SSD چیست؟

SSD (SOLID STATE DRIVE) چیست؟

SSD یا درایو حالت‌جامد نوعی وسیله ذخیره‌سازی است که در رایانه‌ها استفاده می‌شود. این قطعه ذخیره‌سازی غیر فرار، داده‌های دائمی را روی حافظه فلش حالت‌جامد (SSD) ذخیره می‌کند. جایگزین هارددیسک‌های سنتی (HDD) در رایانه‌ها می‌شوند و همان عملکردهای اولیه هارددیسک را انجام می‌دهند، اما با مقایسه سرعت SSD نسبت به HDD متوجه سرعت بالای SSD خواهید شد. باوجود SSD ، سیستم‌عامل دستگاه با سرعت بیشتری بوت می‌شود، برنامه‌ها سریع‌تر بارگیری می‌شوند و فایل‌ها سریع‌تر ذخیره می‌شوند.

هارددیسک شامل یک دیسک چرخان با سرعت خواندن/نوشتن بر روی یک بازوی مکانیکی به نام محرک است. یک HDD داده‌ها را به‌صورت مغناطیسی می‌خواند و می‌نویسد. بااین‌حال، خواص مغناطیسی می‌تواند منجر به خرابی‌های مکانیکی شود.

در مقایسه، SSD هیچ قطعه متحرکی برای شکستن یا چرخش به سمت بالا یا پایین ندارد. دو جزء کلیدی یک ​هاردSSD ، کنترلر فلش و تراشه‌های حافظه فلش NAND می‌باشند. این پیکربندی برای ارائه عملکرد خواندن/نوشتن بالا برای درخواست‌های داده‌های متوالی و تصادفی بهینه‌شده است.

SSD ها در هرجایی که هارددیسک قابل‌نصب باشد، استفاده می‌شود.

به‌عنوان‌مثال، در محصولات مصرفی، آن‌ها در رایانه‌های شخصی (PC)، لپ‌تاپ، بازی‌های رایانه‌ای، دوربین‌های دیجیتال، پخش‌کننده‌های موسیقی دیجیتال، تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها استفاده می‌شوند. آن‌ها همچنین با کارت گرافیک گنجانده‌ شده‌اند. بااین‌حال، SSD ها گران‌تر از HDD ها هستند.

کسب‌وکارهایی که نیاز به‌ سرعت در حال گسترش برای ورودی/خروجی(I/O) بالاتر دارند، باعث توسعه و پذیرش SSDها شده‌اند. از آنجایی که SSD ها تاخیر کمتری نسبت به هارد دیسک ها دارند، می توانند به طور کارآمدی هم بارهای کاری سنگین و هم تصادفی را مدیریت کنند. این تأخیر کمتر از توانایی یک SSD فلش برای خواندن مستقیم و فوری داده ها از داده های ذخیره شده ناشی می‌شود.

سرورهایی با کارایی بالا، لپ ‌تاپ‌ها، رایانه‌های رومیزی یا هر برنامه‌ای که نیاز به ارائه اطلاعات در زمان واقعی دارد، می‌توانند از فناوری SSD بهره ببرند. این ویژگی ها SSD های سازمانی را برای خواندن اطلاعات با حجم بالا، مناسب می کند.

SSD ها چگونه کار می کنند؟

یک SSD داده ها را روی تراشه های حافظه فلش متصل به هم که از سیلیکون ساخته شده اند، می خواند و می نویسد. سازندگان SSD ها را با قرار دادن تراشه ها در یک شبکه برای دستیابی به تراکم های مختلف می سازند.

این تراشه ها از ترانزیستورهای دروازه شناور (FGT) برای نگه داشتن بار الکتریکی استفاده می کنند که هاردSSD را قادر می سازد تا داده ها را حتی زمانی که به منبع تغذیه متصل نیست ذخیره کند. هر FGT حاوی یک بیت داده است که به عنوان یک برای یک سلول شارژ شده یا صفر در صورتی که سلول فاقد بار الکتریکی باشد، تعیین می شود.

