A szilárdtest meghajtók (Solid State Drives - SSD) félvezetőkkel megvalósított mozgó alkatrészek nélküli adattárak, melyek a félvezetőkön belüli elektromágneses és kvantummechanikai hatások alapján működnek.
(A szilárdtest-tárolónak tekinthető a számítástechnika őskorában alkalmazott elektroncsöves számítógépek ferritgyűrűs memóriája.) Merevlemezként vagy a merevlemez helyett csatlakoztatható a számítógéphez. Általános jellemzőjük, hogy egyáltalán nem keltenek zajt, és a fizikai behatásokra sokkal ellenállóbbak, mint a mechanikus meghajtású társaik. Bár még drágák - tárolási egységre vetített áruk magasabb, mint a hagyományos merevlemezeké -, de már megkezdték beépítésüket a notebookokba is. Két változatuk van: az egyik az energiaigényes DRAM SSD, mely működtetéséhez - az áramkimaradás esetén fellépő adatvesztés megakadályozása elkerülésére - akkumulátorra van szükség. Felhasználásuk elsősorban ipari és katonai jellegű. A Flash SSD már energiafüggetlen, így áramfelhasználás nélkül is képes megőrzi az adatokat. Sebessége elmarad a hagyományos merevlemez és a DRAM mögött is.
Memóriakártyák és egyéb adathordozók
Az információtárolás egyik új módja és legelterjedtebb változata az úgynevezett Flash-memóriakártya - mely elnevezés arra utal, hogy ez az eszköz egy villanásnyi idő alatt kiolvassa vagy újraírja tartalmát -, ez mozgó alkatrészeket nem tartalmazó kisméretű, nagykapacitású adathordozók
Felhasználási terület: kézi digitális berendezésekhez: laptopok, palmtopok, digitális fényképezőgépek, telefonok, MP3-lejátszók, DVD-lejátszók, televíziók, autóba épített navigációs rendszerek.
A memóriakártyák előnyei a kicsi méret, a megbízható működés, alacsony adatmeghibásodás, nagy tárolókapacitás, nagy sebességű tárolási és adatátviteli műveletek, alacsony energiafelvétel, a megfizethető ár is.
Létrehozásuk annak köszönhető, hogy a merevlemezek túlságosan sérülékenyek, és így nem használhatóak pl. ipari környezetben. A kísérletek sikeresek voltak: a Flash-memória kiválóan helyettesíteni tudta azokon a helyeken a merevlemezt, ahol mostoha körülmények között kellett nem túl sok információt mozgatni. Szükség volt még egy szabványos felületre, amely felületen a hagyományos merevlemezek és a Flash-memóriák képesek kommunikálni. Erre a célra jött létre a PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), vagyis a személyi számítógépek memóriakártyáinak nemzetközi szervezete. A PC-kártyának nevezett, 1-2 GB kapacitású, üzem közben is cserélhető memóriakártya egyre inkább kiszorítja a hagyományos meghajtókat a hordozható gépekből.
A PC-kártyák adták az alapot a kisebb méretű, de hasonló elven működő CompactFlash (CF) kártyák kifejlesztéséhez, melyekből közel az alábbi típusok vannak forgalomban:
- PCMCIA: 85,6 mm hosszú, 54 mm széles, azaz bankkártya méretű, de eltérő vastagságú típusai vannak: 3,3 mm (Type I.), 5 mm, 5,5 mm (Type II.), 10,5 mm (Type III.) és 16 mm (Type IV.)
- CompactFlash kártya (CF): Gyakorlatilag megegyezik a felépítése a PC kártyáéval, csak kisebb tokba szerelték a jobb hordozhatóság miatt. Legnagyobb kapacitású darabja 100 GB-os (2008), ezen tekintélyes mennyiségű digitális fényképet, vagy MP3-zenét készíthetünk. Létezik ultra változata is, ez gyorsabb adat írásra és olvasásra képes.
