud jõudsalt liikuma ka tavakasutaja käsutusse. SSD kiirusest saavad kasu näiteks telekommunikatsioonifirmad, voogvideoteenust pakkuvad firmad ja börsiettevõtted. Rakendused, mis saaksid andmete kiiremast salvestamisest ja lugemisest kasu, on lõputud. SSD väiksem energiatarve ja suurem töökindlus võrreldes HDD-ga võimaldab ka raha kokku hoida, sest kulub vähem elektrit ja liikuvate osade puudumise tõttu on purunemisoht palju väiksem.

Välkmälupõhist SSD-d saab kasutada ka operatsioonisüsteemide paigaldamiseks. Ülekirjutamiskindla välkmälul põhineva kettaga, millel on operatsioonisüsteem ja rakendustarkvara, saab asendada mõõtmetelt suuremaid ja vähem töökindlaid kettaajameid erinevates arvutites, vähendades sellega samuti kulutusi riistvarale.

SSD jaoks optimeeritud failisüsteemid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Windows[muuda | redigeeri lähteteksti]

Windowsi versioonid enne Windows 7-t on optimeeritud HDD, mitte SDD jaoks. Windows Vista sisaldab ReadyBoost, et kasutada ära välkmälu süsteemi kiirendamiseks, kuid ei sobi SSD jaoks. Mõned Vista operatsioonid, kui neid ei keelata, lühendavad SSD eluiga. Kõvaketta defragmentimine peaks olema keelatud, sest SSD puhul ei ole erilist tähtsust, kus failide osad kettal asuvad. Kuid failide pideval liigutamisel ühest kohast teise lüheneb SSD eluiga oluliselt. Saalefaili (Page file) kasutus peaks samuti olema keelatud, sest ka pidevad failiuuendused kulutavad ketast tarbetult.

Windows 7 on optimeeritud nii SSD kui ka HDD jaoks. Operatsioonisüsteem otsib SSD-ketast ja kui ta selle leiab, opereerib ta sellega teistmoodi kui HDD-ga. Kui SSD leitakse, keelatakse sellised funktsioonid nagu ketta defragmentimine, Superfetch, ReadyBoost. Tänu sellele kestab SDD kauem, kuna ei toimu üleliigseid kirjutamis- ja lugemistsükleid.

Linux[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hädavajalikku TRIM funktsiooni toetab Linux alates kerneli versioonist 2.6.33, kuid see lahendus eeldab ka failisüsteemi koostööd. Praegu on TRIM tugi suures osas olemas ext4 failisüsteemis (-o discard[11]) ja alles arenduses olevas btrfs failisüsteemis[12]. Tavaliselt ei tee installeerimistarkvara automaatselt ära sobilikku partitsiooni lähendamist.

Ühendusliidesed[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ühendusliides ei ole konkreetselt SSD komponent, aga on sellest üks väga oluline osa. Liides on tavaliselt SSD kontrollerisse sisse ehitatud. Kõige rohkem kasutatavad liidesed on järgnevad:

SSD ja HDD võrdlus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Koost lahti võetud magnet-kõvaketta komponendid (vasakul) ja pooljuhtketta komponendid (paremal)

On keeruline võrrelda omavahel SSD-sid ja tavalisi (pöörlevaid) kõvakettaid. Traditsioonilised HDD reeperid (inglise benchmarks) keskenduvad näitajatele, milles nad on nõrgad, näiteks pöörlemise latetentsusajale ja otsinguajale. Kuna SSD-d ei pöörle ega otsi andmeid kettalt üles (HDD mõttes), võivad SSD-d sellistes testides tohutult paremaid tulemusi näidata. See-eest võistlevad pooljuhtkettad kõvaketastega segalugemise ja -kirjutamise osas ning jõudlus võib aja jooksul degradeeruda. SSD testimiseks tuleb võtta (kasutuses olev) täis ketas, kuna uue ja tühja ketta kirjutamise tulemus võib olla palju parem kui pärast mitmeaastast kasutamist.[13]

Võrdlus peegeldab iseloomulikke tunnuseid ega pruugi kindla seadme puhul kehtida.

