هارد SSD چیست؟

آمارها نشان می‌دهند، کسب‌وکارهایی که نیازشان به ورودی/خروجی (I/O) بالا به سرعت در حال افزایش است، استفاده از SSDها را سرعت بخشیده‌اند. از آنجایی که SSDها تأخیر (latency) کمتری نسبت به HDDها دارند، می‌توانند به طور مؤثرتری به بارهای کاری در ارتباط با خواندن بالا و نوشتن داده‌ها پاسخ دهند.

از آنجایی که SSD هیچ قطعه‌ی متحرکی ندارد، در معرض خرابی‌های مکانیکی مشابه با هارددیسک‌ها (HDD) قرار نمی‌گیرد. همچنین SSDها کم‌صدا‌تر هستند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند. علاوه بر این، وزن کمتر SSD نسبت به هارددیسک‌ها، آن‌ها را برای دستگاه‌های لپ‌تاپ و کامپیوترهای قابل حمل مناسب می‌کند.

علاوه بر این، نرم‌افزار کنترل‌کننده‌ی SSD شامل تحلیل‌های پیش‌بینی کننده‌ای است که می‌تواند کاربر را از خرابی احتمالی درایو آگاه کند. از آنجایی که حافظه‌ی فلش انعطاف‌پذیر است، عرضه‌کنندگان آرایه تمام فلش (AFA) می‌توانند با استفاده از تکنیک‌های کاهش داده، ظرفیت قابل استفاده‌ی ذخیره‌سازی را مدیریت کنند. در ادامه بیشتر با این نوع حافظه غیر فرار و نحوه کار آنها آشنا می‌شوید.

معرفی هارد SSD

SSD یا درایو حالت جامد، نوعی ابزار ذخیره‌سازی است که در سرورها و کامپیوترهای شخصی استفاده می‌شود. این حافظه‌ی غیرفرار، اطلاعات را به طور دائمی روی تراشه‌های فلش ذخیره می‌کند. SSD‌ در حقیقت جایگزینی برای هارددیسک‌های HDD سنتی است و کارکردهای پایه‌ای مشابهی را ارائه می‌دهد، اما به طور قابل توجهی سریع‌تر است. (برای آشنایی با هارد دیسک های سنتی مقاله هارد hdd چیست و چگونه کار می‌کند؟ را بخوانید.)

با وجود یک SSD، سیستم‌عامل سرور یا کامپیوتر شخصی سریع‌تر اجرا می‌شود، برنامه‌ها با سرعت بیشتری بارگذاری می‌شوند و فایل‌ها را هم می‌توانید به شکل بهینه‌تری ذخیره کنید.

هارددیسک‌های سنتی از یک صفحه‌ی گردان با هد خواندن/نوشتن روی بازوی مکانیکی به نام عملگر (actuator) تشکیل شده‌اند. یک HDD اطلاعات را به صورت مغناطیسی می‌خواند و می‌نویسد. ماهیت مغناطیسی می‌تواند منجر به خرابی‌های فیزیکی شود. در مقابل، یک SSD هیچ قطعه‌ی متحرکی ندارد که خراب شود. دو جز اصلی در یک SSD، کنترل‌کننده‌ی فلش و تراشه‌های حافظه‌ی فلش NAND هستند. این پیکربندی برای ارائه عملکرد خواندن/نوشتن بالا برای درخواست‌های داده‌ی ترتیبی و تصادفی بهینه‌سازی شده است.

امروزه حافظه‌های SSD در هر دستگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا بالاترین سرعت دسترسی به اطلاعات را ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، آن‌ها در محصولات مصرفی، رایانه‌های شخصی (PC)، لپ‌تاپ‌ها، سرورها، دوربین‌های دیجیتال، پخش‌کننده‌های موسیقی دیجیتال، کامپیوترهای گیمینگ، گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و … به کار می‌روند. همچنین آن‌ها در کارت‌های گرافیک نیز به کار گرفته می‌شوند. با این حال، اصلی‌ترین مشکلی که حافظه‌های SSD دارند ظرفیت کم و قیمت بالای آن‌ها در مقایسه با هارد دیسک‌ها است.

هارد SSD چگونه کار می کند؟

یک SSD اطلاعات را روی تراشه‌های حافظه‌ی فلش متصل به هم که از سیلیکون ساخته شده‌اند، می‌خواند و می‌نویسد. سازندگان برای دستیابی به تراکم‌های مختلف، این تراشه‌ها را به صورت شبکه‌ای روی هم قرار می‌دهند. این تراشه‌ها از ترانزیستورهای گیت شناور (FGT) برای نگه‌داری بار الکتریکی استفاده می‌کنند که به SSD امکان می‌دهد حتی در زمان قطع برق، داده‌ها را ذخیره کند. هر FGT یک بیت داده را در خود جای می‌دهد که با وجود بار الکتریکی به عنوان یک و بدون بار به عنوان صفر در نظر گرفته می‌شود، دسترسی به هر بلوک داده با سرعتی ثابت امکان‌پذیر است.

SSDها سعی می‌کنند اطلاعات را به گونه‌ای روی سلول‌ها بنویسند که در عمل یک سلول بیش از اندازه مورد استفاده قرار نگیرد که خرابی زودهنگام را تجربه کند. به بیان دقیق‌تر، سعی می‌کنند به صورت دوره‌ای به سراغ سلول‌ها بروند. با این‌حال، SSDها در گذر زمان عملکردشان کند می‌شود.

