SSD نوعی از جدیدترین سخت‌افزارهای ذخیره‌سازی بوده که در سال‌های اخیر میان کاربران کامپیوتر‌های شخصی و لپ‌تاپ‌ها بسیار محبوب شده است. یکی از دلایل این موضوع را می‌توان سرعت بالای اس‌اس‌دی نسبت به همنوعان قدیمی‌تر خود یادکرد. تا جایی که با تهیه و نصب نوع 128 گیگی آن، شاهد بالا آمدن بسیار سریع‌تر سیستم‌عامل‌ها و انواع برنامه‌های کاربردی خواهید بود.

سیستم‌های ذخیره‌سازی در کنار ابزار‌های نگهدارنده داده‌ها در سال‌های اخیر پیشرفت‌های زیادی داشته و از زمان فلاپی دیسک‌ها تا امروزی‌ترین ابزار‌های storage، گویی میلیون‌های سال سپری شده است. اما اگر کمی تاریخ را کنکاش کنیم متوجه می‌شویم که قدیمی‌ترین کامپیوتر عمری کمتر از 100 سال دارد. در این مقاله قصد داریم تا به‌صورت کامل درایو‌های حالت جامد یا همان solid-state drives را بررسی کنیم پس تا انتها همراه ما باشید.

SSD یا solid-state drive نسل جدید استوریج

SSD مخفف solid-state drive بوده که در لغت می‌توان به درایو حالت جامد تعبیرش کرد. تا قبل از این نوع استوریج‌ها، بازار فضای ‌ذخیره‌سازی در قبضه  HDD بود که اگر داخل یکی از این نوع هارد‌ها را دیده باشید متوجه می‌شوید که از یک دیسک براق به همراه دستگاهی برای خواندن داده‌های ثبت شده بر روی آن تشکیل شده است.

درحالی‌که اس‌اس‌دی ساختاری کاملاً متفاوت با همتای قدیمی خود دارد و در داخل آن دیگر خبری از دیسک نیست و به‌جای آن می‌تواند تعداد زیادی تراشه و دستگاه‌های ریز الکترونیکی یافت. همان‌طور که اشاره شد سرعت پردازش داده‌ها با درایو‌های حالت جامد بسیار سریع‌تر از هارد دیسک‌های معمولی است. تنها ظرفیت 128 گیگی آن می‌تواند تا 50 درصد در سرعت بالا آمدن سیستم‌عامل شما تغییر ایجاد کند.

درایو solid state را می‌توان در هرجایی که نیاز به فضای ذخیره‌سازی است استفاده کرد. برای مثال لپ‌تاپ، رایانه‌های شخصی یا PC، دوربین‌های دیجیتال، دستگاه‌های پخش‌کننده موسیقی یا فیلم، تلفن‌های هوشمند، تبلت و… از جمله مواردی هستند که در آن‌ها می‌توان از SSD بهره برد. کسب‌وکار‌هایی با نیاز مبرم به‌سرعت زیاد در پردازش داده‌های ورودی و خروجی از جمله مصرف‌کنندگان اصلی اس‌اس‌دی‌ها هستند. اما باید این نکته را نیز افزود که قیمت solid-state drive بالاتر از نسل‌های قبلی است.

بهتر است بخوانید: object storage چیست؟

ساختار و معماری اس‌اس‌دی (SSD)

ساختار و معماری یک اس‌اس‌دی را می‌توان شبکه‌ای از فلش مموری‌هایی از جنس سیلیکون (silicon) تشریح کرد. این تراشه‌ها با استفاده از ترانزیستور‌های دروازه شناور (FGT) یا  floating gate transistor می‌توانند بدون اتصال به منبع تغذیه نیز داده‌ها را ذخیره کنند، به‌طوری که هر FGT حاوی یک بیت داده است و این بیت می‌تواند 1 یا 0 باشد. یک به معنای پر بودن سلول شارژ شده و 0 به معنای خالی بودن آن است.

حافظه اصلی SSDها به سه مدل مختلف تقسیم‌بندی می‌شود: سلول تک سطحی، چند سطحی و سه سطحی. قبل از بررسی این سه سطح از سلول‌ها ابتدا بهتر است به این نکته اشاره کنیم که این بلوک‌ها یا سلول‌ها سرعت ثابتی دارند و در صورت خالی بودن می‌توان در آن‌ها داده‌ای را نوشت.

