GUIDE: Slik fungerer en SSD – Del 2 Dette er levetiden til en SSD

Guide Slik fungerer en SSD – Del 2

Dette er levetiden til en SSD

En SSD kan dø på få år, men da skal du være en storbruker.

Annonsør­innhold
Les hele saken »

Minne og kontroller lever i tospann

Kontrolleren er den viktigste komponenten i en SSD, og så lenge to disker har samme kontroller blir ytelsen og levetiden veldig lik. Det er imidlertid variasjoner, og den største variasjonen er det selve minnet som skaper.

Minnebrikker i lange baner
Minnebrikker i lange baner

For produsenter som OCZ og Corsair, som ikke har egne fabrikker for produksjon av minne, er dette en råvare. Det må kjøpes i store partier, og hva de kjøper avhenger som alltid av hva som er tilgjengelig og hva det koster. Samtidig er kontrollere sære, så det minnet som kjøpes inn må også fungere for den kontrolleren som skal benyttes. Minne fra Intel/Micron-sammarbeidet benyttes i stor grad, men du kan også finne minne fra Toshiba, Elpidia, Hynix og Samsung på innsiden av din SSD.

Ikke bare gir minnebrikkene veldig stor forskjell i ytelse. Det er også disse som definerer den naturlige levetiden til din SSD, siden minnet etter en viss tids bruk ikke kan skrives til lenger.

Det som er viktig å få med seg her er at du i stor grad aldri vet hva du får av minne når du kjøper en SSD, med mindre den kommer fra Samsung eller Intel, som bruker sitt eget minne. Siden det varierende hva produsentene kjøper inn, varierer det også fra dag til dag hvilket minne de faktisk putter i en og samme modell. For eksempel skal OCZ sin Vertex 3 ikke alltid ha benyttet minne fra Intel/Micron, i noen situasjoner har OCZ også brukt minne fra andre produsenter.

Produksjonsprosessen avgjør levetiden

Bildet over er en N-MOSFET-transistoren, vi forklarte i detalj hvordan denne fungerer i denne guidens første del. Det er i denne hver lille bit av data lagres i SSD-en din, og en minnebrikke inneholder millioner eller milliarder slike. For å lagre data må "Oxide-tunnelen" åpnes og lukkes. Dette sliter på materialet, og etter mange sykluser klarer ikke tunnelen å holde på innholdet som skal skrives. Da går informasjonen tapt, og lagringsmediet er dødt.

Les mer om dette i den første delen av denne artikkelen.

I dagens SSD-verden har har det blitt produsert minne med forskjellige produksjonsprosesser. En produksjonsprosess defineres etter størrelsen man lager transistorene med. De første SSD-ene som ble populære, slik som Intels X25-M brukte 50 nm-minne. Man gikk så over til 34 eller 32 nm litt avhengig av produsent. SSD-ene som har blitt lansert i 2011 benytter 25 nm, men 20 nm som blir det neste steget på stigen er fortsatt noen år unna.

Man krymper altså transistorene, hver lille transistor blir fysisk mindre. Det gjør at Oxide-tunnelen er tynnere og den slites dermed i stykker raskere. Det er akkurat dette som er grunnen til at en nyere SSD faktisk lever kortere enn sine forgjengeren.

For minne produsert på 50 nm definerte produsentene at "tunnelen" skulle kunne åpnes minst 10 000 ganger. Tunnelen åpnes hver eneste gang du lagrer eller sletter en fil, kalt en syklus. Dette gjelder hver enkelt transistor, som det er utrolig mange av per lagringsplass på 4 KN. 4 KB er den minste størrelsen du kan skrive til på en SSD.

Når man krympet teknologien til 34 / 32 nm og videre til 25 nm sank dette tallet ned til 3000-5000 sykluser. Husk at dette er spesifiserte tall, det er minsteverdien minnet skal klare. I praksis kan det leve mye lengre, alt fra én ekstra syklus til fire ganger så mange.

Den teknologiske utviklingen som har funnet sted helt siden 1947 da transistoren ble oppfunnet, sørger altså for at levetiden mer enn halveres.

Det kan kanskje virke som en lite logisk fremgang sett fra forbrukerens side. SSD-en lever kortere, men den blir langt billigere når man gjør transistorene mindre. Du husker kanskje Moores lov. Den gjelder her som alle andre steder i den digitale verdenen. Hver 15. til 18. måned skal antallet transistorer dobles innenfor det samme fysiske området. Snur man på det regnestykket kan man ha samme antallet transistorer, men på halve plassen. Det koster vanvittig mye i starten, men over tiden senker dette prisene betydelig.

