حافظه SSD نوعی ابزار ذخیره‌سازی  است که اطلاعات را بر روی حافظۀ فلش حالت‌جامد ذخیره می‌کند. دو عنصر اصلی و کلیدی تشکیل‌دهندۀ درایو SSD، کنترل‌کنندۀ فلش (flash controller) و تراشه‌های حافظه فلش NAND هستند. پیکربندی و معماری کنترل‌کنندۀ SSD طوری بهینه‌سازی شده است که عملکرد آن در عملیات خواندن و نوشتن، هم برای درخواست‌های ترتیبی (sequential) و هم درخواست‌های تصادفی(random) بالا باشد. به SSD ها گاهی درایوهای فلش(flash drives) یا دیسک‌های حالت‌جامد(solid-state disks) نیز می‌گویند.

برخلاف هارددیسک‌ها (hard disk drive یا HDD) درایو های SSD هیچ قطعۀ متحرکی ندارد که امکان آسیب دیدن آن وجود داشته باشد یا سرعت چرخشش بالا و پایین برود. HDD، دیسک چرخان دارد که هِد (Head) خواندن و نوشتن در آن بازویی مکانیکی است که اکچویتور (Actuator) نامیده می‌شود. اجزاء و عوامل مکانیکی HDD بسته‌بندی شده و مانند واحدی یکپارچه عمل می‌کند. هرچند که امروزه استفاده از SSD ها در کامپیوترها و لپ‌تاپ‌ها رایج‌تر شده‌، پیش از این به دلیل قیمت و هزینۀ نهایی پایین‌تر و استقامت و دوام دیسک‌های دوار که به‌طور متوسط از نمونه‌های SSD مشابه آن بالاتر بود، سازندگان و تولیدکنندگان کامپیوتر از دیرباز از این دیسک‌ها استفاده می‌کردند.

HDD های دوار عملیات خواندن و نوشتن داده‌ها را به‌صورت مغناطیسی انجام می‌دهند، این روش یکی از قدیمی‌ترین ابزار ذخیره‌سازی داده بوده که از گذشته تاکنون همواره مورداستفاده قرار گرفته است. هرچند ویژگی‌های مغناطیسی می‌تواند منجر به خرابی دستگاه شود. برخلاف HDD، درایو SDD عملیات خواندن و نوشتن را بر روی لایه‌های تراشه‌های حافظۀ فلش متصل و به‌هم‌پیوسته انجام می‌دهد، تراشه‌هایی که از سیلیکون ساخته‌شده‌اند. هنگام ساخت SSD برای دستیابی به تراکم‌های مختلف و متنوع سازندگان تراشه‌ها را به‌صورت دسته‌ای بر روی یک صفحۀ شبکه مانند قرار می‌دهند.

تولیدکنندگان SSD در طراحی این درایوها از ترانزیستورهای گیت شناور (floating gate transistors  یا FGRs) استفاده کرده‌اند تا شارژ الکتریکی را حفظ کرده و از نوسان و فرار بودن داده‌ها جلوگیری کنند. این قابلیت به SSD اجازه می‌دهد تا داده‌های ذخیره‌شده را حتی هنگامی‌که منبع برق متصل نیست حفظ و نگهداری کند. اگر FGR حاوی بارالکتریکی باشد معادل 1 و اگر بار الکتریکی نداشته باشد معادل 0 در نظر گرفته می شود

بیشتر بخوانید: اس اس دی چیست؟

حافظه SSD چگونه کار می‌کند؟

HDD به‌واسطۀ دیسک‌های دوار خود عملیات خواندن و نوشتن را به‌صورت مغناطیسی انجام می‌دهد، این روش یکی از قدیمی‌ترین ابزار ذخیره‌سازی داده بوده که از گذشته تاکنون همواره مورداستفاده قرار می‌گرفته است. هرچند برخی از ویژگی‌های مغناطیسی می‌تواند به دستگاه آسیب بزند. برخلاف HDD درایو SDD عملیات خواندن و نوشتن را بر روی لایه‌های تراشه‌های سیلیکونی حافظۀ فلش که به‌صورت یکپارچه و متصل است، انجام می‌دهد. هنگام ساخت SSD برای دستیابی به تراکم‌های مختلف و متنوع سازندگان تراشه‌ها را به‌صورت دسته‌ای بر روی یک صفحۀ شبکه مانند قرار می‌دهند.

تولیدکنندگان SSD در طراحی این درایوها از ترانزیستورهای گیت شناور (floating gate transistors  یا FGRs) استفاده کرده‌اند تا شارژ الکتریکی را حفظ کرده و از نوسان و فرار بودن داده‌ها جلوگیری کنند. این قابلیت به SSD اجازه می‌دهد تا داده‌های ذخیره‌شده را حتی هنگامی‌که منبع برق متصل نیست حفظ و نگهداری کند. اگر FGR دارای بار الکتریکی باشد به عنوان 1 در نظر گرفته می شود و ر صورتی که بار الکتریکی نداشته باشد به عنوان 0 در نظر گرفته خواهد شد.