Single-level cells

منظور از SSDهای تک سطحی این است که سلول‌های این نوع کارت حافظه هرکدام می‌تواند تنها یک بیت داده را در یک‌زمان نگهداری کنند. نکته قابل‌توجه این است که Single-level cells نسبت به بقیه پرسرعت‌تر و بادوام‌تر است که در نتیجه گران‌تر نیز خواهد بود.

Multi-level cells

اس‌اس‌دی‌های MLC علی‌رغم SLCها قادر هستند تا در هر سلول 2 بیت داده را در زمانی ثابت نگهدارند. از‌این‌رو در میزان فضای فیزیکی ثابت می‌توان دوبرابر نوع قبلی داده ذخیره کرد اما باید اشاره کرد که سرعت این نوع solid-state drive پایین‌تر از تک‌سطحی‌ها بوده و قیمت پایین‌تری نیز دارد.

Triple-level cells

درنهایت به SSDهایی می‌رسیم که بسیار ارزان هستند و همچنین فضای ذخیره‌سازی زیادی را نیز ارائه می‌کنند. درTLCها می‌توان 3 بیت داده را در هر سلول و در یک‌زمان ثابت نگهداری کرد که این یعنی سه برابر فضای بیشتر در میزان منابع فیزیکی یکسان! اما دوام و عمر کارت‌های حافظه 3 سطحی پایین بوده و زود‌تر از دور خارج می‌شوند.

اصلی‌ترین ویژگی‌های SSD

چند سالی است که استفاده از SSDها بخصوص در ایران رشد زیادی داشته است و طیف گسترده‌ای از گیمیر‌ها، گرافیست‌ها، تدوینگران، عکاس‌ها و… از این کارت‌های حافظه در دستگاه‌های خود استفاده می‌کنند. خب دلیل این موضوع چیست و چه ویژگی‌هایی در اس‌اس‌دی وجود دارد که باعث شده دیگر از HDDها استفاده نشود؟ برای پاسخ به این سوال چند مورد از اصلی‌ترین مزایای یک solid-state drive را بیان کرده‌ایم تا راحت‌تر به پاسخ این سوال برسید.

• نبود هیچ نوع قطعه متحرک در SSD: در ساختار و معماری HDDها یک دیسک چرخان به همراه یک دستگاه برای خواندن و نوشت وجود دارد که همین دیسک در زمان استفاده باید با سرعت بسیار زیادی به گردش درآید. یکی از اصلی‌ترین ایرادات HDDها همین متحرک بودن برخی قطعات بود، زیرا اگر ضربه‌ای (هرچند خفیف) به درایو وارد می‌شد، احتمال خراب‌شدن آن تا میزان زیادی وجود داشت. درحالی‌که در SSD هیچ نوع قطعه متحرکی در معماری آن استفاده نشده است.
• کم‌صدا و کم‌مصرف: با استناد بر مورد قبلی و همان قطعات متحرک باید افزود که در زمان روشن‌کردن سیستم همواره صدایی بلند و آزاد دهنده از دستگاه تولید می‌شود که همان صدای دیسک چرخان است. ولی در اس‌اس‌دی به دلیل نبود قطعه‌ای که صدا داشته باشد، این نوع کارت‌های حافظه کم‌صدا و هستند و همچنین نیروی کمتری نیز در زمان استفاده مصرف می‌کنند.
• وزن و حجم کم: ازهارد دیسک‌های قدیمی به دلیل بالا بودن وزن و بزرگ بودن حجم و اندازه نمی‌توان در ساخت دستگاه‌های کوچک مانند گوشی‌ها و تبلت‌ها بهره برد. درحالی‌که یک SSD ابعادی کوچک‌تر از کارت بانکی دارد (البته برخی از اس‌اس‌دی‌ها با پورت متفاوت بزرگ‌تر هستند) و به‌راحتی می‌توان از آن در طراحی و ساخت هر نوع گوشی، تبلت، لپ‌تاپ‌های بسیار نازک و کم‌وزن و… استفاده کرد.
• پیش‌بینی خرابی هارد: نرم‌افزار‌های کنترل‌کننده solid-state drive می‌توانند قبل از خرابی هارد به کاربر اطلاع دهند. درحقیقت این نوع برنامه‌های کاربردی قادر هستند تا با تجزیه‌وتحلیل وضعیت کارت حافظه اطلاعات دقیقی از آن در اختیار شما قرار دهند. این موضوع می‌تواند تا میزان زیادی خطر ازدست‌رفتن داده‌ها و منابع کاربران را کاهش دهد.

