▷ Què és ssd, com funciona i per a què serveix

Els discos durs, o, més ben dit, les unitats d'emmagatzematge en estat sòlid o SSD han arribat per quedar-se. Ja gairebé tots els usuaris que compren nous equips podran trobar al seu interior una unitat d'emmagatzematge d'aquest tipus. Però, què és realment una unitat SSD i com funciona? En aquest article parlarem detalladament d'aquest element electrònic i de què és el que el diferencia dels ja conegudíssims discs durs HDD.

Índex de continguts

Des de fa uns anys en endavant hem tingut la sort d'experimentar grans canvis en els nostres ordinadors. Primer van ser els processadors de diversos nuclis i la seva arquitectura. Això va propiciar que els equip cada vegada fossin més i més ràpids, van millorar les targetes gràfiques, memòria RAM. Però encara existia un coll d'ampolla enorme en el nostre equip i no era un altre que el disc dur. Amb tot l'ordinador ple de circuits integrats, encara teníem un element mecànic dins.

De res serviria llavors tenir un processador extremadament ràpid si l'accés a l'contingut de les dades era realment lent. Per aquest i altres motius la indústria de l'emmagatzematge digital es va posar mans a l'obra i consegüent baixar cada vegada més els costos de la creació d'aquest nou tipus d'unitats. Alhora que el seu cost baixava, també augmentava la capacitat per emmagatzemar dades i més la seva fiabilitat.

En aquests dies, ja comptem amb aquest element pràcticament estandarditzat i habitual en tots els nous equips. I a un preu relativament assequible. Si vol un ordinador ràpid, llavors hauràs de tenir un d'aquests per al seu sistema operatiu. vegem llavors que es tracten aquestes unitats SSD.

Què és una unitat SSD

La unitat en estat sòlid o unitat SSD (solid state drive) és un dispositiu d'emmagatzematge per a dades que es basa en la utilització de memòria no volàtil o comunament anomenada memòria flash. Substituint així als discos magnètics dels discs durs tradicionals.

Aquestes memòries flaix, successores de les antigues EEPROM, permeten les operacions de lectura i escriptura de múltiples posicions de memòria en una mateixa operació, augmentant així la velocitat respecte a les memòries EEPROM, que només podien llegir una cel·la de memòria en cada operació.

La utilització de memòries flash implica l'ús de xips per a emmagatzemar memòria. Eliminant llavors les parts mòbils d'un disc dur normal, augmentarem considerablement la velocitat d'accés i escriptura de la mateixa.

El 2010 aquestes memòries van donar un altre salt més que és el que realment va propiciar l'abaratiment dels costos de fabricació i per tant l'accessibilitat a aquests per part dels usuaris. I és la utilització de portes NAND per fabricar aquestes memòries flaix.

Una de les característiques més cridaneres d'una porta lògica NAND (AND o I invertida), és que pot retenir les dades en el seu interior tot i que l'alimentació elèctrica ha estat tallada.

Aquestes portes NAND estan fabricades mitjançant transistors de porta flotant, que és un element on s'emmagatzemen els bits. Per al cas de les memòries RAM aquests transistors necessiten d'una alimentació contínua per mantenir el seu estat i en les memòries flaix no. Quan un transistor de porta flotant està carregat té al seu interior un 0, i quan està descarregat té 1 gen.

Aquestes memòries estan organitzades en forma de matriu, al seu torn formada per una sèrie de portes NAND consecutives. A la matriu completa en diem bloc ia les files que componen la matriu se'ls crida pàgines. Cadascuna d'aquestes files té una capacitat d'emmagatzematge d'entre 2 KB i 16 KB. Si cada bloc compta amb 256 pàgines tindrem una mida d'entre 256 KB i 4 MB.

Diferència entre SSD i memòria RAM

Amb això, el primer que se'ns ve a la ment és les memòries RAM. Com sabem, aquest tipus de memòria s'utilitza per a subministrar les dades i programes a l'processador. Quan apaguem un ordinador la memòria RAM es queda completament buida a diferència de les unitats SSD.

La diferència rau en la utilització de les portes NAND. Aquests elements lògics emmagatzemen l'últim estat elèctric al seu interior, ia més es mantenen encara sense subministrament d'energia.

Tecnologies de fabricació

Bàsicament han existit dues tecnologies d'emmagatzematge per a la fabricació d'aquests dispositius. Es va començar experimentat amb unitats basades en RAM. Això necessitaven un element que els subministrés energia constantment per no perdre les dades.

