Anatomia dysku SSD. Jak jest zbudowany i jak działa taki dysk?

Popularne wśród graczy i entuzjastów dyski SSD, coraz częściej trafiają również do komputerów zwykłych użytkowników. Czym różnią się od klasycznych dysków twardych?

SSD to skrót od Solid State Drive. W Polsce przyjęło się określenie dysk półprzewodnikowy, ze względu na brak elementów mechanicznych i oparcie konstrukcji na pamięciach NAND flash. Dla porównania, klasyczne dyski HDD (Hard Disk Drive), wykorzystują do przechowywania danych wirujące talerze magnetyczne.

Współczesne dyski HDD są naszpikowane elektroniką, wciąż jednak kryją w sobie silnik napędzający talerze oraz serwomotory sterujące głowicami. W przypadku SSD zastąpienie wrażliwych na wstrząsy talerzy przez pamięci flash sprawia, że są lżejsze i odporniejsze na uszkodzenia i przeciążenia. W obudowie typowego napędu SSD znajdziemy płytkę drukowaną (PCB), do której przylutowane są wszystkie podzespoły.

Swoją budową SSD na pierwszy rzut oka może kojarzyć się z popularnymi nośnikami USB flash (pendrive). Oczywiście to uproszczenie, ponieważ dyski półprzewodnikowe to konstrukcje bardzo zaawansowane. Stosowane w nich pamięci NAND flash cechują się wysoką wydajnością i długą żywotnością. Ich pracą steruje kontroler, pełniący rolę „mózgu”. Wreszcie SSD komunikuje się z płytą główną poprzez wydajny i szybki interfejs.

Są one sercem dysku SSD i służą do przechowywania danych. Opracowane zostały na początku lat 80-tych, ale historia ich rynkowego sukcesu zamyka się w ostatniej dekadzie. Wcześniej pamięci były zbyt drogie i oferowały za małą pojemność, by stać się popularnym nośnikiem danych.

W SSD pamięci pogrupowane są w moduły (kości) i umieszczone na płytce PCB. Miniaturyzacja układów doprowadziła do tego, że dziś typowy dysk oferuje pojemność od 12. GB do 1 TB. W perspektywie kilku lat możemy się spodziewać napędów SSD dorównujących pojemnościom dyskom HDD. Obecnie ze względu na cenę, najpopularniejsze są napędy 120-128 GB oraz 240-256 GB.

Na rynku rządzi technologia MLC (Multi Level Cell). Pamięci oparte na tym rozwiązaniu mają najlepszy stosunek wydajności do żywotności oraz przystępną cenę. W pojedynczej komórce pamięci MLC można zapisać 2 bity danych.

Na rynku można znaleźć również profesjonalne dyski z pamięciami SLC (Single Level Cell), gdzie pojedyncza komórka jest nośnikiem dla 1 bita danych. Cechuje je bardzo wysoka niezawodność, ale też wysoka cena. Stosunkowo nowym rozwiązaniem są pamięci TLC (Triple Level Cell) –. o wysokiej gęstości zapisu danych, 3 bity w komórce. Są tanie, ale ich żywotność jest kilkukrotnie krótsza od cyklu życia pamięci MLC.

Układ sterujący pracą dysku to klucz do jego wydajności. Realizuje on wszystkie zadania związane z zapisem, odczytem i kolejkowaniem danych. Niezawodność kontrolera jest w przypadku napędów SSD niezwykle istotna. Kontroler decyduje choćby o tym, do których komórek pamięci zapisywane są dane. Pozwala to na przedłużenie żywotności dysku, a więc gwarantuje jego bezawaryjną pracę przez wiele lat.

Jedną z firm znanych z produkcji wysokiej jakości kontrolerów jest Marvell. Wykorzystuje je dość szeroko Plextor. W segmencie budżetowym znajdziemy również rozwiązania takich marek jak Silicon Motion czy Phison. Niektórzy producenci dysków SSD, choćby Intel, stosują również własne kontrolery.

Z pracą kontrolera bardzo ściśle związana jest kwestia pamięci podręcznej (cache) –. dodatkowego modułu DRAM, umieszczonego na płytce PCB. Pełni ona rolę zasobnika, swoistej kieszeni, która ułatwia kontrolerowi kolejkowanie zadań. W powszechnej opinii, im cache jest większy tym lepiej. Nie jest to regułą. Więcej pamięci podręcznej znajdziemy zwykle w dyskach o większej pojemności, które oferują wyższą prędkość zapisu danych. Z drugiej strony, napędy SSD oparte na popularnych kontrolerach SandForce, nie mają w ogóle pamięci podręcznej.

Podobnie jak w przypadku dysków HDD, producenci napędów SSD najchętniej sięgają po najpopularniejsze rozwiązanie na rynku –. złącze SATA 6 Gb/s. To korzystne dla użytkowników, ponieważ dzięki temu wymiana dysku twardego na półprzewodnikowy nie wymaga większej znajomości komputera.

Ten sam interfejs nie zmienia faktu, że różnica w wydajności pomiędzy HDD a SSD jest zwykle ogromna. Najwydajniejsze modele HDD osiągają transfery na poziomie 150-20. MB/s. Dyski SSD często 450-500 MB/s, a droższe modele potrafią zbliżyć się do granic przepustowości SATA 6 Gb/s (ok. 570 MB/s). Aby obejść zjawisko „wąskiego gardła” interfejsu SATA, producenci sięgają po alternatywne rozwiązania. Stąd ultra wydajne napędy SSD korzystające z interfejsu PCI Express.

Producenci napędów SSD lubią, jeśli ich produkty wyróżniają się na tle konkurencji. Stąd dbałość o wygląd, jaskrawe kolory i atrakcyjne naklejki. Z perspektywy użytkownika ważniejsza od wyglądu jest jednak solidna, aluminiowa obudowa.

SSD nie dzielimy na 2,5 oraz 3,5 calowe, tak jak dyski HDD. Standard to uniwersalny format 2,5 cala, dla napędów SATA 6 Gb/s oraz grubość obudowy 7 mm. Dzięki temu SSD możemy wsadzić również do ultrabooków.

Dodatkowe oprogramowanie to miły akcent ze strony producenta. Wybierając SSD, warto sprawdzić co otrzymamy w gratisie. Popularnym dodatkiem są programy do migracji danych lub klonowania dysku, takie jak NCI Echo 3. Równie przydatne może się okazać oprogramowanie do optymalizacji pracy dysku. Przykładowo, Samsung oferuje aplikację SSD Magican, a Plextor bogaty pakiet oprogramowania: PlexTurbo 3.0, PlexCompressor oraz PlexVault.