Katı hal sürücüsü - Solid-state drive

Katı hal sürücüsü
Süper Yetenek 2.5 inç SATA SSD SAM64GM25S.jpg
2,5 inç Seri ATA katı hal sürücüsü
flash bellek kullanımı
Tarafından tanıtıldı: SanDisk
Giriş tarihi: 1991 ; 30 yıl önce ( 1991 )
Kapasite: 20 MB (2,5 inç form faktörü)
Orijinal konsept
Tarafından: Depolama Teknolojisi Şirketi
hamile: 1978 ; 43 yıl önce ( 1978 )
Kapasite: 45 MB
2019 itibariyle
Kapasite: 250 GB–100 TB'a kadar 
Harici muhafazalı bir mSATA SSD
512 GB Samsung 960 PRO NVMe M.2 SSD
Yonga seti ve NAND'ı göstermek için etiketi kaldırılmış bir mSATA SSD.

Bir katı hal sürücü ( SSD ) a, katı hal saklama kullanım, cihazın entegre devresi, veri depolamak için derlemeler sürekli tipik olarak kullanarak, flaş bellek ve ettiği saptanmıştır ikincil depolama olarak bilgisayar depolama hiyerarşi . SSD'lerde sabit disk sürücülerinde (HDD'ler) ve disketlerde kullanılan fiziksel dönen diskler ve hareketli okuma-yazma kafaları olmamasına rağmen, bazen katı hal aygıtı veya katı hal diski olarak da adlandırılır .

Elektromekanik sürücülerle karşılaştırıldığında, SSD'ler tipik olarak fiziksel şoka karşı daha dirençlidir, sessiz çalışır ve daha hızlı erişim süresine ve daha düşük gecikme süresine sahiptir . SSD'ler verileri yarı iletken hücrelerde depolar . 2019 itibariyle, hücreler 1 ile 4 bit arasında veri içerebilir . SSD depolama aygıtlarının özellikleri, her hücrede depolanan bit sayısına göre değişir; tek bitli hücreler ("Tek Düzey Hücreler" veya "SLC"), diğerlerine kıyasla genellikle en güvenilir, dayanıklı, hızlı ve pahalı türdür. 2- ve 3-bit hücreler ("Çok Seviyeli Hücreler/MLC" ve "Üç Seviyeli Hücreler/TLC") ve son olarak dört bit hücreler ("QLC"), bu tür aşırı özellikler gerektirmeyen tüketici cihazları için kullanılıyor ve dördünün Gigabayt başına en ucuzu . Ayrıca 3D XPoint bellek ( Intel tarafından Optane markasıyla satılır ), elektrik yüklerini hücrelerde depolamak yerine hücrelerin elektrik direncini değiştirerek verileri depolar ve güç sonrası veri kalıcılığı olduğunda RAM'den yapılan SSD'ler yüksek hız için kullanılabilir. kaybı gerekli değildir veya normal güç kaynağı kullanılamadığında verileri tutmak için pil gücünü kullanabilir. Apple'ın Fusion Drive'ı gibi hibrit sürücüler veya katı hal hibrit sürücüler (SSHD'ler), sık erişilen verilerin performansını artırmak için hem flash bellek hem de HDD kullanarak SSD'lerin ve HDD'lerin özelliklerini aynı birimde birleştirir . Bcache , adanmış normal SSD'ler ve HDD'lerin kombinasyonlarını kullanarak tamamen yazılımda benzer bir etki elde etmeyi sağlar.

NAND Flash tabanlı SSD'ler , uzun süre güç olmadan bırakılırsa zamanla yavaş yavaş şarj sızdırır. Bu, yıpranmış sürücülerin (dayanıklılık derecelerini aşan) depolamada genellikle bir yıl (30 °C'de saklanırsa) ila iki yıl (25 °C'de) arasında veri kaybetmeye başlamasına neden olur; yeni sürücüler için daha uzun sürer. Bu nedenle SSD'ler arşiv depolama için uygun değildir . 3D XPoint bu kuralın olası bir istisnasıdır; bilinmeyen uzun vadeli veri saklama özelliklerine sahip nispeten yeni bir teknolojidir.

SSD'ler, SSD'lerdeki flash belleğin belirli avantajlarından yararlanan geleneksel HDD arabirimlerini ve form faktörlerini veya daha yeni arabirimleri ve form faktörlerini kullanabilir. Geleneksel arabirimler (örn. SATA ve SAS ) ve standart HDD form faktörleri , bu tür SSD'lerin bilgisayarlarda ve diğer cihazlarda HDD'lerin yedek parçaları olarak kullanılmasına izin verir. Gibi daha yeni form faktörleri mSATA , M.2 , u.2 , NF1, XFMEXPRESS ve EDSFF (eski olarak bilinen Cetvel SSD ) ve bu şekilde yüksek hızlı arayüz NVM Express üzerinde (NVMe) PCI Express (PCIe) ayrıca HDD içindeki performansı artırabilir verim.

SSD'lerin yaşam boyu sınırlı sayıda yazma sayısı vardır ve ayrıca tam depolama kapasitelerine ulaştıklarında yavaşlarlar.

Gelişim ve tarih

RAM ve benzer teknolojiyi kullanan erken SSD'ler

Sabit sürücü arabirimiyle (örneğin, tanımlandığı gibi bir SSD) uyumlu ilk yarı iletken depolama aygıtı, ilk değilse bile, 1978 StorageTek STC 4305 idi. Başlangıçta IBM 2305 sabit kafalı disk sürücüsünün fiş uyumlu bir yedeği olan STC 4305 , başlangıçta Kullanılmış charge-coupled devices (CCD) depolama için ve dolayısıyla yedi kat daha hızlı olduğu bildirildi IBM daha sonra geçti yarı hakkında fiyatına (45 MB kapasite için $ 400,000) de ürünün DRAM . StorageTek SSD'den önce, HDD'lere alternatif olarak satılan birçok DRAM ve çekirdek (örn. DATARAM BULK Core, 1976) ürünü vardı, ancak bu ürünler tipik olarak bellek arabirimlerine sahipti ve tanımlandığı gibi SSD değildi.

1980'lerin sonlarında Zitel, diğerlerinin yanı sıra UNIVAC ve Perkin-Elmer tarafından sistemlerde kullanılmak üzere "RAMDisk" ticari adı altında bir DRAM tabanlı SSD ürünleri ailesi sundu.

Flash tabanlı SSD'ler

SSD evrimi
Parametre İle başladı için geliştirildi Gelişme
Kapasite 20 MB (Sandisk, 1991) 100 TB (Enterprise Nimbus Data DC100, 2018)
(2020'den itibaren tüketiciler için 8 TB'a kadar kullanılabilir)
5 milyonda bir
(400.000'de bir)
Sıralı okuma hızı 49,3 MB/sn (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 15 GB/sn (Gigabyte gösterimi, 2019)
(2020'den itibaren tüketiciler için 6.795 GB/sn'ye kadar kullanılabilir)
304,25'te bir (138'de bir)
Sıralı yazma hızı 80 MB/sn (Samsung kurumsal SSD, 2008) 15.200 GB/sn (Gigabyte gösterimi, 2019)
(2020 itibariyle tüketiciler için 4.397 GB/sn'ye kadar kullanılabilir)
190'a bir (55'e bir)
IOPS 79 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 2.500.000 (Enterprise Micron X100, 2019)
(2020 itibariyle tüketiciler için 736.270 okuma IOPS ve 702.210 yazma IOPS'ye kadar)
31,645.56'da bir (Tüketici: IOPS'yi okuyun: 9.319.87'ye bir, IOPS'yi yazın: 8.888.73'e bir)
Erişim süresi (milisaniye, ms olarak) 0,5 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 0.045 okuma, 0.013 yazma (en düşük değerler, WD Black SN850 1TB, 2020) Oku: 11'e bir, Yaz: 38'e bir
Fiyat Gigabayt başına 50.000 ABD Doları (Sandisk, 1991) Gigabayt başına 0,10 ABD Doları (Crucial MX500, Temmuz 2020) 555.555'e bir

Flaş tabanlı SSD, flaş bellek, temeli tarafından icat edilmiştir Fujio Masuoka de Toshiba 1980 ve 1987 yılında Toshiba tarafından ticari SanDisk Corporation'dan (o SanDisk) kurucuları Eli Harari ve Sanjay Mehrotra Robert D. Norman ile birlikte, potansiyel gördü ve 1989'da flash tabanlı bir SSD için patent başvurusunda bulundu. İlk ticari flash tabanlı SSD, 1991'de SanDisk tarafından sevk edildi. PCMCIA konfigürasyonunda 20 MB'lık bir SSD idi ve OEM'i yaklaşık 1.000 $'a sattı ve IBM tarafından bir ThinkPad dizüstü bilgisayarında kullanıldı. 1998'de SanDisk , PATA arayüzlü 2½ ve 3½ form faktörlerinde SSD'leri piyasaya sürdü .

1995 yılında STEC, Inc. tüketici elektronik cihazları için flash bellek işine girdi.

1995'te M-Systems , askeri ve havacılık endüstrilerinin yanı sıra diğer kritik görev uygulamaları için HDD'nin yerine geçen flash tabanlı katı hal sürücülerini tanıttı. Bu uygulamalar, SSD'nin aşırı şok, titreşim ve sıcaklık aralıklarına dayanma kabiliyetini gerektirir.

1999 yılında BiTMICRO, 18 GB 3,5 inç SSD dahil olmak üzere flash tabanlı SSD'ler hakkında bir dizi tanıtım ve duyuru yaptı  . 2007'de Fusion-io , 320 GB'a kadar kapasiteye sahip tek bir kartta saniyede 100.000 giriş/çıkış işlemi (IOPS) performansına sahip PCIe tabanlı bir Katı hal sürücüsünü duyurdu  .

OCZ Technology , Cebit 2009'da PCI Express ×8 arabirimi kullanan 1 TB flash SSD'yi sergiledi  . Saniyede 0,654 gigabayt ( GB/sn ) maksimum yazma hızına ve 0,712 GB/sn maksimum okuma hızına ulaştı . Aralık 2009'da Micron Technology , saniyede 6 gigabit ( Gbit/s ) SATA arabirimi kullanan bir SSD duyurdu  .

2016'da Seagate, 16 şeritli bir PCIe 3.0 SSD'den 10 GB/sn sıralı okuma ve yazma hızlarını ve ayrıca 3,5 inç form faktöründe 60 TB SSD'yi sergiledi. Samsung ayrıca, 2,5 inç form faktörü kullanan, ancak 3,5 inç sürücü kalınlığında bir SAS arabirimi kullanarak 10.000 ABD Doları fiyat etiketiyle 15,36 TB SSD'yi piyasaya sürdü. Bu, ticari olarak satılan bir SSD'nin, şu anda mevcut olan en büyük HDD'den daha fazla kapasiteye sahip olduğu ilk seferdi.

2018'de hem Samsung hem de Toshiba, aynı 2,5 inç form faktörünü kullanan ancak bir SAS arabirimi kullanarak 3,5 inç sürücü kalınlığına sahip 30,72 TB SSD'leri piyasaya sundu. Nimbus Data, SATA arabirimi kullanan 100 TB diskleri duyurdu ve gönderdiğini bildirdi; bu kapasiteye HDD'lerin 2025 yılına kadar ulaşması beklenmiyor. Samsung, 3,5 GB/sn okuma ve 3,3 GB/sn yazma hızlarına sahip bir M.2 NVMe SSD'yi piyasaya sürdü. 100 TB SSD'nin yeni bir sürümü 2020'de 40.000 ABD Doları fiyatla piyasaya sürüldü ve 50 TB sürümü 12.500 ABD Doları'na mal oldu.

2019'da Gigabyte Technology , Computex 2019'da 15,0 GB/sn sıralı okuma ve 15,2 GB/sn sıralı yazma hızlarına sahip 8 TB 16 şeritli PCIe 4.0 SSD'yi sergiledi . Yeni, yüksek hızlı SSD'ler yüksek sıcaklıklarda çalıştığı için bir fan içeriyordu . Ayrıca 2019 yılında PCIe 4.0 arayüzünü kullanan NVMe M.2 SSD'ler piyasaya sürüldü. Bu SSD'ler 5,0 GB/sn'ye kadar okuma hızlarına ve 4,4 GB/sn'ye kadar yazma hızlarına sahiptir. Yüksek hızlı çalışmaları nedeniyle, bu SSD'ler büyük soğutucular kullanır ve yeterli soğutma hava akışı almazlarsa, tam hızda yaklaşık 15 dakikalık sürekli çalışmanın ardından tipik olarak termal olarak kısılır. Samsung ayrıca, SSD'nin daha düşük bir kapasitede de olsa normal şekilde çalışmaya devam etmesini sağlamak için, verileri hasarlı yongalardan hasarsız yongalara taşıyabilen 8 GB/sn sıralı okuma ve yazma hızlarına ve 1,5 milyon IOPS'ye sahip SSD'leri de tanıttı.

