Pooljuhtketas

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Pooljuhtketas ehk SSD-ketas (ingl solid state drive) on arvutitehnikas välkmälul põhinev andmesalvesti, millel erinevalt HDD-kõvakettast puuduvad liikuvad osad. SSD väliskuju ja elektrilised ühendused võivad sarnaneda HDD-kettale, kuid võivad ka erineda. Näiteks võib SSD olla teostatud PSIe-laiendkaardina. Ka võib SDD olla HDDga kombineeritud hübriidkettaks SSHD (solid state hybrid drive), kus tihedamini kasutatavad failid paigutatakse kiirema kättesaadavuse huvides SSDsse.

SSD-välismälu 2,5“ kõvakettakorpuses
512 GB SSD koos adapteriga paigaldamiseks 3,5“ HDD asemele
mSATA SSD avatult

Arendusjärgud[muuda | muuda lähteteksti]

  • 1978 – USA firma StorageTek töötas välja esimese pooljuhtsalvesti RAM-mälu baasil
  • 1995 – Iisraeli firma M-Systems esitles esimest välkmälul põhinevat pooljuhtsalvestit
  • 2007 – esimene sülearvuti EEE PC 701 SSD-salvestusmälu 4 GB
  • 2008 – Lõuna-Korea firma Mtron Storage Technology valmistas SSD-ketta mahutavusega 128 GB
  • 2012. aastast hakkas SSD konkureerima HDDga, esmalt tahvel- ja sülearvutites, seejärel ka lauaarvutites, samuti välise SSD-salvestina.

SSD gigabaidi hind on küll aastate kestel kiiresti langenud, kuid jääb ka 2010ndate lõpuaastail siiski kõrgemaks kui kõvaketastel. Hinnavahe kasvab seda enam, mida suurem on salvesti mahutavus, sest SDD-ketta hind kasvab peaaegu võrdeliselt mahutavusega.

SSD mäluelementide tüübid[muuda | muuda lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Välkmälu.

Vastavalt mäluelemendi CMOS-transistoristruktuuride ühendamise loogikale eristatakse NAND- ja NOR-mäluelemente. Pooljuhtketastes on (alates 2008. aastast) kasutusel NAND-Flash-struktuurid, sest need võtavad kiibil palju vähem ruumi, on vastupidavamad ja suurema kirjutuskiirusega, lugemiskiirus on siiski väiksem kui NOR-kiipidel. Välja on töötatud tehnoloogiaid, mis püüavad mõlema tüübi eeliseid ühendada: OneNAND (Samsung), mDOC (Sandisk) ja ORNAND (Spansion).

NAND-Flash-mäluelemente liigitatakse selle järgi, mitme biti salvestamiseks on element ette nähtud:

  • SLC-element (single-level cell) salvestab ühe biti (sest elemendil saab olla ainult kaks laengutaset);
  • MLC-element (multi-level cell) salvestab rohkem kui ühe biti, seni reaalselt kaks bitti (neli laengutaset);
  • TLC-element (triple-level cell) ehk MLC-3 salvestab kolm bitti (kuus laengutaset).

Neist on kõige laiemalt kasutusel kahebitised MLC-elemendid. MLC-kettad on märksa odavamad kui SLC-kettad, kuid vastupidavus (garanteeritud kirjutuskordade arv) ja kirjutuskiirus on väiksemad.

SSD-tehnika iseärasusi[muuda | muuda lähteteksti]

Andmed salvestamisel (kirjutamisel) võetakse üksteisele järgnevad bitid kokku plokkideks (ingl block või page), igaüks näiteks 4 kB suurune. Kui plokis tehakse muudatusi, jäävad ülejäänud andmed kustutamata, küll aga vabastatakse need kirjutamiseks. Iga muudetud baidi pärast tuleb kogu ploki sisu kopeerida reservplokki. Nii lisandub järjest uusi osaliselt täidetud plokke. Et nendest leida kirjutamiseks vabastatud üksusi, tuleb teha palju tarbetuid loe-kustuta-kirjuta-tsükleid, mis aeglustab tööd ja kulutab ketast.

Pöördumise kiirendamiseks ja plokkide vastupidavuse suurendamiseks on kasutusele võetud TRIM-tugi, mis näiteks arvuti operatsioonisüsteemi ATA-liidese kaudu teavitab ketta koosseisu kuuluvat kontrollerit, millised piirkonnad plokis ei kanna kasulikku infot, nii et nende sisu saab eelnevalt kustutada ja niiviisi kiirendada uute andmete kirjutamist.