Det er altså bare et gitt antall ganger man kan lagre eller slette data. Da er det viktig at dette gjøres så sjeldent som overhodet mulig. Samtidig er det viktig at den slites jevnt, at ikke en minnebrikke dør før en annen i det hele tatt har blitt benyttet. SSD-er er smarte, og slikt har man en løsning på.

Stor spredning godt for det meste

SSD-er liker å spre data. Det å distribuere dataene du lagrer jevnt ut over hele SSD-en drar med seg tre viktige faktorer. Høyere levetid, langt høyere ytelse og i flere tilfeller lavere pris.

Med dagens SSD-er kan du overføre store mengder data vært sekund. Den foreløpige toppen er rundt 560 MB/s. Men de høye ytelsene kommer ikke av seg selv. Normale minnebrikker klarer bare å gi fra seg eller motta 50 MB eller 133 MB data hvert sekund. De absolutt nyeste, og dyreste, minnebrikkene klarer 200 MB/s. Selv ikke de dyreste brikkene er gode nok for ytelsen vi i dag ser, som ligger rundt 560 MB/s. Løsningen er enkel. La kontrolleren snakke med flere minnebrikker parallelt, hent eller skriv data fra flere steder samtidig.

Klikk for større versjon. Kilde: IDF 2010 flash memory presentation.
Klikk for større versjon. Kilde: IDF 2010 flash memory presentation.

Får vi går videre må vi ta for oss ONFi. ONFi står for Open NAND Flash Interface, og er et sammarbeid mellom 80 selskaper som på en eller annen måte jobber med minnebrikker. ONFi er et sett med spesifikasjoner, en slags standard, som er utviklet for å gjøre det enklere for å produsenter å lage en modell for å gjøre integreringen av NAND i forbrukerelektronikk, som SSD-er, enklere. De forskjellige versjonene, med nøkkelegenskaper, er listet opp i bildet over.

Kort fortalt betyr høyere versjon bedre minne, med høyere kvalitet, og tilsvarende høyere pris. Som eksempel benytter Vertex 3 ONFi 2.0-minne, det er dyrt, men hver kjerne i minnebrikken kan dytte unna 133 MB/s.

Samtidig finnes det noe som heter "asynchronous" NAND, som kan jobbe uavhengig av klokkepulsene til kontrolleren. Dette er betydelig billigere minne enn de som følger ONFi-standarden, men er noe tregere.

For å nå ytelser på 560 MB/s må SSD-en da lese eller skrive fra flere minnebrikker samtidig. Skal du lagre en filmsnutt på 650 MB er det da ønskelig at SSD-en sprer denne over flere minnekjerner, slik som 5 stykker fremfor bare én. Kontrolleren deler da opp filen, og klemmer den ut med 133 MB/s på hver minnebrikke/kjerne. Teoretisk betyr dette at minnebrikkene kan flytte 665 MB/s, men foreløpig holder kontrolleren igjen på 560 MB/s.

Kontrollere kan altså snakke med flere kjerner i minnebrikkene parallelt. Dette er synonymt med antallet kanaler en kontroller har. Den nyeste kontrolleren til Intel har 10 kanaler. Kontrollerne til SandForce har 8 kanaler. I tillegg klarer SandForces to nyeste kontrollere, SF-2200 og SF-2500 å snakke med flere kjerner i minnebrikkene samtidig. En minnebrikke kan nemlig inneholde 1 - 4 kjerner, spesielt blant de av 25 nm-typen.

Flere minnebrikker betyr altså at SSD-en i større grad kan spre datamengden. Den kan samle ytelsen, og den kan dele datamengden på en måte som gjør at hver enkelt transistor slites i samme tempo som resten.

Klikk for større versjon
Klikk for større versjon

Den minste enheten du kan lagre på en SSD er 4 KB(page), den minste enheten du kan slette er 512 KB(block). Det er dette som førte til at ytelsen sank over tid. Blokkene er organisert i planes, som er minnebrikkene kontrolleren kan snakke med paralellt. Skriver du for eksempel en fil på 256 KB vil SSD-en splitte dette ut over så mange pages som mulig, samtidig som SSD-en prøver å finne et optimalt forhold for å fylle hele blokker, uten at den må gå frem og tilbake for å slette ubrukte og gamle filer. Da slites hver transistor jevnt.

