Czym w zasadzie jest dysk SSD?

Dysk SSD (Solid State Drive) jest elektronicznym magazynem danych, zbudowanym w oparciu o technologię pamięci flash, zorientowanej wokół dwóch typów komórek pamięci: NAND i NOR. W obu przypadkach, informacje przechowywane są za pomocą komponentów logicznych, pamiętających swój zero-jedynkowy stan. Typ NAND pozwala na dostęp do dowolnej komórki danych bezpośrednio, co przekłada się na długi czas zapisu i odczytu informacji, natomiast typ NOR stosuje sekwencyjny dostęp do danych, co przekłada się na szybszy dostęp do nich, większy stopień ich kompresji, a także lepszy stosunek kosztu do pojemności oraz trwałości urządzenia. Usunięcie danych z komórek pamięci flash jest trwałe, kasowanie jednak odbywa się całymi blokami, a nie pojedynczymi komórkami. Pamięć flash jest stosowana nie tylko w dyskach SSD, ale i w kartach pamięci, pendrive'ach, czy kościach mikrooprogramowań (na przykład BIOS).

W odróżnieniu od zwykłego dysku HDD, nie posiada on zatem żadnych ruchomych części, żadnych obrotowych tarcz, czy głowic magnetycznych. Wszystkie operacje odczytu i zapisu operują na modyfikacji sygnałów elektrycznych.

Z czego składa się dysk SSD?

Sama pamięć dysku SSD złożona jest głównie z komórek NAND, każda z nich może pomieścić od 1 do 4 bitów danych (im więcej bitów ściśniętych w jednej komórce, tym droższe urządzenie). Niektóre dyski, zamiast tego, wykorzystują moduły DRAM (podobne do tych w pamięci RAM), celem jeszcze szybszego dostępu do danych, jednak takie rozwiązanie wymaga ciągłego zasilania dysku, aby nie utracić danych; albo przy pomocy wbudowanej baterii, albo zewnętrznego zasilania. Inną technologią zapisu danych jest 3D XPoint, który operuje nie na utrzymywaniu napięcia, ale oporu elektrycznego w danej komórce; dzięki temu komórki dużo wolniej gubią dane.

Elementem odpowiedzialnym za komunikację komputera i dysku SSD jest kontroler, będący wbudowanym procesorem, odpowiedzialnym, między innymi, za rozmieszczanie zapisywanych danych, detekcję błędów, wyrównywanie zużycia komórek pamięci, czy szyfrowanie. Od sprawności kontrolera zależy zatem sprawność całego dysku.

Bufor, albo cache, jest wydzielonym elementem pamięci, w której zapisane są informacje o rozmieszczeniu danych na dysku i zużyciu poszczególnych komórek.

W niektórych, lepiej wyposażonych dyskach, umieszczona jest także bateria, lub bardzo mocny kondensator, zapewniający ciągły dopływ prądu do komórek pamięci, celem utrwalenia znajdujących się na nich danych.

Każdy dysk musi mieć interfejs, pozwalający na połączenie go z innymi urządzeniami. Zależnie od rodzaju dysku, wyróżnia się wiele rodzajów interfejsów: SCSI, SATA, PCI-e, M.2, U.2, USB, czy PATA. Od rodzaju interfejsu zależy zestaw poleceń, jakimi system operacyjny "porozumiewa się" z dyskiem.

Jakie są rodzaje dysków SSD?

Ponieważ dysk SSD nie zawiera żadnych ruchomych części, które miałyby określone wymiary i potrzebowały zadanej przestrzeni do poprawnego działania, jego kształt i rozmiar (a za tym częściowo i pojemność) zależy od rozmieszczenia bloków pamięci i reszty jego komponentów. Najczęściej spotykanym standardem są dyski 2,5-calowe i 3,5-calowe, znajdujące zastosowanie głównie w komputerach stacjonarnych i przenośnych. Wykorzystując adaptery, można "powiększyć" dysk 2,5-calowy tak, aby pasował do 3,5-calowego slotu. Innym, bardzo popularnym formatem dysku SSD jest standard mSATA i M.2. Jest dużo węższy i nieco dłuższy od przeciętnego dysku, przez co świetnie spisuje się w laptopach. To rozwiązanie wykorzystuje interfejs PCI-e Express (tylko mSATA) lub SATA (i mSATA, i M.2).  W smartfonach i w większości urządzeń firmy Apple stosuje się dysk SSD całkowicie zintegrowany z płytą główną.

