درایو حالت جامد يا ساليد درايو (Solid State Drive)

مجموعه کامل آشنايي با SSD ها

بخش اول – آشنايي با تکنولوژي ذخيره سازي SSD ها

انواع حافظه هاي کامپيوتر

حافظه هاي مغناطيسي : از جمله انواع هارد ديسک هاي داخلي و خارجي که سرعت پايين تري نسبت به SSD ها دارند ولي داراي حجم هاي بالايي مي باشند.

حافظه هاي نوري يا Optical Disk ها : سي دي ها و دي وي دي ها که جابجايي شان آسان است ولي سرعت و حجم شان بسيار کم است.

انواع حافظه هايي که از IC يا چيپ براي ذخيره سازي استفاده مي کنند :

  • رم ها – DRAM حافظه هاي سريع و فراري هستند که با قطع جريان الکتريسيته و خاموش شدن کامپيوتر اطلاعاتشان را از دست مي دهند . DRAM ها براي بافر کردن اطلاعات در صف انتظار براي پردازش در CPU استفاده مي شوند.
  • حافظه هاي حالت جامد Solid State Storage يا SSS حافظه هاي حالت جامد که اطلاعات را در چيپ هاي سيليکوني ذخيره مي کنند. اين نوع از حافظه ها اغلب از فلش مموري ها براي ذخيره سازي استفاده مي کنند. فرار نيستند و با قطع جريان اطلاعاتشان از دست نمي رود و به دليل سرعت بالايشان در حال جانشيني هارد ديسک ها هستند.

SSS يا Solid state storage

فضاهاي ذخيره سازي حالت جامد که اطلاعات را توسط IC سيليکوني (از جمله فلش مموري ها) به جاي قطعات متحرک مغناطيسي ذخيره مي کنند. SSS ها غير فرار هستند و با قطع جريان اطلاعاتشان را از دست نمي دهند .

انواع SSS

  • ماژول Solid State Module – SSM که بيشتر در تلفن هاي هوشمند کاربرد دارد.
  • کارت Solid State Card – SSC که استفاده در رايانش ابري Cloud Computing دارد.
  • درايو Solid State Drive – SSD جهت استفاده کاربر نهايي و استفاده هاي صنعتي است که از فلش مموري هاي NAND براي ذخيره اطلاعات استفاده مي کنند و هدف اين متن آشنايي بيشتر شما با اين نوع حافظه هاي توليدي توسط اي ديتا مي باشد.

فلش مموري فلش مموري ها چيپ هاي حافظه غير فراري هستند که مي توانند به صورت الکترونيکي نوشته و پاک شوند و به الکتريسيته براي نگه داشتن اطلاعات درونشان نياز ندارند و دو نوع اصلي NAND و NOR دارند.

 

آشنايي با چند مفهوم

USB Flash Drive يا همان درايو هاي فلش USB ملموس ترين مثال استفاده از اين نوع چيپ ها هستند که در کشورمان اختصارا به آنها فلش نيز مي گويند.

NAND

يک Gate منطقي است که توسط ترانزيستور floating-gate ساخته مي شود و تعداد زياد آن در کنار هم يک چيپ فلش يا همان سلول حافظه SSD را تشکيل مي دهد.

فلش هاي NAND و NOR

SSD ها از سال 2010 از NAND ها استفاده مي کنند چون دوام بيشتر ، قيمت کمتر ، تراکم بيشتر و سرعت بالاتر نسبت به NOR ها دارند و استفاده از NOR ها ديگر منسوخ شده به همين دليل هر جاي متني که در ادامه مي آيد با کلمه فلش مواجه شديد منظور همان فلش NAND مي باشد.

NAND Flash

به يکي از چيپ هاي حافظه SSD گفته مي شود که مي تواند حجم هاي 8 ، 16 يا 32 گيگابايت را داشته باشد. براي مثال يک SSD که 64 گيگابايت حجم دارد 8 چيپ Nand Flash روي مدار خود دارد که هر کدام 8 گيگابايت حجم دارند. اين چيپ بر اساس نوعش مي تواند سرعت هاي مختلفي داشته باشد. که در ادامه به ذکر انواع آن خواهيم پرداخت.

تفاوت SSD و USB فلش

هر دو از NAND Flash استفاده مي کنند اما کيفيت Nand استفاده شده ، کنترلر و رابط آنها متفاوت است.(کنترلر را در ادامه معرفي خواهيم کرد.)

تفاوت SSD و DRAM

دو تفاوت اصلي بين اين دو نوع حافظه وجود دارد :

  • DRAM حافظه فرار است و با قطع جريان اطلاعاتش را از دست مي دهد اما SSD از حافظه فلش NAND استفاده مي کند که غير فرار است و با قطع جريان اطلاعاتش را از دست نمي دهند.
  • سرعت نوشتن و خواندن اطلاعات روي DRAM يکسان است و لي SSD برخلاف DRAM لازم است ابتدا پاک کند و سپس بنويسند نتيجتا سرعت نوشتن آن از سر عت خواندنش پايين تر است.