Kurumsal flash sürücüler

Intel DC S3700 serisinin 2,5 inç 100 GB SATA 3.0 (6 Gbit/s) modelinin üstten ve alttan görünümü

Kurumsal flash sürücüler ( EFD'ler ), yüksek G/Ç performansı ( IOPS ), güvenilirlik, enerji verimliliği ve daha yakın zamanda tutarlı performans gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır . Çoğu durumda, bir EFD, tipik olarak dizüstü bilgisayarlarda kullanılacak olan SSD'lere kıyasla daha yüksek özelliklere sahip bir SSD'dir. Terim ilk olarak Ocak 2008'de EMC tarafından, bu yüksek standartları karşılayan ürünler sağlayacak SSD üreticilerini belirlemelerine yardımcı olmak için kullanıldı. EFD'lerin tanımını kontrol eden standart organları yoktur, bu nedenle herhangi bir SSD üreticisi, aslında ürün herhangi bir özel gereksinimi karşılamadığında EFD ürettiğini iddia edebilir.

Bir örnek, 2012'nin dördüncü çeyreğinde tanıtılan ve daha önce pek dikkat çekmeyen ancak Intel'in kurumsal pazar için önemli olduğunu iddia ettiği tutarlı performans elde etmeye odaklanan Intel DC S3700 serisi sürücülerdir. Özellikle Intel, sabit bir durumda, S3700 sürücülerinin IOPS'lerini %10-15'ten fazla değiştirmeyeceğini ve 4 KB'lik rastgele G/Ç'lerin %99,9'una 500 µs'den daha kısa sürede hizmet verildiğini iddia ediyor.

Diğer bir örnek, yazma önbelleğe alma, G/Ç hızlandırma ve çevrimiçi işlem işleme (OLTP) gibi yoğun yazma gerektiren uygulamalardan yüksek dayanıklılık gerektiren sunucu ve depolama platformlarında kullanım için optimize edilen ve 2016'da duyurulan Toshiba PX02SS kurumsal SSD serisidir . PX02SS serisi, MLC NAND flash bellek içeren ve 42.000 IOPS'ye kadar rastgele yazma hızları, 130.000 IOPS'ye kadar rastgele okuma hızları ve günde 30 sürücü yazma (DWPD) dayanıklılık derecesine sahip 12 Gbit/s SAS arabirimi kullanır.

3D XPoint tabanlı SSD'ler, NAND flash emsallerinden daha yüksek rastgele (daha yüksek IOPS) ancak daha düşük sıralı okuma/yazma hızlarına sahiptir. 2,5 milyona kadar IOPS'ye sahip olabilirler.

Diğer kalıcı bellek teknolojilerini kullanan sürücüler

2017 yılında Intel'in Optane markası altında 3D XPoint belleğe sahip ilk ürünler piyasaya sürüldü . 3D Xpoint, NAND flash'tan tamamen farklıdır ve verileri farklı ilkeler kullanarak depolar.

Mimari ve işlev

Bir SSD'nin temel bileşenleri, verileri depolamak için denetleyici ve bellektir. Bir SSD'deki birincil bellek bileşeni geleneksel olarak DRAM geçici belleğiydi , ancak 2009'dan beri daha yaygın olarak NAND flash kalıcı bellektir .

Denetleyici

Her SSD , NAND bellek bileşenlerini ana bilgisayara bağlayan elektronik aksamları içeren bir denetleyici içerir . Denetleyici, sabit yazılım düzeyinde kod yürüten yerleşik bir işlemcidir ve SSD performansının en önemli faktörlerinden biridir. Kontrolör tarafından gerçekleştirilen işlevlerden bazıları şunlardır:

Bir SSD'nin performansı, cihazda kullanılan paralel NAND flash yongalarının sayısı ile ölçeklenebilir. Tek bir NAND yongası, dar (8/16 bit) asenkron G/Ç arabirimi ve temel G/Ç işlemlerinde ek yüksek gecikme süresi (SLC NAND için tipiktir, 4 KiB sayfasını almak için  ~25  μs ) nedeniyle nispeten yavaştır . diziden G/Ç arabelleğine okuma, ~250 μs yazma sırasında G/Ç arabelleğinden diziye 4 KiB sayfa işlemek için, 256 KiB bloğu silmek için ~2 ms). Birden fazla NAND cihazı bir SSD içinde paralel olarak çalıştığında, yeterli sayıda bekleyen işlem olduğu ve yük cihazlar arasında eşit olarak dağıtıldığı sürece bant genişliği ölçeklenir ve yüksek gecikmeler gizlenebilir.

Micron ve Intel, veri şeritlemeyi ( RAID 0'a benzer) uygulayarak ve mimarilerine serpiştirme uygulayarak başlangıçta daha hızlı SSD'ler yaptılar . Bu, 2009'da SATA 3 Gbit/s arayüzü ile 250 MB/sn etkin okuma/yazma hızlarına sahip SSD'lerin oluşturulmasını sağladı. İki yıl sonra SandForce, bu paralel flaş bağlantısını güçlendirmeye devam ederek tüketici sınıfı SATA 6 Gbit/s SSD'yi piyasaya sürdü. 500 MB/s okuma/yazma hızlarını destekleyen kontrolörler. SandForce kontrolörleri, verileri flash belleğe göndermeden önce sıkıştırır. Bu işlem, verilerin sıkıştırılabilirliğine bağlı olarak daha az yazma ve daha yüksek mantıksal verim ile sonuçlanabilir.

Aşınma tesviye

Belirli bir blok, diğer bloklara yazılmadan tekrar tekrar programlanır ve silinirse, o blok diğer tüm bloklardan önce yıpranır ve böylece SSD'nin ömrü zamanından önce sona erer. Bu nedenle, SSD denetleyicileri, yazma işlemlerini SSD'deki tüm flash bloklarına mümkün olduğunca eşit bir şekilde dağıtmak için aşınma dengeleme adı verilen bir teknik kullanır .

Mükemmel bir senaryoda, bu, her bloğun maksimum ömrüne yazılmasını sağlar, böylece hepsi aynı anda başarısız olur. Yazmaları eşit olarak dağıtma işlemi, daha önce yazılan ve değişmeyen (soğuk veri) verilerin taşınmasını gerektirir, böylece daha sık değişen veriler (sıcak veriler) bu bloklara yazılabilir. Verilerin yeniden konumlandırılması yazma amplifikasyonunu artırır ve flash belleğin aşınmasına katkıda bulunur. Tasarımcılar her ikisini de en aza indirmeye çalışır.

Hafıza

flaş bellek

mimarilerin karşılaştırılması
karşılaştırma özellikleri MLC  : SLC NAND  : YOK
Kalıcılık oranı 1: 10 1: 10
Sıralı yazma oranı 1: 3 1: 4
Sıralı okuma oranı 1: 1 1: 5
Fiyat oranı 1: 1.3 1: 0.7

Çoğu SSD üreticisi , DRAM'a kıyasla daha düşük maliyet ve sabit bir güç kaynağı olmadan verileri saklama yeteneği nedeniyle SSD'lerinin yapımında kalıcı NAND flash bellek kullanır ve ani elektrik kesintileri yoluyla verilerin kalıcılığını sağlar. Flash bellek SSD'leri başlangıçta DRAM çözümlerinden daha yavaştı ve bazı eski tasarımlar, sürekli kullanımdan sonra HDD'lerden bile daha yavaştı. Bu sorun, 2009 ve sonrasında çıkan denetleyiciler tarafından çözüldü.

Flash tabanlı SSD'ler, verileri uçucu olmayan kayan kapılı bellek hücreleri içeren metal oksit-yarı iletken (MOS) entegre devre yongalarında depolar . Flash bellek tabanlı çözümler tipik olarak standart disk sürücüsü form faktörlerinde (1.8-, 2.5- ve 3.5-inç) paketlenir, ancak aynı zamanda M.2 form faktörü gibi daha küçük ve daha kompakt form faktörlerinde paketlenir. flash bellek boyutu.

Düşük fiyatlı sürücüler genellikle dört seviyeli hücre (QLC), üç seviyeli hücre (TLC) veya çok seviyeli hücre (MLC) flaş belleği kullanır; bu, tek seviyeli hücreli (SLC) flaş bellekten daha yavaş ve daha az güvenilirdir . Bu, araya ekleme, yazma algoritmalarındaki değişiklikler ve aşınma dengeleme algoritmalarının çalışabileceği daha yüksek aşırı sağlama (daha fazla kapasite) gibi SSD'nin dahili tasarım yapısı tarafından hafifletilebilir veya hatta tersine çevrilebilir .

Hücre katmanlarının dikey olarak istiflendiği V-NAND teknolojisine dayanan katı hal sürücüleri tanıtıldı.


DRAM

DRAM gibi geçici belleğe dayalı SSD'ler, genellikle 10 mikrosaniyeden daha kısa olan çok hızlı veri erişimi ile karakterize edilir  ve esas olarak, aksi takdirde flash SSD'lerin veya geleneksel HDD'lerin gecikmesi tarafından engellenebilecek uygulamaları hızlandırmak için kullanılır .

DRAM tabanlı SSD'ler , harici kaynaklardan sürücüye güç sağlanmazken verilerin kalıcılığını sağlamak için genellikle bir dahili pil veya harici bir AC/DC adaptörü ve yedek depolama sistemleri içerir. Güç kesilirse, tüm bilgiler rastgele erişimli bellekten (RAM) yedek depolamaya kopyalanırken pil güç sağlar . Güç geri geldiğinde, bilgiler yedek depolamadan RAM'e geri kopyalanır ve SSD normal çalışmasına devam eder ( modern işletim sistemlerinde kullanılan hazırda bekleme işlevine benzer ).

Bu tür SSD'ler genellikle normal PC'lerde ve sunucularda kullanılan aynı tipte DRAM modülleri ile donatılır ve bunlar daha büyük modüller ile değiştirilip çıkarılabilir. Örneğin, i-RAM , HyperOs HyperDrive , DDRdrive X1 vb. Bazı DRAM SSD üreticileri, DRAM yongalarını doğrudan sürücüye lehimler ve ZeusRAM, Aeon Drive vb. gibi yongaların değiştirilmesini düşünmezler.

Bir uzak, dolaylı bellek erişimi diski (RIndMA Disk) hızlı ağ veya (doğrudan) ile ikincil bir bilgisayarı kullanan infiniband bir RAM tabanlı SSD gibi hareket bağlantı, ancak yeni, daha hızlı, flash bellek tabanlı SSD'ler zaten mevcut içinde 2009, bu seçeneği maliyet etkin hale getirmiyor.

DRAM fiyatı düşmeye devam ederken, Flash bellek fiyatı daha da hızlı düşüyor. "Flash, DRAM'den daha ucuz hale geliyor" geçiş noktası yaklaşık 2004'te meydana geldi.

3D XP Noktası

2015 yılında Intel ve Micron , 3D XPoint'i yeni bir kalıcı bellek teknolojisi olarak duyurdu . Intel, ilk 3D XPoint tabanlı sürücüyü (Intel® Optane™ SSD markalı) Mart 2017'de bir veri merkezi ürünü olan Intel® Optane™ SSD DC P4800X Serisi ile başlayarak ve istemci sürümü olan Intel® Optane™ SSD 900P ile piyasaya sürdü. Seri, Ekim 2017'de. Her iki ürün de NAND tabanlı SSD'lerden daha hızlı ve daha yüksek dayanıklılıkla çalışırken, alan yoğunluğu çip başına 128 gigabit ile karşılaştırılabilir. Bit başına fiyat için 3D XPoint, NAND'den daha pahalıdır, ancak DRAM'den daha ucuzdur.

Başka

NVDIMM veya Hyper DIMM aygıtları olarak adlandırılan bazı SSD'ler hem DRAM hem de flash bellek kullanır. Güç kesildiğinde, SSD tüm verileri DRAM'den flash'a kopyalar; güç geri geldiğinde, SSD tüm verileri flaşından DRAM'ına kopyalar. Biraz benzer bir şekilde, bazı SSD'ler, yalnızca flash bellek kullanırken ve DRAM gibi görünmesini sağlarken, aslında DIMM modülleri için tasarlanmış form faktörlerini ve veri yollarını kullanır. Bu tür SSD'ler genellikle ULLtraDIMM cihazları olarak bilinir .

