Hogyan működik az SSD?

Az SSD-k idővel minden bizonnyal átveszik majd a vezető szerepet a hétköznapi adattárolásban; csendesebbek, gyorsabbak, strapabíróbbak és kevésbé energiaigényesek, mint a hagyományos HDD-k. Egyelőre persze áruk miatt nem nagyon rúghatnak labdába, főleg az otthoni felhasználók körében, de ez 1-2 éven belül könnyen megváltozhat.

Hogyan működik?

Az SSD-k két legfontosabb alkotóeleme a (NAND) flash chip illetve a vezérlőelektronika. Előbbi az adattárolásért felel (normál HDD-k esetén ezt a feladatot az adattároló tányérok látják el), utóbbi pedig az írási/olvasási műveleteket végzi, amely sokkal komplexebb feladat, mint egy normál HDD esetében – hogy miért, az rögtön kiderül.

A NAND flash chipek működési elvét nem kell mélyebben megértenünk, az alapismeretek azonban fontosak. A NAND chipek belső szerkezete rácsos felépítésű, s a rácspontok jelentik a biteket. Minden rácspont egy tranzisztort tartalmaz, amelyben egy vezérlő és egy követő kapu található. A követő kapu töltöttségi szintje egyben meghatározza a vezetőképességét is. Ha az elektronika feszültséget közöl a vezérlőkapuval, akkor az elektronágyúként viselkedik, és az elektronok átvándorolnak a követőkapuba (növelve annak feszültségét). A kapuk között egy vékony oxidréteg húzódik, amelynek szerepe az, hogy az így kialakult töltést megtartsa a követőkapuban akkor is, amikor a vezérlőkapu már nincs feszültség alatt.

Végső soron a feszültség/vezetőképesség az, ami a bit értékét meghatározza: az elektonika méri a követő kapun áthaladó feszültséget, és, ha ennek mértéke kisebb, mint a „bithatár”, akkor a bit értéke 1, egyébként pedig 0. A 0 értéket programozott, az 1 értéket törölt állapotnak is szokás nevezni. A cellák egyszerűen törölhetők: a követő kapu töltöttségi szintjét a rajta áthaladó „nagy” feszültség lenullázza. (Ez az előbbi folyamat inverze.)

Két típus: SLC és MLC

Napjainkban valamennyi SSD NAND flash chipekre épül, mégis kétféle típus létezik, SLC illetve MLC néven. Az SLC a Single Level Cell (kb. egyszintes cella), az MLC pedig a Multi Level Cell (kb. többszintes cella) elnevezés rövidítése, amiből talán máris sejthető, hogy mi az alapvető különbség a két verzió között. Az SLC cellákban egy bit tárolható el (0 vagy 1 érték), míg az MLC esetében ennek többszöröse, duplája (00, 01, 10, 11 értékek) vagy esetleg négyszerese (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 értékek).

Nézzük az előnyöket és hátrányokat! Az MLC ugyanakkora alapterületen nagyobb adatsűrűséget jelent, viszont sokkal pontosabb vezérlés igényel, mert, ugyanakkora feszültséghatáron belül több állapotot kell egymástól egyértelműen megkülönböztetni. Az írás és olvasás sebessége az MLC esetében éppen ezért lassabb; az olvasás kétszer annyi időbe telik, a programozás pedig közel négyszer annyiba. (A törlés mindkét esetben azonos sebességű.) Az MLC lapkák legnagyobb lemaradása az egy cellára jutó programozási/törlési műveletek számában van, ugyanis egy MLC cella kb. tizedannyi műveletet bír csupán ki, mint egy SLC. A korábban már említett nagyobb adatsűrűség mellett az MLC másik nagy előnye, hogy előállítása (bitekre levetítve) olcsóbb.

Adatszerkezet, sebesség

Az SLC és MLC SSD meghajtók adattárolási szerkezete hasonló; a bitekből összeállított legkisebb egység az oldal (page), amely tipikusan 0,5-4 Kbájt méretű. 128 oldal kitesz egy blokkot, amelyek mérete ennek megfelelően 64-512 Kbájt között változik. Az SSD-k különlegessége, hogy míg írás esetén a legkisebb egység az oldal, addig törlésnél egy egész blokkot kell kezelni – aminek az egyszerű oka, hogy az oldalankénti törlés túl sokáig tartana.

Az SSD-k sebessége alapvetően a flash chiptől illetve a vezérlőelektronikától függ, és széles tartományban mozoghat. Olvasásnál nem ritka a 200 MB/s feletti eredmény sem. Jó elektronikát feltételezve az SSD-k további előnye a normál HDD-kel szemben, hogy gyakorlatilag nincs elérési idő (illetve van, de mikroszekundumban mérhető, a HDD-k milliszekundumban mérhető paraméterével szemben), valamint, hogy az írási és olvasási sebesség a meghajtó teljes felületén azonos.