سرعت دسترسی به تمام بلوک‌های داده یکسان است. بااین‌حال عملیات نوشتن در SSD ها فقط در بلوک‌های خالی می‌تواند انجام شود. با اختصاص فضای آزاد بیشتر (overprovisioning) یا استفاده از روش‌های سطح‌بندی (leveling ) یا جمع‌آوری زباله (garbage collection) می‌توان این مسئله را پشت سر گذاشت؛ اما هنوز هم عملکرد SSD در طول زمان ممکن است کند و آهسته باشد. هم‌زمان با اجرای عملیات جمع‌آوری زباله (garbage collection) در پس‌زمینه (Background) که فایل‌های کهنه و بلااستفاده را پاک می‌کند، می‌توان عملیات متعادل‌سازی و سطح‌بندی بار و لود موجود در سلول را انجام داد و این کار موجب بهبود عملکرد SSD می‌شود.

SSD ها از سه نوع حافظۀ اصلی یعنی سلول‌های تکی یا سینگل (single)، چندتایی (Multi) و سه سطحی ( triple-level ) استفاده می‌کنند. سلول‌های تک سطحی در هر زمان می‌توانند یک بیت دادۀ یک یا صفر را در خود نگه‌دارند. سلول‌های تک سطحی (SLC) گران‌ترین شکل SSD ها اما درعین‌حال سریع‌ترین و بادوام‌ترین آن‌ها هستند. سلول‌‌های چند سطحی (MLC) می‌توانند در هر سلول دو بیت داده را نگه‌دارند و درنتیجه در مقایسه با SLC ها در ابعاد فیزیکی یکسان، فضای ذخیره‌سازی بزرگ‌تری را فراهم کنند. بااین‌حال سرعت عملیات نوشتن در MLC ها پایین‌تر است. سلول‌های سه سطحی (TLC) این توانایی را دارند که در هر سلول سه بیت داده را ذخیره کنند. قیمت TLC ها پایین‌تر اما سرعت خواندن و دوام آن‌ها کمتر است. SSD های TLC محور، ظرفیت فلش بیشتری را ارائه می‌کنند و نسبت به MLC ها یا SLC ها ارزان‌تر هستند. بااین‌وجود به این دلیل که در هر سلول هشت حالت وجود دارد احتمال خراب شدن آن‌ها بیشتر است.

بیشتر بخوانید : آشنایی بیشتر با SLC،MLC و TLC

تولیدکنندگان قطعات نیمه‌رسانا همچنان به مهندسی و ساخت تراشه‌ها ادامه می‌دهند، تراشه‌هایی که هرروز کوچک و کوچک‌تر می‌شوند و منجر به تولید SSD هایی با تراکم بالا می‌شود.

تاریخچه حافظه SSD و ظهور آن در ذخیره‌سازی سازمانی و یکپارچه (enterprise)

به‌طورکلی اولین درایوهای SSD برای دستگاه‌های مصرفی طراحی‌شده بودند. دستگاه آی‌پاد شرکت اپل که در سال 2005 عرضه شد را می‌توان اولین دستگاهی دانست که به‌طور قابل‌توجهی مبتنی بر فلش بود و به‌طور گسترده‌ای وارد بازار مصرفی شد.

در سال 2008 شرکت EMC که امروزه به‌عنوان Dell EMC شناخته می‌شود، با واردکردن SSD در سخت‌افزارهای ذخیره‌سازی خود و افزودن این تکنولوژی به آرایه‌های دیسک Symmetrix  به‌عنوان اولین فروشندۀ این محصولات شناخته شد. این موضوع باعث ظهور و پیدایش آرایه‌های فلش هایبریدی شد که ترکیبی بودند از درایوهای فلش و HDD ها. در بیشتر موارد استفاده از SSD های Entrprise در آرایه‌های هایبریدی و ترکیبی به‌منظور کَش کردن یا پنهان کردن عملیات خواندن در حافظۀ فلش است. این موضوع به دلیل هزینۀ بالا و مقاومت کمتر SSD ها در مقایسه با HDD ها است.

اولین SSD هایی که برای مصرف تجاری و تولید انبوه طراحی شدند با تکنولوژی مربوط به حافظۀ فلش سلول‌های چند سطحی یکپارچه (enterprise) ساخته شدند که استفاده از این تکنولوژی موجب شد در مقایسه با MLC های کلاس مصرف‌کننده چرخه‌های مربوط به عملیات نوشتن و درنتیجۀ آن سرعت پردازش این درایوها افزایش پیدا کند. SSD های یکپارچه (enterprise) جدیدتر که وارد بازار شده‌اند از سلول‌های سه سطحی (TLC) استفاده می‌کنند. این سیر تکاملی ادامه دارد و SSD هایی که با NAND های 3D ساخته‌شده‌اند نسل بعدی این محصولات را عرضه می‌کنند.

استفاده از حافظۀ فلش در درایوهای حالت حامد (SSD) به‌خوبی جواب داد و به دلیل بهبود عملکرد آن‌ها و کاهش هزینۀ حافظۀ فلش، استفادۀ یکپارچه و سازمانی از این نوع حافظه رو به افزایش است، بااین‌حال بالا رفتن امکان تأمین تجهیزات فلش به‌صورت جهانی موجب شده تا از افت قیمت آن جلوگیری شود. کارشناسان ادعا می‌کنند که در برخی از موارد مصرفی SSD ها بیشتر مورداستفاده قرار گرفته و جایگزین دیسک‌های قدیمی شده‌اند، بااین‌وجود این موضوع قابل پیش‌بینی است و انتظار می‌رود که در بسیاری از سازمان‌ها درایوهای فلش و HDD در کنار هم وجود داشته باشند. به‌عنوان‌مثال SSD ها برای ذخیره‌سازی‌هایی با عملکرد و کارایی بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند اما برای عملیات آرشیو کردن و پشتیبان‌گیری (Back-up) معمولاً از دیسک‌های ثابت استفاده می‌شود.