هر بلوک داده با سرعت ثابت قابل دسترسی است. با این حال، SSD ها فقط می توانند در بلوک های خالی بنویسند. و اگرچه SSD ها ابزارهایی برای دور زدن این موضوع دارند، این عملکرد ممکن است همچنان در طول زمان کند شود.

SSD ها از سه نوع حافظه اصلی استفاده می کنند: سلول های تک سطحی، چند سطحی و سه سطحی. سلول های تک سطحی می توانند یک بیت داده را در یک زمان نگه دارند (یک یا صفر).

سلول های تک سطحی (SLC) گران ترین شکل SSD هستند، اما همچنین سریع ترین و بادوام ترین آنها هستند. سلول های چند سطحی (MLC) می توانند دو بیت داده را در هر سلول نگه دارند و فضای ذخیره سازی بیشتری در همان مقدار فضای فیزیکی SLC دارند. با این حال، MLC ها سرعت نوشتن پایین تری دارند. سلول های سطح سه گانه (TLC) می توانند سه بیت داده را در یک سلول نگه دارند. اگرچه TLC ها ارزان تر هستند، اما سرعت نوشتن پایین تری نیز دارند و نسبت به سایر انواع حافظه دوام کمتری دارند. SSD های مبتنی بر TLC ظرفیت ​فلاش بیشتری را ارائه می دهند و نسبت به MLC یا SLC ارزان تر هستند، البته به دلیل داشتن هشت حالت در سلول، احتمال پوسیدگی بیت ها بیشتر است.

ویژگی های اصلی SSD چیست؟

چندین ویژگی طراحی یک SSD را مشخص می‌کند. از آنجایی که SSD قطعات متحرک ندارد، در معرض خرابی های مکانیکی که در هارددیسک ها رخ می دهد، نیست. SSD ها کم صداتر هستند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند و از آنجایی که SSD ها وزن کمتری نسبت به هارددیسک دارند، برای لپ تاپ و دستگاه های محاسباتی موبایل مناسب هستند.

علاوه بر این، نرم‌افزار کنترل‌کننده SSD شامل تجزیه و تحلیل‌های پیش‌بینی‌گر است که می‌تواند کاربر را از قبل از خرابی احتمالی درایو، آگاه کند.

مزایای SSD چیست؟

مزایای SSD نسبت به HDD عبارت است از:

• سرعت سریعتر خواندن/نوشتن و دسترسی به فایل های حجیم SSD ها .
• زمان بوت سریعتر و عملکرد بهتر. از آنجایی که درایو SSD نیازی به چرخش درایو مانند هارددیسک ندارد، پاسخگو و عملکرد بارگذاری بهتری را ارائه می دهد. با نصب SSD روی لپ تاپ متوجه تفاوت سرعت آن خواهید شد.
• SSD ها در برابر ضربه مقاوم تر هستند و بهتر از HDD ها می توانند گرما را تحمل کنند زیرا قطعات متحرک ندارند.
• مصرف برق درایوهای SSD به دلیل نداشتن قطعات متحرک نسبت به هارد دیسک ها به برق کمتری برای کار نیاز دارند.
• SSD ها صدای کمتری تولید می‌کنند، زیرا هیچ قطعه متحرک یا چرخشی در آن وجود ندارد.
• SSD ها به شکل های مختلفی تولید می‌شوند در حالی که اندازه هارد دیسک محدود است.

معایب SSD چیست؟

• SSD ها نسبت به هاردهای(HDD) معمولی گران تر هستند.
• برخی از SSD ها، به عنوان مثال، آنهایی که از تراشه های حافظه فلش NAND استفاده می‌کنند، فقط می‌توانند تعداد دفعات مشخصی را بنویسند که معمولاً این تعداد کمتر از هارددیسک است. البته امکان تخمین طول عمر باقیمانده SSD وجود دارد.
• محدودیت در تعداد چرخه های نوشتن باعث می‌شود عملکرد SSD ها در طول زمان کاهش یابد.
• SSD ها به دلیل هزینه گزینه های ذخیره سازی معمولا در حجم های کمتر فروخته می شوند.
• این فرآیند زمان‌بر می‌تواند گران باشد، زیرا داده‌های تراشه‌های آسیب‌ دیده ممکن است قابل بازیابی نباشند.