- A multimédia kártya (Multi Media Card, MMC): A Siemens számára fejlesztették ki, elsősorban a mobiltelefonok memóriabővítésére. Használják még MP3-lejátszókban, személyi kommunikátorokban, kamerákban. Legnagyobb kapacitású darabja 32 GB-os (2009). A lassú adatmozgatási jellemzők miatt lassan kiszorul a memóriakártyák közül.
- Secure Digital (SD): Digitális kamerák, fotónyomtatók, diktafonok, discman-ek, autórádiók, mobiltelefonok és PDA-k nélkülözhetetlen kelléke. Elsősorban másolásvédelmi kóddal ellátott MP3 zeneszámok legális tárolására fejlesztették ki, bár ez a kódolás a kártya használatakor akár ki is kapcsolható. Jelenleg az 64 GB-os (2009) változat a legnagyobb kapacitású.
- A Memory Stick: kártyát a SONY fejlesztette ki, aminek következménye, hogy csak ilyen típusú eszközökben használhatjuk. Jelenleg 16 GB-os (2008) a legnagyobb kapacitású változata.
- Smart Media: Ezt a kártyát a Toshiba fejlesztette ki fényképezőgépek számára. Méreteiben a CF kártyához hasonlít, de írási és olvasási sebességben elmarad tőle. Jelenleg 1 GB-os (2009) a legnagyobb kapacitású darabja. A Toshibán kívül a Fuji és az Olympus is használja fényképezőgépeiben.
- xD Picture Card (xD): Extreme Digital Picture Card; a FujiFilm, a Toshiba és az Olympus SM továbbfejlesztése.
Napjainkban valóban a legdinamikusabb és egyben a legérdekesebb fejlesztések közé tartoznak a szilárdtest Flash-memóriák. A fejlesztések irányai azt sugallják, hogy rohamosan fog a méretük és az áruk csökkenni, mindeközben kapacitásuk és átviteli sebességük és megbízhatóságuk is egyre növekszik.
A kártyaolvasók: a memóriakártyák olvasására alkalmas eszközök, melyekre valamilyen eszközzel (digitális kamera, PDA stb.) felírt információkat (adatok, képek, hangállományok) közvetlen kapcsolattal kábeles, infraport stb. vagy olvasón keresztül vihetjük át a feldolgozó számítógépbe. Kétféle változatuk terjedt el: az egyfajta kártya olvasására és a többfajta kártya olvasására.
USB Drive-ok: USB-porton közvetlenül a számítógéphez csatlakozó tároló/olvasó egységek.
(A szilárdtest-tárolónak tekinthető a számítástechnika őskorában alkalmazott elektroncsöves számítógépek ferritgyűrűs memóriája.) Merevlemezként vagy a merevlemez helyett csatlakoztatható a számítógéphez. Általános jellemzőjük, hogy egyáltalán nem keltenek zajt, és a fizikai behatásokra sokkal ellenállóbbak, mint a mechanikus meghajtású társaik. Bár még drágák - tárolási egységre vetített áruk magasabb, mint a hagyományos merevlemezeké -, de már megkezdték beépítésüket a notebookokba is. Két változatuk van: az egyik az energiaigényes DRAM SSD, mely működtetéséhez - az áramkimaradás esetén fellépő adatvesztés megakadályozása elkerülésére - akkumulátorra van szükség. Felhasználásuk elsősorban ipari és katonai jellegű. A Flash SSD már energiafüggetlen, így áramfelhasználás nélkül is képes megőrzi az adatokat. Sebessége elmarad a hagyományos merevlemez és a DRAM mögött is.
Memóriakártyák és egyéb adathordozók
Az információtárolás egyik új módja és legelterjedtebb változata az úgynevezett Flash-memóriakártya - mely elnevezés arra utal, hogy ez az eszköz egy villanásnyi idő alatt kiolvassa vagy újraírja tartalmát -, ez mozgó alkatrészeket nem tartalmazó kisméretű, nagykapacitású adathordozók
Felhasználási terület: kézi digitális berendezésekhez: laptopok, palmtopok, digitális fényképezőgépek, telefonok, MP3-lejátszók, DVD-lejátszók, televíziók, autóba épített navigációs rendszerek.
