[Poradnik] Co ma wpływ na wydajność dysków SSD?

O wyższości dysków SSD nad modelami HDD wie już prawie każdy użytkownik. Jednak nie wszyscy zdają sobie sprawę, z czego tak dokładnie ta przewaga wynika. Jak się okazuje, wysoka wydajność napędów półprzewodnikowych to nie tylko zasługa stosowania pamięci flash.

Dyski SSD to z pozoru nieskomplikowane urządzenia, które w rzeczywistości składają się z wielu współpracujących ze sobą elementów. Wpływ na wydajność, oprócz kości pamięci, mają w zasadzie wszystkie podzespoły typowego dysku półprzewodnikowego. W praktyce oznacza to, że stworzenie wydajnego i jednocześnie przystępnego cenowo dysku nie jest takie proste, jak by się mogło wydawać. 

Liczy się wnętrze

W dyskach SSD stosowane są 3 rodzaje kości pamięci, które różnią się między sobą ceną, wytrzymałością i wydajnością. Pierwsze miejsce okupują pamięci SLC (Single Level Cell), stosowane głównie w profesjonalnych dyskach serwerowych. Pojedyncza komórka jest w nich nośnikiem dla 1 bita danych, co ma duży wpływ na wysokie prędkości transferów oraz żywotność. Bardziej przystępne są kości wykonane w technologii MLC (Multi Level Cell), które oferują najlepszy stosunek ceny do wydajności. W pojedynczej komórce MLC można zapisać 2 bity danych. Trzecią grupę stanowią układy TLC (Triple Level Cell), które są coraz częściej stosowane przez producentów. Charakteryzują się tym, iż są najtańsze w produkcji, oraz oferują wydajność wystarczającą do typowych, domowych zastosowań. Posiadają również najwyższą gęstość zapisu – 3 bity w komórce.

Jednym z ważniejszych elementów jest wyspecjalizowany kontroler dysku, zamontowany na płytce drukowanej, który steruje układami flash. Jest on odpowiedzialny za ogólne działanie dysku, w tym logiczną adresację komórek pamięci, kompresję i dekompresję danych, operacje odczytu i zapisu oraz tzw. „wear leveling”, czyli równomierne zużycie pojedynczych komórek flash. To właśnie od jego wydajności zależy szybkość przeprowadzania operacji kasowania oraz zapisywania danych do pojedynczych komórek pamięci. Najpopularniejszymi na rynku kontrolerami są: „Marvell”, „SandForce”, „Phison”, „Micron” oraz autorskie firm „Intel”, „Samsung”, czy „OCZ”.

Podobnie jak ma to miejsce w przypadku dysków talerzowych, również napędy SSD są wyposażone w pamięć podręczną. Jej głównym zadaniem jest przechowywanie danych przed fizycznym zapisaniem ich na dysku. Tzw. bufor ma zazwyczaj rozmiar od kilkudziesięciu do kilkuset megabajtów. Pamięć podręczna przyspiesza operacje zapisu plików w sytuacjach, kiedy ich rozmiar nie przekracza rozmiaru bufora. Dlatego im więcej pamięci podręcznej, tym wydajność w niektórych zastosowaniach będzie wyższa. Warto tutaj zaznaczyć, iż nie wszystkie dyski SSD posiadają bufory pamięci – za przykład mogą posłużyć modele z kontrolerami „SandForce”.

Kolejnym czynnikiem, który ma pośredni wpływ na osiągi dysku SSD jest firmware, czyli oprogramowanie układowe. Zawiera ono zestaw instrukcji niskiego poziomu, które zapewniają prawidłowe działanie podstawowych funkcji dysku oraz jego komunikację z komputerem. W kolejnych aktualizacjach takiego oprogramowania najczęściej znajdują się poprawki wykrytych błędów oraz usprawnienia, dodające np. obsługę nowych technologii, czy standardów. W niektórych przypadkach są one w stanie podnieść wydajność dysku o kilka lub nawet kilkanaście procent.

