Solide-state drive, ssd, kan översättas till en hårddisk utan rörliga delar. Diskarna använder flash-, sram- eller dramminne. De vanligaste modellerna är baserade på flashminne och det är de som normalt brukar kallas ssd-diskar. Teknikerna för flashminnen ­kallas nor och nand.


Flashminne
Att flashminnen dominerar när det gäller ssd-diskar beror bland annat på att det med dem inte behövs någon spänning för att bibehålla lagrad information. Det är av stor betydelse för att få pålitliga lagringsmedia. Hårddiskar som bygger på sram- ­eller dramminne kallas ofta ramdiskar och de behöver spänning för att data inte ska försvinna. Med flashminnen är det lättare att få hög minneskapacitet och kostnaden blir dessutom lägre.

Jämför vi med mekaniska hårddiskar är fördelen med ssd-diskar lägre temperaturer, lägre effektförbrukning, att det blir en tyst lösning (inga rörliga ­delar) som tål omild behandling och att vi får höga läshastig­heter (inget läshuvud).

Nackdelarna är att ssd-diskarna än så länge är dyra och inte har lika bra lagringskapacitet (jämfört med de vanligaste mekaniska hårddiskarna). Slitage vid radering av sektorer kan ge problem och påverka livslängden och skrivhastigheten är i regel sämre.


Norminne
Dessa minnen är utformade för direkt åtkomst, vilket helt enkelt betyder att det ska gå att nå alla minnesceller direkt utan att man behöver läsa någon annan del av minnet först. Det gör att de lämpar sig för till exempel kod och exekverbara instruktioner. De används flitigt för funktioner som att starta (boota) ­datorkomponenter.

De första kommersiella norminnena introducerades av Intel 1988 och används i dag bland annat i minneskort med liten kapacitet. De kännetecknas av att de har hög läshastighet men i regel är långsammare än nandminnen när det gäller skrivhastighet respektive radering av data. Tekniken är inte speciellt lämplig för hårddiskar som behöver högre kapacitet.


Nandminne
Nandminnen är utformade för sekventiell åtkomst, vilket betyder att de läser data i följd. Data är uppdelade i avdelningar (pages) och sektorer (block). Det går dock att i viss mån kringgå detta med tekniker för att söka till olika delar av minnet.

Tekniken introducerades av Toshiba 1989 och passar främst för lagring med lite högre kapacitet. Vi ser nandminnen i till exempel digitalkameror, mp3-spelare, usb-minnen och ssd-diskar.

Liksom nor har nand hög läshastighet. Nand har något bättre skrivhastighet och funktionen för att radera data är även den snabbare. Jämför vi med mekaniska hårddiskar ligger i regel nandminnen fortfarande sämre till när det gäller skrivhastighet. Ny teknik håller dock på att ändra det och styrprogrammen för datahanteringen blir hela ­tiden bättre, vilket ger högre prestanda.

”Hybridlösningar, där man

använder både slc- och mlc-teknik,

blir allt vanligare.”


Det finns minnesceller som har en nivå (slc) och sådana som har flera nivåer (mlc). I dag baseras de allra flesta ssd-hårddiskar på en av dessa tekniker. Något som blir allt vanligare är en hybridlösning där man använder båda teknikerna på samma hårddisk.


Digitalteknik handlar alltid om ettor respektive nollor och en minnescell innehåller någon av två nivåer (antingen 1 eller 0), vilket innebär en bit data. Det är så slc-minnen är uppbyggda.  Mlc-minnen har fyra nivåer, vilket innebär två bitar data. Åtta bitar data är en byte och det behövs 1 024 byte för en kilobyte och 1 024 kilobyte för en megabyte. I övrigt använder slc och mlc samma teknik. Antal nivåer på minnescellen påverkar både prestanda och hållbarhet. Slc är ungefär tio gånger så hållbar och har bättre prestanda, medan mlc i exemplet ovan har dubbel lagringskapacitet per minnescell.


Vid normal användning läses data kontinuerligt från hårddisken medan det oftast är en mindre mängd data som behöver skrivas. Om man installerar program eller lägger till filer kan det handla om stora mängder data som behöver skrivas, men ­sedan är det inte så mycket som behöver skrivas när man använder programmen och filerna.

Med hybrid ssd-diskar består en mindre del av hårddisken av slc-minne och den största delen av mlc-minne. Det kan ge en ­lösning med de flesta fördelarna hos slc till ett ganska bra pris.

Precis som för alla ssd-diskar behövs ett sätt att kontrollera slitage och prestanda. För hybrid ssd-diskar behöver man dessutom sända de data som återskrivs mest till slc-delen av lagringsutrymmet. Man brukar kalla data för heta respektive kalla. De som styrmekanismen anser kommer att ändras ofta skickas till de heta sektorerna (slc) och resterande till de kalla sektorerna (mlc). Tanken är att mlc-delen i största möjliga utsträckning ska användas för att läsa data. Då minimeras skrivningarna (raderingarna), vilket är bra eftersom dessa minnesceller är de minst hållbara. En del data går att korttidslagra i ramminne, för att förbättra hanteringen av små filer.


Prestanda
Mekaniska hårddiskar har ett läshuvud som måste flyttas för att läsa data, vilket ger sämre prestanda om informationen är fragmenterad. Läshuvudet bör helst inte flytta sig långt mellan varje läsning och därför bör man använda program för att defragmentera hårddiskar.

Med ssd-diskar som bygger på flashminne är det tvärtom, de ger ökade prestanda om informationen är spridd eftersom enheten kan läsa från flera ställen parallellt. Det är en av anledningarna till att man måste ha en möjlighet att styra hur data lagras.