A memóriakártyák előnyei a kicsi méret, a megbízható működés, alacsony adatmeghibásodás, nagy tárolókapacitás, nagy sebességű tárolási és adatátviteli műveletek, alacsony energiafelvétel, a megfizethető ár is.
Létrehozásuk annak köszönhető, hogy a merevlemezek túlságosan sérülékenyek, és így nem használhatóak pl. ipari környezetben. A kísérletek sikeresek voltak: a Flash-memória kiválóan helyettesíteni tudta azokon a helyeken a merevlemezt, ahol mostoha körülmények között kellett nem túl sok információt mozgatni. Szükség volt még egy szabványos felületre, amely felületen a hagyományos merevlemezek és a Flash-memóriák képesek kommunikálni. Erre a célra jött létre a PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), vagyis a személyi számítógépek memóriakártyáinak nemzetközi szervezete. A PC-kártyának nevezett, 1-2 GB kapacitású, üzem közben is cserélhető memóriakártya egyre inkább kiszorítja a hagyományos meghajtókat a hordozható gépekből.
A PC-kártyák adták az alapot a kisebb méretű, de hasonló elven működő CompactFlash (CF) kártyák kifejlesztéséhez, melyekből közel az alábbi típusok vannak forgalomban:
- PCMCIA: 85,6 mm hosszú, 54 mm széles, azaz bankkártya méretű, de eltérő vastagságú típusai vannak: 3,3 mm (Type I.), 5 mm, 5,5 mm (Type II.), 10,5 mm (Type III.) és 16 mm (Type IV.)
- CompactFlash kártya (CF): Gyakorlatilag megegyezik a felépítése a PC kártyáéval, csak kisebb tokba szerelték a jobb hordozhatóság miatt. Legnagyobb kapacitású darabja 100 GB-os (2008), ezen tekintélyes mennyiségű digitális fényképet, vagy MP3-zenét készíthetünk. Létezik ultra változata is, ez gyorsabb adat írásra és olvasásra képes.
- A multimédia kártya (Multi Media Card, MMC): A Siemens számára fejlesztették ki, elsősorban a mobiltelefonok memóriabővítésére. Használják még MP3-lejátszókban, személyi kommunikátorokban, kamerákban. Legnagyobb kapacitású darabja 32 GB-os (2009). A lassú adatmozgatási jellemzők miatt lassan kiszorul a memóriakártyák közül.
- Secure Digital (SD): Digitális kamerák, fotónyomtatók, diktafonok, discman-ek, autórádiók, mobiltelefonok és PDA-k nélkülözhetetlen kelléke. Elsősorban másolásvédelmi kóddal ellátott MP3 zeneszámok legális tárolására fejlesztették ki, bár ez a kódolás a kártya használatakor akár ki is kapcsolható. Jelenleg az 64 GB-os (2009) változat a legnagyobb kapacitású.
- A Memory Stick: kártyát a SONY fejlesztette ki, aminek következménye, hogy csak ilyen típusú eszközökben használhatjuk. Jelenleg 16 GB-os (2008) a legnagyobb kapacitású változata.
- Smart Media: Ezt a kártyát a Toshiba fejlesztette ki fényképezőgépek számára. Méreteiben a CF kártyához hasonlít, de írási és olvasási sebességben elmarad tőle. Jelenleg 1 GB-os (2009) a legnagyobb kapacitású darabja. A Toshibán kívül a Fuji és az Olympus is használja fényképezőgépeiben.
- xD Picture Card (xD): Extreme Digital Picture Card; a FujiFilm, a Toshiba és az Olympus SM továbbfejlesztése.
Napjainkban valóban a legdinamikusabb és egyben a legérdekesebb fejlesztések közé tartoznak a szilárdtest Flash-memóriák. A fejlesztések irányai azt sugallják, hogy rohamosan fog a méretük és az áruk csökkenni, mindeközben kapacitásuk és átviteli sebességük és megbízhatóságuk is egyre növekszik.