Arvuti operatsioonisüsteemi ja mäluplokke ühendav pooljuhtketta kontroller hoolitseb ka selle eest, et mäluplokid oleksid enam-vähem ühtlaselt koormatud: kontroller registreerib mäluplokkidesse pöördumisi ja suunab kirjutuskäsud vähemkoormatud plokkidesse.

Selleks, et vabaks jäänud mäluelementidele saaks kirjutada, tuleb selle sisu enne kustuda. Selle lisatoimingu poolest erineb välkmälu kõvaketta magnetmälust, mille vabaks jäänud sektorites saab andmeid kohe üle kirjutada.

Ühendusliidesed[muuda | muuda lähteteksti]

Ühendusliides on tavaliselt SSD-kontrollerisse sisse ehitatud. Populaarseimad liidesed on:

Sama liidesestandardiga pooljuhtketta saab paigaldada samade mõõtmetega kõvaketta asemele.

SSD plussid ja miinused[muuda | muuda lähteteksti]

SSD eelised HDDga võrreldes[muuda | muuda lähteteksti]

  • Liikuvate osade puudumine ja sellest tulenevalt:
    • hea mehaaniline vastupidavus (suur löögi- ja vibratsioonikindlus);
    • müra puudumine.
  • stabiilne lugemiskiirus, mis ei sõltu faili osade paigutusest ega fragmenteeritusest;
  • suurem kirjutus- ja lugemiskiirus, mis võib olla lähedane SATA-liidese läbilaskevõimele;
  • suurem pöörduskiirus, mis võimaldab teha sisend-väljundoperatsioone umbes kümme korda kiiremini kui HDD-kettal, kus iga operatsiooni eel kulub teatud aeg ketta ettepööramiseks;
  • palju väiksem sõltuvus välistest elektromagnetilistest mõjutustest (tugev elektrostaatiline väli võib siiski häiringut põhjustada);
  • väiksemad mõõtmed ja kaal (nt kujuteguri mSATA korral mõõtmed 51×30×3 mm).

SSD puudused[muuda | muuda lähteteksti]

  • NAND-SSD peamine puudus on piiratud kirjutuskordade arv. SSD-ketastes laialt kasutusel olev MLC-mäluelement võimaldab andmeid kirjutada 3000–10 000 korda (garanteeritud ressurss). Kallites, ühebitiste SLC-mäluelementidega salvestites garanteeritakse sada tuhat kuni miljon tsüklit.[1]. Andmete lugemine mäluelementide tööiga ei lühenda.
  • SSD-ketta rikkeid põhjustab sageli viga keeruka ehitusega kontrolleris, mis peab täitma mitmesuguseid andmete paigutamise ja vigade parandamise funktsioone, seda eriti TLC-mäluelementidega salvestites.
  • Tulenevalt sellest, et andmete olekut ja paigutust juhitakse ka TRAM-käsuga, on raske, kui mitte võimatu rikkis kettalt andmeid taastada. Kui viga on ainult kontrolleris, võib see siiski olla võimalik.
  • Kasutuskõlbmatuks muutunud SSD-kettalt on andmeid väga keeruline elektriliselt täielikult eemaldada, nii et jääb ainult füüsilise purustamise võimalus.
Tavalise kõvaketta (HDD) ja pooljuhtketta (SSD) võrdlus (2016. aasta andmed)
HDD Tarbeelektroonika
Flash-SSD
Tööstuselektroonika
Flash-SSD
Mahutavus kuni 14 TB 6,4 TB > 2 TB
Kirjutamiskiirus kuni 160 MB/s kuni 490 MB/s
Lugemiskiirus kuni 230 MB/s kuni 500 MB/s
Kirjutustsüklite arv 10 miljardit (keskmiselt
3 aastat)
1 000 (TLC) / ca 3 000 (MLC)
kuni ca 100 000 (SLC)  elemendi kohta
1–5 miljonit elemendi kohta
Andmed säilivad ... 10 aastat 10 aastat
Andmete täielik kustutamine võimalik ainult osaliselt võimalik
Tõrkeennetussüsteem (S.M.A.R.T.) on osaline on
Vajadus defragmentida on puudub puudub
Pöördusaeg lugemisel/kirjutamisel alates 3,5 ms alates 0,03/0,02 ms
Võimsustarve: jõude/pöördus vähemalt 4/6 W kuni 1,3/6 W
Lubatav temperatuur 5 kuni 55 °C 0 kuni 70 °C −40 kuni 85 °C

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]