حافظه فیزیکی SSD ؛ هر آنچه که باید در مورد مدل های آنها بدانید

آیا تفاوت حافظه SSD و حافظه HDD را می دانید؟ چه چیزی باعث می شود SSD ها بهتر از HDD ها کار کنند و چرا عمر بیشتری نسبت به HDD ها دارند؟ در این مقاله ، ما به این س questionsالات پاسخ می دهیم و بدنه SSD ها را به روشی ساده و واضح توضیح می دهیم تا درک کلی از ساختار این حافظه ها داشته باشیم.

SSD ها غیر مغناطیسی ، غیر الکتریکی ، غیر فوتونی هستند ، اما دارای طرح های متفاوتی هستند که آنها را از مدل های مختلف حافظه متمایز می کند. مطمئناً همه برای ذخیره اطلاعات با ارزش خود به یک حافظه امن و پایدار نیاز دارند. حافظه اصلی به سه نوع HDD ، SSD و حافظه نوری تقسیم می شود.

در این جمله ، بدن SDD ها را بررسی می کنیم که از نظر سرعت برای دو نوع حافظه دیگر بهتر است و ضعف آنها کمتر است. همانطور که ترانزیستورها رایانه را با سرعت بخشیدن به حساب و جابجایی بین آنها تغییر می دهند ، بنابراین با استفاده از وسایل نیمه الکترونیکی در ذخیره سازی ، پیشرفت بزرگی در جمع آوری داده های تجاری ایجاد می شود.

اولین قدم در استفاده از مواد سازگار با محیط زیست در ذخیره سازی توسط توشیبا انجام شد که در دهه 1980 مفهوم حافظه را معرفی کرد. چهار سال بعد ، این شرکت اولین حافظه فلش NOR را توسعه داد و سپس در سال 1987 ، توشیبا اولین حافظه فلش NAND را معرفی کرد.

اولین فلش مموری تجاری ، که امروزه SSD یا دستگاه های پیشرفته نامیده می شود ، در سال 1991 توسط SunDisk راه اندازی شد ، اکنون نام SunDisk است (امروزه SanDisk یکی از معروف ترین فروشگاه ها است)

امروزه تقریباً همه از حافظه های فلش ، کارت های حافظه یا حتی SSD های خارجی که در زندگی روزمره خود بارها از آنها استفاده می کنند مطلع هستند. همه این دستگاه ها قطعات کوچکی از حافظه SSD هستند.

در سمت چپ شکل بالا یک تراشه فلش درایو SanDisk NAND وجود دارد که مانند تراشه SRAM مورد استفاده در رایانه های شخصی و کارت های گرافیک ، دارای میلیون ها سلول با ترانزیستورهای قابل تعویض است. ترانزیستورهای دروازه شناور از جریان ولتاژ بالا برای انتقال جریان به قسمتی از ساختار خود و انتقال آن به قسمت دیگر استفاده می کنند. در مرحله بعد ، هنگام تماس با تلفن همراه ، مقدار کمی برق به قسمتی از تلفن همراه که ولتاژ بالا را دریافت می کند ، اعمال می شود.

اگر در مرحله اول جریان خروجی در سلول وجود نداشته باشد ، ولتاژ پایینی که به سلول اعمال می شود باعث ایجاد جریان می شود. هنگامی که در تلفن جریانی وجود ندارد ، سلول در حالت صفر است (حالت 0) و هنگامی که وجود دارد و به آن پرداخت می گویند ، در حالت اول (وضعیت 1) است. این مدل به NAND click اجازه می دهد تا داده ها را با سرعت بالا بخواند. اما هنگام خواندن یا حذف فایل ها خیلی سریع عمل نکنید.

در بهترین نوع شارژ که ترانزیستور تک فاز (SLC) نامیده می شود ، تنها یک جریان به قسمت خاصی از ترانزیستور اعمال می شود ، اما سلول دارای چندین سطح جریان است. این مدل معمولاً به عنوان سطح افتراقی سلول (MLC) شناخته می شود. اما در فلش های NAND ، کلمه MLC به جریان چهار فاز اشاره دارد. بسیاری از انواع سلول های مشابه این مدل وجود دارد ، از جمله سه سطح (TLC) و سطح چهارم (QLC) ، هر کدام به ترتیب با 8 و 16 سطح متفاوت.

استفاده از انواع مختلف تلفن های همراه در حافظه فلش باعث تغییر کمی در داده ها در هر یک از این انواع مختلف فلش می شود. ظرفیت ذخیره سازی پیکان با سلول های مختلف به شرح زیر است:

SLC – یک سطح = یک بیت

MLC-level Jahar = دو مورد

TLC – هشت سطح = سه محصول

QLC – شانزده سطح = چهار مورد

باید فکر کنید که چراغ قوه QLC بهترین نوع چراغ قوه است. متاسفانه، این مورد نیست. خروجی الکتریکی در ژنراتور بسیار کم است و نسبت به نویز الکتریکی بسیار حساس است. بنابراین ، برای تمایز سطوح مختلف در سلول ها با یکدیگر متفاوت است ، قبل از تجزیه و تحلیل داده ها ، سلول ها باید چند بار خوانده شوند.