بیشتر بخوانید : SSD یا HDD؟ کدامیک برای شما انتخاب مناسب تری است؟

کاربرد درایو حالت‌جامد

در مقایسه با دیسک ثابت، SSD ها عملیات ذخیره‌سازی را سریع‌تر انجام می‌دهند و ازلحاظ عملکرد و کارایی مزایای دیگری نیز دارند. سازمان‌های تجاری که به‌سرعت در حال رشد هستند و به ورودی خروجی‌های (I/O) سریع‌تر و سطح بالاتری نیاز دارند با به‌کارگیری حافظه SSD سرعت پیشرفت خود را افزایش داده‌اند. نسبت به HDD ها میزان تأخیر در حافظه SSD ها پایین‌تر است به همین دلیل می‌توانند به‌طور مؤثرتری بارهای کاری (workload) تصادفی و عملیات خواندن سنگین را مدیریت کرده و از عهدۀ آن‌ها برآیند. زمان تأخیر کوتاه‌تر ناشی از توانایی SSD فلش در خواندن داده‌ها به‌صورت مستقیم و فوری از محل یک سلول فلش خاص است. آرایۀ تمام فلش (All-flash array) تنها SSD را به‌عنوان درایو ذخیره‌سازی می‌پذیرد. آرایۀ فلش هایبریدی و ترکیبی فضای ذخیره‌سازی دیسک و ssd را ترکیب کرده و از فلش SSD استفاده می‌کند تا داده‌های سریع را که بعداً قرار است بر روی دیسک یا نوار ذخیره شوند را cache و پنهان کند. ازلحاظ پیکربندی و تنظیمات فلش در سمت سرور، SSD ها در کامپیوترهای 86x نصب می‌شوند تا بتوانند بارهای کاری (workload) موردنظر را پشتیبانی و گاهی اوقات ذخیره‌سازی شبکه را نیز انجام دهند.

بیشتر بخوانید : چگونه SSDها به افزایش بهره‌وری کسب و کار شما کمک می کند؟

سرورهای رده‌بالا و سریع، لپ‌تاپ‌ها، کامپیوترهای رومیزی (Desktop) ها و هر دستگاه کاربردی دیگری که باید اطلاعات را در لحظه یا تقریباً در لحظه پردازش کند می‌تواند از تکنولوژی موجود در SSD ها بهره‌مند شود. این ویژگی‌های SSD های یکپارچه است که آن‌ها را به ابزاری مناسب برای چنین عملیات‌های تبدیل کرده است: خواندن از پایگاه‌های داده‌ای با تراکنش‌های سنگین، برای کاهش زمان بوت با زیرساخت دسکتاپ مجازی (VDI)، یا درون یک آرایۀ ذخیره‌سازی برای ظاهر شدن داده‌های سریع به‌صورت محلی برای ذخیره‌سازی خارج از فضای ذخیره‌سازی و ذخیره‌سازی آن در سناریوی ابر هایبریدی.

SSD ها در گسترۀ گسترده‌ای از دستگاه‌های مصرفی مورداستفاده قرار می‌گیرند مانند بازی‌های کامپیوتری، دوربین‌های دیجیتال، پخش‌کننده‌های موسیقی دیجیتال، لپ‌تاپ‌ها، PC ها یا کامپیوترهای شخصی، گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و فلش‌های USB. مهندسی این دستگاه‌ها به‌گونه‌ای نیست که ازلحاظ عملکرد و کارایی و استقامت هم‌سطح SSD های حرفه ای (Enterprise) باشند.

شاخص ترین ویژگی های حافظه حالت جامد

چندین ویژگی وجود دارد که طراحی یک SSD را توصیف می‌کند. به دلیل عدم وجود قسمت‌های مکانیکی خرابی‌هایی که برای HDD ها اتفاق می‌افتاد در حافظه SSD وجود ندارد. SSD ها همچنین از همتای دیسکی خود ساکت‌تر هستند و برق کمتری مصرف می‌کنند؛ و به دلیل اینکه وزن آن‌ها نسبت به هارد درایوها‌ (HDD) کمتر است برای لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های پردازشگر قابل‌حمل گزینۀ مناسب‌تری به‌حساب می‌آیند.

به‌علاوه نرم‌افزار کنترل‌کنندۀ SSD شامل آنالیزهای پیش‌بینی کننده‌ای هستند که پیشاپیش در مورد خرابی یا نقص احتمالی به کاربر اطلاع می‌دهد. به دلیل انعطاف‌پذیری و قابلیت خواندن حافظه‌های فلش فروشندگان آرایه‌های تمام فلش، می‌توانند ظرفیت ذخیره‌سازی قابل‌استفاده را با استفاده از تکنیک‌های کاهش داده دست‌کاری کنند.

مقایسۀ طول عمر حافظه SSD و HDD

چندین عامل وجود دارند که بر طول عمر SSD ها و HDD ها تأثیر می‌گذارند، این عوامل شامل رطوبت و تأثیرات ناشی از زنگ‌زدگی فلزات درون درایو می‌شود. داده‌های موجود در هر دو نوع درایو در طول زمان تخریب می‌شوند و باید به این موضوع توجه شود که HDD ها به‌طورکلی از تعداد عملیات نوشتن بیشتری در روز پشتیبانی می‌کنند.