A kártyaolvasók: a memóriakártyák olvasására alkalmas eszközök, melyekre valamilyen eszközzel (digitális kamera, PDA stb.) felírt információkat (adatok, képek, hangállományok) közvetlen kapcsolattal kábeles, infraport stb. vagy olvasón keresztül vihetjük át a feldolgozó számítógépbe. Kétféle változatuk terjedt el: az egyfajta kártya olvasására és a többfajta kártya olvasására.
USB Drive-ok: USB-porton közvetlenül a számítógéphez csatlakozó tároló/olvasó egységek.
SSD
Az SSD-k idővel minden bizonnyal átveszik majd a vezető szerepet a hétköznapi adattárolásban; csendesebbek, gyorsabbak, strapabíróbbak és kevésbé energiaigényesek, mint a hagyományos HDD-k. Egyelőre persze áruk miatt nem nagyon rúghatnak labdába, főleg az otthoni felhasználók körében, de ez 1-2 éven belül könnyen megváltozhat.
Hogyan működik?
Az SSD-k két legfontosabb alkotóeleme a (NAND) flash chip illetve a vezérlőelektronika. Előbbi az adattárolásért felel (normál HDD-k esetén ezt a feladatot az adattároló tányérok látják el), utóbbi pedig az írási/olvasási műveleteket végzi, amely sokkal komplexebb feladat, mint egy normál HDD esetében – hogy miért, az rögtön kiderül.
A NAND flash chipek működési elvét nem kell mélyebben megértenünk, az alapismeretek azonban fontosak. A NAND chipek belső szerkezete rácsos felépítésű, s a rácspontok jelentik a biteket. Minden rácspont egy tranzisztort tartalmaz, amelyben egy vezérlő és egy követő kapu található. A követő kapu töltöttségi szintje egyben meghatározza a vezetőképességét is. Ha az elektronika feszültséget közöl a vezérlőkapuval, akkor az elektronágyúként viselkedik, és az elektronok átvándorolnak a követőkapuba (növelve annak feszültségét). A kapuk között egy vékony oxidréteg húzódik, amelynek szerepe az, hogy az így kialakult töltést megtartsa a követőkapuban akkor is, amikor a vezérlőkapu már nincs feszültség alatt.
SSD működése
Végső soron a feszültség/vezetőképesség az, ami a bit értékét meghatározza: az elektonika méri a követő kapun áthaladó feszültséget, és, ha ennek mértéke kisebb, mint a „bithatár”, akkor a bit értéke 1, egyébként pedig 0. A 0 értéket programozott, az 1 értéket törölt állapotnak is szokás nevezni. A cellák egyszerűen törölhetők: a követő kapu töltöttségi szintjét a rajta áthaladó „nagy” feszültség lenullázza. (Ez az előbbi folyamat inverze.)
Az SSD-k fejlődéstörténetét nyomon követők minden bizonnyal még emlékeznek az első, SLC (single-level cell) alapú meghajtókra, amiket nem sokkal később követtek az MLC-re (multi-level cell) épülő olcsóbb darabok. A kettő közötti különbség első hallásra meglehetősen egyszerűen hangzik: az SLC cellánként egyetlen bitet, míg az MLC cellánként kettőt tárol. Mivel az SLC adott területen kevesebb adatot képes eltárolni, így gyorsabb is, mert a cella értékének megállapítása kevesebb időt vesz igénybe, ráadásul emellett az élettartama is hosszabb, mint az MLC-é.
Ennek oka, hogy egyetlen bithez (0, 1) csupán két feszültségi jellemző társul (alacsony és magas), melyek meghatározása jóval könnyebb, ezzel együtt pedig gyorsabb. Az MLC két bitjéhez (00, 01, 10, 11) már összesen négy érték szükséges, azaz az adott intervallumot négy részre kell osztani, ergo pontosabb, többlépcsős feszültségek szükségesek a tárolt bitek állapotának meghatározásához.