به طور خلاصه ، سلول های SLC سریع ترین نوع سلول هستند. اما برای ذخیره برخی از اطلاعات ، آنها بیشتر از سایر سلول ها از بدن استفاده می کنند. در مقایسه ، سلولهای QLC سریعترین سرعت را در مقایسه با انواع دیگر سلولها دارند. اما از طرف دیگر ، ظرفیت ذخیره سازی آنها بیشتر از انواع دیگر سلول ها است.

در حافظه های فلش برخلاف حافظه های SRAM و DRAM ، هنگامی که برق هنگام استفاده فعلی قطع می شود ، جریان ثابت می ماند و کاهش و کند می شود. در مورد سیستم حافظه ، سلول ها تنها در چند دقیقه ناپدید می شوند و باید دائماً شارژ شوند.

متأسفانه ، مصرف مداوم برق و نگهداری بیش از حد فعلی باعث می شود که تلفن آسیب ببیند ، دچار فرسایش شود و به آرامی از حافظه SSD خارج شود. برای جلوگیری از این مشکل ، فرآیند هوشمند باید چندین بار تکرار شود تا حافظه به طور موقت کاهش یابد.

این روش اطمینان حاصل شده است که برق بیش از حد به سلول اعمال نمی شود. یک تراشه به اصطلاح این را کنترل می کند. این کار را با تراشه های LSI مورد استفاده در هارد دیسک ها نیز انجام می دهد. اما HDD دارای تراشه های جداگانه برای حافظه پنهان DRAM و سیستم عامل حافظه فلش است. درایوهای فلش USB دارای حافظه داخلی DRAM و سیستم عامل حافظه فلش هستند ، اما از آنجا که درایوهای فلش USB ارزان طراحی شده اند ، ظرفیت ذخیره سازی زیادی ندارند.

درایو فلش به دلیل کمبود فضا باید عملکرد بهتری نسبت به HDD ها داشته باشد. ما از مدل CrystalDiskMark برای مقایسه SSD و HDD استفاده می کنیم.

در نگاه اول ، نتایج ناامید کننده به نظر می رسد. از آنجا که مزایای رقابت خواندن و نوشتن و نوشتن داده ها از حافظه SSD بیشتر از مزایای آزمایش HDD بود. البته ، خواندن سریعتر داده ها در حافظه SSD بهتر است ، که بهتر از حافظه فلش است. در فلش حافظه ، داده ها در یک نگاه خوانده می شوند. اما سرعت ثبت یا حذف داده ها در این حافظه ها در مقایسه با حافظه HDD کندتر بوده است.

برای مقایسه این دو نوع حافظه باید بیشتر تلاش کنیم. حافظه فلش مورد استفاده در این آزمایش دارای اتصال USB 2.0 با حداکثر سرعت انتقال داده 60 مگابیت بر ثانیه است. در مقایسه ، HDD دارای یک کانکتور SATA 3.0 است که اجازه می دهد فایل ها را با سرعتی بیش از 10 برابر سرعت فلش مموری برای این حافظه منتقل کند. فناوری مورد استفاده در تست حافظه یک فناوری بسیار ساده است و از سلول های TLC استفاده می کند که به صورت خطوط طولانی در یک طرف محصور شده اند. این نوع برنامه ریزی دو فاز یا چند لایه نامیده می شود.

درایو فلش مورد استفاده در اکثر SSD ها دارای سلول های SLC یا MLC است. بنابراین ، این نوع حافظه کمی سریعتر از سایر خاطرات مشابه است و دیرتر دچار فرسایش می شود. در این خاطرات ، گروه های تشکیل دهنده سلول ها از وسط تا شده و در کنار هم قرار می گیرند ، بنابراین سلول ها در این خاطرات به صورت عمودی یا سه بعدی قرار می گیرند.

اتصالات SATA 3.0 نیز در این حافظه استفاده می شود. با این حال ، استفاده از PCI Express برای اتصال از طریق اتصالات NVMe در حال افزایش است.

اجازه دهید به یکی از محرک ها با محور عمودی سلول نگاه کنیم. این SSD دارای 6.37 سانتی متر عرض SSD سامسونگ 850 pro با ضخامت کوچکتر و عریض تر از HDD است. وقتی این حافظه را باز می کنیم ، با موقعیتی مانند این مواجه می شویم

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید ، هیچ دیسک ، هیچ بازوی متحرک و هیچ آهنربا در داخل این حافظه دیده نمی شود و تنها یکی در پوسته درایو این قدرت یک برد با چند شماره است. در تصویر زیر ، می توانید نمای دقیق تری از برد حافظه SSD را مشاهده کنید.

