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 väiksem pöördusaeg ja latentsusaeg. Kuna HDD ja SSD kasutavad samu liideseid, siis on HDD enamikul juhtudel asendatav SSD-ga.[1]

SSD kõvaketta eelis tavalise ketta ees on oluliselt suurem kiirus, hetkel 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. Kiireimad SSD ketaste kiirus on hetkel 550-600 MB/s lugemisel ja 520 MB/s kirjutamisel. Hinnavahe SLC ja MLC ketaste vahel 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 kasutatakse akusid andmete salvestamiseks pärast voolu lõppu.[1]

Hübriidketas hõlmab HDD ja SSD omadusi ühes seadmes. Kuna SSD kettad on võrdlemisi kallid on paljud tootjad välja toonud hübriidkettad, mis koosnevad 4GB SSD kettast ja 500GB tavalisest kõvakettast, selle eeliseks on see, et kõvaketas paigutab ise tihedamini kasutatavamad failid SSD osasse, et neid oleks kiiremini võimalik 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 seismilisteks andmete kogumiseks.[6] Järgneval aastal arendas StorageTek välja esimese tänapäevase pooljuhtketta tüübi.[7] 1983. aastal avaldatud Sharp PC-5000 kasutas 128 kilobaidiseid pooljuhtsalvesti kasette, mis sisaldasid mullmälu.[8] 1984. aastal oli Tall Grass ettevõttel 40MB-ne magnetlintvarundamisüksus sisseehitatud 20MB-se pooljuhtkettaga. 20 megabaidist SSD üksust oli võimalik kasutada kõvaketta asemel. Septembris 1986, tutvustas Santa Clara Systems BatRam'i 4 megabaidist (MB) massmäluseadet, mida oli võimalik laiendada kuni 20MB-ni kasutades 4MB-seid mälumooduleid. Komplekt sisaldas endas 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 üheksakümnendate 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 nii tootjast, mahust ja andmekiirustest. Praeguseks ajaks on suhteliselt odavaks muutunud USB-välkmälu seadmed, mis on juba enamikel inimestel kodudes olemas. Trend on, et kahe aastase intervalli jooksul vähenevad SSD hinnad poole võrra ja mahutavus suureneb 2 korda. Selle tulemusena on välkmälu põhised SSD-d saanud järjest populaarsemaks sülearvutites, tahvelarvutites ja ultramobiilsetes sülearvutites.

Kasutusalad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuni 2009. aastani olid SSD-d peamiselt kasutuses sellistes valdkondades, kus salvestisüsteemi kiirus pidi olema 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. Organisatsioonid, mis saavad kasu SSD kiirustest on näiteks telekommunikatsioonifirmad, voogvideo teenust pakkuvad firmad ja samuti ka 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.

Välkmälu põhised SSD saab kasutada ka operatsioonisüsteemide paigaldamiseks. Ülekirjutamiskindla välkmälul põhineva kettaga, millel on peal operatsioonisüsteem ja erinevad aplikatsioonid, saab asendada mõõtmetelt suuremaid ja vähem töökindlamaid kettaajameid erinevates arvutites, vähendades sellega samuti kulutusi arvutiriistvarale.

SSD jaoks optimiseeritud 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 kohas erinevad faili osad kettal asuvad. Kuid pidevalt liigutades faile ühest kohast teise, vähendab suuresti SSD eluiga. Page file kasutus peaks samuti olema keelatud, sest pidevad faili uuendused toovad samuti kaasa kettale mitte vajalikku kulumist.

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

Linux[muuda | redigeeri lähteteksti]

Hädavajalikku TRIM funktsiooni toetab Linux alates kerneli versioonist 2.6.33, kuid see lahendus eeldab ka failisüsteemi koostööd. Hetkel 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 sooritus võib olla palju parem kui pärast aastaid kasutamist.[13]