 

نام گذاري

SSD يا Solid state Drive که ترجمه فارسي آن درايو حالت جامد مي باشد.

خطاهاي نامگذاري فارسي اين درايو

عبارت هارد SSD کاملا اشتباه است زيرا هارد کوتاه شده عبارت هارد ديسک است و در SSD هيچ نوع ديسکي استفاده نشده است.

Solid State Disk يا ديسک SSD که باز هم به دليل نبودن هيچ نوع ديسکي اشتباه است.

درست ترين اصطلاح آن SSD unit يا يونيت SSD است که براي راحت تر استفاده کردن آن در فارسي پيشنهاد ما استفاده از کلمه SSD يا اس.اس.ديمي باشد همينطور پيش بيني ما اين است که در کشورمان به طور خلاصه ساليد درايو نيز نامگذاري شوند.

 

بخش دوم ساختار SSD ها و اجزاي دروني آنها

به طور خلاصه SSD يعني ذخيره سازي اطلاعات روي تراشه سيليکوني يا همان فلش مموري ها.

تمايز اصلي SSD ها با هارد ديسک ها در عدم استفاده از قطعه متحرک مکانيکي در ساختارشان است.

ساختار SSD

تصويري زير داخل يکي از سريع ترين SSD هاي جهان است به نام ADATA SX900 با حجم 256GB که بيشتر با آن آشنا خواهيم شد.

تصوير داخل SX900 (روي مدار)

تصوير داخل SX900 (پشت مدار)

SSD ها داراي اجزاي مختلفي هستند:

  • PCB – Printed circuit board – تخته مدار چاپي مي باشد که انواع IC ها و اجزاي ديگر SSD روي آن قرار مي گيرد .
  • FLASH – حافظه هاي فلش که اغلب از نوع NAND هستند و ظرفيت هاي 8،16 و32 دارند. همانطور که در تصوير مي بينيد درايو SX900 اي ديتا داراي 8 چيپ 16 روي مدار و 8 چيپ 16 در پشت آن مي باشد.
  • Controller – پردازنده اصلي و تصميم گير فعاليت هاي SSD مي باشد (در بخش هاي بعدي توضيح داده مي شود)
  • SATA & Power –رابط هاي SSD مي باشند که با رابط الکتريسيته و SATA ي هارد ديسک ها تناسب دارند.

 

انواع و دوام NAND فلش ها

فلش ها مي توانند بي نهايت بار اطلاعاتشان را بخوانند ولي تعداد معدودي از دفعات مي توانند بنويسند و پاک کنند و از اين لحاظ 4 نوع اصلي دارند که به تفکيک به دوام و تعداد دفعات نوشتن آنها مي پردازيم.

  • SLC- Single Layer Cell اين نوع فلش داراي سرعت بالا ، مصرف پايين و قيمت بالا مي باشد و مناسب سطح صنعتي است. توان نوشتن يا پاک کردن (P/E) آن 100’000 بار در هر سلول است. امروزه به دليل هزينه بالاي اين نوع فلش ها ديگر از اين نوع NAND استفاده نمي کنند.
  • MLC- Multi Layer Cell با توان نوشتن/پاک کردن 10’000 بار در هر سلول قيمت پايين تر و حجم بالاتري را ارائه مي دهند به همين دليل براي کاربر نهايي مناسب تر مي باشند.اين نوع در حال حاضر در تمام SSD هاي اي ديتا استفاده مي شود و مناسب ترين براي کاربران است.تفاوت اصلي SLC و MLC در اين است که SLC فقط يک 0 يا 1 را در ذخيره مي کند و MLC مي تواند 00 ، 01، 10 و 11 را نگه دارد.(در تصوير زير تفاوت آنها با يک ليوان آب نشان داده شده)
  • TLC- Three Layer Cell اين نوع تراکم بيشتر و دوام کمتري از MLC و SLC دارند و  با توان 5’000 بار نوشتن و خواندن و سرعت پايين تر از MLC ، قيمت پايين ، مناسب دستگاه هاي سطح پايين مي باشند.
  • QLC- 4 Layer Cell دفعات نوشتن آن ها بسيار کم است به همين علت مناسب کاربردهاي کاربران نهايي و صنعتي نمي باشند.

عمر مفيد فلش NAND

عمر فلش به دفعاتي که مي تواند بنويسد بستگي دارد و مسلما برايتان اين سوال پيش آمده که اين درايو گران قيمت چقدر برايتان کار مي کند؟

به هيچ عنوان نگران نباشيد!