Ett problem med ssd-diskar är att valet av krets för att kontrollera datahanteringen kan påverka skrivprestanda av små filer negativt. Lösningen är förbättrade kontroller och cacheminne för korttidslagring så att enheten främst skriver större filer.

Att skriva data till minnesceller som bygger på mlc tar ungefär tre gånger så lång tid som till slc. Lagringskapaciteten är dock dubbelt så stor med mlc.


En förenklad bild av hur datahanteringen styrs till de olika sektorerna. Det finns en del varianter, eftersom tillverkarna ­ibland har helt egna lösningar. Det måste finnas ett program och ofta en krets som hanterar dåliga sektorer (så att operativsystem eller program inte försöker använda dem) samt styr ­vilka sektorer som ska raderas när nya data ska skrivas, ­inklusive eventuella optimeringar för att öka prestanda.

Flera tillverkare väljer även att inkludera någon form av ­extern lagring som inte räknas till hårddiskens lagringsvolym. Den kan vara en del av hårddisken som är osynlig för operativsystemet eller ett externt minne som antingen lagrar data över en längre period eller fungerar som korttidslagring.

Intel använder till exempel dramminne i flera av sina högpresterande diskar för korttidslagring, vilket ökar skrivhastigheten. Det kan även få betydelse för hållbarheten eftersom man sannolikt inte behöver radera sektorer lika ofta för att skriva data.


Livslängd och slitage
Med flashminne lagras informationen på ett antal sektorer som normalt ligger på 16 till 512 ­kilobyte. Inom varje sektor finns det flera avdelningar (i regel 32 till 128) som kan innehålla 512 till 4 096 byte data.

En mindre del av utrymmet på avdelningarna används för att upptäcka fel och för att korrigera dem. Radering av data kan endast ske om man tar bort informationen på en hel sektor. Det leder till lägre skrivhastighet eftersom hela sektorn måste läsas in. Den information som ska vara kvar sparas och därefter går det att skriva data igen.

Sektorerna på en slc-disk klarar endast att radera data runt 100 000 gånger innan de slits ut. För mlc-diskar ligger siffran på 10 000 gånger.

För att få en bra livslängd på hårddisken och undvika slitage används olika program och ofta även kretsar för att styra datahanteringen. När data tas bort raderas de oftast inte om man inte behöver skriva något på den sektorn.

När programmet sedan behöver utnyttja den sektorn på disken för att skriva information raderas data och nya skrivs in. Tack vare datahanteringen ser dock operativsystemet området som ledigt.

Ssd-diskarna behöver rätt avancerade styrmekanismer för att undvika att radera sektorer. Styrmekanismerna ser även till att kompensera för dåliga ­sektorer som annars kan orsaka dataförlust.
En ssd-disk som bygger på mlc-teknik bör ha en livslängd på åtminstone fem år vid normal användning. Det är inte troligt att hårddiskarna helt plötsligt kommer att sluta fungera eller att man förlorar data. Vi kan tänka oss att hårddisken börjar tappa fler och fler sektorer efter ett antal år och att den kan bli långsammare. Eftersom tekniken är så ny vet vi inte exakt vad som kommer att hända när minnescellerna har utsatts för slitage i ett antal år.

De allra flesta hårddiskar som är baserade på slc-teknik (över 90 procent) bör klara fler raderingar än 100 000. Även om man skulle bli av med några procent av lagringsutrymmet finns det uträkningar som tyder på en livslängd på 50 år.

Även om det går att mäta hur många raderingar en sektor klarar innan den slits är det svårare att beräkna hur lång livslängd en ssd-disk har vid användning i en stationär dator eller en server. Det mesta tyder dock på att vi inte behöver oroa oss. Även mekaniska diskar har problem och det går att använda raidkonfigurationer också med ssd. Ska du använda ssd-diskar i servrar eller liknande rekommenderar vi dem som bygger på slc-tekniken.

 

Prisutveckling
De dyra ssd-diskarna blir allt billigare och förutom de vanliga faktorerna som tillgång och efterfrågan har tillverkarna gjort flera kompromisser för att sänka priserna. De säljer nu även hårddiskar som redan har dåliga sektorer, eftersom det är svårt att undvika vid tillverkningen. Det ger en lägre tillverkningskostnad.

Eftersom det varierar hur många sektorer som är dåliga är det svårt att säga hur mycket lagringsutrymme som är förlorat redan när man köper hårddisken, men blir det för mycket säljs inte enheten, enligt tillverkarna.

Det blir också vanligare att tillverkarna använder enbart mlc-minnen, vilket ger billigare hårddiskar med bra lagringskapacitet. Problemet är dock att prestanda riskerar att bli lidande och att livslängden blir mycket sämre. Hybridlösningar med både slc- och mlc-minnen ger fortfarande ett bra pris samtidigt som flera av de värsta nackdelarna med hårddiskar som endast har mlc-minnen försvinner.


TechWorlds slutsats
Tillverkarna har kompromissat för att ge konsumenterna ssd-diskar med högre lagringskapacitet. Flera enheter som säljs i dag bygger på multinivå minnesceller (mlc), vilket gör att de har en uppskattad livslängd på fem år. Det bör fungera för vanliga stationära datorer, men känns inte så lämpligt för viktiga tillämpningar.

Modeller med minnesceller med en nivå (slc) kan utan problem användas som fullgoda alternativ till vanliga mekaniska hårddiskar och livslängden för dem uppskattas till drygt 50 år. Livslängden beror förstås på hur datorsystemet används och siffrorna ska ses som teoretiska.

För viktiga tillämpningar kan man vänta på bra hybrid ssd-hårddiskar, som bör bli en nästan optimal lösning. De kan ge ökade prestanda och längre livslängd till lägre pris, om tillverkarna lyckas konfigurera hårddisken och styrmekanismerna för datahanteringen på ett bra sätt.

Illustration: Jonas Englund