همان‌طور که اشاره شد، قسمت‌های متحرک HDD احتمال خراب شدن آن را افزایش می‌دهد. برای جبران این موضوع و برای حفاظت از درایوها و دیگر قطعات داخل دستگاه‌های پردازشگر شخصی، سازندگان HDD حس‌گرهای شوک به آن‌ها اضافه کردند. این نوع حس‌گرها با استفاده از پیزورستیستورها (piezoresistors ) می‌تواند احتمال خرابی و ازکارافتادن دستگاه را ردیابی کنند و سپس اقدام به خاموش کردن HDD یا سخت‌افزارهای حیاتی مرتبط با آن می‌کنند.

بیشتر بخوانید : قابلیت اطمینان و طول عمر یک درایو SSD

قرار گرفتن در معرض گرما از عوامل دیگری است که بر طول عمر یک درایو و به‌ ویژه حافظه SSD تأثیر می‌گذارد. کارشناسان این صنعت پیشنهاد می‌کنند که برای افزایش طول عمر این دستگاه‌ها هنگامی‌که از آن‌ها استفاده نمی‌کنیم و بیکار هستند آن‌ها را درجایی که دمای پایین دارد قرار دهیم. کار کردن SSD برای مدت‌زمان طولانی در دمای بالا، می‌تواند باعث شود تا از حافظۀ فلش NAND الکترون خالی کند.

تعداد عملیات خواندنی که حافظۀ فلش در هرروز از آن پشتیبانی می‌کند مقدار محدودی است. هر چه میزان داده‌ای که در حافظه‌های فلش نوشته می‌شود بیشتر شود سطح نگهداری و بقای آن‌ها کاهش می‌یابد. طراحی و مهندسی SSD های سازمانی و یکپارچه به‌گونه‌ای است که استقامت آن‌ها از SSD ها مصرفی بالاتر است.

انواع فرم فکتور حافظه SSD

حافظه SSD محدودیت فیزیکی HDD را ندارند. این موضوع به سازندگان SSD ها این اختیار را می‌دهد که آن‌ها را با معیارهای ظاهری متنوعی تولید کنند. رایج‌ترین شکل ظاهری در میان آن‌ها SSD دو و نیم اینچی است که در سایزهای مختلفی موجود است و از سریال‌های متصل SCSI) SAS)، تکنولوژی اتصال پیشرفته (Serial Advanced Technology Attachment یا SATA) و پروتکل‌های حافظۀ سریع غیرفرار (nonvolatile memory express یا NVME) پشتیبانی می‌کند.

بیشتر بخوانید : آشنایی با انواع اس اس دی (SSD Form Factor)

درایو ذخیره‌سازی حالت‌جامد اولیه (The Solid State Storage Initiativeیا SSSI) پروژه‌ای بود که توسط انجمن صنعت و شبکه‌ ذخیره‌سازی ((Networking Industry Association (SNIA) پایه‌گذاری شده بود و سه معیار ظاهری اصلی برای این سازمان شناسایی کرد.

1. SSD هایی که با form factor هاردهای HDD قدیمی ظاهر می‌شوند و در سرور در همان اسلات‌های SATA یا SAS قرار می‌گیرند.
2. کارت‌های حالت‌جامد (solid state) که از افزونه‌های (add-in) استاندارد form factor استفاده می‌کنند، مانند آن‌هایی که از کارت سریال پورت PCIe که در یک‌تخته مدار چاپی قرار دارد استفاده می‌کند، SSD متصل به PCIe برای رله کردن دستورات به آداپتورهای گذرگاه میزبان شبکه (HBAs) نیاز ندارد و همین موضوع موجب افزایش سرعت این درایو ذخیره‌سازی می‌شود. این دستگاه‌ها شامل U.2 SSDs می‌شوند که به‌طورکلی به‌عنوان جایگزین نهایی درایوهای مینی ساتایی که در حال حاضر در لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شوند، در نظر گرفته‌شده‌اند.
3. ماژول‌های حالت‌جامد (solid state) که در ماژول حافظۀ دوتایی خطی (DIMM) یا ماژول حافظۀ خطی دوتایی (SO-DIMM) قرار دارد و ممکن است از رابط استاندارد HDD مانند SATA استفاده کند. این دستگاه‌ها بانام کارت‌های DIMM غیرفرار (NVDIMM) شناخته می‌شوند.

در یک سیستم کامپیوتری از دو نوع حافظه با دستیابی تصادفی (RAM) استفاده می‌شود: حافظه با دستیابی تصادفی پویا DRAM که با قطع شدن برق و خاموش شدن دستگاه داده‌ها را از دست می‌دهد، نوع دیگر آن حافظه با دستیابی تصادفی ایستا SRAM است. NVDIMM ها فضای ذخیره‌سازی دائمی که کامپیوتر برای بازیابی داده‌ها به آن نیاز دارد را فراهم می‌کند. NVDIMM فلش را نزدیک مادربورد قرار می‌دهد، اما عملیات در DRAM انجام می‌شود. در فضاهای ذخیره‌سازی رده‌بالا با عملکرد بالا، اجزای فلش به‌منظور تهیۀ backup و فایل پشتیبان در گذرگاه‌های حافظه قرار داده می‌شوند.