SSDها از سه نوع اصلی حافظه استفاده می‌کنند: سلول‌های تک‌سطحی، چندسطحی و سه‌سطحی. سلول‌های تک‌سطحی می‌توانند در یک زمان یک بیت داده (صفر یا یک) را نگه‌داری کنند. این سلول‌ها سریع‌ترین و بادوام‌ترین نوع هستند، اما گران‌ترین در مقایسه با دیگر نمونه‌ها هستند. سلول‌های چندسطحی (MLC) می‌توانند دو بیت داده در هر سلول نگه‌داری کنند و در فضای فیزیکی مشابه یک سلول تک‌سطحی، فضای ذخیره‌سازی بیشتری را ارائه می‌دهند. با این حال، سرعت نوشتن داده در آن‌ها پایین‌تر است. سلول‌های سه‌سطحی (TLC) می‌توانند سه بیت داده را در هر سلول نگه‌داری کنند. هرچند این نوع سلول‌ها ارزان‌تر هستند، اما سرعت نوشتن پایین‌تری دارند و نسبت به سایر حافظه‌ها، دوام کمتری دارند. درایوهای حالت جامد مبتنی بر TLC ظرفیت فلش بیشتری را ارائه می‌دهند و نسبت به MLC یا SLC ارزان‌تر هستند، اما به دلیل داشتن هشت حالت در هر سلول، احتمال خطای بیت (bit rot) در آن‌ها بالاتر است.

انواع هارد SSD

SSDها در مدارهای NAND، NOR و نوع گیت منطقی که استفاده می‌کنند، متفاوت هستند. دستگاه‌های NAND از دسترسی سریال هشت پین به داده استفاده می‌کنند. در همین حال، حافظه فلش NOR اغلب در تلفن‌های همراه استفاده می‌شود و از دسترسی تصادفی یک بایتی پشتیبانی می‌کند. فلش NOR در مقایسه با NAND زمان خواندن سریعی را ارائه می‌دهد، اما به طور کلی یک فناوری حافظه‌ی گران‌تر است. NOR داده‌ها را به صورت قطعات بزرگ می‌نویسد، به این معنی که پاک کردن و نوشتن داده‌های جدید زمان بیشتری می‌برد. اکنون اجازه دهید انواع SSDها را مورد بررسی قرار دهیم.

درایوهای حالت جامد (SSD) پایه

این نوع حافظه SSD پایین‌ترین عملکرد را ارائه می‌دهد. SSDهای پایه، دستگاه‌های فلشی هستند که از طریق رابط‌های SATA یا SAS به سیستم متصل می‌شوند و اولین قدم مقرون به صرفه برای ورود به دنیای درایوهای حالت جامد هستند. برای بسیاری از محیط‌ها، افزایش عملکرد در سرعت خواندن ترتیبی ناشی از یک SSD مبتنی بر SATA یا SAS کافی خواهد بود.

فلش مبتنی بر PCIe

فلش مبتنی بر رابط PCIe سرنام (Peripheral Component Interconnect Express) گام بعدی در افزایش عملکرد است. در حالی که این دستگاه‌ها اغلب توان عملیاتی بالاتر و عملیات ورودی/خروجی بیشتری را در ثانیه ارائه می‌دهند، بزرگترین مزیت آن‌ها تأخیر بسیار کمتر است. نکته منفی این است که اکثر این محصولات نیاز به یک درایور اختصاصی دارند و از مکانیزم حفاظت از داده‌های داخلی محدودی برخوردار هستند.

ماژول‌های فلش DIMM

ماژول‌های حافظه‌ی دو خطه درون خطی (DIMM) فلش، با حذف تداخل احتمالی باس PCIe، باعث کاهش تأخیر شده و فراتر از حافظه‌های فلش PCIe عمل می‌کنند. آن‌ها نیاز به درایورهای اختصاصی سازگار با فلش DIMM دارند و تغییرات خاصی را در سیستم ورودی/خروجی فقط خواندنی مادربرد ایجاد می‌کنند.

SSDهای NVMe

این SSDها از فناوری رابطNVMe سرنام (Non-Volatile Memory Express) استفاده می‌کنند. این امر باعث افزایش سرعت انتقال داده بین سیستم‌های کلاینت و درایوهای حالت جامد از طریق باس PCIe می‌شود. SSDهای NVMe برای ذخیره‌سازی غیرفرار اطلاعات با عملکرد بالا طراحی شده‌اند و گزینه مناسبی برای پاسخ‌گویی به پردازش‌های سنگین هستند.

ذخیره‌سازی ترکیبی DRAM – فلش

این پیکربندی کانال حافظه‌ی دسترسی تصادفی پویا (DRAM) فلش و DRAM سرور را با هم ترکیب می‌کند. این دستگاه‌های ذخیره‌سازی ترکیبی فلش، محدودیت نظری مقیاس‌بندی DRAM را برطرف کرده و برای افزایش توان عملیاتی نرم‌افزار کاربردی و فضای ذخیره‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

حافظه‌های فلش به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود قادر هستند، دسترسی به اطلاعات را با بالاترین سرعت ممکن امکان‌پذیر کنند. با این‌حال در مقایسه با هارد دیسک‌ها ظرفیت کمتری دارند که البته در سال‌های اخیر به دلیل پیشرفت‌های انجام گرفته در این زمینه، در حال مشاهده حافظه‌ SSD با ظرفیت بالاتر هستیم؛ به طوری که انتظار می‌رود در سال‌های آتی، حافظه‌های فلش با ظرفیت‌های چندین ترابایت با قیمت مناسب در دسترس قرار بگیرند.