انواع حافظه های SSD غیر فرار چیست؟

مدار NAND و NOR در نوع گیت منطقی که استفاده می کنند متفاوت است. دستگاه های NAND از دسترسی سریال هشت پین به داده ها استفاده می کنند. در همین حال، حافظه فلش NOR معمولاً در تلفن های همراه استفاده می شود که از دسترسی تصادفی یک بایتی پشتیبانی می کند.

در مقایسه با NAND، فلاش NOR زمان خواندن سریعتر را ارائه می دهد، اما به طور کلی یک فناوری حافظه گران تر است. NOR داده ها را در تکه های بزرگ می نویسد، به این معنی که پاک کردن و نوشتن داده های جدید بیشتر طول می کشد. از قابلیت های دسترسی تصادفی NOR برای اجرای کد استفاده می شود، در حالی که NAND flash برای ذخیره سازی در نظر گرفته شده است. اکثر گوشی های هوشمند از هر دو نوع حافظه فلش پشتیبانی می کنند، از NOR برای راه اندازی سیستم عامل و کارت های NAND قابل جابجایی برای افزایش ظرفیت ذخیره سازی دستگاه استفاده می کنند.

انواع SSD چیست؟

1. درایوهای حالت جامد SSD های پایه کمترین عملکرد را دارند. SSD ها دستگاه های فلشی هستند که از طریق Serial Advanced Technology Attachment (SATA) یا SCSI (SAS) متصل می شوند و اولین قدم مقرون به صرفه را برای ورود به دنیای حالت جامد فراهم می‌کنند. برای بسیاری از محیط‌ها، افزایش عملکرد در سرعت خواندن متوالی از SATA یا SAS SSD کافی است.
2. فلاش مبتنی بر PCIe، فلاش مبتنی بر اتصال اجزای جانبی گام بعدی در عملکرد است. در حالی که این دستگاه‌ها معمولاً توان عملیاتی بیشتر و عملیات ورودی/خروجی بیشتری را در هر ثانیه ارائه می‌دهند، بزرگترین مزیت تأخیر به‌طور قابل‌ توجهی کمتر است. نکته منفی این است که بیشتر این پیشنهادات به یک درایور سفارشی نیاز دارند و حفاظت از داده داخلی محدودی دارند.
3. فلاش DIMM: ماژول‌های حافظه درون خطی دوگانه فلش تأخیر را کاهش می‌دهند و از کارت‌های فلش PCIe فراتر می‌روند و اختلافات بالقوه گذرگاه PCIe را از بین می‌برند. آنها به درایورهای سفارشی منحصر به فرد برای فلش DIMMS، با تغییرات خاص در سیستم I/O فقط خواندنی روی مادربرد نیاز دارند.
4. SSD های NVMe: این SSD ها از مشخصات رابط حافظه غیر فرار (NVMe) استفاده می کنند. این سرعت انتقال داده بین سیستم های مشتری و درایوهای حالت جامد را از طریق یک گذرگاه PCIe تسریع می کند. SSD های NVMe برای ذخیره سازی غیر فرار با کارایی بالا طراحی شده اند و برای تنظیمات بسیار سخت و محاسباتی بسیار مناسب هستند.
5. NVMe-oF: پروتکل NVMe over Fabrics انتقال داده ها را بین یک کامپیوتر میزبان و یک دستگاه ذخیره سازی حالت جامد هدف امکان پذیر می کند. NVMe-oF داده ها را از طریق روش هایی مانند اترنت، کانال فیبر یا InfiniBand منتقل می کند.
6. حافظه فلش DRAM هیبریدی:این ​پیکربندی کانال حافظه با دسترسی تصادفی پویا (DRAM) فلش و DRAM سرور را ترکیب می کند. این دستگاه‌های ذخیره‌ سازی فلش هیبریدی محدودیت مقیاس نظری DRAM را برطرف می‌کنند و برای افزایش توان بین نرم‌افزار کاربردی و ذخیره ‌سازی استفاده می‌شوند.