برای مطالعه بیشتر راهنمای جامع ذخیره سازی اطلاعات پیشنهاد می‌شود

مزایای اس‌اس‌دی یا solid-state drive

1. سرعت بسیار بالا در پروسه خواند و نوشتن یکی از مهم‌ترین مزایای SSD است. زمانی که هارددیسک قدیمی خود را با یک اس‌اس‌دی جدید جایگزین می‌کنید در همان ابتدا شاهد کاهش زمان بالا آمدن سیستم‌عامل خود خواهید بود. همچنین در زمان اجرای برنامه‌های سنگینی همچون فوتوشاپ یا افترافکت دیگر نیازی نیست تا زمان زیادی را منتظر بمانید.
2. دوام و عمر طولانی SSD نسبت به HDD از دیگر مزایای نسل جدید کارت‌های حافظه است. زیرا دیگر ضربه و گرما که از قاتلین هارددیسک‌های قدیمی به شمار می‌آید، باعث خرابی solid-state drive نمی‌شود.
3. مصرف برق کم‌تر و بی‌صدا بودن کارت اس‌اس‌دی نسبت به HDD باعث شده تا در 90 درصد سیستم‌های گیمینگ از SSD استفاده شود. زیرا کامپیوتر‌های گیمینگ نیاز به توان برقی بالایی دارند و خود این موضوع باعث افزایش هزینه در تهیه پاور و سیستم سرمایشی قطعات می‌شود.
4. از دیگر مزایای کارت حافظه حالت جامد، ابعاد و اندازه کوچک آن‌ها است که در نتیجه می‌توان از تعداد زیادی SSD در مقدار فضای کوچکی بهره برد.

معایب اس‌اس‌دی یا solid-state drive

1. اولین عیبی که بر کارت‌های اس‌اس‌دی وارد است هزینه بالای آن‌ها بوده و باید برای خرید یک SSD مثلاً 256 گیگابایتی، پول HDD یک ترابایتی را پرداخت کرد.
2. طول عمر برخی از solid-state drive در حالت ایدئال کمتر از هارد دیسک‌های معمولی است. برای مثال کارت‌های حافظه‌ای که از چیپ فلش مموری NAND استفاده می‌کنند را می‌توان در تعداد دفعات مشخصی نوشت که این میزان کمتر از HDD معمولی است.
3. کاهش کارایی و عملکرد اس‌اس‌دی ها در طول زمان از دیگر معایب این نوع استوریج‌های نسل جدید است. به صورتی که باگذشت زمان سرعت خواندن و نوشتن آن‌ها کاهش پیدا کرده و با تعداد نوشتن‌های زیاد روی فلش‌ مموری‌های یک solid-state drive، دیگر نباید انتظار کارایی اولیه را داشت.
4. فرایند بازیابی اطلاعات از یک کارت حافظه حالت جامد بسیار پیچیده‌تر و سخت‌تر از HDD است. زیرا در صورت آسیب‌دیدن تراشه‌ای، بازیابی داده‌های موجود در آن شاید غیرممکن باشد. باید افزود که پروسه بازیابی داده از یک SSD آسیب‌دیده هم زمان‌بر بوده و هم مبلغ زیادی را می‌طلبد.

حتما بخوانید: Snapshot چیست؟ و بررسی تفاوت آن با backup

انواع مختلف SSD از نظر درگاه اتصالی

در حالت کلی دو نوع اس‌اس‌دی از نظر پورت‌هایی که می‌توانند به آن‌های وصل شوند وجود دارد. اگر دقت کرده باشید از نظر شکل ظاهری برخی از کارت‌ حافظه‌های حالت جامد بزرگ‌تر و حجیم‌تر (به شکل کیف پول‌های کوچک) بوده و برخی نیز کوچک‌تر و مانند رم‌های PC هستند. البته از با درنظرگرفتن المان‌های بیشتر تنوع solid-state drive بسیار زیاد‌تر نیز خواهد شد ولی در این مقاله قصد داریم تا فقط به دو مورد از آن‌ها بپردازیم:

PCIe و NVMe

این نوع از درگاه‌ها اغلب در هنگام اتصال کارت‌های گرافیکی یا کارت‌های شبکه (در حالت کلی برای اتصال تجهیزات کامپیوتری که نیاز به ارتباط سریع دارند) استفاده می‌شود. این نوع درگاه یا رابط، پهنای باند زیاد همراه با تأخیر کم را در اختیار کاربران قرار می‌دهد که اگر به SSD نیاز دارید تا ارتباط سریعی میان CPU و RAM داشته باشد، پیشنهاد می‌شود تا از اس‌اس‌دی‌هایی با این درگاه بهره ببرید.