Omadus Pooljuhtketas (SSD) Magnet-kõvaketas (HDD)
Pöörete üles saamise aeg (ketta töökiiruseni; inglise spin up) Hetkeline (ei kulu aega) Võib võtta mõne sekundi; mitme-kettalises seadmes võib olla vajadus lükata edasi iga ketta spin up'i, et piirata järsku pingetõusu kõikide kettaste üheaegsest elektri võtmisest.
Suvapöördusaeg[14] Umbes 0,1 ms - kordi kiirem kui HDD, sest andmete poole pöördutakse otse välkmälus. Vahemikus 5–10 ms vajaduse tõttu liigutada päid ja oodata kuni andmed liiguvad lugemis-/kirjutamispea all.
Lugemise latentsusaeg[15] Üldiselt madal, sest andmeid saab lugeda otse ükskõik millisest kohast; kasutusaladel, kus kõvaketta andmete otsimine on piirav tegur, on tulemuseks kiirem käivitus ja rakenduste stardiaeg (vaata Amdahl'i seadust).[16] Üldiselt kõrge, kuna mehhaanilised osad vajavad joondumiseks lisa aega.
Pideva lugemise jõudlus[17] Lugemise jõudlus ei muutu vastavalt sellele, kus info SSD-l paikneb. Kui andmed on fragmenteerunud, siis info välja lugemine võib anda erinevaid vastamisaegu.
Defragmentatsioon Pooljuhtkettad ei saa kasu defragmentimisest (fragmentatsiooni eemaldamisest), sest sellel on SSD-le minimaalne efekt ja iga defragmenteerimisega kasutatakse ära NAND-välkmälu kirjutuskordi ja lühendatakse niigi piiratud eluiga.[18][19] HDD-d vajavad defragmentimist pärast kestvat töösolekut või info kustutamist ja kirjutamist.
Müra SSD-del ei ole liikuvaid osi ja müra ei teki HDD-del on liikuvad osad (pead, mootor) ja tekitavad erineval tasemel müra olenevalt mudelist.
Mehhaaniline vastupidavus Liikuvate osade puudumine praktiliselt eemaldab mehhaanilised rikked. HDD-del on mitmeid liikuvaid osi, mis kõik ütlevad aja jooksul üles.
Vastupidavus löökidele, rõhule, vibratsioonile ja äärmuslikele temperatuuridele[16][20][21] Puuduvad lendavad pead või pöörlevad kettad, mis võiks ekstreemsetele oludele alla jääda. Lendavad pead ja pöörlevad kettad on üldiselt selliste äärmuslikele situatsioonidele haavatavad.
Magneetiline tundlikkus Ei mõjuta välkmälu. Magnetid või magnetimpulsid võivad muuta andmeid kettal.
Kaal ja maht[20] Välkmälu ja trükkplaadi materjal on väga kerged võrreldes HDD-dega. Tippjõudlusega HDDd kasutavad raskemaid komponente kui sülearvuti kõvakettad, mis on kerged, kuid mitte samal määral kui pooljuhtkettad.
Paralleelsed operatsioonid Mõnel välkmälu kontrolleril võib olla mitu välkmälu kiipi kirjutamas ja lugemas erinevat infot samal ajal. Kõvaketastel on mitu pead, kuid need peavad kõik ühel samal silindril (rajal) joondatud olema.
Kirjutuskindlus Pooljuhtkettad, mis kasutavad välkmälu, on piiratud arv kordi kirjutatavad.[22][23][24][25] DRAM-il (dünaamilise suvapöördusega mälul) põhinevatel pooljuhtketastel pole kirjutuskordade piiranguid. Magnetandmekandjatel pole limiteeritud arv kirjutuskordi.
Tarkvara krüpteeringu piirangud NAND-välkmälu ei saa üle kirjutada, selle asemel tuleb ümber kirjutada eelnevalt kustutatud plokkidesse. Kui tarkvaralise krüpteeringu programm krüpteerib juba SSD-l paiknevat infot, siis "ülekirjutatud" andmed on ikka kaitsmata, krüpteerimata ja andmevargale kättesaadavad (kettal-põhineval riistvarakrüpteeringu puhul seda probleemi ei esine). Lisaks ei saa andmeid turvaliselt kustutada kirjutades algseid andmeid üle kirjutades ilma kettasse sisseehitatud eriliste "Secure Erase" protseduurideta.[26] HDDd saavad andmed otse ükskõik millises sektoris üle kirjutada.
Hind 2010. aasta oktoobri seisuga maksavad NAND Flash SSD-d umbes 1,4-2,0 USD ühe GB kohta. 2010. aasta oktoobri seisuga maksavad 3.5" HDD-d umbes 0,1 USD üks GB ja 2.5" HDD-kettad 0,2 USD üks GB.
Maht 2010. aasta oktoobri seisuga on saadaval kuni 2 TB pooljuhtkettaid, enamasti siiski 512 GB või vähem.

[27]