هم SSD ها و هم RAM ها بر روی تراشه‌های حالت‌جامد (‌solid-state chips) قرار می‌گیرند، اما عملکرد این دو نوع حافظه در سیستم کاملاً متفاوت است. همان‌طور که پیش‌ازاین اشاره شد، حافظۀ فلش رسانه و ابزار ذخیره‌سازی است، درحالی‌که RAM حافظۀ فعالی است که محاسبات مربوط به داده‌های بازیابی شده از فضای ذخیره‌سازی را انجام می‌دهد.

دو form factor جدیدتر برای SSD ها وجود دارد که ارزش مطرح‌شدن در اینجا را دارند:SSD های M.2 و SSD های U.2. درایوهای M.2 ازلحاظ طول متنوع هستند معمولاً در ابعاد 42 تا 110 میلی‌متر ظاهر و مستقیماً به مادر بورد متصل می‌شوند. این SSD ها از طریق NVMe یا SATA ارتباط برقرار می‌کنند. برخلاف SSD ها با form factor قدیمی، دستگاهی با فرم فکتور M.2 قابلیت hot swap یعنی جا به جایی هنگام روشن بودن کامپیوتر (hot-swappable) را ندارد و اندازۀ کوچک آن موجب می‌شود که مساحت سطح آن برای تخلیۀ گرما محدود باشد در نتیجه به منظور کاهش دمای می توان از هیت سینک استفاده کرد. در محیط های حرفه ای از درایو M.2 اغلب به‌عنوان ابزار بوت کردن استفاده می کنند. در دستگاه‌های مصرفی مانند نوت‌بوک‌ها، وجود SSD M.2 موجب گسترش ظرفیت می‌شود.

U.2 یک درایو SSD دو و نیم اینچی PCIe است. این دستگاه‌های کوچک پیش‌ازاین بانام SFF-8639 شناخته می‌شدند. رابط U.2 به SSD های PCIe مبتنی بر NVMe با سرعت‌بالا اجازه می‌دهد تا بدون اینکه نیاز به خاموش کردن سرور یا فضای ذخیره‌سازی باشد، در پنل پشتی کامپیوتر قرار بگیرد.

انواع حافظه SSD با حافظۀ غیر فرار

در دستگاه‌های NAND که برای دستیابی به داده‌ها از دستیابی سریال هشت پینی استفاده می‌کنند، شدت‌جریان برق NOR و NAND که در انواع دروازه‌های منطقی استفاده می‌شود متفاوت است. حافظۀ فلش NOR معمولاً در تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند و دستگاه‌های که این نوع حافظه را دارند از دستیابی تصادفی 1 بایتی پشتیبانی می‌کنند.

در مقایسه با NAND، زمان خواندن در فلش‌های NOR سریع‌تر و کوتاه‌تری است، اما در کل تکنولوژی گران‌تری به‌حساب می‌آید. فلش‌های NOR داده را در قطعات بزرگ‌تری می‌نویسند و این موضوع موجب می‌شود که عملیات نوشتن دادۀ جدید و یا پاک کردن آن در این حافظه به زمان بیشتری نیاز داشته باشد. از توانایی NOR برای دستیابی تصادفی به داده‌ها در اجرای کد‌ها استفاده می‌شود، درحالی‌که حافظه‌های فلش NAND بیشتر برای ذخیره‌سازی مورداستفاده قرار می‌گیرند. بیشتر تلفن‌های هوشمند هر دو نوع حافظۀ فلش را پشتیبانی می‌کنند، از NOR برای بالا آوردن سیستم‌عامل و از کارت‌های NAND که قابلیت جدا شدن دارند برای افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی دستگاه استفاده می‌کنند.

مواردی که هنگام خرید حافظه SSD باید در نظر بگیرید

بیشتر آرایه‌های تمام فلش یا به‌صورت شاسی خالی یا شاسی که کاملاً توسط دیسک پرشده است موجود هستند، این موضوع به کاربران اجازه می‌دهد تا SSD موردنظر خود را برای افزایش ظرفیت یا سازگار ساختن و وفق دادن پیکربندی و تنظیمات انتخاب کنند.

برای انتخاب مناسب‌ترین SSD چندین مورد وجود دارد که به‌طورکلی پذیرفته‌شده‌اند و شایسته است که در اینجا آن‌ها را بررسی کنیم.

• حفاظت از داده و کد اصلاح خطا (ECC)

 حافظۀ فلش NAND شامل ابزارهایی برای ردیابی بیت‌ها خطا و تعمیر و درست کردن آن‌ها است. قاعدۀ کلی در این مورد این است که الزامات ECC با بیشتر شدن تعداد سلول‌ها افزایش می‌یابد.

• استقامت و طول عمر

 گارانتی و ضمانت هر SSD شامل تعداد مشخصی از چرخه‌های درایو می‌شود، این تعداد بر اساس نوع فلش NAND تعیین می‌شود. نیازی نیست که SSD یی که بیشتر برای عملیات خواندن از آن استفاده می‌شود به اندازۀ که SSD یی که بیشتر به‌منظور نوشتن از آن استفاده می‌شود استقامت داشته باشد.

