Kiss Zoltán - kelet-Európai értékesítési vezető Endrich GmbH.
SSD - szilárdtest meghajtók
2012 március 9.
Összefoglalás :
Ahogy azt olvasóink közül biztosan sokan észrevették, a hagyományos merevlemezek ára drasztikusan megemelkedett az elmúlt hónapokban. 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 szilárdtest meghajtók (SSD- Solid State Drive) alkalmazásának lehetőségét, melyek eddig elsősorban magas áruk miatt csak speciális területeken terjedtek el. Elgondolkodtató, hogy ne vásároljunk-e inkább egy 120 GB tárkapacitású szupergyors SSD meghajtót ugyanazon az áron, amennyiért egy 1TByte méretű hagyományos, sokkal lassabb merevlemezt kaphatunk. De vajon műszakilag mennyire indokolt a váltás? A válaszhoz át kell tekinteni azokat a tulajdonságokat, melyek az SSD technológiát jellemzik és össze kell vetni a hagyományos mágneslemezes technológia sajátosságaival. Ehhez próbál a jelen írás segítséget nyújtani.
A szilárdtest meghajtók (SSD – Solid State Drive)
A szilárdtest meghajtó (SSD) elektronikus adattároló eszköz, mely félvezető nem illékony (non-volatile) flash memória chipeket tartalmaz eltérően a hagyományos elektromechanikus iró-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 ami a hagyományos merevlemez technológiában elterjedt (ATA/SATA), ami a legtöbb applikációban csereszabatos megoldást biztosit. Jelenleg számitógépekbe elsősorban akár 250-300 MB/s sebességű adatátvitelt is nyújtó SATA meghajtókat kínálnak a gyártók. Az eddig részletezett 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 élettartam korlátjával kapcsolatos. A flash memóriacellák csak korlátozott számú irás/olvasási ciklust képesek elviselni, de természetesen ez nem jelentheti azt, hogy az ezekből szervezett meghajtó egyik pillanatról a másikra használhatatlanná válik. A SSD vezérlőáramköre 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 biztositására, 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 hőmérséklet tűrés 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 alulmaradhat a hagyományos merevlemezekkel összevetve. Míg a mágneses elven működő merevlemezeket relatív nagy tárolókapacitás növekedés mellett is elhanyagolható fogyasztásnövekedés jellemzi, addig az SSD esetén közel lineárisan nő a fogyasztás a memóriakapacitás növelésével.
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 fragmentáltságból 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, melyek 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 blokk rendezési, törlési művelet. Tradicionális fájlrendszerekben az adattörlés nem tényleges fizikai megsemmisítési művelet, hanem logikai jellegű megoldás: a törölhető adat a fájl allokációs táblában felülírhatónak jelölődik, azaz SSD használatakor majd fizikai törlésre is szükség lesz irás előtt. Ahogy az már említésre került, a flash technológia nagymértékben támaszkodik a meghajtó áramkörök, firmwarek és operációs rendszer szintű meghajtóprogramok nyújtotta szolgáltatásokra az optimális működés biztosításához. Az SSD TRIM támogatás a megoldás, mely biztosítja az adatok tényleges törlését ahelyett, hogy folyamatos blokk törlésekkel és áthelyezésekkel kelljen majd írási műveletek előtt operálni, ami nagyban csökkentené a hatékonyságot. Ezen felül segít abban is, hogy a cellák ne használódjanak el a sok felesleges adatművelet miatt, tehát kíméli is a meghajtót. A tényleges a flash memóriába írt adatmennyiség és az operációs rendszer által írásra küldött adatmennyiség hányadosa az ún. write amplification, mely minimalizálása a cél. Rosszul szervezett esetben egy 4kB-os file írása akár 40 kB tényleges adatmennyiség írásával érhető el az áthelyezések, helyfelszabaditás miatt. A sebességre nagyon nagy hatással van az adatterhelés típusa is. A szekvenciális nagy blokkműveletek sokkal jobb hatékonysággal végezhetők, mint a véletlenszerű kis blokk műveletek, mert ez utóbbiak esetében az írási műveleteket megelőző helyfelszabaditás lassítja a meghajtót. Az ún. tranzakció história, a meghajtó előélete során akkumulált adatterhelés -, mely a tradicionális merevlemezek esetén azok partíciójának fragmentáltságában 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, melyek 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, igy a működést több és több háttérművelet késlelteti, ez lassulást okoz. A céltartalék képzés (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 szabadít 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 céltartalék képzés’ együttes alkalmazásával operáló SSD esetében érhető el, bár ez esetben romlik a költség – tárkapacitás viszony. Azonban alacsonyabb céltartaléknak fenntartott tárkapacitás esetén a teljesítmény és az élettartam romlik, különösen nagy írásterhelés esetén.
Az SSD és a hagyományos merevlemez tulajdonságainak összevetése
A fentiekben leírt 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. Hogy még áttekinthetőbbé tegyük a különbségeket ezeket táblázatosan is összefoglaltuk:
| HDD vs SDD | ||||
|---|---|---|---|---|
| Tulajdonság | HDD | SDD | ||
| Külső mégneses mezőre való érzékenység | Megváltoztathat, vagy törölhet adatokat | Nincs hatása | ||
| Energiafogyasztás | Kb. 7W | Kb. 2W | ||
| Felfutási idő | akár 2 sec | Azonnal olvasható | ||
| Olvasás sebessége (SATA) | 100 MB/s | 250 MB/s | ||
| Irás sebessége (SATA) | 50-70 MB/s - 118MB/s | 200-250 MB/s | ||
| Élettartam | Nincs korlátozás az irások számára vonatkozóan, kb. 1.500.000 óra, de külső behatás esetén akár azonnal tönkremegy | Korlátozott irási ciklus, 350.000 óra folyamatos irás 40 év | ||
| Törlés | Nem szükséges, azonnal felülirhatóak az adatok | Biztonsági törlés szükséges irás előtt | ||
| Költség | Alacsonyabb ár / GB hányados, de ma drága | Magasabb fajlagos ktsg. | ||
| Zaj | Felpörgéskor jelentős | Zajtalan | ||
| Melegedés | Háromszor akkora, mint SDD | SDD X 1/3 | ||
| Ütésállóság | gyenge | Ellenálló mindenféle mechanikai rezgéssel szemben | ||
| Fragmentáltság hatása (olvasás) | IOPS erősen függ | Nem szükséges a defragmentálás | ||
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 interfészek csakúgy, mint a beágyazott mini-PCIe SSD interfész.
Műszaki adatlapok, ajánlatok: Kiss Zoltán Endrich Budapest
| Megosztás a Facebookon | Megosztás a LinkedIn-en |
Hivatkozások
A cikk megjelent az alábbi helyeken:
| # | Média | Link |
|---|---|---|
| 1 | Elektronet 2012/2 | Elektronet : elektronikai informatikai szakfolyóirat, 2012. (21. évf.) 2. sz. 24-25. old. |
| 2 | Elektronet online | SSD - Szilárdtestmeghajtók |
| 3 | English version | SSD – Solid State Drives (RunCore) |