2010. aasta oktoobri seisuga on HDD tavalised mahud 2-3 TB või vähem.
Lugemis- ja kirjutamiskiiruste sümmeetria Odavamate pooljuhtketaste korral on kirjutamiskiirused oluliselt väiksemad kui lugemiskiirused. Tippjõudluse ja kindlate tootjate SSD-del on kirjutamis- ja lugemiskiirus tasakaalus. HDD-del on enamasti sümmeetrilised lugemis- ja kirjutamiskiirused.
Vabade plokkide saadavus ja TRIM Pooljuhtketaste jõudlust mõjutab kõvasti saadaolevate vabade, programmeeritavate plokkide olemasolu. Varem kirjutatud andmeplokid, mis ei ole enam kasutuses, on võimalik taaskasutusse võtta TRIM'i poolt; kuid isegi TRIM-iga vähem vabu programmeeritavaid andmeplokke tähendab väiksemat jõudlust.[28][29][30] HDD-d ei ole mõjutatud vabadest plokkidest ega TRIM-i funktsionaalsusest või selle puudumisest.
Energiakasutus Tippjõudluse välkmälul põhinevad pooljuhtkettad kasutavad tavaliselt ainult 1/3 kuni 1/2 toitest, mis kulub HDD-dele; Tippjõudluse DRAM SSD-d vajavad tavaliselt sama palju elektrit kui HDD-d ja vajavad toidet ka siis, kui ülejäänud süsteem on välja lülitatud.[31][32] Tippjõudluse HDD-d vajavad tavaliselt 12–18 W; sülearvutitele mõeldud kettad kasutavad tavaliselt 2 W.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 "Solid State Storage 101: An introduction to Solid State Storage". SNIA. jaanuar 2009. 
  2. Rent, Thomas M. (2010-03-20). "Origin of Solid State Drives". storagereview.com. 
  3. Weber, Helmut (1967-09). "Microprogramming the IBM System/36O Model 30". ?. 
  4. "Auxiliary memory". eb.com. 
  5. "IBM User's Guide, Thirteenth Edition". Web.utk.edu. 1960-06-30. 
  6. "SSD Market History - Charting the 30 Year Rise of the Solid State Disk Market". storagesearch.com. 
  7. Moore, Fred. "Enterprise Storage Report for the 1990s". Storage Technology Corproation. 
  8. Ahl, David H. (1984-01). "The Sharp PC-5000; a desktop computer in a portable package". Creative Computing. 
  9. Waurzyniak, Patrick (1986-09-08). Battery-Powered Mass Storage System Offered. InfoWorld. 
  10. Kerekes, Zsolt. "SSD Market History - Charting the 30 Year Rise of the Solid State Disk Market". storagesearch.com. 
  11. "Linux Kernel Documentation :: filesystems : ext4.txt". 
  12. "Development of the BTRFS linux file system". 
  13. Benchmarking Enterprise SSDs
  14. Markoff, John (2008-12-11). "Computing Without a Whirring Drive". The New York Times. p. B9. "Using a standard Macintosh performance measurement utility called Xbench, the Intel solid-state drive increased the computer’s overall performance by almost half. Disk performance increased fivefold." 
  15. Radding, Alan. "Solid-state storage finds its niche". StorageSearch.com.  Registration required.
  16. 16,0 16,1 Meyev, Aleksey (2008-04-23). "SSD, i-RAM and Traditional Hard Disk drives". X-bit labs. 
  17. "Super Talent SSD: 16GB of Solid State Goodness". AnandTech. 2007-05-07. 
  18. "Intel High Performance Solid State Drive - Solid State Drive Frequently Asked Questions". 
  19. "Windows Defragmenter". microsoft.com. 2010-04-23. 
  20. 20,0 20,1 "SSD vs HDD". SAMSUNG Semiconductor. 
  21. "Memoright SSDs: The End of Hard drives?". 
  22. Lucas Mearian (2008-08-27). "Solid-state disk lackluster for laptops, PCs". "Corporate-grade SSD uses single-level cell (SLC) NAND memory and multiple channels to increase data throughput and wear-leveling software to ensure data is distributed evenly in the drive rather than wearing out one group of cells over another. And, while some consumer-grade SSD is just now beginning to incorporate the latter features (p. 1). It matters whether the SSD drive uses SLC or MLC memory. SLC generally endures up to 100,000 write cycles or writes per cell, while MLC can endure anywhere from 1,000 to 10,000 writes before it begins to fail, [according to Fujitsu's vice president of business development Joel Hagberg] (p. 4)." 
  23. Kerekes, Zsolt. "SSD Myths and Legends - "write endurance"". StorageSearch.com. 
  24. "No SWAP Partition, Journaling Filesystems, …on a SSD?". Robert.penz.name. 2008-12-07. 
  25. "SSDs, Journaling, and noatime/relatime". Thunk.org. 2009-03-01. 
  26. "SSDs are hot, but not without security risks". IDG Communications. 2010-08-01. 
  27. http://www.ocztechnology.com/products/solid-state-drives/pci-express/z-drive-r2/mlc-performance-series/ocz-z-drive-r2-p88-pci-express-ssd.html
  28. "The SSD Anthology: Understanding SSDs and New Drives from OCZ". AnandTech.com. 2009-03-18. 
  29. The SSD Improv: Intel & Indilinx get TRIM, Kingston Brings Intel Down to $115 Anandtech
  30. "Long-term performance analysis of Intel Mainstream SSDs". PC Perspective. 2009-02-13. 
  31. Schmid, Patrick (2007-11-07). "HyperDrive 4 Redefines Solid State Storage: HyperDrive 4 - The Fastest Hard Disk In The World?". Tom's Hardware. 
  32. Prigge, Matt (2010-06-07). "An SSD crash course: What you need to know". InfoWorld. 

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]