Opslagapparaat dat gegevens opslaat met NAND-flashgeheugen en een controller. Het heeft geen bewegende delen en biedt snellere willekeurige toegang en een betere schokbestendigheid dan een HDD.
Japanse benaming: SSD
“SSD (solid-state drive)” komt voor in 30 oefenvragen uit 9 onderwerpen, bijv. SRAM en flashgeheugen, Interfaces en busstandaarden, CPU en architectuur.
Vakgebied: SRAM en flashgeheugen
Een SSD (solid-state drive) is een opslagapparaat met meerdere chips met NAND-flashgeheugen, een controller die ze beheert en in veel gevallen DRAM voor de adrestoewijzingstabel, allemaal op één printplaat. De controller verzorgt de FTL, die logische adressen koppelt aan fysieke locaties in het flashgeheugen, ECC om fouten te corrigeren, wear leveling om schrijfacties over het hele apparaat te spreiden, en garbage collection om blokken die niet meer nodig zijn te wissen en vrije ruimte te maken. Door veel chips parallel over meerdere kanalen te laten werken, haalt hij hogere overdrachtssnelheden dan één chip zou kunnen.
SSD's worden met de host verbonden via SATA, dezelfde interface als bij HDD's, of via NVMe, dat over PCI Express loopt. SATA is volgens de specificatie beperkt tot 6 Gb/s, en de werkelijke overdrachtssnelheden blijven in het bereik van 500 MB/s. NVMe-SSD's gebruiken meerdere PCI Express-lanes (meestal x4) en kunnen afhankelijk van de generatie overdrachtssnelheden van enkele GB/s halen; ze kunnen ook veel opdrachten parallel verwerken, wat de latentie laag houdt. Vormfactoren zijn onder meer dezelfde grootte als een 2,5-inch-HDD, de smalle M.2-printplaat in laptops en elders, en vormfactoren voor datacenters.
Een HDD leest en schrijft door een kop over draaiende magnetische platen te bewegen, zodat toegang tot een verafgelegen locatie enkele milliseconden duurt. Een SSD heeft geen bewegende delen en beantwoordt willekeurige leesacties in ruwweg enkele tientallen tot 100 µs, wat hem vooral snel maakt bij werklasten met veel kleine bestanden. Hij verbruikt ook minder stroom, verdraagt schokken en trillingen en maakt geen geluid. Daarentegen zijn HDD's met grote capaciteit doorgaans goedkoper per capaciteitseenheid, en datacenters gebruiken HDD's ook om grote hoeveelheden gegevens op te slaan. Een HDD kan op dezelfde plek overschrijven, maar flash moet worden gewist voordat erop wordt geschreven, wat de interne verwerking van een SSD ingewikkelder maakt.
Elke herschrijving tast de isolatielagen in de cellen van NAND-flashgeheugen aan, daarom hebben SSD's een richtwaarde voor de totale hoeveelheid schrijfbare gegevens, uitgedrukt als TBW (terabytes written) of DWPD (drive writes per day). TLC en QLC, die meer bits per cel opslaan, hebben doorgaans lagere herschrijflimieten. TRIM, waarmee de host verwijderde gegevens meldt, en voor de gebruiker verborgen reserveruimte (overprovisioning) verminderen de write amplification (schrijfversterking) en verlengen de levensduur. Hoe lang gegevens zonder voeding behouden blijven, hangt sterk af van slijtage en opslagtemperatuur, en een sterk versleten SSD die lang warm wordt bewaard, kan gegevens verliezen.
Antwoord: C. Schrijfbewerkingen niet op bepaalde blokken concentreren maar over het geheel verdelen om de levensduur te verlengen
Omdat blokken een bovengrens aan het aantal herschrijvingen hebben, bereikt een plaats het einde van de levensduur het eerst als steeds naar hetzelfde logische adres wordt geschreven. Bij wear leveling beheert de controller een tabel van logische adressen naar fysieke blokken (FTL) en verdeelt schrijfbewerkingen over blokken met weinig wisbewerkingen. Ook statische gegevens die weinig worden herschreven, worden af en toe verplaatst om de slijtage van alle blokken gelijk te trekken, waardoor de levensduur van het hele product wordt verlengd.
Antwoord: A. Een bewerking waarbij uit een blok met ongeldig geworden gegevens de geldige gegevens naar een andere plaats worden verplaatst en het blok wordt gewist om vrije ruimte te maken
NAND kan niet worden overschreven en wissen kan alleen per blok, dus bij elke herschrijving blijft de oude versie als ongeldige pagina achter. De controller kiest blokken met veel ongeldige pagina’s, verplaatst de geldige gegevens naar een ander blok en wist daarna het oorspronkelijke blok om vrije ruimte te maken. Dit extra kopiëren veroorzaakt schrijfversterking, en komt vaker voor naarmate minder vrije ruimte is, waardoor de schrijfprestaties dalen.
Een SSD is doorgaans sneller, vooral bij willekeurige toegang: een HDD heeft enkele milliseconden nodig om zijn kop te bewegen, terwijl een SSD in ruwweg enkele tientallen tot 100 µs antwoordt. Grote HDD's zijn goedkoper per capaciteitseenheid, dus beide worden voor verschillende doeleinden gebruikt.
SATA is een interface die voor HDD's is ontworpen en volgens de specificatie beperkt is tot 6 Gb/s. NVMe is een protocol voor flash dat over PCI Express loopt; meerdere lanes en de parallelle verwerking van veel opdrachten geven hogere overdrachtssnelheden en een lagere latentie.
NAND-flashgeheugen is niet-vluchtig, dus de gegevens blijven behouden zonder voeding. Hoe lang dat duurt, hangt echter af van slijtage door herschrijven en van de opslagtemperatuur, en een versleten SSD die lang warm wordt bewaard, kan gegevens verliezen.
Ook als een bestand wordt verwijderd, herschrijft het besturingssysteem alleen beheerinformatie, dus de SSD weet niet dat die gegevens overbodig zijn en blijft ze bij garbage collection nutteloos kopiëren.
Welk commando wordt gebruikt om de SSD op de hoogte te bren…Omdat een SSD met NAND-flash opneemt, heeft hij geen bewegende onderdelen zoals schijven en koppen.
Welke uitspraak over de kenmerken van SSD’s ten opzichte va…Hoe groter het overschot, hoe gemakkelijker garbage collection wordt, hoe stabieler de schrijfprestaties zijn en hoe langer de levensduur, dus SSD’s voor bedrijven hebben meer overschot.
Welke uitspraak over “over-provisioning” van SSD’s is juist?Het wordt veel gebruikt bij kleine SSD’s in M.2-vorm.
Welke interfacestandaard op basis van PCI Express wordt vee…Zelfs bij dezelfde SSD verschilt de ervaren snelheid sterk per toepassing.
Waarom worden de prestaties van een SSD vaak niet alleen we…DRAM (dynamic random-access memory) SLC (single-level cell) PCI Express NAND-flashgeheugen Garbage collection TLC (triple-level cell) Drempelspanning (threshold voltage) Wear leveling NVMe TRIM