• معیار ظاهری (form factor)

 همان‌طور که پیش‌ازاین هم اشاره شد، معیار ظاهری یا form factor مشخص می‌کند که آیا SSD جایگزین شده با فضای ذخیره‌سازی موجود هم‌خوانی دارد و در آن کار می‌کند و برای تراکم موجود کاربرد دارد یا خیر (منظور تعداد SSD هایی است که می‌توانند در یک شاسی تک قرار بگیرند) و آیا برای جا‌به‌جای و جایگزینی SSD سرویس‌دهنده باید آفلاین باشد یا خیر.

• بررسی موارد مربوط به رابط

 SSD ها توسط سیگنالی الکتریکی با پردازندۀ کامپیوتر ارتباط برقرار می‌کنند. رابط کاربری حداکثر توان عملیاتی و حداقل آستانۀ تأخیر و همچنین قابلیت گسترش SSD را مشخص می‌کند. سازندگان این محصولات به‌وسیلۀ رابط ساتا SATA که کم مقرون‌به‌صرفه‌ترین نوع درایو است، SSD های خود را برای NVMe، SAS و SATA واجد شرایط می‌نمایند. صلاحیت و شرایط فروشندگان طوری در نظر گرفته می‌شود که بتوانند در مقایسۀ دستگاه‌ها ازلحاظ ظرفیت، طول عمر، عملکرد، اندازۀ فیزیکی و قیمت به خریداران کمک کنند.

• ابزارهای مدیریتی و نظارتی

 درایوهای NVME، SAS و SATA برای بررسی و آزمایش سلامت اجرا و اطمینان از عملکرد باثبات خود از تکنولوژی پایش، تحلیل و گزارش دهی (SMART) استفاده می‌کنند. نظارت SMART شامل مواردی مانند هشدار خودکار و گزارش‌هایی در مورد استقامت و همچنین به‌روزرسانی سیستم‌عامل، تغییر اندازه، قالب‌بندی SSD و عملیات ضدعفونی کردن (sanitize) است.

• مصرف برق

 رابط کاربری درایو حداکثر شدت برقی که یک SSD می‌تواند دریافت کند را نیز مشخص می‌کند، اگرچه بسیاری از SSD های سازمانی و یکپارچه طوری طراحی و مهندسی‌شده‌اند که در حالت اجرا بتوانند خود را با میزان برق دریافتی وفق دهند. این ویژگی به کاربران اجازه می‌دهد تا عملکرد و قدرت دستگاه را به طرز هوشمندانه‌ای بهینه‌سازی کنند.

• افزونگی برق

 SSD ها حاوی یک Ram کوچک هستند که به‌عنوان محافظ برای داده‌های انتقالی و دیگر داده‌های حیاتی سازمانی عمل می‌کند. داده‌ها در Ram ذخیره‌شده و پس‌ازآن به یکی از بلوک‌های داده در حافظه‌ فلش SSD که به‌تازگی پاک و خالی‌شده نوشته می‌شوند. این عملیات تضمین می‌کند که هیچ داده‌ای از بین نخواهد رفت. علاوه بر این SSD های یکپارچه و سازمانی شامل چندین خازن چندپردازنده‌ای هستند که بر روی SSD قرار دارد و کار می‌کنند تا از اینکه عملیات نوشتن از روی RAM به‌صورت کامل انجام می‌شود اطمینان حاصل شود.

قیمت‌ حافظه SSD

از ابتدا هم قیمت‌گذاری SSD ها بسیار بالاتر از هارد درایوهای معمولی بود. به دلیل پیشرفت‌هایی که در تکنولوژی ساخت این محصولات صورت گرفته و همچنین افزایش ظرفیت تراشه‌ها، قیمت SSD ها کاهش‌یافته است و این فرصت را برای مصرف‌کنندگان عادی و مشتریان تجاری و سازمانی فراهم کرده است که SSD ها را مجدداً ارزیابی کرده و آن‌ها را به‌عنوان جایگزین خوبی برای فضاهای ذخیره‌سازی قدیمی و رایج در نظر بگیرند. در سال‌های گذشته این پدیده چندین بار رخ‌داده است.

قیمت SSD در بازار تحت تأثیر قانون مور (Moore’s Law) یعنی عرضه و تقاضا قرار دارد. در مقایسه با فرآیند و روند NAND 2D برای رسیدن به SSD NAND 3D متراکم و مهندسی‌شده به قدم‌های بیشتری نیاز است. در سال‌های اخیر تلاش تولیدکنندگان برای بالا بردن تولید در جهت برآوردن نیازهای جهانی با نتایج متفاوتی روبرو شده است.

در سالی‌های 2015 تا 2017، میزان تقاضا در سطح جهانی از عرضه فراتر رفت، تولیدکنندگان SSD مجبور بودند برای پر کردن خط تولید خود تلاش و تقلای زیادی داشته باشند. نوسانات میزان تقاضای موجود برای تراشه‌های فلش باعث شده بود تا قیمت SSD ها متغیر باقی بماند، اما همچنان قیمت SSD از HDD بالاتر بود.

در ژوئن سال 2018 گزارشی از شرکت TrendForce که شرکتی تحقیقاتی است که دفتر مرکزی آن در تایپه تایوان است منتشر شد مبنی بر اینکه به دلیل عرضۀ بیش‌ازحد تراشه‌های فلش قیمت‌های قراردادی این محصولات رو به کاهش است. این افت قیمت منجر به افزایش مشتری‌های SSD ازجمله درایو‌های PCIe شد.