A továbbiak megértéséhez a fenti kis rajzon keresztül próbálunk mankót nyújtani, ahol elsősorban a nyilak szárai által keresztezett szürke csíkra kell fókuszálni. A nagyjából mindössze 10 nanométer vastagságú szilíciumdioxid réteg minden egyes programozási ciklussal veszít képességeiből, a kötések lazulni kezdenek, amitől az elektronok idővel bent rekedhetnek. Ezzel a szilíciumdioxid töltése lassan megváltozik, aminek egyenes következménye, hogy a bitek programozáshoz szükséges feszültségek határai eltolódnak. Ezt követően a cellák törléséhez már nagyobb feszültségre lesz szükség, ami csak további olaj a tűzre. A folyamat legvégén óhatatlan lesz az adott cella használatának mellőzése, azaz teljes kizárása.
A TLC (triple-level cell) vagy másnéven 3-bit MLC még tovább megy, ugyanis egy ilyen típusú cella már három bitet tud tárolni, így például az SLC-hez képest egységnyi területen megtriplázza az elérhető tárkapacitást, míg az MLC-hez viszonyítva 50%-kal több adatot képes eltárolni. A feljebb vázolt sémát követi a TLC: A cellában helyet kapott három bitnek kombinálva összesen nyolc különböző állapota lehet, melyek mindegyikéhez egy-egy feszültség tartozik: 000, 001, 010, 100, 011, 101, 110, 111.
Mivel a feszültségtartomány fix, így azt ebben az esetben még kisebb szeletekre kell darabolni, ami még pontosabb értékeket kíván meg a tökéletes programozáshoz. Ebből következik, hogy az adott cella még korábban elhasználódhat, ugyanis kisebb a nyolc feszültségtartomány közötti terület, ahova a szilíciumdioxid réteg „kopásának” következtében még hiba nélkül ki tud „futni” a vezérlés. Ezen kívül, ha egy cella 3 bitnyi adatot tárol, akkor a programozási műveletek is gyakoribbak lehetnek benne, hisz egyetlen bit módosításához (pl.: 000->001) is ugyanazt a műveletet igényli, mintha mindhárom módosításra kerülne (pl.: 010->101).
A fenti táblázatból jól kivehető, hogy a TLC (vagy 3-bit MLC) az MLC-hez képest nagyjából harmadannyi programozási (írás/törlés) ciklust képes elviselni. Ezen felül a különböző műveletek elvégzéséhez szükséges idő is tovább nőtt, ami elsőre szintén nem hangzik túl jól. Egyébiránt ez utóbbi szintén növekedhet egy szimpla csíkszélesség-csökkentéssel is. Erre jó példát nyújtanak az Intel által korábban publikált adatok, ugyanis 34 nanométerről 25-re ugorva az írási késleltetés az elődhöz képest 900 µs-ról 1200 µs-ra emelkedett, míg egy teljes blokk törlési késleltetése 2 µs-ról 3 µs-ra nőtt az MLC lapkák esetében.
Egy szó mint száz, az MLC-hez hasonlóan a TLC egyetlen pozitív tulajdonsága az egységnyi területre eső tárkapacitás növelése. Ezt kétféle formában hasznosíthatják a gyártók: azonos területen nagyobb tárkapacitás vagy azonos kapacitás kisebb területen. Mindkettő a csíkszélesség-csökkentéshez hasonlóan olcsóbb előállítást tesz lehetővé, melynek mértéke az MLC-hez képest nagyjából 30-40% közé tehető. Fontos megemlíteni, hogy a megoldás korántsem újkeletű, hisz egyes pendrive-okban, memóriakártyákon vagy hordozható médialejátszókban már régóta ott lapul a helytakarékosabb, cellánkénti 3 bit. Utóbbiakkal szemben az SSD-k világába csak a közelmúltban kezdtek beszivárogni az első, TLC-vel szerelt megoldások
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése