FőoldalKonstruktőrSSD - Szilárdtestmeghajtók
2012. március 23., péntek ::

SSD - Szilárdtestmeghajtók

Ahogy azt olvasóink közül biztosan sokan észrevették, a hagyományos merevlemezek ára az elmúlt hónapokban drasztikusan megemelkedett. Ennek oka a késő őszi, Thaiföld egyes részeit sújtó árvíz által tönkretett ipari létesítmények kiesése miatti készlethiány, és ez a helyzet az előrejelzések szerint még legalább egy évig nem is javul számottevően. A kialakult viszonyok előtérbe hozták alternatív megoldások, mint például a szilárdtestmeghajtók (SSD - Solid State Drive) alkalmazásának lehetőségét, amelyek eddig elsősorban magas áruk miatt csak speciális területeken terjedtek el. Elgondolkodtató, hogy ne vásároljunk-e inkább egy 120 GiB tárkapacitású szupergyors SSD meghajtót ugyanazon az áron, amennyiért egy 1 TiB méretű hagyományos, sokkal lassabb merevlemezt kaphatunk? De vajon műszakilag mennyire indokolt a váltás? A válaszhoz át kell tekinteni azokat a tulajdonságokat, amelyek az SSD-technológiát jellemzik, és össze kell vetni a hagyományos mágneslemezes technológia sajátosságaival. Ehhez próbál a jelen írás segítséget nyújtani

A szilárdtestmeghajtók (SSD - Solid State Drive)
A szilárdtestmeghajtó (SSD) elektronikus adattároló eszköz, amely félvezető nemfelejtő (non-volatile) flash memóriachipeket tartalmaz, eltérően a hagyományos elektromechanikus író-olvasó mechanizmussal ellátott mágneslemezes technológiától. A belső felépítés következtében - elsősorban a mechanikus elemek és elektromotorok hiánya miatt - a zaj, a fogyasztás és a tömeg is minimális. Az eszközök bár drágák, amellett, hogy gyorsan élednek és nagy sebességgel végzik az IO-műveleteket, rendkívül megbízhatóak is, mivel nagyfokú mechanikai tűrés jellemzi őket. A gyártók ugyanazzal az interfésszel látják el az SSD-t is, mint amely a hagyományos merevlemez-technológiában elterjedt (ATA/SATA), ami a legtöbb applikációban csereszabatos megoldást biztosít. Jelenleg számítógépekbe elsősorban akár 250 ... 300 MiB/s sebességű adatátvitelt is nyújtó SATA meghajtókat kínálnak a gyártók. Az eddig résztelezett tulajdonságok általában köztudottak a téma iránt érdeklődők számára. Ahhoz, hogy bonyolultabb megállapításokat is tehessünk, a témában jobban el kell merülni, az SSD tulajdonságait jobban meg kell ismerni.

Élettartam
A témában jártas szakemberek egyik legfontosabb félelme az SSD-meghajtók élettartamkorlátjával kapcsolatos. A flash-memóriacellák csak korlátozott számú írás/olvasási ciklust képesek elviselni, de természetesen ez nem jelentheti azt, hogy az ezekből szervezett meghajtó egyik pillanatról a másikra használhatatlanná válna. A SSD vezérlő áramköre biztosítja, hogy az élettartamuk vége felé járó cellák adatai biztonságba kerüljenek és a cellák további használatból ki legyenek zárva. Számtalan algoritmus létezik az egyenletes cellakihasználás biztosítására, melyek természetesen lehetővé teszik a megfelelően hosszú élettartam elérését a teljes egységre tekintve.

Megbízhatóság
Különösen a hordozható eszközökben használatos lemezmeghajtókra igaz, hogy a megbízhatóságot a mechanikai stresszállóképesség határozza meg. A hagyományos meghajtók mágneslemezei törékenyek, a mágnesfelületek és a mechanika idegen testek (pl. porszem) megjelenésekor, vagy rázkódás esetén sérülnek. Az SSD - elsősorban elektronikus működési elve okán - ezekre a hatásokra érzéketlen.

Fogyasztás és melegedés
Az alacsony hőtermelés és a nagyfokú hőmérséklettűrés kulcsfontosságú szempont, amikor hagyományos merevlemezt SSD-vel helyettesítünk, különösen RAID-szervezésben, vagy hordozható konfigurációban, ami maga is nagy mennyiségű hőt termel. A lemezforgató és fejpozicionáló motorok hiányában az energiafogyasztás alacsony, de fontos tudni, hogy a fogyasztás-tárolási kapacitás arányát figyelembe véve az SSD a hagyományos merevlemezekkel összevetve alulmaradhat. Míg a mágneses elven működő merevlemezeket relatív nagy tárolókapacitás-növekedés mellett is elhanyagolható fogyasztásnövekedés jellemzi, addig az SSD esetén a fogyasztás a memóriakapacitás növelésével közel lineárisan nő.