مقایسۀ SSD و HDD

عملکرد و کارایی SSD بسیار بالاتر و سریع‌تر از سریع‌ترین درایوهای دیسکی الکترومکانیکی است. زمان جستجو و زمان تأخیر نیز در آن‌ها به طرز قابل‌ملاحظه‌ای کاهش‌یافته و کاربران آن‌ها معمولاً از زمان بوت بسیار کوتاهی لذت می‌برند.

SSD برای افزایش طول عمر خود از یکسان‌سازی پوشش (wear leveling) استفاده می‌کند. معمولاً یکسان‌سازی پوشش (wear leveling) با استفاده از کنترل‌کنندۀ فلش مدیریت می‌شود، این کنترل‌کننده برای مرتب‌سازی داده از یک الگوریتم استفاده می‌کند که درنتیجۀ آن چرخه‌های نوشتن و پاک کردن به‌طور مساوی میان تمام بلوک‌های موجود در آن دستگاه تقسیم می‌شود. از دیگر تکنیک‌هایی که در این دستگاه‌ها استفاده می‌شود تأمین بیش‌ازحد و تقویت عملیات نوشتن به‌منظور کاهش تأثیر عملیات جمع‌آوری زباله (Garbage collection) است. این تکنیک فضای ذخیره‌سازی قابل‌استفاده در SSD را تا درصد معینی محدود می‌کند.

علاوه بر این، طول عمر SSD ها متوسط و تعداد چرخه‌های نوشتن در آن‌ها محدود است و پس از آن عملکردشان نامنظم می‌شود. این موضوع به‌خودی‌خود از معایب این درایوها به‌حساب نمی‌آید، زیرا HDD ها نیز باگذشت زمان تخریب‌شده و سرانجام از بین می‌روند.

در HDD ها وقتی داده‌ای در بخش‌های مختلف دیسک قرار داده و تقسیم‌شده باشد، عملکرد خواندن می‌تواند با مشکل همراه شود. وقتی چنین حالتی در دیسک پیش می‌آید توسط تکنیکی به نام defragmentation (یکپارچه‌سازی پیوند تکه) تعمیر می‌شود. در SSD ها داده به‌صورت مغناطیسی ذخیره نمی‌شود، بنابراین کارایی و عملکرد خواندن بدون توجه به اینکه داده در کجای دیسک ذخیره‌شده است، ثابت مانده و دچار افت نمی‌شود. با توجه به اینکه میزان تأخیر در SSD ها کمتر است، این درایوها طوری بهینه‌سازی شده‌اند که با کمترین تأثیر بر عملکرد برنامه تا داده‌ها را به‌صورت درون‌خطی جابه‌جا کنند و فضای بلااستفادۀ میان آن‌ها را کاهش دهند.

مقایسۀ SSD و eMMC

کارت حافظه‌ی مالتی‌مدیای داخلی  eMMC  فضای ذخیره‌سازی فلش متصل و onboard را در کامپیوتر فراهم می‌کند. (**منظور از داخلی این هست که این نوع حافظه درون ابزارهای مختلف قابل‌استفاده است و به عبارتی حافظه‌ی داخلی است نه حافظه‌ی خارجی و قابل جدا شدن) eMMC مستقیماً بر روی مادربورد نصب می‌شود. این معماری که به‌طور رسمی توسط گروه صنعتی JEDEC شناخته و معرفی‌شده است، شامل حافظۀ فلش NAND و یک کنترل‌کننده است و مانند مداری یکپارچه طراحی‌شده است.

گیت‌های منطقی eMMC از SSD کمتر است، ولی ازلحاظ عملکرد می‌تواند تقریباً معادل SSD عمل کند. تفاوت آن‌ها در ظرفیت است: بازۀ ظرفیت eMMC استاندارد از 32 تا 128 گیگ است، بنابراین نمی‌تواند مواردی که به ظرفیت بیشتری نیاز دارند را برآورده کند.

در دستگاه‌های قابل‌حمل، eMMC به‌عنوان حافظۀ اولیه یا حافظۀ کمکی برای کارت‌های حافظۀ SD و کارت‌های مالتی‌مدیای میکرو SD مورداستفاده قرار می‌گیرد. هرچند مواردی که مطرح شد کاربردهای قدیمی‌تر این کارت‌ها است و امروزه بیشتر و بیشتر در حس‌گرهای داخل دستگاه‌های متصل به اینترنت (IoT) استفاده می‌شوند.

انواع دیگر فلش کارت‌های مصرفی که در دستگاه‌های الکتریکی مصرف‌کنندگان به کار می‌رود شامل این موارد می‌شود: کارت‌های SD برای رمز‌گذاری داده‌ها در دستگاه‌های دیجیتال، کارت‌های میکرو SD برای تلفن‌های همراه، کارت‌های SDHC برای تصاویر و فیلم‌های باکیفیت بالا، مموری استیک (memory stick)، برای انتقال فایل‌های تصویری و ویدیویی و درنهایت کارت‌های USB که در لحظه نصب و قابل استفاده هستند (plug-and-play) این حافظه‌ها بر روی درگاه USB کامپیوتر نصب می‌شود.