تراشه های سیاه کنترل کننده های الکترونیکی هستند و سایر تراشه ها به شرح زیر است:

• تراشه سامسونگ: تراشه 3 هسته ای S4LN045X01-8030 ARM Cortex R4 برای گزارش دهی ، مدیریت داده ها ، تشخیص خطا و تصحیح داده ها ، رمزگذاری و کنترل فرسایش استفاده می شود.
• تراشه سامسونگ: K4P4G324EQ-FGC2 این تراشه حاوی 512 مگابایت DDR2 SDRAM برای ذخیره حافظه مورد استفاده برای ذخیره سازی است.
• تراشه سامسونگ: K9PRGY8S7M این تراشه دارای 64 گیگابایت حافظه فلش NAND با 32 سلول عمودی است. تعداد تراشه های موجود در این حافظه 4 عدد است که دو عدد از آنها روی برد و دو تای دیگر در پشت برد تنظیم شده است.

این حافظه شامل دو سلول کوچک ، چندین سلول حافظه و چندین حافظه نهان است. این مدلها عملکرد خوب حافظه را توصیف می کنند. زیرا همانطور که گفتیم ، ضبط داده ها از حافظه فلش می تواند بسیار کند انجام شود. اما با استفاده از چراغ قوه های متعدد ، می تواند داده ها را در ترکیب چند حافظه ذخیره کند.

درایو فلش USB دارای DRAM های زیادی نیست که برای ضبط داده ها در نظر گرفته شده است. بنابراین برای سرعت بخشیدن به نوشتن باید از علائم نگارشی بزرگ استفاده شود. اجازه دهید دوباره آزمایش اندازه گیری را انجام دهیم.

همانطور که می بینید ، نتایج بهتر از آزمایش های قبلی بود. هم سرعت خواندن داده ها و هم سرعت نوشتن آنها کارآمدتر از آزمایش قبلی است و زمان تأخیر بسیار کاهش می یابد. SSD ها علاوه بر اینکه می توانند سریعتر از HDD ها بخوانند و بنویسند ، سبک تر ، کوچکتر و حتی قدرت کمتری دارند.

متاسفانه SSD ها گرانتر از HDD ها هستند. می توانید یک هارد دیسک 14 ترابایتی با قیمت 350 دلار خریداری کنید. اما با این پول فقط می توانید یک SSD ترابایت یا حداقل دو ترابایت خریداری کنید. اگر قصد خرید SSD 14 ترابایتی دارید ، باید بدانید که بهترین SSD با ظرفیت 15.36 در حال حاضر 4300 دلار است!

اخیراً ، برخی از تولیدکنندگان حافظه ، نوع جدیدی از حافظه را به نام حافظه ترکیبی HDD معرفی کرده اند. این نوع حافظه نوعی مدل هارد دیسک است که شامل تعداد کمی درایو فلش است که برای ذخیره بیشتر اطلاعات هارد دیسک استفاده می شود. تصویر زیر تخته ای از HDD ترکیبی است. در برخی جاها به این نوع حافظه ها حافظه SSHD نیز گفته می شود.

در این حافظه ، تراشه NAND و کنترل کننده آن در سمت راست بالای صفحه نمایش دیده می شود و بقیه آن شبیه همان حافظه HDD است. ما همچنین این درایو را با CrystalDiskMark آزمایش کردیم تا ببینیم آیا استفاده از حافظه فلش به عنوان قالب حافظه پنهان عملکرد آن را تغییر داده است یا خیر. البته این مقایسه منصفانه نیست. زیرا سرعت دیسک مورد استفاده در این حافظه 7200 دور در دقیقه است و سرعت دیسک حافظه HDD قدیمی مورد استفاده در این اندازه گیری تنها 5400 دور در دقیقه است.

همانطور که می بینید ، اعداد HDD ترکیبی کمی بهتر هستند. البته ، خواندن و نوشتن سریعتر HDD ترکیبی ممکن است به دلیل فضای بیشتر دیسک باشد. هرچه دیسک روی هارد دیسک زیر سرپوش برای خواندن و نوشتن داده ها سریعتر باشد ، انتقال اطلاعات سریعتر است.

لازم به ذکر است که داده های ایجاد شده در این نشانگر در فرآیند مشخص نشده است تا بتوان در هر زمان به آنها دسترسی داشت ، بنابراین بعید است که کنترلر از حافظه به درستی استفاده کند.

البته اندازه گیری نشان می دهد که ترکیب HDD با SSD داخلی عملکرد بهتری نسبت به HDD سنتی داشته است. البته نباید فراموش کنیم که حافظه ارزان در مقایسه با HDD های خوب عملکرد بهتری دارد. همچنین باید توجه داشت که HDD های ترکیبی مراقبت بیشتری نسبت به SSD ها دارند.

لازم به ذکر است که حافظه فلش تنها فناوری مورد استفاده در SSD ها نیست. میکرون و اینتل برای ایجاد سیستمی به نام 3D XPoint با هم همکاری کرده اند که در آن سلولها سپرهای مربوطه خود را برای ایجاد این دستگاهها تغییر می دهند ، به جای تزریق جریان به داخل و خارج از سلول برای ایجاد حالت صفر.

اینتل این حافظه را در حالت Optane اعلام کرده است و در آزمایشات نشان داده شده است که عملکرد فوق العاده ای دارد. البته این نوع حافظه هنوز بسیار گران است و ظرفیت هر ترابایت آن با قیمت 1200 دلار به فروش می رسد که چهار برابر SSD با حافظه فلش با همان ظرفیت است!