Hibrit sürücüler veya katı hal hibrit sürücüler (SSHD'ler) olarak bilinen sürücüler , dönen disklerin ve flash belleğin bir karışımını kullanır. Bazı SSD'ler, verileri depolamak için manyeto dirençli rastgele erişimli bellek (MRAM) kullanır.

Önbellek veya arabellek

Flaş tabanlı bir SSD , sabit disk sürücülerindeki arabelleklere benzer şekilde, geçici bir önbellek olarak genellikle az miktarda DRAM kullanır . Sürücü çalışırken bir blok yerleştirme ve aşınma dengeleme verileri dizini de önbellekte tutulur . Bir SSD denetleyici üreticisi olan SandForce , tasarımlarında harici bir DRAM önbelleği kullanmasa da yine de yüksek performans elde ediyor. Harici DRAM'in bu şekilde ortadan kaldırılması, güç tüketimini azaltır ve SSD'lerin boyutunun daha da küçültülmesini sağlar.

Pil veya süper kapasitör

Daha yüksek performanslı SSD'lerdeki diğer bir bileşen, güç kesildiğinde önbellekteki verilerin sürücüye aktarılabilmesi için veri bütünlüğünü korumak için gerekli olan bir kapasitör veya bir tür pildir; hatta bazıları, güç yeniden sağlanana kadar verileri önbellekte tutmak için gücü yeterince uzun süre tutabilir. MLC flash bellek durumunda, bir üst sayfa programlanırken MLC flash bellek güç kaybettiğinde alt sayfa bozulması adı verilen bir sorun ortaya çıkabilir. Sonuç olarak, ani bir güç kaybı durumunda bellek bir süper kapasitör tarafından desteklenmiyorsa, önceden yazılmış ve güvenli olduğu varsayılan veriler bozulabilir. Bu sorun, SLC flash bellekte mevcut değildir.

Tüketici sınıfı SSD'lerin çoğunda yerleşik piller veya kapasitörler yoktur; istisnalar arasında Crucial M500 ve MX100 serisi, Intel 320 serisi ve daha pahalı Intel 710 ve 730 serisi bulunmaktadır. Intel DC S3700 serisi gibi kurumsal sınıf SSD'lerde genellikle yerleşik piller veya kapasitörler bulunur.

Ana bilgisayar arayüzü

Ana bilgisayar arabirimi olarak PCI Express kullanan 1,2 TB MLC NAND içeren bir SSD

Ana bilgisayar arabirimi, SSD'nin denetleyicisi tarafından yönetilen sinyale sahip fiziksel bir konektördür . Çoğu zaman HDD'lerde bulunan arayüzlerden biridir. İçerirler:

  • Seri bağlı SCSI (SAS-3, 12.0 Gbit/s) – genellikle sunucularda bulunur
  • Seri ATA ve mSATA varyantı (SATA 3.0, 6.0 Gbit/s)
  • PCI Express (PCIe 3.0 ×4, 31,5 Gbit/sn)
  • M.2 (SATA 3.0 mantıksal aygıt arabirimi için 6,0 Gbit/sn, PCIe 3.0 ×4 için 31,5 Gbit/sn)
  • U.2 (PCIe 3.0 ×4)
  • Fiber Kanal (128 Gbit/s) – neredeyse yalnızca sunucularda bulunur
  • USB (10 Gbit/sn)
  • Paralel ATA (UDMA, 1064 Mbit/s) – çoğunlukla SATA ile değiştirilir
  • (Paralel) SCSI (40 Mbit/s - 2560 Mbit/s) – genellikle sunucularda bulunur, çoğunlukla SAS ile değiştirilir ; son SCSI tabanlı SSD 2004'te tanıtıldı

SSD'ler, Gelişmiş Ana Bilgisayar Denetleyici Arabirimi (AHCI) ve NVMe gibi çeşitli mantıksal aygıt arabirimlerini destekler . Mantıksal cihaz arayüzleri, işletim sistemleri tarafından SSD'ler ve ana bilgisayar veri yolu adaptörleri (HBA'lar) ile iletişim kurmak için kullanılan komut setlerini tanımlar .

Yapılandırmalar

Herhangi bir cihazın boyutu ve şekli, büyük ölçüde, o cihazı yapmak için kullanılan bileşenlerin boyutu ve şekli tarafından yönlendirilir. Geleneksel HDD'ler ve optik sürücüler , içindeki mil motoruyla birlikte dönen plaka (lar) veya optik disk etrafında tasarlanmıştır . Bir SSD, birbirine bağlı çeşitli entegre devrelerden (IC'ler) ve bir arabirim konektöründen oluşuyorsa , şekli artık dönen medya sürücülerinin şekliyle sınırlı değildir. Bazı katı hal depolama çözümleri, içinde çok sayıda SSD bulunan rafa monte form faktörü bile olabilen daha büyük bir kasada gelir. Hepsi kasanın içindeki ortak bir veri yoluna bağlanır ve kutunun dışına tek bir konektörle bağlanır.

Genel bilgisayar kullanımı için, 2,5 inçlik form faktörü (genellikle dizüstü bilgisayarlarda bulunur) en popüler olanıdır. 3,5 inç sabit disk sürücü yuvalarına sahip masaüstü bilgisayarlar için, bu tür bir sürücüyü takmak için basit bir adaptör plakası kullanılabilir. Diğer form faktörleri türleri, kurumsal uygulamalarda daha yaygındır. Bir SSD, Apple MacBook Air'de olduğu gibi (2010 sonbahar modelinden başlayarak) cihazın diğer devrelerine tamamen entegre edilebilir . 2014 itibariyle, mSATA ve M.2 form faktörleri de, özellikle dizüstü bilgisayarlarda popülerlik kazandı.

Standart HDD form faktörleri

Katı hal elektroniklerini göstermek için açılan 2,5 inç HDD form faktörüne sahip bir SSD. NAND yongalarının yanındaki boş alanlar, aynı devre kartı tasarımının farklı kapasitelere sahip birkaç sürücü modelinde kullanılmasına izin veren ek NAND yongaları içindir; diğer sürücüler bunun yerine boyutu sürücü kapasitesiyle birlikte artan ve sürücünün geri kalanını boş bırakan bir devre kartı kullanabilir

Mevcut bir HDD form faktörü kullanmanın yararı , sürücüleri ana sisteme monte etmek ve bağlamak için halihazırda mevcut olan kapsamlı altyapıdan yararlanmak olacaktır. Bu geleneksel biçim faktörleri, dönen ortamın boyutuyla bilinir (yani, 5,25 inç, 3,5 inç, 2,5 inç veya 1,8 inç) ve sürücü kasasının boyutlarıyla değil.

Standart kart form faktörleri

Ultrabook'lar veya tablet bilgisayarlar gibi alanın önemli olduğu uygulamalar için, flash tabanlı SSD'ler için birkaç kompakt form faktörü standartlaştırıldı.

PCI Express Mini Card fiziksel düzenini kullanan mSATA form faktörü vardır . Aynı konektör aracılığıyla SATA ana bilgisayar denetleyicisine ek bir bağlantı gerektirirken, PCI Express Mini Card arabirim belirtimi ile elektriksel olarak uyumlu kalır.

Eskiden Yeni Nesil Form Faktörü (NGFF) olarak bilinen M.2 form faktörü, kullandığı mSATA ve fiziksel düzenden daha kullanışlı ve daha gelişmiş bir form faktörüne doğal bir geçiştir. mSATA mevcut bir form faktörü ve konektörden yararlanırken, M.2, ayak izini en aza indirirken kart alanının kullanımını en üst düzeye çıkarmak için tasarlanmıştır. M.2 standardı, hem SATA hem de PCI Express SSD'lerin M.2 modüllerine takılmasına izin verir .

Bazı yüksek performanslı, yüksek kapasiteli sürücüler, ek bellek yongaları barındırmak, daha yüksek güç düzeylerinin kullanımına izin vermek ve büyük bir ısı emicisinin kullanımına olanak sağlamak için standart PCI Express eklenti kartı form faktörünü kullanır . Diğer form faktörlerini, özellikle PCIe arabirimli M.2 sürücülerini normal eklenti kartlarına dönüştüren adaptör kartları da vardır.

Modül üzerinde disk form faktörleri

PATA arabirimli 2 GB modül üzerinde disk

Modülde disk ( DOM ), doğrudan ana karta takılması ve bilgisayarın sabit disk sürücüsü (HDD) olarak kullanılması amaçlanan 40/44-pin Paralel ATA (PATA) veya SATA arabirimine sahip bir flash sürücüdür. . DOM aygıtları geleneksel bir sabit disk sürücüsünü taklit ederek özel sürücülere veya diğer belirli işletim sistemi desteğine ihtiyaç duymaz. DOM'ler genellikle , mekanik HDD'lerin basitçe arızalanacağı zorlu ortamlarda veya küçük boyut, düşük güç tüketimi ve sessiz çalışma nedeniyle ince istemcilerde dağıtılan gömülü sistemlerde kullanılır .

2016 itibariyle, depolama kapasiteleri, dikey veya yatay yönlendirme dahil olmak üzere fiziksel düzenlerde farklı varyasyonlarla 4 MB ile 128 GB arasında değişmektedir.

Kutu form faktörleri

DRAM tabanlı çözümlerin çoğu, genellikle rafa monte bir sisteme sığacak şekilde tasarlanmış bir kutu kullanır. Yedek güç kaynaklarıyla birlikte verileri depolamak için yeterli kapasiteyi elde etmek için gereken DRAM bileşenlerinin sayısı, geleneksel HDD form faktörlerinden daha büyük bir alan gerektirir.

Çıplak tahta form faktörleri

Bellek modüllerinde daha yaygın olan form faktörleri artık SSD'ler tarafından bileşenlerin yerleştirilmesindeki esnekliklerinden yararlanmak için kullanılıyor. Bunlardan bazıları PCIe , mini PCIe , mini-DIMM , MO-297 ve daha fazlasını içerir. Viking Technology'den SATADIMM, bilgisayara veri bağlantısını geri sağlamak için ayrı bir SATA konektörüyle SSD'ye güç sağlamak için anakartta boş bir DDR3 DIMM yuvası kullanır. Sonuç, tipik olarak tam bir 2,5 inçlik sürücü yuvası alan sürücülere eşit kapasiteye sahip, kurulumu kolay bir SSD'dir . En az bir üretici olan Innodisk , herhangi bir güç kablosuna ihtiyaç duymadan doğrudan anakart üzerindeki SATA konektörüne (SATADOM) oturan bir sürücü üretmiştir. Bazı SSD'ler PCIe form faktörünü temel alır ve hem veri arabirimini hem de gücü PCIe konektörü aracılığıyla ana bilgisayara bağlar. Bu sürücüler, ya doğrudan PCIe flaş denetleyicilerini ya da daha sonra SATA flaş denetleyicilerine bağlanan bir PCIe-to-SATA köprü aygıtını kullanabilir.

Top ızgara dizisi form faktörleri

2000'lerin başında, birkaç şirket , M-Systems' (şimdi SanDisk ) DiskOnChip ve Silicon Storage Technology'nin NANDrive'ı (şimdi Greenliant Systems tarafından üretiliyor ) ve Memoright 's gibi Ball Grid Array (BGA) form faktörlerinde SSD'leri tanıttı. Gömülü sistemlerde kullanım için M1000. BGA SSD'lerin ana avantajları, düşük güç tüketimi, kompakt alt sistemlere sığacak küçük yonga paketi boyutu ve titreşim ve şoktan kaynaklanan olumsuz etkileri azaltmak için doğrudan bir sistem anakartına lehimlenebilmeleridir .

Bu tür gömülü sürücüler genellikle eMMC ve eUFS standartlarına uygundur.

Diğer teknolojilerle karşılaştırma

Sabit disk sürücüleri

Yaklaşık 230 MB/s okuma hızı (mavi), 210 MB/s yazma hızı (kırmızı) ve yaklaşık 0,1 ms arama süresi (yeşil) gösteren SSD karşılaştırması, tümü erişilen disk konumundan bağımsızdır.