مقایسۀ SSD و هارددیسک هیبریدی

درایوهای هایبریدی جایگزینی برای SSD به شمار می‌آیند هرچند به‌مانند آن‌ها به‌طور گسترده مورداستفاده قرار نمی‌گیرند، درایوهای هایبریدی فاصلۀ میان فضاهای ذخیره‌سازی فلش و دیسک‌های مغناطیسی ثابت را پر می‌کند. از SSHD ها به‌عنوان روشی برای به‌روزرسانی لپ‌تاپ‌ها، هم ازنظر ظرفیت و هم عملکرد، استفاده می‌شود.

معماری دیسک‌های SSHD استاندارد است و به‌گونه‌ای طراحی‌شده که حدود 8 گیگابایت حافظۀ فلش اضافه را به‌عنوان بافری برای بارهای کاری (workload) دیسک محور فراهم می‌کند. تراشه کنترل‌گر HHD تعیین می‌کند که داده‌ها روی دیسک یا ماژول SSD قرار گیرد.

بدین ترتیب، SSHD برای کامپیوترهایی که تعداد محدودی برنامه و اپلیکیشن مانند سرعت‌دهندۀ زمان بوت (accelerating boot times) دارند مناسب‌تر است. قیمت هارد درایو هایبریدی کمی از HDD کمتر است. در مقایسه با این دیسک‌ها قیمت SSD ها بسیار بالاتر است، این بالا بودن قیمت به دلیل ادغام تراشه‌های NAND که گران‌تر هستند، می‌باشد.

بیشتر بخوانید : کدام بهتر است ؟ HDD، SSHD یا SSD

دستگاه‌های فلش حالت‌جامد، حافظه SSD PCIe و NVMe

درایوهای فلش حالت‌جامد از ابتدا طوری طراحی‌شده بودند که بتوانند با استفاده از رابط SATA فضای ذخیره‌سازی را به سرورهای شبکه متصل کرده و از هاست و میزبان HBA و اجزای دیگر استفاده کنند. نسخۀ جدیدتر فضاهای ذخیره‌سازی فلش مبتنی بر سرور شامل SSD هایی می‌شود که برای نصب درگاه‌های PCIe در سرورها طراحی‌شده‌اند. هر PCIe می‌تواند موجب برقراری ارتباط مستقیم میان SSD و مادربردی (motherboar) شود که از اتصال اختصاصی نقطه‌به‌نقطه استفاده می‌کند، این موضوع در اصل موجب از بین بردن اختلاف منابع و کاهش تأخیر می‌شود.

فروشندگان SSD همچنین درحال‌توسعۀ دستگاه‌های PCIe بر اساس پروتکل NVMe هستند، این پروتکل مجموعه مشخصاتی است که برای انجام عملیات در سطح کنترل‌کننده‌های میزبان طراحی‌شده است. ظاهراً مشخصات NVMe به‌منظور افزایش توان عملیاتی دستگاه‌های PCIe طراحی‌شده است، این کار با ساده‌سازی (streamlining) پشته‌های ورودی خروجی (I/O)، حذف تأخیر مرتبط با SSD های مبتنی بر SATA و SAS انجام می‌شود.

برنامه‌های کاربردی و اپلیکیشن‌ها در میان گذرگاه PCIe مستقیماً با SSD NVMe ارتباط برقرار می‌کنند. انتظار می‌رود که مرحلۀ بعدی شامل توسعۀ اکوسیستم NVMe با توجه به ساختار (Fabrics)، این کار به دستورات (Command) توانایی انتقال میان سرور میزبان و فضای ذخیره‌سازی حالت‌جامد (SSD) موردنظر را می‌دهد این امر می‌تواند توسط،Fibre Channel InfiniBand و Ethernet انجام شود.

حافظه هیبریدی DRAM – فلش

پیشرفت‌هایی که در ساخت و تولید SSD صورت گرفته جایگاه این فناوری را ارتقا داده و موجب شده تا نقش مهم‌تری را درزمینۀ فضاهای ذخیره‌سازی غیرفرار بازی کند. بااین‌حال، این روزها پیکربندی و تنظیمات کانال‌های حافظه‌های جدید در حال ظهور هستند که حافظۀ فلش و سرویس‌دهندۀ DRAM را ترکیب می‌کنند. این دستگاه‌های ذخیره‌سازی فلش ترکیبی پاسخی است به DRAM که در حال دستیابی به حدود مقیاس نظری خود می‌باشد.

یکی دیگر از انواع اجرا و پیاده‌سازی فضاهای ذخیره‌سازی شامل درج حافظۀ فلش در درگاه‌های DIMM مادربرد است. این روش همچنین به‌عنوان ذخیره‌سازی داخلی نیز شناخته می‌شود، DIMM مبتنی بر فلش نیازی به عبور از کنترل‌گر PCIe یا درگیری با کارت‌های دیگر ندارد، بنابراین این موضوع باعث کاهش زمان تأخیر می‌شود این کاهش حتی از کارت‌های فلش PCIe نیز بیشتر است.

بیشتر بخوانید : 5 اصطلاح درباره آینده حافظه‌ها و ذخیره‌سازها

شرکت‌های اینتل و میکرون با همکاری یکدیگر به توسعۀ فضاهای ذخیره‌سازی پایدار بانام تجاری 3D XPoint پرداختند، آن‌ها ادعا می‌کنند که سرعت این محصولات مانند DRAM ها است، درحالی‌که ازلحاظ قیمت میان DRAM و NAND قرار می‌گیرند. اولین محصول تجاری ساخته‌شده در 3D XPoint،SSD های خانواده Intel Optane هستند.