Dette er det generelle prinsippet, hver kontrollerprodusent har implementert en rekke tilleggsfunksjoner. Som et eksempel kan vi igjen trekke frem SandForce. De har fått på plass en vittig funksjon som både øker ytelsen for noen filer, og tyner levetiden. SandForce lagrer faktisk ikke dataene dine, utrolig nok. Den lagrer ikke det du faktisk lagrer, slik som et bilde eller et dokument. Den komprimerer alt den kan komprimere, noe som i stor grad gjelder alt utenom tunge filer slik som H.264-video eller .zip-filer. Den lagrer en slags hash-sum av informasjonen. Det tar mindre plass på minnet, noe som betyr at færre transistorer blir brukt for å lagre samme mengde informasjon.

Husk imidlertid at selv om kontrolleren sørger for at informasjonen tar mindre plass, blir det ikke mer plass for deg å boltre seg på. Som vi snakket om i del 1 av artikkelen, er forholdet mellom operativsystemet og SSD-en din temmelig passivt. Med hjelp av Trim kan SSD-en vite hvilke filer som skal slettes, men det er så lagt det forholdet går. Windows vet aldri at SSD-en komprimerer, den sender bare filene til kontrolleren og er ferdig med saken. Windows tror det er lagret 200 MB, selv om det bare er 150 MB som har truffet minnebrikkene.

Minnebrikker fra Samsung
Minnebrikker fra Samsung

SSD-er har et hav av algoritmer for å spre datamengden din på en mest logisk måte, i forhold til både levetid og ytelse. Til syvende å sist vil du imidlertid treffe det punktet når transistorene i SSD-en ikke lenger klarer å holde på informasjonen, om det så skjer etter 10 000 eller 3 000 sykluser. Det er heldigvis et par teknologier på plass som redder deg når det først går galt.

Sikkerhetsnettet

Vi tar for oss to eksempler, først ut er Intel. Intel sin kontroller klarer faktisk å se litt frem i tid. Transistorene slites både ved skriving og sletting. Målet er at minnet dør under sletting, da er det tross alt ikke noe viktig som går tapt. Den oppdager døde blokker rundt om i minnet, og isolerer disse og sørger for at den aldri prøver å skrive noe til denne igjen. Den finner en vei rundt de cellene som synger på det siste verset.

Intel har en egen programvare til sine SSD-er, SSD Toolbox. Her blir du varslet når du nærmer deg slutten, og du får tid til å ta backup. Det gode her er at så lenge cellen ikke dør under skriving, holder den på informasjonen. Du kan lese den, det sliter ikke på levetiden. Informasjonen kan faktisk ligge urørt i opp mot 10 år før den forsvinner i løse luften.

Intel satser altså på isolere individuelle deler av en minnebrikke. SandForce har en annen fremgangsmåte. De reserverer en hel minnebrikke det de kaller RAISE, Redundant Array of Independent Silicon Elements. Dette er i stor grad det samme som RAID 5 vi kjenner til ved vanlige lagringssystemer. Dataene dine komprimeres, samtidig blir deler av hver fil duplisert. En hel minnebrikke, uavhengig av kapasitet, kan dermed dø uten problem. Dataene som lå på den døde brikken kan gjenopprettes fra de andre minnebrikkene.

Foreløpig har så godt som alle SandForce-baserte SSD-er denne funksjonen innebygget, foruten 60 GB-versjonen av Agility 3. Med overgangen til 25 nm minne lå det plutselig så mange gigabyte på hver minnebrikke, at det å legge inn en ekstra bare for å holde denne sikkerhetsfunksjonen i gang, ble for dyrt til at det kunne rettferdiggjøres ovenfor brukeren.

Bli med over på neste side, så skal vi fortelle deg når du kan forvente at din SSD legger hatten på hylla.

Norges beste mobilabonnement

Sommer 2019

Kåret av Tek-redaksjonen

Jeg bruker lite data:

Sponz 1 GB


Jeg bruker middels mye data:

GE Mobil Leve 6 GB


Jeg bruker mye data:

Chili 25 GB


Jeg er superbruker:

Chili Fri Data


Finn billigste abonnement i vår mobilkalkulator

Forsiden akkurat nå

Til toppen