SSD'ler ile sıradan (dönen) HDD'ler arasında bir karşılaştırma yapmak zordur. Geleneksel HDD kıyaslamaları , dönme gecikmesi ve arama süresi gibi HDD'lerde zayıf olan performans özelliklerine odaklanma eğilimindedir . SSD'lerin döndürmeye veya veri bulmaya çalışması gerekmediğinden, bu tür testlerde HDD'lerden çok daha üstün olduklarını kanıtlayabilirler. Bununla birlikte, SSD'lerin karışık okuma ve yazma işlemleriyle ilgili zorlukları vardır ve performansları zamanla düşebilir. Yeni ve boş (yeni, kullanıma hazır) sürücü, yalnızca haftalarca kullanımdan sonra göstereceğinden çok daha iyi yazma performansına sahip olabileceğinden, SSD testi (kullanımda olan) tam sürücüden başlamalıdır.

Katı hal sürücülerin geleneksel sabit sürücülere göre avantajlarının çoğu, verilere elektromekanik yerine tamamen elektronik olarak erişme yeteneklerinden kaynaklanmaktadır, bu da üstün aktarım hızları ve mekanik sağlamlık ile sonuçlanmaktadır. Öte yandan, sabit disk sürücüleri fiyatlarına göre önemli ölçüde daha yüksek kapasite sunar.

Bazı saha hatası oranları, SSD'lerin HDD'lerden önemli ölçüde daha güvenilir olduğunu, ancak diğerlerinin olmadığını gösterir. Ancak SSD'ler, ani güç kesintilerine karşı benzersiz bir şekilde hassastır, bu da yazma işlemlerinin iptal edilmesine ve hatta sürücünün tamamen kaybolmasına neden olur. Hem HDD'lerin hem de SSD'lerin güvenilirliği, modeller arasında büyük farklılıklar gösterir.

HDD'lerde olduğu gibi, farklı SSD'lerin maliyet ve performansı arasında bir denge vardır. Tek seviyeli hücre (SLC) SSD'ler, çok seviyeli (MLC) SSD'lerden önemli ölçüde daha pahalı olsa da önemli bir hız avantajı sunar. Aynı zamanda, DRAM tabanlı katı hal depolama, diğer SSD'lerin ortalama 100 mikrosaniyesi yerine ortalama 10 mikrosaniyelik yanıt süreleriyle şu anda en hızlı ve en maliyetli olarak kabul ediliyor. Kurumsal flash aygıtlar (EFD'ler), daha ucuz SSD'lere benzer performans ve yanıt süreleriyle katman 1 uygulamasının taleplerini karşılamak üzere tasarlanmıştır.

Geleneksel HDD'lerde, yeniden yazılan bir dosya genellikle orijinal dosya ile disk yüzeyinde aynı konumu işgal ederken, SSD'lerde yeni kopya genellikle aşınma dengeleme amacıyla farklı NAND hücrelerine yazılır . Aşınma dengeleme algoritmaları karmaşıktır ve kapsamlı bir şekilde test edilmesi zordur; sonuç olarak, SSD'lerde veri kaybının başlıca nedenlerinden biri donanım yazılımı hatalarıdır.

Aşağıdaki tablo, her iki teknolojinin avantaj ve dezavantajlarına ilişkin ayrıntılı bir genel bakışı göstermektedir. Karşılaştırmalar tipik özellikleri yansıtır ve belirli bir cihaz için geçerli olmayabilir.

NAND tabanlı SSD ve HDD karşılaştırması
Nitelik veya karakteristik Katı hal sürücüsü Sabit disk sürücüsü
Kapasite başına fiyat SSD'ler genellikle HDD'lerden daha pahalıdır ve önümüzdeki on yılda da öyle kalması beklenmektedir.

2018'in ilk çeyreği itibarıyla SSD fiyatı, 4 TB modellere dayalı olarak gigabayt başına yaklaşık 30 sent (ABD).

Fiyatlar genellikle yıllık olarak düştü ve 2018'den itibaren bu düşüşün devam etmesi bekleniyor.


2018'in ilk çeyreği itibarıyla HDD fiyatı, 1 TB modellere dayalı olarak gigabayt başına 2 ila 3 sent (ABD) civarındadır.

Fiyatlar genellikle yıllık olarak düştü ve 2018'den itibaren bu düşüşün devam etmesi bekleniyor.

Depolama kapasitesi 2018'de SSD'ler 100 TB'a kadar boyutlarda mevcuttu, ancak daha az maliyetli, 120 ila 512 GB modelleri daha yaygındı. 2018'de 16 TB'a kadar HDD'ler mevcuttu.
Güvenilirlik – veri saklama Güç olmadan bırakılırsa, yıpranmış SSD'ler genellikle sıcaklığa bağlı olarak depolamada yaklaşık bir ila iki yıl sonra veri kaybetmeye başlar. Yeni sürücülerin verileri yaklaşık on yıl saklaması gerekiyor. MLC ve TLC tabanlı cihazlar, SLC tabanlı cihazlardan daha erken veri kaybetme eğilimindedir. SSD'ler arşiv kullanımı için uygun değildir. Düşük sıcaklıklarda kuru bir ortamda tutulursa, HDD'ler verilerini güç olmasa bile çok uzun süre koruyabilir. Bununla birlikte, mekanik parçalar zamanla pıhtılaşma eğilimi gösterir ve depolamada birkaç yıl sonra sürücü dönmez.
Güvenilirlik – uzun ömür SSD'lerin mekanik olarak arızalanacak hareketli parçaları yoktur, bu nedenle teorik olarak HDD'lerden daha güvenilir olmalıdır. Ancak pratikte bu belirsizdir,

Flash tabanlı bir SSD'nin her bloğu, başarısız olmadan önce yalnızca sınırlı sayıda silinebilir (ve dolayısıyla yazılabilir). Kontrolörler, sürücülerin normal kullanım altında uzun yıllar dayanabilmesi için bu sınırlamayı yönetir. DRAM tabanlı SSD'lerde sınırlı sayıda yazma yoktur. Ancak bir denetleyicinin arızası SSD'yi kullanılamaz hale getirebilir. Güvenilirlik, belirli sürücüler için %40'a ulaşan geri dönüş oranlarıyla farklı SSD üreticileri ve modelleri arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Çoğu SSD, elektrik kesintilerinde kritik düzeyde başarısız olur; Aralık 2013'te birçok SSD'ye yönelik bir anket, yalnızca bazılarının birden fazla elektrik kesintisinden kurtulabildiğini buldu. Bir Facebook araştırması, bir SSD'nin fiziksel adres alanı (örn., bitişik olmayan şekilde tahsis edilmiş veriler), yoğun veri düzeni (örn. SSD'ler arasında artan başarısızlık oranları.

Bununla birlikte, SSD'ler, onları daha güvenilir ve uzun ömürlü hale getiren birçok revizyondan geçmiştir. Bugün piyasadaki yeni SSD'ler, uzun ömür sağlamak için güç kaybı koruma devreleri, aşınma dengeleme teknikleri ve termal kısma kullanır.

HDD'lerin hareketli parçaları vardır ve sonuçta ortaya çıkan aşınma ve yıpranma nedeniyle olası mekanik arızalara maruz kalırlar, bu nedenle teoride SSD'lerden daha az güvenilir olmalıdır. Ancak pratikte bu belirsizdir,

Depolama ortamının kendisi (manyetik plaka), okuma ve yazma işlemlerinde esasen bozulmaz.

Carnegie Mellon Üniversitesi tarafından hem tüketici hem de kurumsal düzeyde HDD'ler için gerçekleştirilen bir araştırmaya göre , bunların ortalama arıza oranı 6 yıl ve ömür beklentisi 9-11 yıldır. Bununla birlikte, HDD'ler için ani, yıkıcı veri kaybı riski daha düşük olabilir.

Uzun vadede çevrimdışı olarak (rafta güç verilmeden) depolandığında, HDD'nin manyetik ortamı, verileri SSD'lerde kullanılan flash bellekten önemli ölçüde daha uzun süre tutar.

Başlama zamanı Neredeyse anında; hazırlanacak mekanik bileşen yok. Otomatik güç tasarrufu modundan çıkmak için birkaç milisaniye gerekebilir. Sürücü dönüşü birkaç saniye sürebilir. Çok sayıda sürücüye sahip bir sistemin, bir HDD ilk başlatıldığında kısa bir süreliğine yüksek olan, çekilen tepe gücünü sınırlamak için dönüşü kademeli olarak artırması gerekebilir.
Sıralı erişim performansı Tüketici ürünlerinde maksimum aktarım hızı, sürücüye bağlı olarak tipik olarak yaklaşık 200 MB/s ile 3500 MB/s arasında değişir. Kurumsal SSD'ler, saniyede çok gigabayt iş hacmine sahip olabilir. Kafa yerleştirildikten sonra, sürekli bir parça okunurken veya yazılırken modern bir HDD, verileri yaklaşık 200 MB/sn'de aktarabilir. Veri aktarım hızı ayrıca 3.600 ila 15.000 rpm arasında değişebilen dönüş hızına  ve ayrıca yola bağlıdır (dış hatlardan okuma daha hızlıdır). Veri aktarım hızı 480 MB/sn'ye kadar olabilir (deneysel).
Rastgele erişim performansı Rastgele erişim süresi tipik olarak 0,1 ms'nin altındadır. Veriler doğrudan flash belleğin çeşitli konumlarından alınabildiğinden, erişim süresi genellikle büyük bir performans darboğazı değildir. Okuma performansı, verilerin depolandığı yere göre değişmez. Sabit disk sürücüsü aramalarının sınırlayıcı faktör olduğu uygulamalarda bu, daha hızlı önyükleme ve uygulama başlatma süreleriyle sonuçlanır (bkz. Amdahl yasası ).

SSD teknolojisi oldukça tutarlı okuma/yazma hızı sağlayabilir, ancak çok sayıda bireysel küçük bloğa erişildiğinde performans düşer. Flash belleğin yeniden yazılabilmesi için silinmesi gerekir. Bu, performansı olumsuz yönde etkileyen, amaçlanandan daha fazla sayıda yazma işlemi ( yazma büyütme olarak bilinen bir olgu ) gerektirir. Bazı sürücülerin ortalama yazma hızı yaşla birlikte artabilse de, SSD'ler tipik olarak kullanım ömürleri boyunca yazma performansında küçük, sabit bir düşüş sergiler.