عمر SSD به ميزان گيگابايتي که روزانه روي آن مي نويسيد بستگي دارد. فرض کنيد روزانه 50GB بنويسيد(که بسيار بعيد است!) يک درايو SP600  اي ديتا با حجم 64GB برايتان تا 35 سال کار مي کند.(که احتمالا تا آن زمان چند بار سيستم تان را عوض کرده ايد!). فرمول محاسبه اين 35 سال اينگونه است

64GB x 10’000 / 50GB / 365 days = 35 year

64حجم درايو ، 10’000 عمر فلش MLC ، 50 گيگ کارکرد روزانه شما و 365 تعداد روزهاي سال است.

جالب است بدانيد که طبق تحقيقات اينتل ميانگين نوشتن يک کاربر عادي روزانه فقط 5GB مي باشد.

SSD Controller پردازنده يا مغز SSD

يک چيپ پردازنده است که بين رابط SSD و فلش هاي حافظه قرار مي گيرد و تصميمات چگونگي ذخيره، بازيابي، کش (Cash) ، پاکسازي و نهايتا سرعت نهايي SSD را بر عهده دارد.

امکانات اکثريت کنترلرها اصلاح خطا (ECC) ، رمزنگاري و garbage collection مي باشد.

کنترلر در اصل پل ارتباطي بين فلش مموري ها و ورودي/خروجي هاي SSD مي باشد.

کنترلر اجراي سطح نرم افزاري Firmware را نيز بر عهده دارد که اين نرم افزار به نوع SSD بستگي دارد و بروز رساني نيز مي شود.

اگر SSD هاي اي ديتا را خربداري کرده ايد حتما به بخش پشتيباني فني سايت آونگ سر بزنيد تا Firmware تان را بروز رساني کنيد.

کنترلر SSD چند توليد کننده اصلي در جهان دارد :

شرکت LSI که کنترلر هايش را با نام تجاري SandForce به بازار عرضه مي کند بهترين توليد کننده کنترلر در جهان مي باشد و اکثر مدل هاي ADATA نيز از آخرين کنترلر اين شرکت استفاده مي کنند : SandForce 2281

شرکت Micron يکي از قدرت هاي اصلي توليد IC و فلش در جهان است و توليد کننده کنترلرهاي JMicron مي باشد که کنترلر JMicron JMF661 آن روي مدل SP600 اي ديتا نيز به کار برده شده است.

اندازه استاندارد يا Form Factor در SSD ها

اندازه استاندارد SSD با اندازه هاي هارد ديسک ها کاملا متناسب است .

SSD هاي اي ديتا در سايز 2.5 و 1.8 اينچ موجودند.

سايز 2.5 اينچ همان سايز استاندارد هارد ديسک هاي نوت بوک است و اگر يک SSD با سايز 2.5 اينچ اي ديتا با پک مخصوص نوت بوک خريداري نموديد مي توانيد آن را در نوت بوک تان قرار دهيد و هارد ديسک تان را درون Casing مخصوصي که همراه درايوتان است قرار دهيد.

اگر مادر بورد نوت بوک شما از mSATA پشتيباني مي کند مي توانيد همراه هارد ديسک تان از يک SSD با سايز 1.8 اينچ اي ديتا استفاده کنيد (مثال SX300 )

توجه کنيد که در بعضي از نت بوک ها (NetBook) يا لپ تاپ هاي کوچک فقط از mSATA استفاده مي شود و سايز 2.5 اينچ مناسب آنها نيست.

هارد ديسک هاي داخلي کامپيوتر هاي شخصي يا Desktop ها، 3.5 اينچ اند (يعني فضاي داخلي آنها مخصوص 3.5 بزرگ طراحي شده) و همانطور که مي دانيد SSD هاي اي ديتا 2.5 هستند به همين علت اي ديتا همراه هر SSD به مشتريان يک براکت (سيني) 3.5  اينچ مجاني نيز ارائه مي کند تا بتوانند به راحتي از درايو SSD شان درون کيس استفاده کنند.

دو نوع پک مخصوص نوت بوک و کامپيوترهاي روميزي را در زير مي توانيد مشاهده کنيد :

رابط هاي انتقال داده SSD ها

SSD ها مانند هارد ديسک ها SATA II و SATA III دارد و اکثر درايوهاي اي ديتا اين روزها SATAIII مي باشند.

SATA 2.0 با سرعت 3 Gbit/s يا 300 MB/s استفاده شده در مدل هاي SP800 و S396 اي ديتا

SATA 3.0 با سرعت 6 Gbit/s يا 600 MB/s استفاده شده در مدل هاي SX900 و SX910 و SP900 و SP600 اي ديتا. لازم به ذکر است که يک درايو SATA 3 با رابط SATA 2 نيز کار مي کند ولي سرعت آن در اين حالت از 300 MB/s بالاتر نخواهد رفت.