عوامل تاثیرگذار بر شکل SSD

سازندگان SSD فرم فاکتورهای مختلفی را ارائه می دهند. رایج ترین فرم فاکتور یک اس اس دی 2.5 اینچی است که در ارتفاع های متعدد موجود است و از پروتکل های SAS، SATA و NVMe پشتیبانی می کند.

ابتکار ذخیره ‌سازی حالت جامد، سه عامل اصلی شکل SSD زیر را شناسایی کرد:

1. SSD هایی که در سایز هارد دیسک های سنتی عرضه می شوند،  و در همان اسلات های SAS و SATA در سرور قرار می گیرند.
2. Solid-state cards (کارت‌های حالت جامد) که از فرم فکتورهای کارت افزودنی استاندارد استفاده می‌کنند، مانند کارت‌هایی که دارای کارت پورت سریال PCIe هستند. یک SSD متصل به PCIe برای ارسال دستورات به آداپتورهای گذرگاه میزبان شبکه نیاز ندارد، که عملکرد ذخیره سازی را سرعت می بخشد. این دستگاه ها شامل SSD های U.2 هستند که به طور کلی جایگزین نهایی درایوهای مورد استفاده در لپ تاپ های نازک در نظر گرفته می شوند.
3. ماژول های حالت جامد که در یک ماژول حافظه DIMM یا کوچک قرار دارند، دارای دو ماژول حافظه درون خطی هستند. آنها ممکن است از یک رابط استاندارد HDD مانند SATA استفاده کنند. این دستگاه ها به عنوان کارت های DIMM غیر فرار (NVDIMM) شناخته می شوند.

دو نوع رم در یک سیستم کامپیوتری استفاده می شود. DRAM که با قطع برق داده ها را از دست می دهد و رم استاتیک NVDIMM ها فضای ذخیره سازی پایداری را که کامپیوتر برای بازیابی داده ها نیاز دارد، فراهم می کند. آنها فلاش را نزدیک مادربرد قرار می دهند، اما عملیات در DRAM انجام می شود. جزء فلش، برای پشتیبان گیری در حافظه با کارایی بالا در یک گذرگاه حافظه قرار می گیرد.

هر دو SSD و RAM دارای تراشه های حالت جامد هستند، اما عملکرد دو نوع حافظه در یک سیستم کامپیوتری متفاوت است.

دو فرم فاکتور جدیدتر که قابل ذکر است عبارتند از M.2 و U.2 SSD. طول یک SSD M.2 متفاوت است معمولاً از 42 میلی متر  تا 110 میلی متر و مستقیماً به مادربرد متصل می شود. از طریق NVMe یا SATA ارتباط برقرار می کند. اندازه کوچک M.2 سطح را برای اتلاف گرما محدود می کند که به مرور زمان عملکرد و پایداری آن را کاهش می دهد. در فضای ذخیره سازی سازمانی، SSD های M.2 اغلب به عنوان دستگاه بوت استفاده می شوند. در دستگاه های مصرف کننده، مانند نوت بوک، یک SSD M.2 افزایش ظرفیت را فراهم می کند.

یک SSD U.2 یک اس اس دی 2.5 اینچی PCIe را توصیف می کند. این دستگاه های فرم فاکتور کوچک قبلا با نام SFF-8639 شناخته می شدند. رابط U.2 این امکان را فراهم می کند که SSD های PCIe مبتنی بر NVMe با سرعت بالا در برد مدار کامپیوتر قرار داده شوند، بدون نیاز به خاموش کردن سرور و ذخیره سازی.

تولید کنندگان SSD

بازار SSD تحت سلطه تعداد انگشت شماری از تولیدکنندگان بزرگ است، از جمله:

• Crucial
• Intel
• Kingston Technology
• Micron Technology Inc.
• Samsung
• SanDisk
• Seagate Technology
• SK Hynix
• Western Digital Corp