Okuma gecikme süresi SSD'lerden çok daha yüksektir. Kafaları hareket ettirme ve verilerin manyetik kafa altında dönmesini bekleme ihtiyacı nedeniyle rastgele erişim süresi 2,9 (üst düzey sunucu sürücüsü) ile 12 ms (dizüstü bilgisayar HDD'si) arasında değişir . Verilerin konumu ve kafanın konumu büyük olasılıkla farklı olduğundan, okuma süresi her farklı arama için farklıdır. Parçalanmış dosyalarda olduğu gibi, plakanın farklı alanlarından verilere erişilmesi gerekiyorsa, her parçayı arama ihtiyacı nedeniyle yanıt süreleri artacaktır.
Dosya sistemi parçalanmasının etkisi Verileri sıralı olarak okumanın (tipik FS blok boyutlarının ötesinde, örneğin 4 KiB ) sınırlı yararı vardır  , bu da parçalanmayı SSD'ler için ihmal edilebilir hale getirir. Birleştirme, sınırlı bir döngü ömrüne sahip NAND flash hücrelerinde ek yazmalar yaparak aşınmaya neden olur. Ancak, SSD'lerde bile, belirli dosya sistemlerinin ne kadar parçalanmayı sürdürebileceği konusunda pratik bir sınır vardır; bu sınıra ulaşıldığında, sonraki dosya tahsisleri başarısız olur. Sonuç olarak, daha az derecede de olsa birleştirme hala gerekli olabilir. NTFS gibi bazı dosya sistemleri, sık yazılırsa zamanla parçalanır; Optimum performansı korumak için periyodik birleştirme gereklidir. Bu genellikle modern dosya sistemlerinde bir sorun değildir.
Gürültü (akustik) SSD'lerde hareketli parça yoktur ve bu nedenle sessizdir, ancak bazı SSD'lerde yüksek voltaj üretecinden (blokları silmek için) yüksek perdeli gürültü oluşabilir. HDD'lerin hareketli parçaları ( kafalar , aktüatör ve iş mili motoru) vardır ve karakteristik uğultu ve tıkırtı sesleri çıkarır; gürültü seviyeleri RPM'ye bağlı olarak değişir, ancak önemli olabilir (genellikle soğutma fanlarından gelen sesten çok daha düşük olsa da). Dizüstü bilgisayar sabit diskleri nispeten sessizdir.
Sıcaklık kontrolü Bir Facebook araştırması, 40 °C'nin üzerindeki çalışma sıcaklıklarında, SSD'ler arasındaki arıza oranının sıcaklıkla arttığını buldu. Ancak, potansiyel bir performans maliyeti olsa da, termal kısma kullanan daha yeni sürücülerde durum böyle değildi . Pratikte, SSD'ler genellikle herhangi bir özel soğutma gerektirmez ve HDD'lerden daha yüksek sıcaklıkları tolere edebilir. Ek kartlar veya 2,5 inç yuvalı aygıtlar olarak kurulan üst düzey kurumsal modeller , üretilen ısıyı dağıtmak için ısı emicilerle birlikte gönderilebilir ve bu da çalışması için belirli hacimlerde hava akışı gerektirir. 35 °C'nin (95 °F) üzerindeki ortam sıcaklıkları, sabit diskin ömrünü kısaltabilir ve 55 °C'nin (131 °F) üzerindeki sürücü sıcaklıklarında güvenilirlik tehlikeye girer. Sıcaklıklar aksi takdirde bu değerleri aşacaksa fan soğutması gerekebilir. Pratikte, modern HDD'ler, soğutma için özel düzenlemeler olmaksızın kullanılabilir.
En düşük çalışma sıcaklığı SSD'ler −55 °C'de (−67 °F) çalışabilir. Çoğu modern HDD, 0 °C'de (32 °F) çalışabilir.
Çalışırken en yüksek irtifa SSD'lerin bu konuda hiçbir sorunu yoktur. HDD'ler en fazla 3.000 metre (10.000 ft) yükseklikte güvenle çalışabilir. HDD'ler 12.000 metrenin (40.000 ft) üzerindeki irtifalarda çalışmayacaktır. Helyumla doldurulmuş (sızdırmaz) HDD'lerin piyasaya sürülmesiyle, bunun daha az sorun olması bekleniyor.
Soğuk bir ortamdan daha sıcak bir ortama geçiş SSD'lerde bu sorun yok. Termal kısma mekanizması sayesinde SSD'ler güvenli tutulur ve sıcaklık dengesizliği önlenir. Bazı HDD'leri çalıştırmadan önce soğuk bir ortamdan daha sıcak bir ortama taşırken belirli bir alışma süresi gerekebilir; neme bağlı olarak, kafalarda ve/veya disklerde yoğuşma meydana gelebilir ve hemen çalıştırılması bu tür bileşenlerin zarar görmesine neden olur. Modern helyum HDD'ler sızdırmazdır ve böyle bir sorunu yoktur.
havalandırma deliği SSD'ler bir havalandırma deliği gerektirmez. Çoğu modern HDD'nin düzgün çalışması için bir havalandırma deliği gerekir. Helyum dolu cihazlar sızdırmazdır ve bir deliği yoktur.
Çevresel faktörlere duyarlılık Hareketli parça yok, şoka , titreşime, harekete ve kirlenmeye karşı çok dayanıklı . Hızla dönen plakaların üzerinde uçan kafalar, ortama zarar verebilecek şok, titreşim, hareket ve kirlenmeye karşı hassastır.
Kurulum ve montaj Yönlendirmeye, titreşime veya darbeye duyarlı değildir. Genellikle açıkta devre yoktur. Devre, kart şeklindeki bir cihazda açığa çıkabilir ve iletken malzemeler tarafından kısa devre yapılmamalıdır. Devre açıkta kalabilir ve iletken malzemeler (bir bilgisayarın metal kasası gibi) tarafından kısa devre yapılmamalıdır. Titreşim ve darbelere karşı korumak için monte edilmelidir. Bazı HDD'ler eğik konumda kurulmamalıdır.
Manyetik alanlara duyarlılık Flash bellek üzerinde düşük etki, ancak bir elektromanyetik darbe herhangi bir elektrik sistemine, özellikle entegre devrelere zarar verir . Genel olarak, mıknatıslar veya manyetik dalgalanmalar, verilerin bozulmasına veya sürücünün dahili parçalarında mekanik hasara neden olabilir. Drive'ın metal kasası, manyetik plakalara düşük düzeyde koruma sağlar.
Ağırlık ve boyut Esasen devre kartına monte edilmiş yarı iletken bellek aygıtları olan SSD'ler küçük ve hafiftir. Genellikle HDD'lerle (2,5 inç veya 1,8 inç) aynı form faktörlerini izlerler veya çıplak PCB'lerdir (M.2 ve mSATA.) Çoğu ana akım modeldeki muhafazalar, varsa, çoğunlukla plastik veya hafif metalden yapılmıştır. Yüksek performanslı modellerde genellikle cihaza bağlı soğutucular veya soğutucu görevi gören ve ağırlığını artıran hacimli kasalar bulunur. Muhafazalar çoğunlukla metalden yapıldığından ve motorlar ve büyük mıknatıslar gibi ağır nesneler içerdiğinden, HDD'ler genellikle SSD'lerden daha ağırdır. 3,5 inç sürücüler tipik olarak yaklaşık 700 gram (yaklaşık 1,5 pound) ağırlığındadır.
Güvenli yazma sınırlamaları NAND flash belleğin üzerine yazılamaz, ancak önceden silinmiş bloklara yeniden yazılması gerekir. Bir yazılım şifreleme programı halihazırda SSD'de bulunan verileri şifreliyorsa, üzerine yazılan veriler hala güvenli değildir, şifrelenmemiş ve erişilebilir durumdadır (sürücü tabanlı donanım şifrelemesinde bu sorun yoktur). Ayrıca, sürücüde yerleşik özel "Güvenli Silme" prosedürleri olmadan orijinal dosyanın üzerine yazılarak veriler güvenli bir şekilde silinemez. HDD'ler, herhangi bir sektördeki doğrudan sürücüdeki verilerin üzerine yazabilir. Ancak, sürücünün bellenimi hasarlı blokları yedek alanlarla değiştirebilir, bu nedenle bitler ve parçalar hala mevcut olabilir. Bazı üreticilerin HDD'leri, ATA Secure Erase Enhanced Erase komutunda, yeniden konumlandırılan sektörler de dahil olmak üzere tüm sürücüyü sıfırlarla doldurur.
Okuma/yazma performansı simetrisi Daha ucuz SSD'ler tipik olarak okuma hızlarından önemli ölçüde daha düşük yazma hızlarına sahiptir. Daha yüksek performanslı SSD'ler benzer okuma ve yazma hızlarına sahiptir. HDD'ler genellikle yazmak için okumaya göre biraz daha uzun (daha kötü) arama sürelerine sahiptir.
Ücretsiz blok kullanılabilirliği ve TRIM SSD yazma performansı, ücretsiz, programlanabilir blokların kullanılabilirliğinden önemli ölçüde etkilenir. Artık kullanılmayan önceden yazılmış veri blokları TRIM tarafından geri alınabilir ; ancak, TRIM ile bile daha az sayıda boş blok daha yavaş performansa neden olur. HDD'ler ücretsiz bloklardan etkilenmez ve TRIM'den faydalanmaz.
Güç tüketimi Yüksek performanslı flash tabanlı SSD'ler genellikle HDD'lerin gücünün yarısı ila üçte biri kadarını gerektirir. Yüksek performanslı DRAM SSD'ler genellikle HDD'ler kadar güç gerektirir ve sistemin geri kalanı kapatıldığında bile güce bağlı olmalıdır. DevSlp gibi gelişmekte olan teknolojiler , boşta kalan sürücülerin güç gereksinimlerini en aza indirebilir. En düşük güçlü HDD'ler (1,8 inç boyutunda), boştayken 0,35 watt kadar az güç kullanabilir. 2,5 inç sürücüler tipik olarak 2 ila 5 watt kullanır. En yüksek performanslı 3,5 inç sürücüler, yaklaşık 20 watt'a kadar güç kullanabilir.
Maksimum alan depolama yoğunluğu (İnç kare başına Terabit) 2.8 1.2

Hafıza kartları

SSD olarak kullanılan CompactFlash kart

Hem hafıza kartları hem de SSD'lerin çoğu flash bellek kullanırken çok farklı pazarlara ve amaçlara hizmet ederler. Her birinin, belirli kullanıcıların ihtiyaçlarını en iyi şekilde karşılayacak şekilde optimize edilmiş ve ayarlanmış bir dizi farklı özelliği vardır. Bu özelliklerden bazıları güç tüketimi, performans, boyut ve güvenilirliği içerir.

SSD'ler başlangıçta bir bilgisayar sisteminde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. İlk birimler, sabit disk sürücülerini değiştirmeyi veya artırmayı amaçlamıştı, bu nedenle işletim sistemi bunları bir sabit sürücü olarak tanıdı. Başlangıçta, katı hal sürücüleri, sabit sürücüler gibi bilgisayara şekillendirildi ve monte edildi. Daha sonra SSD'ler daha küçük ve daha kompakt hale geldi ve sonunda M.2 form faktörü gibi kendi benzersiz form faktörlerini geliştirdi . SSD, bir bilgisayarın içine kalıcı olarak kurulacak şekilde tasarlanmıştır.

Buna karşılık, bellek kartları ( Secure Digital (SD), CompactFlash (CF) ve diğerleri gibi) orijinal olarak dijital kameralar için tasarlanmıştı ve daha sonra cep telefonlarına, oyun cihazlarına, GPS ünitelerine vb. SSD'lerden fiziksel olarak daha küçüktür ve tekrar tekrar takıp çıkarılmak üzere tasarlanmıştır.

SSD hatası

SSD'lerin geleneksel manyetik sabit sürücülerden çok farklı arıza modları vardır . Katı hal sürücüleri hareketli parça içermediğinden genellikle mekanik arızalara maruz kalmazlar. Bunun yerine, başka türden arızalar mümkündür (örneğin, ani elektrik kesintisi nedeniyle eksik veya başarısız yazma işlemleri, HDD'lerden daha fazla sorun olabilir ve bir yonga arızalanırsa, üzerindeki tüm veriler kaybolur, bu senaryo aşağıdakiler için geçerli değildir: manyetik sürücüler). Bununla birlikte, genel olarak, çalışmalar SSD'lerin genellikle oldukça güvenilir olduğunu ve genellikle üreticilerinin belirttiği gibi beklenen kullanım ömrünün çok ötesinde çalışmaya devam ettiğini göstermiştir.

Bir SSD'nin dayanıklılığı, veri sayfasında iki biçimden biriyle sağlanmalıdır:

  • Ya n DW / D ( günlük n sürücü yazıyor )
  • veya m TBW ( yazılan maks terabayt ), kısa TBW .

Örneğin 1 TB'lık bir Samsung 970 EVO NVMe M.2 SSD (2018), 600 TBW'lik bir dayanıklılığa sahiptir.

SSD güvenilirliği ve arıza modları

Techreport.com tarafından 2013'ten 2015'e kadar süren erken bir araştırma, nasıl ve hangi noktada başarısız olduklarını belirlemek için bir dizi flash tabanlı SSD'nin yok edilmek üzere test edilmesini içeriyordu. Web sitesi, tüm disklerin "yüzlerce terabaytı sorunsuz yazarak resmi dayanıklılık özelliklerini aştığını" buldu - bu siparişin hacimleri tipik tüketici ihtiyaçlarını aşıyor. Başarısız olan ilk SSD, TLC tabanlıydı ve sürücü 800 TB'ın üzerinde yazmayı başardı. Testteki üç SSD, başarısız olmadan önce bu miktarın üç katını (neredeyse 2,5 PB) yazdı. Test, tüketici pazarındaki SSD'lerin bile olağanüstü güvenilirliğini gösterdi.

