Solid state drive

Solid-State Drive, או בראשי תיבות SSD (בעברית, על פי האקדמיה ללשון: כונן שבבי), הוא אמצעי לאחסון מידע המופיע בכמה צורות:

• זיכרון נדיף, בו המידע נמחק בעת הניתוק מהחשמל. לדוגמה, זיכרון גישה אקראית (RAM).
• זיכרון נדיף בשילוב עם סוללה, כך שתוכן הזיכרון נשמר לתקופה מוגבלת גם אם יש הפרעה באספקת המתח.
• זיכרון בלתי נדיף, בו המידע נשאר אגור בתוך רכיבי הזיכרון. לדוגמה, זיכרון הבזק (Flash). זוהי הצורה הנפוצה יותר.

mSATA SSD

SSD מורכב משבב זיכרון בתוספת בקר שנועד לנהל את זרימת הנתונים בין כונן האחסון לבין המחשב, ללא חלקים מכניים נעים.

מטרתם של זיכרונות אלו לשמש תחליף לדיסק קשיח (HDD). מהירותם נובעת מכך שהם אינם מכילים חלקים נעים ולכן זמן הגישה לנתונים קצר משמעותית. כמו כן, צריכת החשמל שלהם לרוב נמוכה יותר (למעט כונני SSD בעלי ביצועים גבוהים במיוחד), משקלם קטן יותר, והם אינם מרעישים כלל. בנוסף, מכיוון שאין ב־SSD חלקים נעים אמינותו גדולה יותר (למשל הוא לא ניזוק פחות ממכות, מרעידות ומנפילות, והוא איננו רגיש לשדות מגנטיים כמו דיסק קשיח).

למרות יתרונותיו, מחיר אחסון הנתונים עבור כל מגה בייט גדול יותר לעומת דיסק קשיח, הקיבולת המקסימלית קטנה יותר, ובמקרים מסוימים (במיוחד בגלל הגבלת מספר הפעמים שניתן לכתוב לאותו מקום בשבבי זיכרון הבזק וכן רגישות לניתוק אספקת החשמל במהלך כתיבה לשבב) אורך חיי ההתקן עשוי להיות קצר יותר משל דיסק קשיח. כדי לאפשר שילוב כונני SSD במערכות שנבנו במקור לדיסקים קשיחים, SSD מדמה דיסק קשיח באמצעות מנגנון וירטואליזציה ממוחשב המותקן בבקר שלו.

באמצע העשור הראשון של המאה ה-21 התרחב השימוש בכוננים מסוג זה בגלל ירידת מחירם, הגדלת השימוש במחשבים ניידים, הגדלת הקיבולת שלהם והשאיפה ל"מחשוב ירוק".

SSD לעומת HDD

המבנה הפנימי של דיסק קשיח מגנטי, בעל חלקים נעים (משמאל), ושל כונן Solid State המורכב מרכיבי זיכרון (מימין)

היתרון המרכזי של SSD הוא מהירות קריאה/כתיבה גבוהה יותר משל כונן מגנטי. הסיבה העיקרית לכך היא שפעולת ה"חיפוש ("Seek") ההכרחית של ה"זרוע" בכוננים מגנטיים - נחסכת (פעולת החיפוש היא הבאת ראש הקריאה/כתיבה מעל הסקטור עליו ממוגנט המידע, והמתנה לסיבוב הדיסק עד שהנקודה המדויקת עם המידע תגיע אל מתחת לראש). פעולה זו נחסכת ב-SSD בו לא קיים כלל ראש קריאה/כתיבה ודיסק מסתובב.

יתרונות נוספים של SSD:

• צריכת הספק חשמל נמוכה יותר, וכתוצאה מכך, גם פיזור חום נמוך יותר;
• עמידות טובה יותר בזעזועים וטלטולים;
• בניגוד לכונן מגנטי, SSD לא מייצר רעידות וזעזועים שיכולים, בעצמם, להשפיע על רכיבים אחרים במערכת;
• לא מרעיש בכלל.
• חסין מפני שדות מגנטיים לעומת דיסק קשיח שעלול להימחק כתוצאה מהם.

מאז השקתם ולמרות הירידה במחירם עם השנים, כונני SSD עדיין (נכון ל-2020) יקרים יותר מדיסקים מגנטיים ביחס של מחיר ליחידת זיכרון.

כמו כן, היות שכונני SSD משתמשים על פי רוב בשבבי זיכרון הבזק, חסרונות ההחסנים הניידים (דיסק און קי) קיימים גם בכונני SSD, לרבות בלאי מצטבר כתוצאה מכתיבה מתמשכת בכונן, חיסרון ההולך ונעלם עם ייצורם של כוננים חדישים המסוגלים לעמוד בעבודה אינטנסיבית ולהגיע לסכום כתיבת נתונים מצטבר של מאות טרה-בית (TB) לפני שמתגלים בהם סימני גסיסה. כמו כן הם מועדים יותר לפורענות מדיסקים קשיחים מכניים באירועי הפסקת חשמל או בכיבוי לא מסודר של המחשב בזמן כתיבת נתונים בכונן.