Interfejs równie ważny 

Sposób podłączenia dysku do komputera ma kluczowe znaczenie, jeśli chodzi o jego wydajność. Najpopularniejszym interfejsem, stosowanym w komputerach i laptopach jest bez wątpienia „SATA”, występujący w różnych wersjach i standardach. „SATA II” jest najstarszym z nich i oferuje maksymalną teoretyczną przepustowość na poziomie 350 MB/s. Z kolei nowszy standard, „SATA III” zapewnia teoretycznie prędkości do 750 MB/s. W praktyce te wartości okazują się jednak mocno zawyżone. Do grupy interfejsów „SATA” zaliczają się też „mSATA” oraz „M.2”, które zapewniają wydajność na poziomie „SATA III”, lecz charakteryzują się mniejszymi wymiarami złączy oraz samych dysków.

Interfejsem, który wykorzystywany jest w coraz większej liczbie dysków SSD, to „PCIe”. Jest on wynikiem poszukiwania alternatyw, pozwalających ominąć ograniczenia standardu „SATA III”. Prędkość transmisji danych w przypadku tego złącza jest w stanie przekroczyć w teorii 1 GB/s. Co ważne, „PCIe” jest też bardziej energooszczędne, w porównaniu do interfejsu „SATA”. Na rynku są również dostępne dyski ze złączem „M.2” obsługujące magistralę „PCIe”. Od modeli dedykowanych dla „SATA” różnią się one ceną – są znacznie droższe, ale także wydajniejsze.

Pewną ciekawostkę stanowi „SanDisk ULLtraDIMM”, czyli prototypowy dysk SSD z interfejsem „DDR3”. Rozwiązanie to omija ograniczenia kontrolerów wejścia/wyjścia, zintegrowanych w chipsetach lub samym procesorze. Dzięki temu, napędy „ULLtraDIMM” oferują znacznie lepsze parametry w porównaniu do tradycyjnych dysków SSD. Pojedynczy moduł zapewnia prędkość do 760 MB/s oraz do 1000 MB/s podczas zapisu i odczytu danych. Czas reakcji przy zapisie to mniej niż 5 mikrosekund, a przy odczycie około 150 mikrosekund. Najszybsze dyski SSD potrzebują od kilku do kilkunastu milisekund. Jak możemy się przekonać, różnica jest ogromna.

Jeszcze więcej wydajności

Producenci dysków SSD rozwijają też autorskie programy, których zadaniem jest zwiększenie prędkości odczytu i zapisu danych w niektórych zastosowaniach. Najbardziej popularnym z nich jest wydzielenie dodatkowego obszaru z pamięci RAM i wykorzystanie go, jako bufora na dane. Wspomniana wcześniej pamięć cache może mieć rozmiar maksymalnie kilkuset megabajtów. Z kolei bufor stworzony z pamięci RAM – nawet 16 GB. Największe korzyści odniosą jednak tylko ci użytkownicy, którzy korzystają z zasobożernych programów – głównie do obróbki grafiki czy materiałów video. Najpopularniejsze aplikacje tego typu to „Plextor PlexTurbo” oraz „Samsung Magician”.

Niezłym rozwiązaniem na zwiększenie wydajności jest stworzenie macierzy dyskowej „RAID 0”. Jest to połączenie ze sobą dwóch lub więcej dysków fizycznych w taki sposób, aby były one widoczne w systemie jako jeden dysk logiczny. Do tego typu zadań najlepiej nadają się modele o takiej samej pojemności i szybkości. Użytkownik otrzymuje do dyspozycji sumaryczną pojemność wszystkich połączonych dysków. Niezależne testy wykazały, że w typowych zastosowaniach ogólna wydajność wzrasta o mniej więcej 33 procent. Natomiast w testach wielozadaniowości lub w przypadku programów, które przetwarzają duże ilości danych, realny wzrost wydajności może wynieść ponad 100 procent.

Najlepsze podzespoły to nie wszystko

Kombinacja zastosowanych elementów decyduje, z jaką wydajnością będzie pracował dysk SSD. Dlatego producenci stają przed trudnym zadaniem – zaprojektowanie dysku, który będzie cechował się wysoką wydajnością, a przy tym zachowa przystępną cenę, jest trudne. Potrzebna jest wiedza i doświadczenie w dobieraniu poszczególnych komponentów oraz w projektowaniu odpowiedniego oprogramowania.

Źródło: Plextor

________________________________________________

Zapraszamy do naszego e-sklepu, gdzie znajdziecie szeroki wybór produktów w bardzo atrakcyjnych cenach. Polecamy również profil Vip Multimedia na Facebooku.