Istnieją także warianty dysków SSD wykorzystujących równoległe połączenia (wszystkie poprzednie używają standardów szeregowych), takie jak DOM. Te dyski potrafią emulować tradycyjny dysk twardy na urządzeniach starszej daty. Używa się ich głównie tam, gdzie urządzenie może być wystawione na trudne warunki zewnętrzne, albo pobór mocy musi być bardzo niski.

Jak dyski SSD mogą konkurować z dyskami HDD?

Poza oczywistą różnicą w budowie obu urządzeń, dyski SSD i HDD mają szereg wad i zalet, niejako uzupełniających się wzajemnie. W wyborze rodzaju interesującej nas pamięci, należy zwrócić uwagę na jej główne zastosowanie.

Dyski SSD są znacznie szybsze od dysków HDD, ponieważ dostęp do informacji odbywa się w pełni elektronicznie, a nie elektromechanicznie - w dysku HDD głowica czytająca musi ustawić się nad odpowiednim talerzem, który musi wykonywać setki obrotów na minutę. Dysk SSD jest, dzięki temu, dużo bardziej odporny mechanicznie; nie ma w nim elementów ruchomych, podatnych na uszkodzenia. Zasadniczą wadą tych dysków jest ich wyjątkowa wrażliwość na gwałtowne utraty mocy, skutkujące przerwaniami w zapisach, a w najgorszych przypadkach, kompletnymi zniszczeniami całego urządzenia.

Kolejnym, ważnym czynnikiem rozróżniającym dyski SSD i HDD jest stosunek pojemności do ceny. Dyski SSD są z reguły mniejsze w porównaniu z dyskami HDD, przy okazji będąc sporo droższymi. Dyski HDD nadają się lepiej do długoterminowego archiwizowania danych, a dyski SSD lepiej spisują się przy korzystaniu z nich jak z katalogów do odczytu. Najczęściej na dysku SSD umieszcza się te dane, do których dostęp potrzebny jest jak najszybciej, jak najczęściej, na przykład systemy operacyjne i regularnie używane oprogramowanie. Maksymalny stosunek pojemności pamięci (wyrażonej w terabitach) do faktycznej przestrzeni, jaką zajmują (wyrażonej w calach kwadratowych), dla dysków SSD wynosi 2,8, a dla dysków HDD 1,2 - zatem na danej, faktycznej przestrzeni fizycznej zmieścimy o ponad 2 razy więcej danych na dysku SSD.

Bardzo ważną rzeczą, o której trzeba pamiętać przy dyskach SSD jest ich zużycie. Każdy moduł i każda komórka pamięci ma swoją określoną żywotność, to jest ilość razy, które może być ona ponownie zapisana. Dzięki operacjom wykonywanym przez kontroler, dyski SSD zapisują dane w sposób sekwencyjny i równomierny na całej przestrzeni komórek pamięci, celem jak najmniejszego ich zużycia i optymalnego ich wykorzystywania. Ponadto,  jeżeli komórki pamięci w dysku SSD nie będą miały dostępu do prądu, z czasem (po około roku) będą gubić ładunek elektryczny, będący zapisanymi danymi. Problem zużycia komórek pamięci nie występuje na dysku HDD, bo tam po prostu ich nie ma, podobnie sprawa ma się z utratą danych; talerze dysku HDD, utrzymywane w odpowiednich warunkach, mogą przechowywać dane nawet do 10 lat.

Dyski SSD mają niemal natychmiastowy czas "rozkręcenia się" od momentu dostarczenia sygnału odczytu/zapisu. Transfer danych może sięgać do 3500 megabajtów na sekundę (przeciętny HDD osiąga około 200). Są raczej odporne na fragmentację danych, w wyniku działania kontrolera, który dba o poprawne rozmieszczenie segmentów danych obok siebie, celem szybszego dostępu - dysków SSD nie powinno się defragmentować, ponieważ wymusza to na nich szereg cykli zapisowych, zużywających komórki pamięci. Dyski te są też całkowicie ciche i mogą pracować w dużo niższych temperaturach, niż ich tarczowe odpowiedniki. Nie ma znaczenia także położenie, w jakim dysk SSD zostanie zamontowany, czego nie można powiedzieć o dyskach HDD, których obrotowe tarcze są wysoce wrażliwe na przemieszczenia, uderzenia, czy wibracje. Dodatkowo, dyski SSD wykazują się stosunkowo dużą odpornością na pola magnetyczne, zatem umieszczanie ich w pobliżu źródeł zasilania raczej nie powinno mieć na nie negatywnego wpływu. Pobierają też około 2/3 mniej energii elektrycznej.