Võrdlus peegeldab iseloomulikke tunnuseid ja ei 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.
Suvapöördumise aeg[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 piiravaks faktoriks, on tulemuseks kiirem käivitus ja applikatsioonide 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 SSDl paikneb. Kui andmed on fragmenteerunud, siis info välja lugemine võib anda erinevaid vastamis-aegu.
Defragmentatsioon Pooljuhtkettad ei saa kasu defragmentatsioonist (fragmentatsiooni eemaldamisest), sest sellel on SSD-dele minimaalne effekt ja iga defragmentatsiooni protsess lisab uusi kirjutamisi NAND välkmälule, millel on niigi piiratud eluiga.[18][19] HDDd vajavad defragmentatsiooni pärast kestvat töösolekut või info kustutamist ja kirjutamist.
Müratase SSD-del ei ole liikuvaid osi ja müra ei tekita 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 trükiplaadi material 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 Mõneded välkmälu kontrolleritel 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 suvapöördumisega mälul) põhinevatel pooljuhtketastel pole kirjutuskordade arvul piiranguid. Magnetandmekandjatel pole limiteeritud arv kirjutuskordi.
Tarkvara krüpteeringu piirangud NAND välkmälu ei saa üle kirjutada, selle asemel tuleb ümber kirjutada eelnevalt kustutatud blokkidesse. Kui tarkvaralise krüpteeringu programm krüpteerib juba SSDl paiknevat infot, siis "üle kirjutatud" andmed on ikka kaitsmata, krüpteerimata ja andmevargale kättesaadav (kettal-põhineval riistvarakrüpteeringu puhul seda probleemi ei esine). Lisaks ei saa andmeid turvaliselt kustutada kirjutades algseid andmeid üle kirjutades ilma kettasse sisse-ehitatud eriliste "Secure Erase" protseduurideta.[26] HDDd saavad andmed otse ükskõik millises sektoris üle kirjutada.
Hind 2010. aasta oktoobri seisuga maksavad NAND Flash SSDd umbes 1,4-2,0 USD üks gigabait(GB). 2010. aasta oktoobri seisuga maksavad 3.5" HDDd umbes 0,1 USD üks GB ja 2.5" HDD kettad 0,2 USD üks GB.
Maht 2010. aasta oktoobri seisuga on pooljuhtkettaid saadaval kuni 2TB suurustes, enamasti siiski 512GB või vähem.

[27]

2010. aasta oktoobri seisuga on HDD tavallised mahud 2-3TB või vähem.
Lugemis- ja kirjutamiskiiruste sümmeetria. Odavamate pooljuhtketaste korral on kirjutamiskiirused oluliselt madalamad kui lugemiskiirused. Tippjõudluse ja kindlate tootjate SSD-del on kirjutamis- ja lugemiskiirus tasakaalus. HDD-del on enamasti sümmeetrilised lugemis- ja kirjutamiskiirused.
Free block availability and TRIM Pooljuhtketaste jõudlust mõjutab kõvasti saada olevate vabade, programmeeritavate blokkide olemasolu. Varemkirjutatud andmeblokid, mis ei ole enam kasutuses on võimalik taaskasutusse võtta TRIM'i poolt; kuid isegi TRIM'iga vähem vabu programmeeritavaid andmeblokke tähendab madalamat jõudlust.[28][29][30] HDDd ei ole mõjutatud vabadest blokkidest või TRIM funktsionaalsuse( puudumise)st.
Energiakasutus Tippjõudluse välkmälul põhinevad pooljuhtkettad kasutavad tavaliselt ainult 1/3 kuni 1/2 voolust, mis kulub HDD-dele; Tippjõudluse DRAM SSDd vajavad tavaliselt sama palju elektrit kui HDDd ja vaajavad voolu ka siis kui ülejäänud süsteem on välja lülitatud..[31][32] Tippjõudluse HDDd vajavad tavaliselt 12-18 vatti; sülearvutitele mõeldud kettad kasutavad tavaliselt 2 vatti.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 "Solid State Storage 101: An introduction to Solid State Storage". SNIA (January 2009).
  2. Rent, Thomas M. (20. märts 2010). "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 (30. juuni 1960).
  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 (23. aprill 2008). "SSD, i-RAM and Traditional Hard Disk drives". X-bit labs.
  17. "Super Talent SSD: 16GB of Solid State Goodness". AnandTech (7. mai 2007).
  18. "Intel High Performance Solid State Drive - Solid State Drive Frequently Asked Questions".
  19. "Windows Defragmenter". microsoft.com (23. aprill 2010).
  20. 20,0 20,1 "SSD vs HDD". SAMSUNG Semiconductor.
  21. "Memoright SSDs: The End of Hard drives?".
  22. Lucas Mearian (27. august 2008). "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 (7. detsember 2008).
  25. "SSDs, Journaling, and noatime/relatime". Thunk.org (1. märts 2009).
  26. "SSDs are hot, but not without security risks". IDG Communications (1. august 2010).
  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 (18. märts 2009).
  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 (13. veebruar 2009).
  31. Schmid, Patrick (7. november 2007). "HyperDrive 4 Redefines Solid State Storage: HyperDrive 4 - The Fastest Hard Disk In The World?". Tom's Hardware.
  32. Prigge, Matt (7. juuni 2010). "An SSD crash course: What you need to know". InfoWorld.

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]