Adatelérési sebesség/gyorsaság (IOPS input output operations per second)
Mivel az SSD-nél induló állapotban nincs szükség a lemezek felpörgetésére, és nem kell a mechanika tehetetlenségével sem kalkulálni, az adatok szinte azonnal olvashatók a memóriacellákból. A kis hozzáférési idők miatt továbbá nincs összefüggés az adatok fizikai elhelyezkedése és visszaolvasásuk gyorsasága között sem, azaz a hagyományos merevlemez-meghajtók esetén a fregmentáltságból következő lassú olvasás itt nem jelentkezik.
Az SSD érzékelhető működési sebességét nem csak az olvasás, hanem az olvasás és írás gyorsasága közösen határozza meg, és különböző befolyásoló tényezők együttesen alakítják. Az SSD-n tárolt adatok fizikailag memóriablokkokban helyezkednek el, amelyek több lap köré szerveződnek. Ezeket a memóriablokkokat írás előtt törölni kell. Az eredő írási sebességet nagyban csökkenti a - partíciók fizikailag rendezetlenül tárolt adatai miatti - nagyszámú felesleges blokkrendezési, -törlési művelet. Tradicionális fájlrendszerekben az adattörlés nem tényleges fizikai megsemmisítési művelet, hanem logikai jellegű megoldás: a törölhető adat a fájlallokációs táblában felülírhatónak jelölődik, azaz SSD használatakor majd fizikai törlésre is szükség lesz írás előtt. Ahogy már említésre került, a flash-technológia nagymértékben támaszkodik a meghajtó áramkörök, firmware-ek és operációs rendszerszintű meghajtóprogramok nyújtotta szolgáltatásokra az optimális működés biztosításához. Az SSD TRIM-támogatás a megoldás, amely biztosítja az adatok tényleges törlését ahelyett, hogy folyamatos blokktörlésekkel és áthelyezésekkel kellene majd írási műveletek előtt operálni, ami nagyban csökkentené a hatékonyságot. Ezenfelül segít abban is, hogy a cellák ne használódjanak el a sok felesleges adatművelet miatt, tehát kiméli is a meghajtót. A tényleges a flash-memóriába írt adatmennyiség és az operációs rendszer által írásra küldött adatmennyiség hányadosa, az ún. write amplification, amely minimalizálása a cél. Rosszul szervezett esetben egy 4 kiB-os fájl írása akár 40 kiB tényleges adatmennyiség írásával érhető el az áthelyezések, helyfelszabadítás miatt. A sebességre igen nagy hatással van az adatterhelés típusa is. A szekvenciális nagy blokkműveletek sokkal jobb hatékonysággal végezhetők, mint a véletlenszerű kis blokkműveletek, mert ez utóbbiak esetében az írási műveleteket megelőző helyfelszabadítás lassítja a meghajtót. Az ún. tranzakció-história, a meghajtó előélete során akkumulált adatterhelés - amely a tradicionális merevlemezek esetén azok partíciójának fregmentáltságában mutatkozik meg - is nagyban befolyásolja az I/O-teljesítményt. SSD-k esetén, a kis hozzáférési idők miatt, olvasás esetén ez szerencsére nem számottevő faktor, azonban az írási műveletek sebességének optimalizálásához helyfelszabadítási és helyreállítási háttérműveletekre van szükség, amelyek sikerességét nagyban meghatározza a meghajtó még szabad memóriakapacitása. Míg a meghajtó új (FOB állapot - Fresh Out of Box), kevesebb háttérművelet szükséges, a teljesítmény kiemelkedően jó: ez az oka, hogy az új, vagy frissen formázott SSD gyorsabb. Ahogy azonban használódik, egyre több terület allokálódik, így a működést mind több és több háttérművelet késlelteti, ez lassulást okoz. A céltartalékképzés (over-provisioning) oldja meg ezt a gondot, azzal, hogy a szabad kapacitás terhére mindig elegendő friss blokkot tart fenn az újonnan írandó adatok számára a rendszer a garbage-collection nevű háttérművelet üresjárási időszakokban történő futtatásával. Ez a folyamat mindig elegendő friss flash-blokkot szabadit fel, ezzel lehetséges a "write amplification" minimalizálása, hiszen nem szükséges egy állomány írásakor nagyszámú felesleges kondicionáló I/O-művelet, ha van elegendő szabad flash-blokk. Ezzel a flash-management-algoritmusok hatékonyabbá tehetők és pozitív hatással van a meghajtó élettartamára is. A legjobb teljesítmény a "TRIM" és az "Üresjárati céltartalékképzés" együttes alkalmazásával operáló SSD esetében érhető el, bár ez esetben romlik a költség-tárkapacitás-viszony. Alacsonyabb céltartaléknak fenntartott tárkapacitás esetén azonban a teljesítmény és az élettartam romlik, különösen nagy írásterhelés esetén.

Az SSD és a hagyományos merev­-lemez tulajdonságainak összevetése
A fentiekben leirt jellemzők figyelembevételével már könnyebben eldönthető, hogy az adott alkalmazásban van-e értelme SSD használatának, nyerünk-e a sebesség vagy a megbízhatóság területén annyit, amennyivel drágább a technológia. Táblázatosan is összefoglaltuk, hogy még áttekinthetőbbé tegyük a különbségeket

Runcore
A 2007-ben alapított RunCore ma a világ egyik vezető minőségi SSD-gyártója. A core-technológiának köszönhetően minden főbb területre tudnak megoldást nyújtani: katonai alkalmazások, beágyazott ipari alkalmazások, fogyasztói szegmens. Megtalálhatók a következő interfészek a kínálatban: SATA, PATA, mSATA, PATA ZIF és SATA LIF csakúgy, mint a beágyazott mini-PCIe SSD interfész.

Az ENDRICH Bauelemente Vertriebs GmbH honlapja

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Rendezvények / Kiállítások

Mostanában nincsenek események
Nincs megjeleníthető esemény