solid-state driveهایی که از این نوع اتصال استفاده می‌کنند بر اساس Nonvolatile Memory Express standard (NVMe) هستند که نسبت به درگاه‌های SATA تأخیر کمتری در ورودی/خروجی (برحسب ثانیه) دارند. NVMe دارای خروجی خام 16 گیگابیت در ثانیه است که با کمک درگاه‌های موازی می‌تواند تا 4000 مگابایت در ثانیه را ارائه کند.

mSATA III، SATA III و SSDهای سنتی

ساتا یا SATA مخفف Serial Advanced Technology Attachment بوده که یکی از قدیمی‌ترین درگاه‌های اتصال است و به‌منظور ذخیره‌سازی (به‌صورت خاص) طراحی شده است. این نوع پورت می‌تواند سرعتی در حدود 600 مگابایت در ثانیه (6 GBit/s) را ارائه ‌کند.

شایان‌ذکر است که درگاه‌ NVMe در رقابت با SATA به‌راحتی می‌تواند آن را ببلعد، زیرا که تفاوت فاحشی میان سرعت این نوع درگاه وجود دارد اما بااین‌حال بازهم سیستم‌ها یا لپ‌تاپ‌های قدیمی با مادربورد‌هایی که تنها از درگاه sata بهره می‌برند، برای ارتقا مجبور به استفاده از SSDهای سنتی خواهند بود.

تاریخچه solid-state drive (SSD)

طراحی و آزمایش‌های اولیه برای ساخت اس‌اس‌دی از سال 1950 آغاز شد و در سال‌های 1970 تا 1980  استفاده از این کارت‌های حافظه در ابرکامپیوترهای، صنایع نظامی و هوافضا شدت گرفت. اما به دلیل قیمت بسیار بالای این نوع محصول و هزینه‌های گزاف برای تهیه فضای ذخیره‌سازی بسیار کمتر، در مصارف و صنایع معمولی از آن استفاده نمی‌شد.

در اوایل قرن 20، به دلیل نوآوری‌های سخت‌افزاری، هزینه تولید و درنهایت فروش SSDها بسیار کاهش یافت اما بازهم طول عمر این نوع کارت‌‌های حافظه دلیلی بر تهیه نکرد آن بود. بعد از گذشت زمان بالاخره اعتماد نسبت به این نسل از استوریج‌ها تغییر کرد و کم‌کم استفاده از آن‌ها در محصولات کمپانی‌های بزرگ رونق گرفت. اگر netbookها را به‌خاطر بیاورید در برخی نسخه‌های Asus از SSD یک الی 4 گیگابایتی برای سریع‌تر اجرا شدن سیستم‌عامل استفاده می‌شد.

امروزه می‌توان solid-state drive 32 گیگی تا 5 ترابایتی را در بازار یافت و تقریباً سهم بزرگی از بازار storage در اختیار این نسل از کارت‌های حافظه است. اما بازهم سیستم‌های زیادی همچنان از هارددیسک‌های قدیمی استفاده می‌کنند.

جمع‌بندی

اختیار داشتن تجهیزات سخت‌افزاری سریع و بادوام برای کاهش تأخیر در اجرا و خواندن داده‌های زیاد با حجمی سنگین، همواره یکی از دغدغه‌های توسعه‌دهندگان فناوری اطلاعات بوده و است. یکی از جدید‌ترین نسل‌های استوریج (storage) مربوط به solid-state drive یا SSD است که معنای تازه‌ای به دنیای نگهداری از داده‌ها بخشید.

این نوع کارت‌های حافظه قادر هستند تا خروجی با سرعت 4000 مگابایت بر ثانیه (mb/s) را در اختیار کاربران قرار دهند که رقم بسیار بالا و قابل‌توجهی است. در هنگام اجرای یک سیستم‌عامل با استفاده از اس‌اس‌دی شاهد کاهش 50 الی 70 درصدی تأخیر در روند بالا آمدن آن هستیم که این عملکرد در بقیه نرم‌افزار‌های نصب شده روی SSD نیز پای برجاست.

در این مقاله به‌صورت کامل و جامع به بررسی کارت‌های حافظه حالت جامد پرداختیم و سعی شد تا با بررسی مباحث مختلفی مانند ساختار و معماری، مزایا و معایب، ویژگی‌های مهم و… آن تعریف دقیقی را ارائه کنیم. امید است تا مطالعه این مطلب برای کاربران عزیز مفید باشد.