Google'ın veri merkezlerinde altı yıl boyunca toplanan ve "milyonlarca" sürücü gününü kapsayan verilere dayanan 2016 saha araştırması , ilk dört yıllık kullanımlarında değiştirilmesi gereken flash tabanlı SSD'lerin oranının %4 ila %10 arasında değiştiğini buldu. modele bağlı olarak. Yazarlar, SSD'lerin sabit disk sürücülerinden önemli ölçüde daha düşük oranda başarısız olduğu sonucuna vardı. (Buna karşılık, 71.940 HDD'nin 2016 yılındaki bir değerlendirmesi, Google'ın SSD'lerininkiyle karşılaştırılabilir hata oranları bulmuştur: HDD'lerin yıllık ortalama hata oranı % 1,95'tir .) Çalışma ayrıca, olumsuz yönde, SSD'lerin önemli ölçüde daha yüksek deneyim yaşadığını gösterdi. Düzeltilemez hata oranları (veri kaybına neden olan) HDD'lerden daha fazladır. Ayrıca bazı beklenmedik sonuçlara ve sonuçlara yol açtı:

  • Gerçek dünyada, SLC tasarımlarından daha az güvenilir olduğuna inanılan MLC tabanlı tasarımlar genellikle SLC kadar güvenilirdir. (Bulgular, "SLC'nin genellikle MLC'den daha güvenilir olmadığını" belirtmektedir.) Ancak genel olarak yazma dayanıklılığının şu şekilde olduğu söylenmektedir :
    • SLC NAND: Blok başına 100.000 silme
    • MLC NAND: Orta kapasiteli uygulamalar için blok başına 5.000 ila 10.000 ve yüksek kapasiteli uygulamalar için 1.000 ila 3.000 silme
    • TLC NAND: Blok başına 1.000 silme
  • Kullanımdaki günlerle ölçülen cihaz yaşı, SSD güvenilirliğinde ana faktördür ve günlük yazılan terabayt veya sürücü yazma sayısı ile ölçülen okunan veya yazılan veri miktarı değil. Bu, "silikon yaşlanması" gibi diğer yaşlanma mekanizmalarının oyunda olduğunu gösteriyor. Korelasyon önemlidir (yaklaşık 0,2-0,4).
  • Ham bit hata oranları (RBER), aşınmayla birlikte yavaş yavaş büyür ve çoğu zaman varsayıldığı gibi katlanarak olmaz. RBER, diğer hataların veya SSD arızasının iyi bir göstergesi değildir.
  • Düzeltilemez bit hata oranı (UBER) yaygın olarak kullanılmaktadır ancak başarısızlığın iyi bir göstergesi değildir. Ancak SSD UBER oranları HDD'lere göre daha yüksektir, bu nedenle arızayı tahmin etmeseler de SSD'lerde HDD'lere göre daha yaygın olan okunamayan bloklar nedeniyle veri kaybına neden olabilirler. Sonuç, genel olarak daha güvenilir olmasına rağmen, bir kullanıcıyı etkileyebilecek düzeltilemez hataların oranının daha yüksek olduğunu belirtmektedir.
  • "Yeni SSD'lerde bozuk bloklar yaygındır ve çok sayıda bozuk blok içeren sürücülerin, büyük olasılıkla Flash kalıbı veya yonga arızası nedeniyle yüzlerce diğer bloğu kaybetme olasılığı çok daha yüksektir. SSD'lerin %30-80'i en az bir hatalı blok geliştirir. blok ve %2-7, dağıtımın ilk dört yılında en az bir bozuk çip geliştirir."
  • Beklenen kullanım ömrüne ulaşıldıktan sonra hatalarda keskin bir artış olmaz.
  • Çoğu SSD, birkaç kötü bloktan fazlasını geliştirmez, belki 2–4. Birçok kötü blok geliştiren SSD'ler genellikle çok daha fazla (belki de yüzlerce) geliştirmeye devam eder ve başarısızlığa meyilli olabilir. Ancak çoğu sürücü (%99+) üretimden kaynaklanan bozuk bloklarla gönderilir. Genel olarak bulgu, kötü blokların yaygın olduğu ve sürücülerin %30-80'inin kullanımda en az bir tane geliştireceği, ancak birkaç kötü blok (2-4) bile daha sonraki bir zamanda yüzlerce kötü bloğun habercisi olduğuydu. Üretimdeki kötü blok sayısı, daha sonra başka kötü blokların geliştirilmesiyle ilişkilidir. Rapor sonucu, SSD'lerin ya "bir avuçtan az" hatalı bloklara ya da "çok sayıda" bozuk bloğa sahip olma eğiliminde olduğunu ekledi ve bunun nihai başarısızlığı tahmin etmek için bir temel olabileceğini öne sürdü.
  • SSD'lerin yaklaşık %2-7'si, kullanımlarının ilk dört yılında bozuk çipler geliştirecektir. Bu yongaların üçte ikisinden fazlası, genellikle bir yongadaki blokların %2'sinden fazlasının beklenen yazma ömrü içinde başarısız olmayacağını garanti eden üreticilerinin toleranslarını ve özelliklerini ihlal etmiş olacaktır.
  • Onarıma (garanti servisi) ihtiyaç duyan SSD'lerin %96'sı hayatlarında yalnızca bir kez onarıma ihtiyaç duyar. Onarım arasındaki günler, modele bağlı olarak "birkaç bin gün" ile "yaklaşık 15.000 gün" arasında değişmektedir.

Veri kurtarma ve güvenli silme

Katı hal sürücüler, veri depolama yöntemi doğrusal olmadığı ve sabit disk sürücülerinden çok daha karmaşık olduğu için veri kurtarma şirketleri için yeni zorluklar ortaya çıkarmıştır. Sürücünün dahili olarak çalıştığı strateji, üreticiler arasında büyük ölçüde değişebilir ve TRIM komutu, silinen bir dosyanın tüm aralığını sıfırlar. Aşınma dengeleme aynı zamanda verinin fiziksel adresinin ve işletim sistemine maruz kalan adresin farklı olduğu anlamına gelir.

Verilerin güvenli bir şekilde silinmesi için ATA Secure Erase komutu kullanılabilir. Bunun için hdparm gibi bir program kullanılabilir.

Güvenilirlik metrikleri

JEDEC Katı Hal Teknolojisi Derneği (JEDEC) güvenirlik metrikleri için standartlar yayınlamıştır:

  • Kurtarılamaz Bit Hata Oranı (UBER)
  • Yazılı Terabayt (TBW) – garantisi kapsamında bir sürücüye yazılabilen terabayt sayısı
  • Günlük Sürücü Yazma Sayısı (DWPD) – garanti kapsamında sürücünün toplam kapasitesinin günlük olarak yazılma sayısı

Uygulamalar

2009 yılına kadar HDD'lere kıyasla genel olarak yüksek maliyetleri nedeniyle, SSD'ler temel olarak, depolama sisteminin hızının mümkün olduğunca yüksek olması gereken kritik görev uygulamalarının bu yönlerinde kullanıldı . Flash bellek, SSD'lerin ortak bir bileşeni haline geldiğinden, düşen fiyatlar ve artan yoğunluklar, onu diğer birçok uygulama için daha uygun maliyetli hale getirdi. Örneğin, dağıtılmış bilgi işlem ortamında SSD'ler , büyük hacimli kullanıcı isteklerini daha yavaş HDD tabanlı arka uç depolama sistemine geçici olarak emen dağıtılmış bir önbellek katmanı için yapı taşı olarak kullanılabilir . Bu katman, depolama sisteminden çok daha yüksek bant genişliği ve daha düşük gecikme süresi sağlar ve dağıtılmış anahtar-değer veritabanı ve dağıtılmış dosya sistemi gibi çeşitli biçimlerde yönetilebilir . Süper bilgisayarlarda bu katmana tipik olarak çoğuşma tamponu denir . Bu hızlı katmanla, kullanıcılar genellikle daha kısa sistem yanıt süresi yaşarlar. Sistem verilerine daha hızlı erişimden yararlanabilecek kuruluşlar arasında hisse senedi alım satım şirketleri, telekomünikasyon şirketleri ve akışlı medya ve video düzenleme şirketleri bulunur. Daha hızlı depolamadan yararlanabilecek uygulamaların listesi çok geniştir.

Flash tabanlı katı hal sürücüleri, genel amaçlı kişisel bilgisayar donanımından ağ cihazları oluşturmak için kullanılabilir . Bir yazma korumalı işletim sistemi ve uygulama yazılımları içeren flash sürücü daha büyük, daha az güvenilir disk sürücüleri ya da CD-ROM yerine geçebilir. Bu şekilde yapılan cihazlar, pahalı yönlendirici ve güvenlik duvarı donanımına ucuz bir alternatif sağlayabilir.

Canlı SD işletim sistemine sahip bir SD karta dayalı SSD'ler kolayca yazma kilitlidir . Kalıcılığı korumak için bir bulut bilgi işlem ortamı veya başka bir yazılabilir ortamla birleştiğinde, yazma kilitli bir SD karttan başlatılan bir işletim sistemi sağlam, dayanıklı, güvenilir ve kalıcı bozulmaya karşı dayanıklıdır. Çalışan işletim sistemi bozulursa, makineyi kapatıp açmak, onu ilk bozulmamış durumuna geri döndürür ve bu nedenle özellikle sağlamdır. SD kart takılı işletim sistemi, herhangi bir yazılı ortamın geri yüklenmesi gerekmesine rağmen, yazma kilitli olduğundan, bozuk bileşenlerin kaldırılmasını gerektirmez.

Sabit sürücü önbelleği

2011'de Intel, Z68 yonga setleri (ve mobil türevleri) için bir SATA SSD'nin geleneksel, manyetik bir sabit disk için bir önbellek (içeriden yazma veya geri yazma olarak yapılandırılabilir) olarak kullanılmasına izin veren Smart Response Teknolojisi adı verilen bir önbelleğe alma mekanizması tanıttı. disk sürücüsü. Benzer bir teknoloji HighPoint'in RocketHybrid PCIe kartında mevcuttur.

Katı hal hibrit sürücüler (SSHD'ler) aynı prensibe dayanmaktadır, ancak bir miktar flash belleği ayrı bir SSD kullanmak yerine geleneksel bir sürücünün kartına entegre eder. Bu sürücülerdeki flash katmanına , ana bilgisayar tarafından ATA-8 komutları kullanılarak manyetik depolamadan bağımsız olarak erişilebilir ve işletim sisteminin onu yönetmesini sağlar. Örneğin, Microsoft'un ReadyDrive teknolojisi , sistem hazırda bekletme moduna geçtiğinde hazırda bekletme dosyasının bölümlerini bu sürücülerin önbelleğinde açıkça depolar ve sonraki devam ettirmeyi daha hızlı hale getirir.

Çift sürücülü hibrit sistemler , aynı bilgisayara kurulu ayrı SSD ve HDD cihazlarının kullanımını, bilgisayar kullanıcısı veya bilgisayarın işletim sistemi yazılımı tarafından yönetilen genel performans optimizasyonu ile birleştiriyor . Bu tip bir sistemin örnekleri bcache ve dm-cache üzerinde Linux ve Apple'ın Fusion Drive .

SSD'ler için dosya sistemi desteği

Tipik olarak, sabit disk sürücülerinde kullanılan aynı dosya sistemleri , katı hal sürücülerinde de kullanılabilir. Dosya sisteminin genellikle SSD'nin atılan verileri geri dönüştürmesine yardımcı olan TRIM komutunu desteklemesi beklenir (TRIM desteği SSD'lerin kendisinden birkaç yıl sonra geldi, ancak şimdi neredeyse evrenseldir). Bu, dosya sisteminin , SSD tarafından dahili olarak işlendiğinden, aşınma dengeleme veya diğer flash bellek özelliklerini yönetmesine gerek olmadığı anlamına gelir . Bazı log-yapılandırılmış dosya sistemleri (örneğin F2FS , JFFS2 ), özellikle dosya sistemi meta verilerini güncellerken olduğu gibi sadece çok küçük miktarda verinin değiştirildiği durumlarda SSD'lerde yazma amplifikasyonunun azaltılmasına yardımcı olur .

Dosya sistemlerinin yerel bir özelliği olmasa da, işletim sistemleri de bölümleri doğru bir şekilde hizalamayı amaçlamalıdır , bu da aşırı okuma-değiştirme-yazma döngülerinden kaçınır . Kişisel bilgisayarlar için tipik bir uygulama, her bölümün , yaygın olarak kullanılan tüm boyutlara - 1 MiB, 512 bölünebildiğinden, tüm yaygın SSD sayfası ve blok boyutu senaryolarını kapsayan 1 MiB (= 1.048.576 bayt) işaretiyle başlayacak şekilde hizalanmasıdır.  KiB, 128 KiB, 4 KiB ve 512 B. Modern işletim sistemi kurulum yazılımı ve disk araçları bunu otomatik olarak halleder.

Linux

TRIM komutu için ilk destek, Linux çekirdeği ana hattının 2.6.28 sürümüne eklenmiştir.

Ext4'ün , Btrfs , XFS , JFS ve F2FS dosya sistemleri artıklar (TRIM veya eşleşmesini) işlevi için destek içerir.