A causa d'aquestes limitacions la tecnologia DRAM en aquestes unitats es va rebutjar amb l'aparició de les portes NAND amb emmagatzematge no volàtil. Aquesta és la que s'utilitza actualment i hi ha tres tecnologies de fabricació diferents:

SLC o cel·la de nivell individual

Mitjançant aquest mètode és possible emmagatzemar un bit de dades per cada cel·la de memòria. La seva construcció es realitza en hòsties de silici individuals amb les que s'obté un xip de memòria prim i d'un sol nivell d'emmagatzematge. Aquests xips tenen com a avantatges una major velocitat d'accés a les dades, major longevitat i menor consum d'energia. Per contra tenen una menor capacitat de memòria, de manera que serà necessari construir més quantitat de truges disparant-per tant el seu cost de construcció.

La seva fabricació per ara està limitada a entorns industrials i de clústers de servidors on la qualitat d'emmagatzematge ha de ser superior.

MLC o cel·la de nivell múltiple

Aquest mètode de fabricació és just el contrari que l'anterior. Cada xip de memòria és fabricat mitjançant l'apilament d'hòsties de silici per forma un sol xip de diversos nivells. Quant als seus avantatges hi ha les de major capacitat d'emmagatzematge per xip, és possible emmagatzemar dos bits per a cada cel · la, el que fa un total de 4 estats diferents. I també un cost de fabricació més barat.

Com a desavantatges citem just les contràries que en el cas anterior: accés més lent i xips de menor durabilitat.

TLC o cel·la de nivell triple

En aquest cas el procés de fabricació aconsegueix implementar 3 bits per cada cel·la, el que permet emmagatzemar fins a 8 estats. El preu de fabricació és més barat i l'accés a l'contingut menys eficient. Són, per tant, les unitats més barates d'adquirir, però amb una vida de cel·les limitada a unes 1000 escriptures.

La tecnologia TRIM

Una assignatura pendent de superar en les unitats d'emmagatzematge SSD és precisament la durabilitat d'aquestes. Les cel·les de memòria es degraden per cada escriptura i esborrat que es realitza en elles, això provoca que unitats amb molt ús es degradin de forma ràpida desencadenant en errors d'integritat d'arxius i la pèrdua d'aquests.

El procés d'esborrat d'arxius d'una unitat SSD és força complex. Podrem escriure contingut a nivell de files, però només podrem esborrar a nivell de blocs. Això implica que, si en aquest bloc hi ha arxius útils a més dels que ha de ser esborrats, això també es van a eliminar.

Per evitar que els arxius vàlids s'esborrin, s'han d'agafar aquests arxius i gravar-ho en una nova fila, després esborrar el bloc ia continuació reescriure les dades vàlides en on estava anteriorment. La conseqüència de tot aquest procés és una major degradació de les cel·les de memòria a l'haver de fer escriptures i esborrats extres.

En resposta a això, sorgeixen tecnologies com la denominada TRIM. TRIM permet establir una comunicació entre el sistema operatiu i la unitat d'emmagatzematge perquè sigui el propi sistema el que li digui a l'SSD les dades que ha d'esborrar. Quan esborrem dades en Windows, el dades no s'esborren físicament, sinó que adquireixen la propietat de no usats. Això permet disminuir els processos d'escriptura i esborrat físic de les cel·les de memòria. Per part de Microsoft, aquesta tecnologia porta implementada des de Windows 7.

Components físics d'una unitat SSD

Pel que fa als components d'una unitat SSD podrem citar tres elements crítics:

Controlador: és el processador encarregat d'administrar i gestionar les operacions que es realitzen en els mòduls de memòria NAND.

Memòria cau: també en aquest tipus d'unitats ha un dispositiu de memòria DRAM per accelerar el procés de transmissió de dades des de la unitat fins a la memòria RAM i el processador.

Condensador: els condensadors tenen la funciona de mantenir la integritat de les dades quan hi talls d'electricitat sobtats. Si a causa d'un tall, hi ha dades en moviment, gràcies als condensadors serà possible emmagatzemar aquestes dades per evitar la seva pèrdua.

Tecnologies de connexió

SATA

Les unitats SSD comuns compten amb la mateixa tecnologia de connexió que els discos durs normals, és a dir, utilitzen un port SATA 3 per connectar aquests a la placa base. D'aquesta manera tindrem una transferència de 600 MB / s.

PCI-Express

Però hi ha una altra tecnologia de connexió i comunicació encara més ràpida trucada NVMe. Mitjançant aquest mètode les unitats aniran connectades directament a les ranures d'expansió PCI-Express de la nostra placa base. D'aquesta forma és possible arribar a velocitats de transferència de fins a 2 GB / s en lectura i 1, 5 GB / s en escriptura.