מקומו של Solid State Drive במדרג הזיכרון

ערך מורחב – מדרג זיכרון

בעולם המחשוב קיים מדרג בין אמצעי אחסון שונים במערכות מחשב, כשהזיכרונות הגבוהים בהיררכיה מאופיינים במהירות גישה גבוהה, נפח קטן ועלות גבוהה. ככל שיורדים בהיררכיה גדל הנפח וקטן המחיר לגודל זהה של אחסון נתונים. הזיכרון המהיר ביותר נמצא במעבדי המחשב עצמם, אחריהם סוגים שונים של זיכרון-Cache ולבסוף והזיכרון המרכזי במחשב, כאשר ההבדל ביניהם נגזר משני משתנים: מהירות הגישה, ובעיקר מהירות הכתיבה והקריאה.

בנוסף למדרג הזיכרון הפנימי, קיים מדרג דומה בין אמצעי אחסון חיצוניים - דיסקים, קלטות וכולי. הדיסקים מחולקים לקבוצות טכנולוגיות שונות כשהמהירות יותר הן כמובן היקרות יותר. קלטות נמצאות במקום נמוך יותר בהיררכיה ומשמשות לרוב לצורך גיבוי.

דוגמאות שימוש ב-SSD כוללות:

• התקנת מערכת ההפעלה ב-SSD (יחד עם הגדרתו ב-BIOS ככונן אתחול)
• שימוש ב-SSD ככונן אחסון
• הגדרת ה-SSD כזיכרון-המטמון (cache) של הכונן הקשיח
• שימוש עתידי כתחליף ל-DRAM כיוון שאינו צורך זרם חשמלי רציף לשמירת מידע בינארי

שימוש יעיל ב-Solid State Drive

נושא השילוב היעיל של SSD רלוונטי במערכות בהם קיימים גם כוננים קשיחים וגם כונני SSD, בדומה לתהליכי התייעלות במעברים קודמים בין טכנולוגיות אחסון שונות (לדוגמה מקלטות אחסון לדיסקטים, ומדיסקטים לדיסקים קשיחים, וכולי). עקרונות שימוש יעיל בכונני זיכרון אלה אינם שונים מעקרונות השימוש הנכון בכל אלמנט אחר הנמצא בהיררכיית הזיכרונות. הרעיון המרכזי הוא למקסם תועלת באמצעות מיטוב של יחסי עלות-תועלת. נתונים חשובים, שהשימוש בהם רב או שהשפעתם שלהם על ביצועי המחשב גבוהה במיוחד - מאוחסנים ברמות גבוהות של ההיררכיה; ככל שחשיבות מהירות אחזור המידע ועדכון הנתונים קטנה, אפשר למקם אותם ברמות נמוכות יותר של ההיררכיה, כשהשפעתם נמוכה יותר על ביצועי המערכת. על פי עיקרון זה, קובצי נתונים המתאימים לאחסון ב-SSD עשויים להיות קובצי מערכת ההפעלה וקובצי תשתיות אחרות, כמו אינדקס של מסד נתונים או קבצים חשובים במיוחד של מערכות קריטיות בארגון. תהליך המיטוב אינו תהליך סטטי חד-פעמי ולכן נדרשות איטרציות רבות של תהליך זה. במקרים רבים ניתן לבצע תהליכים אלה באמצעות מוצרי תוכנה ייעודיים, תוך חיסכון של ביצוע ידני.

התממשקות SSD עם המערכת המארחת

כונן SSD מסוג NVMe ומדגם XPG SX8200 Pro תוצרת ADATA, אשר מחובר במתאם מממשק M.2 לממשק PCI Express x4.

התממשקות כונן ה-SSD עם המערכת המארחת מנוהלת על ידי בקר SSD. הבקר מכיל מעבד משובץ המריץ קוד קושחה, ולו חשיבות בביצועי ה-SSD. הבקר אחראי בין היתר למיפוי בלוקים פגומים, לניהול זיכרון מטמון של קריאה וכתיבה, הצפנה, זיהוי ותיקון שגיאות, איסוף אשפה וכולי.

ההתממשקות הפיזית בין ה-SSD למערכת המארחת עשויה להיעשות בתקנים שונים: Serial attached SCSI, Serial ATA ו-mSATA, PCI Express ‏, M.2, U.2, Fibre Channel, USB ו-Parallel ATA.

התקני SSD תומכים במספר ממשקי התקן לוגי, כדוגמת ATAPI, Advanced Host Controller Interface ‏(AHCI), NVM Express ‏(NVMe), וממשקים קנייניים אחרים. ממשקי ההתקן הלוגי מגדירים את הפקודות המשמשות את מערכת ההפעלה כדי לתקשר עם ה-SSD.

ראו גם

• RAM Drive
• 3D XPoint

לקריאה נוספת

• Jeff Janukowicz & Dave Reinsel, SSDs: The other Primary Storage Alternative , IDC, January 2008

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא Solid state drive בוויקישיתוף

• "מדריך הטרמפיסט ל-SSD" - מידע וניתוח מעמיק
• מה היתרון של כונן ה-SSD?, באתר אנציקלופדיה אאוריקה
• השוואה בין כונן SSD לבין כונן מכני (באנגלית)