Test: Kingston's KC2000 NVMe PCIe SSD

Bag om SSD

Faktisk er de eneste lighedpunkter på en HDD og en SSD, at de begge lagrer data, kan bruge de samme interfaces og at de har samme standardiserede størrelser.

Hvor en HDD bruger roterende magnetiske plader og et mekanisk læse/skrive-hoved, så har en SSD slet ingen bevægelige dele og er derfor meget mere modstandsdygtig og i det heletaget mindre latent for fejl. En HDD er faktisk bygget op efter de samme grundprincipper som et floppydrev med en diskette i - dette design er så blevet optimeret og genopfundet en helt masse gange, førend vi er nået dertil hvor HDD teknologien er idag. Men vi kan altså hurtigt blive enige om at idéen ikke ligefrem er helt ny.

Her er det så, at man kunne foranlediges til at tro, at SSD bygger på noget helt nyt - det gør den bare ikke.

En SSD er bygget op af hukommelseschip, der er forbundet parallelt og disse chips er i bund og grund ikke meget anderledes end de RAM der har været en fast komponent i computere i endnu længere tid, end HDD har været det.

Selv om teknologien faktisk har været ved hånden i mange år, så har de kloge hoveder ikke fået lov at udvikle ret mange nye idéer, simpelthen fordi der ikke har været penge i det pga. produktionsomkostningerne, hvilket ultimativt betyder for høje priser. Hvis priserne er så høje at ingen køber, er der ikke noget marked, er der ikke noget marked, er der ingen penge der skifter hænder. Derfor har ingen for alvor brugt tid og energi på teknologien før idag.
 

Men nu er det heller ikke fordi de chips der sider i en SSD er helt "almindelige", som dem er sidder i en computer. Der findes to forskellige typer hukommelseschips: Volatil og non-volatil. Almindelige RAM er volatil, hvilket betyder at data kun kan lagres, så længe der er strøm på. Fjernes strømtilførslen (slukker computeren), så forsvinder al data med det samme og kan aldrig genskabes. Man kan næsten sige de formaterer sig selv hver gang strømmen bliver afbrudt.

Den anden type - som er den der findes i SSD - er non-volatil, hvilket vil sige at data lagres i chippen, selvom der ikke er tilført strøm. Der findes rigtig mange forskellige typer af både volatil og non-volatil RAM og dem der findes i en SSD, hedder helt præcist NAND flash RAM.

NAND refererer til måden data lagres i chippen på og i denne verden gælder det om, at klemme så meget data som overhovedet muligt, ned på mindst mulig fysisk plads. Der hvor revolutionerne sker, er enten når selve fabrikations-størrelsen for chippen kan gøres mindre, eller når der findes en nyere og bedre måde at gemme data i chippen på. Vi kan sammenligne det med, de forskellige måder at komprimere billede- og musik-filer på. Hvor .wav og .bmp kan komprimeres til .mp3 og .jpeg, kan en datachip også være "komprimeret" på forskellige måder - her kan der bare ikke være nogen former for kompromis, ligesom med f.eks .mp3 og .jpeg.

Helt ned på celle-niveau..

En celle i en NAND flash SSD er enten bygget som 1-bit (SLC) eller som 2-bit (MLC). Rent fysisk er de lige store, men MLC kan indeholde dobbelt så meget data. SLC har dog den fordel, at det tager kortere tid at "læse" indholdet af cellen, da hver celle kun indeholder 1-bit data, hvor en MLC indeholder 2-bit data. Dette er fordi fremgangsmåden for at "læse" indholdet, foregår ved at man tilføjer en spænding og venter på svar, er cellen tom, forøges spændingen hvilket gør at den næste celle bliver spurgt og så fremdeles.
 

Altså skal en MLC-celle chekkes med 4 forskellige spændingsniveauer, hvor en SLC kan nøjes med to. 

Den nye dreng i klassen er TLC flash, eller Triple Level Cell, hvor hver celle kan indeholde tre bits, hvor MLC kan have to og SLC har plads til en. Det betyder at du nu har otte mulige spændingsniveauer du skal "spørge" cellen med, mod fire på MLC, og to på SLC, for at få at finde ud af om den indeholder data. Den controller der sidder i SSD'en, skal altså potentielt arbejde dobbelt så meget for hver gang der skal læses og skrives ift MLC. På papiret vil en TLC celle være udtjent efter 1000 læse/skrive operationer, grundet de mange niveauer og grundet transistortætheden, der gør de enkelte lag i transistoren meget tynde og dermed ekstra følsomme over for slid. En typisk 25nM MLC celle kan klare 3000 operationer.

Hvorfor så overhovedet bruge TLC typen. Det nemme svar må være at det er det billigste og at man kan få controllerne til at arbejde lige så hurtigt med TLC som med MLC.

Controllere

Inde i en SSD sidder der ikke kun flashram. Der er en anden meget vigtig komponent og det er controlleren. Controlleren er den der "styrer" al data der skal frem og tilbage og en controller der skal håndtere MLC har op til tre gange mere at lave, end en controller der skal håndtere SLC. Derfor er netop denne komponent meget vigtig, specielt i MLC-baserede diske, hvor den kan ha' en afgørende indflydelse på ydelsen.

Den mindste håndterlige mængde af data på en SSD er 4 kilobytes, det er intet mindre end 32.768 bits. Det vil sige at computeren arbejder med mindst 32.768 bits ad gangen på en SSD. Det lyder måske som rigtig, rigtig meget, men det synes du måske ikke når du får det store perspektiv.

4 kilobytes hedder også en "page" og disse er igen grupperet i blokke. En blok indeholder 128 pages hvilket er 512 kilobytes eller 4.194.304 bits.

Når man har 1024 blokke kaldes det et "plane", der indeholder 512 megabyte eller 4.294.967.296 bits

512 megabyte er som regel størrelsen på hver enkelt chip der sidder i en SSD, men synet kan bedrage, for en enkelt chip kan faktisk indeholde helt op til 4 lag i ét (dvs. 2048 megabye (2 GB) pr. enkelt-chip).