Com és normal, aquests discs durs no tenen el format típic d'encapsulament rectangular de 2, 5 polzades, sinó que tenen l'aspecte de targetes d'expansió com capturadores o targetes gràfiques sense dissipador.

M.2

Aquest és el nou estàndard de comunicació destinat a substituir a mitjà i curt termini el tipus SATA. Utilitza protocols de comunicació tant de SATA com de NVMe. Aquestes unitats van connectades directament a un port específic localitzat a la placa base. D'aquesta manera evitem ocupar ranures PCI-E i disposarem de ports específics. Aquest estàndard no compta amb la velocitat de PCI-E però és molt superior a l'SATA i ja hi ha unitats de tots els fabricants a preus moderats.

Aspectes a tenir en compte d'un SSD

A l'hora de comprar una unitat SSD hem de conèixer tant els seus avantatges com inconvenients, i si el nostre i sistema és l'adequat.

Sistemes d'arxius

Com hem vist la gestió d'una unitat SSD és bastant diferent al que vam veure per als discs durs normals. És per això que els sistemes de fitxers tradicionals van tenir la necessitat d'actualitzar la seva estructura interna de funcionament per adequar-se a les necessitats d'aquestes unitats. Si no fos així, provocaria una ràpida degradació de les unitats escurçant dràsticament la seva vida.

NTFS

Un exemple clar és el sistema d'arxius de Windows. Una de les primeres optimitzacions que es van implementar, ja des de Windows Vista era la d'alinear correctament la partició a el sistema. Això permetia haver de realitzar operacions de lectura i escriptura extres, pel fet que l'organització de sectors és diferent en unitats mecàniques i en SSD.

En versions posteriors des de Windows 7, els sistemes s'implementen millores per als SSD com són, la desactivació de l'desfragmentar d'arxius, el servei SuperFetch, ReadyBoost i la introducció de la comanda TRIM per allargar la vida de l'SSD.

Avantatges d'un SSD davant d'un disc mecànic

• Lectura / Escriptura: significatiu augment de les operacions bàsiques a l'eliminar-se els components mecànics. La seva característica més apreciable i significativa. Obertura d'aplicacions i arxius: directament de l'anterior es desprèn que les aplicacions i arxius s'obrin molt més ràpid i el temps d'arrencada de l'equip baixarà dràsticament. Errors i seguretat: el temps entre fallades augmenta considerablement i la seguretat de les transaccions augmenta a l'millorar la neteja de dades i no existir variació en rendiment quan la unitat està plena o buida. L'esborrat d'arxius també és més segur, ja que, un cop eliminats físicament, els arxius són totalment irrecuperables. Energia: exigirà un menor consum d'energia i de producció de calor. Soroll: al no existir elements mecànics la producció de soroll serà nul·la. Pes i resistència: a l'reduir-se els components mecànics i la mida, el seu pes és menor i la resistència a cops és molt millor.

Desavantatges d'un SSD

• Vida útil: aquestes unitats presenten en general menys vida útil que els discos tradicionals. Això és relatiu a la intensitat d'ús que se'ls doni a aquests ia la tecnologia de fabricació. Preu: el cost per GB és considerablement més gran que els discos tradicionals. Pel que trobem discos de molta menor capacitat a majors preus. Capacitat d'emmagatzematge: encara hi ha discos durs en el mercat de menor capacitat d'emmagatzematge que els discos mecànics. No per limitacions de maquinari (ja que fa un temps es va publicar que Nimbus Data planejava construir un SSD de 100 TB) sinó pel cost d'aquests. Recuperació de dades: tal com es va comentar en els avantatges, els SSD eliminen els arxius de forma permanent, i això també és un desavantatge si el que volem és recuperar arxius esborrats. Tot i això la tecnologia TRIM ens dóna una oportunitat en aquest aspecte. Errors catastròfics: mentre que els discos mecànics es van degradant a poc a poc i podem notar-ho, els SSD fallen sense previ avís i aquest erro és total i definitiu. Pel que els arxius els perdrem gairebé amb total seguretat. Tasques de manteniment: en aquest cas, aquestes tasques són molt perjudicials per a un disc dur. Desfragmentar un SSD no té sentit, però és que configurar-part de l'especio a memòria virtual tampoc és recomanable. Aquest procés fa que es desgast encara més.

Si vols saber tots els detalls sobre els disc durs mecànics et recomanem el nostre article:

Amb això acabem la nostra explicació sobre que és una unitat SSD i com funciona. Us ha resultat útil? Teniu algun dubte? ?