TRIM işlemi için çekirdek desteği, 24 Şubat 2010'da yayınlanan Linux çekirdek ana hattının 2.6.33 sürümünde tanıtıldı. Bundan yararlanmak için, discardparametre kullanılarak bir dosya sistemi monte edilmelidir . Linux takas bölümleri, varsayılan olarak, temel alınan sürücü TRIM'i desteklediğinde, bunları kapatma veya bir kerelik veya sürekli atma işlemleri arasında seçim yapma olanağıyla atma işlemlerini gerçekleştirir. TRIM komutlarının komut kuyruklarını bozmamasını sağlayan bir SATA 3.1 özelliği olan kuyruğa alınmış TRIM desteği, 2 Kasım 2013'te yayınlanan Linux çekirdeği 3.12'de tanıtıldı.

Çekirdek düzeyinde TRIM işlemine bir alternatif, adı verilen bir kullanıcı alanı yardımcı programını kullanmaktır. fstrim bu, bir dosya sistemindeki kullanılmayan tüm bloklardan geçer ve bu alanlar için TRIM komutları gönderir. fstrimyardımcı program genellikle zamanlanmış bir görev olarak cron tarafından çalıştırılır . Kasım 2013 itibariyle, güvenilirlik nedenleriyle yalnızca Intel ve Samsung katı hal sürücüleri için etkinleştirildiği Ubuntu Linux dağıtımı tarafından kullanılmaktadır ; satıcı kontrolü, dosya düzenlenerek devre dışı bırakılabilir/etc/cron.weekly/fstrim dosyanın kendisinde bulunan talimatları kullanarak.

2010'dan beri, standart Linux sürücü yardımcı programları, varsayılan olarak uygun bölüm hizalaması ile ilgilendi.

Linux performans konuları

Mantıksal aygıt arabirimi olarak NVM Express kullanan , PCI Express 3.0 ×4 genişletme kartı biçiminde bir SSD

Kurulum sırasında, Linux dağıtımları genellikle kurulu sistemi TRIM kullanacak şekilde yapılandırmaz ve bu nedenle /etc/fstabdosyada manuel değişiklikler yapılması gerekir. Bunun nedeni, mevcut Linux TRIM komut uygulamasının optimal olmayabileceği fikridir. Belirli koşullar altında performans artışı yerine performans düşüşüne neden olduğu kanıtlanmıştır. Ocak 2014'ten itibaren Linux, TRIM spesifikasyonu tarafından önerildiği gibi bir TRIM aralığını tanımlayan vektörleştirilmiş bir liste yerine her sektöre ayrı bir TRIM komutu gönderir.

Performans nedenleriyle, G/Ç zamanlayıcısını varsayılan CFQ'dan (Tamamen Adil Kuyruklama) NOOP veya Son Tarih'e geçirmeniz önerilir . CFQ, geleneksel manyetik ortam ve arama optimizasyonu için tasarlanmıştır, bu nedenle bu G/Ç zamanlama çabalarının çoğu SSD'lerle kullanıldığında boşa gider. Tasarımlarının bir parçası olarak SSD'ler, G/Ç işlemleri için çok daha yüksek düzeyde paralellik sunar, bu nedenle, özellikle üst düzey SSD'ler için, zamanlama kararlarını dahili mantıklarına bırakmak tercih edilir.

Blk-multiqueue veya blk-mq olarak bilinen ve öncelikle Fusion-io mühendisleri tarafından geliştirilen , yüksek performanslı SSD depolama için ölçeklenebilir bir blok katmanı , 19 Ocak 2014'te yayınlanan çekirdek sürümü 3.13'te Linux çekirdeği ana hattıyla birleştirildi . SSD'ler ve NVMe tarafından sunulan performans, çok daha yüksek G/Ç gönderme oranlarına izin vererek. Linux çekirdek blok katmanının bu yeni tasarımıyla, dahili kuyruklar iki düzeye ayrılır (CPU başına ve donanım gönderme kuyrukları), böylece darboğazlar ortadan kalkar ve çok daha yüksek G/Ç paralelleştirme düzeylerine izin verilir. 12 Nisan 2015'te yayınlanan Linux çekirdeğinin 4.0 sürümünden itibaren, VirtIO blok sürücüsü, SCSI katmanı (Seri ATA sürücüleri tarafından kullanılır), aygıt eşleyici çerçevesi, döngü aygıt sürücüsü, sıralanmamış blok görüntüleri (UBI) sürücüsü (uygulayan) flash bellek aygıtları için blok yönetimi katmanını sil) ve RBD sürücüsü ( Ceph RADOS nesnelerini blok aygıtları olarak dışa aktarır ) bu yeni arayüzü fiilen kullanacak şekilde değiştirildi; diğer sürücüler aşağıdaki sürümlerde taşınacaktır.

Mac os işletim sistemi

Mac OS X 10.6.8'den (Snow Leopard) sonraki sürümler TRIM'i destekler, ancak yalnızca Apple tarafından satın alınan bir SSD ile kullanıldığında. TRIM, Trim Enabler gibi üçüncü şahıs yardımcı programları kullanılarak etkinleştirilebilmesine rağmen, üçüncü şahıs sürücüler için otomatik olarak etkinleştirilmez . TRIM'in durumu, Sistem Bilgileri uygulamasında veya system_profilerkomut satırı aracında kontrol edilebilir.

OS X 10.10.4'ten (Yosemite) beri sürümler sudo trimforce enable, Apple olmayan SSD'lerde TRIM'i etkinleştiren bir Terminal komutu içerir. Mac OS X 10.6.8'den önceki sürümlerde TRIM'i etkinleştirmek için bir teknik de vardır, ancak bu durumlarda TRIM'in gerçekten doğru şekilde kullanılıp kullanılmadığı belirsizdir.

Microsoft Windows

Sürüm 7'den önce, Microsoft Windows katı hal sürücülerini desteklemek için herhangi bir özel önlem almıyordu. Windows 7'den itibaren standart NTFS dosya sistemi, TRIM komutu için destek sağlar. (Windows'taki diğer dosya sistemleri TRIM'i desteklemez.)

Varsayılan olarak, Windows 7 ve daha yeni sürümler, aygıtın yarıiletken sürücü olduğu algılanırsa TRIM komutlarını otomatik olarak yürütür. Bununla birlikte, TRIM, boşaltılan tüm alanı geri döndürülemez bir şekilde sıfırladığı için, veri kurtarmanın etkinleştirilmesinin aşınma seviyelendirmeye tercih edildiği durumlarda desteğin devre dışı bırakılması istenebilir. Davranışı değiştirmek için Kayıt Defteri anahtarındaHKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\FileSystemDisableDeleteNotification değeri olarak ayarlanabilir1. Bu, yığın depolama sürücüsünün TRIM komutunu yayınlamasını engeller.

Windows, dosya silme işlemlerinden daha fazlası için TRIM komutunu uygular. TRIM işlemi, biçimlendirme ve silme gibi bölüm ve birim düzeyindeki komutlarla , kesme ve sıkıştırmayla ilgili dosya sistemi komutlarıyla ve Sistem Geri Yükleme (Birim Anlık Görüntüsü olarak da bilinir) özelliğiyle tamamen entegredir .

Windows Vista

Windows Vista genellikle SSD'ler yerine sabit disk sürücüleri bekler. Windows Vista , USB bağlantılı flash aygıtların özelliklerinden yararlanmak için ReadyBoost'u içerir , ancak SSD'ler için, SSD'lerin hızını azaltan okuma-değiştirme-yazma işlemlerini önlemek için yalnızca varsayılan bölüm hizalamasını iyileştirir. Çoğu SSD, tipik olarak 4 KiB sektörüne bölünürken, çoğu sistem, varsayılan bölüm kurulumları 4 KiB sınırlarına göre hizalanmamış 512 bayt sektörlere dayanmaktadır.

birleştirme

Birleştirme bir SSD dosya bileşenlerinin konumu önemli ölçüde performansını etkilemez, ancak dosya taşıma onları yapmak için, çünkü katı hal sürücülerde devre dışı bırakılmalıdır bitişik sınırlı sayıda gereksiz yazma aşınmaya neden olur, Windows dolandırmak rutin kullanılarak SSD'deki P/E döngüleri. Superfetch o aşınmaya neden olmaz rağmen özellik maddi, performansını artırmak ve sistem ve SSD ek yükü neden olmaz. Windows Vista, yarıiletken sürücülere TRIM komutunu göndermez, ancak SSD Doctor gibi bazı üçüncü taraf yardımcı programları, sürücüyü düzenli aralıklarla tarar ve uygun girişleri TRIM'e gönderir.

Windows 7

Windows 7 ve sonraki sürümleri, SSD'ler için yerel desteğe sahiptir. İşletim sistemi, bir SSD'nin varlığını algılar ve çalışmayı buna göre optimize eder. SSD aygıtları için Windows, SuperFetch ve ReadyBoost , önyükleme zamanı ve uygulama ön yükleme işlemlerini devre dışı bırakır . Steven Sinofsky'nin Windows 7'nin piyasaya sürülmesinden önceki ilk açıklamasına rağmen, SSD'lerdeki davranışı farklı olsa da birleştirme devre dışı bırakılmıyor. Bunun bir nedeni, Parçalanmış SSD'lerde Birim Gölge Kopyası Hizmetinin düşük performansıdır . İkinci neden, bir birimin işleyebileceği pratik maksimum dosya parçası sayısına ulaşmaktan kaçınmaktır. Bu maksimuma ulaşılırsa, sonraki sürücüye yazma girişimleri bir hata mesajıyla başarısız olur.

Windows 7 ayrıca, işletim sisteminin halihazırda geçerli olmadığını belirlediği veriler için çöp toplamayı azaltmak için TRIM komutu desteği içerir. TRIM desteği olmadan, SSD bu verilerin geçersiz olduğunun farkında olmaz ve çöp toplama sırasında gereksiz yere yeniden yazmaya devam ederek SSD'nin daha fazla aşınmasına neden olur. SSD'lerin daha çok HDD gibi muamele görmesini engelleyen bazı değişiklikler yapmakta fayda var, örneğin birleştirmenin iptal edilmesi, kapasitenin yaklaşık %75'inden fazla doldurulmaması, eğer varsa günlük ve geçici dosyalar gibi sık sık yazılan dosyaların üzerlerinde depolanmaması gibi. bir sabit sürücü mevcuttur ve TRIM işlemini etkinleştirir.

Windows 8.1 ve sonrası

Windows 8.1 ve Windows 10 gibi sonraki Windows sistemleri, NVMe'ye dayalı PCI Express SSD'ler için otomatik TRIM'i de destekler. Windows 7 için, bu işlevsellik için KB2990941 güncellemesi gereklidir ve Windows 7'nin NVMe SSD'ye yüklenmesi gerekiyorsa DISM kullanılarak Windows Kurulumu'na entegre edilmesi gerekir. Windows 8/8.1 ayrıca USB'ye bağlı SSD'ler veya SATA'dan USB'ye muhafazalar için SCSI eşlemeyi kaldır komutunu da destekler. SCSI Unmap, SATA TRIM komutunun tam bir analogudur. Ayrıca USB Ekli SCSI Protokolü (UASP) üzerinden de desteklenir .

Windows 8.1'deki grafiksel Windows Disk Birleştiricisi ayrıca SSD'leri ayrı bir Ortam Türü sütununda sabit disk sürücülerinden farklı olarak tanır . Windows 7, dahili SATA SSD'ler için otomatik TRIM'i desteklerken, Windows 8.1 ve Windows 10, manuel TRIM'i (Disk Birleştiricideki "Optimize Et" işlevi aracılığıyla) ve SATA, NVMe ve USB'ye bağlı SSD'ler için otomatik TRIM'i destekler.

ZFS

Solaris sürüm 10 Güncelleme 6 (Ekim 2008'de yayınlandı) itibariyle ve OpenSolaris , Solaris Express Community Edition , Illumos , Linux with ZFS on Linux ve FreeBSD'nin son sürümlerinin tümü SSD'leri ZFS için bir performans yükseltici olarak kullanabilir . Düşük gecikme süreli SSD, SLOG olarak adlandırıldığı ZFS Amaç Günlüğü (ZIL) için kullanılabilir. Bu, sürücüye her zaman uyumlu yazma gerçekleştiğinde kullanılır. Verileri okumak üzere önbelleğe almak için kullanılan seviye 2 Uyarlanabilir Değiştirme Önbelleği (L2ARC) için bir SSD (düşük gecikmeli olması gerekmez) de kullanılabilir. Tek başına veya kombinasyon halinde kullanıldığında genellikle performansta büyük artışlar görülür.

ÜcretsizBSD

FreeBSD için ZFS, 23 Eylül 2012'de TRIM desteğini kullanıma sundu. Kod, serbest bırakılan veri bölgelerinin bir haritasını oluşturur; her yazmada kod haritaya başvurur ve sonunda daha önce serbest bırakılan, ancak şimdi üzerine yazılan aralıkları kaldırır. Zamanı geldiğinde TRIM'lerin değişeceği düşük öncelikli bir iş parçacığı vardır.

Ayrıca Unix Dosya Sistemi (UFS), TRIM komutunu destekler.

Bölümleri değiştir

  • Microsoft'un eski Windows bölümü başkanı Steven Sinofsky'ye göre , "SSD'ye yerleştirilecek sayfa dosyasından daha iyi birkaç dosya var". Toplanan telemetri verilerine göre Microsoft, pagefile.sys dosyasını SSD depolama için ideal bir eşleşme olarak buldu .
  • Linux takas bölümleri, varsayılan olarak, temel blok aygıtı TRIM'i desteklediğinde, bunları kapatma veya bir kerelik veya sürekli TRIM işlemleri arasında seçim yapma olanağıyla TRIM işlemlerini gerçekleştirir.
  • Bir işletim sistemi, ayrı takas bölümlerinde TRIM kullanımını desteklemiyorsa , bunun yerine takas dosyalarını sıradan bir dosya sistemi içinde kullanmak mümkün olabilir. Örneğin, OS X takas bölümlerini desteklemez; yalnızca bir dosya sistemi içindeki dosyalara geçiş yapar, bu nedenle örneğin takas dosyaları silindiğinde TRIM'i kullanabilir.
  • DragonFly BSD , SSD ile yapılandırılmış takasın dosya sistemi önbelleği olarak da kullanılmasına izin verir. Bu, hem masaüstü hem de sunucu iş yüklerinde performansı artırmak için kullanılabilir. Bcache , dm-cache ve Flashcache projeleri Linux çekirdeği için benzer bir konsept sunmaktadır.

Standardizasyon kuruluşları

Aşağıdakiler, katı hal sürücüleri (ve diğer bilgisayar depolama aygıtları) için standartlar oluşturmak üzere çalışan standardizasyon kuruluşları ve organlarıdır. Aşağıdaki tablo, katı hal sürücülerinin kullanımını teşvik eden kuruluşları da içerir. Bu mutlaka kapsamlı bir liste değildir.

Organizasyon veya komite Alt komitesi: Amaç
YARARLANMAK Yok ABD'deki ANSI ile dünya çapındaki ortak ISO/IEC komiteleri arasındaki teknik standart faaliyetlerini koordine eder
T10 YARARLANMAK SCSI
T11 YARARLANMAK FC
T13 YARARLANMAK ATA
JEDEC Yok Mikroelektronik endüstrisi için açık standartlar ve yayınlar geliştirir
JC-64.8 JEDEC Katı hal sürücü standartlarına ve yayınlarına odaklanır
NVMHCI Yok Kalıcı bellek alt sistemleri için standart yazılım ve donanım programlama arabirimleri sağlar
SATA-IO Yok SATA spesifikasyonunun uygulanması için sektöre rehberlik ve destek sağlar
SFF Komitesi Yok Diğer standart komiteleri tarafından ele alınmadığında dikkat edilmesi gereken depolama endüstrisi standartları üzerinde çalışır
SNIA Yok Bilgi yönetiminde standartlar, teknolojiler ve eğitim hizmetleri geliştirir ve teşvik eder.
SSGK SNIA Katı hal depolamanın büyümesini ve başarısını teşvik eder

ticarileştirme

kullanılabilirlik

Katı hal sürücü teknolojisi, 1990'ların ortalarından beri askeri ve niş endüstriyel pazarlara pazarlanmaktadır.

Yükselen kurumsal pazarla birlikte, SSD'ler ultra mobil PC'lerde ve birkaç hafif dizüstü bilgisayar sisteminde ortaya çıkıyor ve kapasite, form faktörü ve aktarım hızlarına bağlı olarak dizüstü bilgisayarın fiyatına önemli ölçüde katkıda bulunuyor. Düşük kaliteli uygulamalar için, kapasite ve hıza bağlı olarak, bir USB flash sürücü 10 ila 100 ABD Doları arasında herhangi bir yerden elde edilebilir; alternatif olarak, bir CompactFlash kartı, benzer bir maliyetle bir CF'den IDE'ye veya CF'den SATA'ya dönüştürücü ile eşleştirilebilir. Bunlardan herhangi biri, ya sık sık yazılan dosyaları sürücüde depolamaktan kaçınarak ya da bir flash dosya sistemi kullanarak, yazma döngüsü dayanıklılık sorunlarının yönetilmesini gerektirir . Standart CompactFlash kartları genellikle 7 ila 15 MB/sn yazma hızlarına sahipken, daha pahalı olan üst sınıf kartlar 60 MB/sn'ye kadar hız talep eder.

Piyasaya sürülen ilk flash bellek SSD tabanlı bilgisayar, 27 Haziran 2006'da ön sipariş için duyurulan Sony Vaio UX90'dı ve Japonya'da 3 Temmuz 2006'da 16 GB flash bellek sabit sürücüsü ile sevkıyata başladı. Eylül 2006'nın sonlarında Sony, Vaio UX90'daki SSD'yi 32 GB'a yükseltti.

SSD'nin ilk ana akım sürümlerinden biri , Çocuk Başına Bir Dizüstü Bilgisayar projesinin bir parçası olarak inşa edilen XO Dizüstü Bilgisayardı . Gelişmekte olan ülkelerdeki çocuklar için üretilen bu bilgisayarların seri üretimi Aralık 2007'de başladı. Bu makineler, birincil depolama olarak 1.024 MiB SLC NAND flash kullanıyor ve bu da, kullanılmaları beklenen normal koşullardan daha zorlu koşullar için daha uygun kabul ediliyor. Dell , 26 Nisan 2007'de SanDisk SSD'li ultra taşınabilir dizüstü bilgisayarları göndermeye başladı. Asus , Eee PC netbook'unu 16 Ekim 2007'de 2, 4 veya 8 gigabayt flash belleğe sahip olarak piyasaya sürdü . 2008'de iki üretici, alışılmadık 1.8" HDD yerine SSD seçeneklerine sahip ultra ince dizüstü bilgisayarları piyasaya sürdü : Bu, Apple tarafından 31 Ocak'ta isteğe bağlı 64 GB SSD ile piyasaya sürülen bir MacBook Air'di (Apple Store maliyeti bu seçenek için 999 $ daha fazlaydı) , 80 GB 4200 RPM o ile karşılaştırıldığında HDD ), ve Lenovo ThinkPad sürümü ile Şubat 2008'de ilan ve 26 Ağustos 2008'de 128 GB SSD seçeneği yükseltilmiş benzer 64 gigabayt SSD ile X300, ThinkPad X301 modeli ( yaklaşık 200 ABD Doları ekleyen bir yükseltme).

2008'de SSD'lerle düşük kaliteli netbook'lar ortaya çıktı. 2009 yılında, SSD'ler dizüstü bilgisayarlarda görünmeye başladı.

14 Ocak 2008'de EMC Corporation (EMC) , Symmetrix DMX sistemleri için STEC, Inc.'in Zeus-IOPS SSD'lerini seçtiğini duyurduğunda, ürün portföyüne flash tabanlı SSD'leri gönderen ilk kurumsal depolama satıcısı oldu . 2008'de Sun , SSD'lerin sunduğu hızdan ve geleneksel HDD'lerin sunduğu ekonomi ve kapasiteden yararlanmak için hem katı hal sürücüleri hem de geleneksel sabit sürücüleri kullanan Sun Storage 7000 Birleşik Depolama Sistemlerini (kod adı Amber Road) piyasaya sürdü .

Dell , Ocak 2009'da belirli dizüstü bilgisayar modellerinde isteğe bağlı 256 GB katı hal sürücüleri sunmaya başladı. Mayıs 2009'da Toshiba, 512 GB SSD'li bir dizüstü bilgisayarı piyasaya sürdü.

Ekim 2010'dan bu yana, Apple'ın MacBook Air serisi standart olarak katı hal sürücüsü kullanıyor. Aralık 2010'da, OCZ RevoDrive X2 PCIe SSD, 740 MB/s'nin üzerinde sıralı hızlar ve 120.000 IOPS'ye kadar rastgele küçük dosya yazma hızları sunan 100 GB ila 960 GB kapasitelerde mevcuttu. Kasım 2010'da Fusion-io, 5,12 TB depolama alanı, 6,0 GB/sn okuma hızı, 4,4 GB/sn yazma hızı ve düşük gecikme süresi ile PCI-Express x16 Gen 2.0 arabirimini kullanan ioDrive Octal adlı en yüksek performanslı SSD sürücüsünü piyasaya sürdü. 30 mikrosaniye. 1.19 M Okuma 512 bayt IOPS ve 1.18 M Yazma 512 bayt IOPS'ye sahiptir.

2011'de Intel'in Ultrabook özelliklerine dayalı bilgisayarlar kullanıma sunuldu. Bu özellikler, Ultrabook'ların bir SSD kullanmasını zorunlu kılar. Bunlar, tüketici düzeyinde cihazlardır (kurumsal kullanıcılara yönelik önceki birçok flash teklifinin aksine) ve MacBook Air dışında SSD kullanan ilk yaygın olarak bulunan tüketici bilgisayarlarını temsil eder. OCZ Technology, CES 2012'de 6,5 GB/sn ve 1,4 milyon IOPS aktarım hızlarına ulaşabilen R4 CloudServ PCIe SSD'lerini sergiledi. Ayrıca 12 TB'a kadar kapasitelerde sunulan ve PCI Express x16 Gen 3.0 kullanılarak 7,2 GB/sn ve 2,52 milyon IOPS aktarım hızlarına ulaşabilen Z-Drive R5 de duyuruldu.

Aralık 2013'te Samsung, sektörün ilk 1 TB mSATA SSD'sini tanıttı ve piyasaya sürdü . Ağustos 2015'te Samsung, herhangi bir türde dünyanın en yüksek kapasiteli tek depolama aygıtı olan 16 TB SSD'yi duyurdu.

Bazı şirketler 2018 itibariyle SSD cihazları sunarken, bunları sunan şirketlerden sadece beşi SSD'lerde depolama unsuru olan Nand Flash cihazlarını üretmektedir .

Kalite ve performans

Genel olarak, herhangi bir belirli cihazın performansı, farklı çalışma koşullarında önemli ölçüde değişebilir. Örneğin, depolama aygıtına erişen paralel iş parçacıklarının sayısı, G/Ç blok boyutu ve kalan boş alan miktarı, aygıtın performansını (yani aktarım hızlarını) önemli ölçüde değiştirebilir.

SSD teknolojisi hızla gelişiyor. Dönen ortamlı disk sürücülerinde kullanılan performans ölçümlerinin çoğu SSD'lerde de kullanılır. Çok çeşitli olası koşullar nedeniyle flash tabanlı SSD'lerin performansını kıyaslamak zordur. Bir testte kullanılarak Xssist tarafından 2010 yılında gerçekleştirilen IOMeter , rastgele% 70 /% 30 yazma, sıra derinliği 4, IOPS Intel X25-E 64 tarafından teslim okumak 4 kB TR G1 yaklaşık 10.000 kadar IOP başladı ve 8 dakika sonra sert bir düşüş 4.000 IOPS'ye ve sonraki 42 dakika boyunca kademeli olarak düşmeye devam etti. IOPS, 8+ saatlik test çalışmasının geri kalanı için yaklaşık 50 dakikadan itibaren 3.000 ile 4.000 arasında değişir.

Kurumsal düzeyde flash sürücü tasarımcıları, aşırı tedariki artırarak ve aşınma dengelemeyi kullanarak uzun ömürlülüğü uzatmaya çalışır .

Satış

SSD sevkiyatları 2009 yılında 11 milyon adet, 2011 yılında 17,3 milyon adet olmak üzere toplam 5 milyar ABD Doları, 2012 yılında 39 milyon adet olarak gerçekleşmiş olup, 2013 yılında 83 milyon adet, 2016 yılında 201,4 milyon adet ve 227 milyon adet olması beklenmektedir. 2017 yılında.

Dünya çapında SSD pazarının (düşük maliyetli PC çözümleri dahil) gelirleri, 2007'de 259 milyon dolardan %100'ün üzerine çıkarak 2008'de 585 milyon dolara ulaştı.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar

Arka plan ve genel

Başka