HDD, SSD, SSD-asemien MLC- SLC-valmistustekniikat & SSD-HDD-kokovertailu
HDD (Hard Disk Drive)
HDD:n (Hard Disk Drive) eli kiintolevyn historia ulottuu vuoteen 1956, jolloin IBM julkaisi 305 RAMAC -tietokoneen. 305 RAMACissa keskeisenä osana oli 50 kappaletta 24-tuumaisia 350-mallisia kiintolevyjä, joiden tallennuskapasiteetti levyä kohden oli alle 100 kilotavua. Sen jälkeen tekniikka ja tallennuskapasiteetti ovat kasvaneet roimasti ja nykyisin tarjolla on kuluttajakäyttöön suunniteltuja teratavun kiintolevyä.
Kiintolevyn toimintaperiaate perustuu sen sisällä oleviin kiekkoihin, joihin data tallennetaan magneettisesti. Kiekkoihin tallennetaan ja niistä luetaan tietoa mekaanisella lukupäällä, joka muuttaa datan sähköiseksi ja edelleen signaaleiksi. Kiintolevyjen suurin ongelma onkin liikkuvat osat, mikä ajan saatossa tarkoittaa väistämättä kiintolevyn toiminnan heikkenemistä tai rikkoutumista. Lukupää on hyvin lähellä kiekon pintaa, joten iskut ja tärähdykset saattavat pahimmassa tapauksessa rikkoa lukupään tai vaurioittaa kiekon pinnalla olevaa magneettista materiaalia. Pinnan rikkoutuessa siihen kohtaa tallennettu data häviää.
Tyypillisen nykypäivän työpöytäkiintolevyn kiekon kierrosnopeus on 7200 kierrosta minuutissa, jolloin yhden täyden kierroksen pyörähtämiseen kuluu aikaa ainoastaan reilut kahdeksan millisekuntia. Markkinoilla on myös suorituskykyyn keskittyneitä kiintolevyjä, joissa kierrosnopeus voi olla 10 000 tai jopa 15 000 kierrosta minuutissa. Työpöytäkäyttöön tarkoitettu kiintolevy on perinteisesti 3,5-tuumainen, eli sen leveys on 102 millimetriä, ja liitäntänä käytetään Serial ATAa. Kapasiteetin osalta puolen teratavun eli 500 gigatavun kiintolevyt ovat tällä hetkellä suurimmassa suosiossa kuluttajien keskuudessa.
Kannettavissa tietokoneissa kiintolevyn koko on yleensä 2,5 tuumaa eli 70 millimetriä ja pyörimisnopeus 4200, 5400 tai 7200 kierrosta minuutissa. Kapasiteettia niissä on nykypäivänä pääsääntöisesti 160 gigatavusta 320 gigatavuun.
SSD (Solid State Drive)
Ensimmäiset SSD-asemat (Solid State Drive) näkivät päivänvaloa 1970-luvulla ja vuonna 1978 Texas Instruments julkaisi 16 kilotavun RAM-pohjaisen SSD-aseman. Tuolloin gigatavu tallennuskapasiteettia olisi kustantanut miljoona dollaria, joten vähemmän yllättäen tekniikka ei kokenut suurta yleistymistä. Erinäisiä ratkaisuja nähtiin 1980- ja 1990-luvuilla, mutta varteen otettavaksi vaihtoehdoksi työpöytäkäytössä SSD nousi vasta 2000-luvun puolella. Vuonna 2003 Texas Instruments ja Imperial Technology julkaisivat teratavun suuruisen Mega-RAM 10000 -SSD-laitteen, joka kulutti viisi kilowattia tehoa ja kustansi kaksi miljoonaa dollaria. Kaksi vuotta myöhemmin SSD-markkinat kokivat nopean nousun, joka on kiihtynyt entisestään siirryttäessä tähän päivään.
Ensimmäiset viime vuoden puolella julkaistut kuluttajille suunnatut SSD-asemat olivat kooltaan 32 ja 64 gigatavuisia, mutta tämän vuoden puolelle siirryttyä koot kasvoivat ja nyt suuret valmistajat, kuten Memoright, BiTMICRO Networks, Mtron, STEC, SanDisk, Samsung ja Intel, ovat julkaisseet 128 ja 256 gigatavun asemia. SSD-asemien yleistymisen huomaa myös kannettavien tietokoneiden optioita tutkiessa, sillä monet valmistajat tarjoavat tietokoneisiinsa joko suoraan tai lisähintaan SSD-ratkaisuja. SSD on ollut näkyvässä osassa minikokoisten kannettavien tietokoneiden esiinmarssissa, kun Asus on varustanut Eee PC -kannettaviaan 2, 4, 8 tai 16 gigatavun SSD-tallennuskapasiteetilla.
Näkyvin ja merkittävin ero HDD- ja SSD-asemien välillä on jälkimmäisen tallennusmedian liikkuvien osien puuttuminen, mikä käytännössä tarkoittaa sitä, ettei asemassa ole kuluvia osia ja että se on äänetön. SSD-asemissa kotelon sisältä löytyy piirilevy, johon on juotettu flash-muistipiirejä sekä niiden ohjauksesta vastaava yksikkö. Tallennettu tieto säilyy SSD-asemassa vuosia, vaikkei sitä olisi kytketty välillä tietokoneeseen, mutta niiden huonona puolena on rajoitettu uudelleenkirjoitettavuus. Muistisoluun voidaan kirjoittaa tietoa uudelleen tietty määrä, minkä jälkeen tuhoutunut solu poistuu käytöstä. Erityyppisillä flash-muisteilla kirjoitusmäärä vaihtelee paljon ja alhaisimmillaan solulle voidaan luvata uudelleenkirjoituskertoja vain tuhat, kun taas jotkin tyypit kestävät useamman miljoonan kirjoitusta.
SSD-asemien liikkuvien osien poissaolo mahdollistaa asemien käytön huomattavasti HDD-asemien rankemmissa käyttöympäristöissä. Esimerkiksi tässä artikkelissa tutkittavan OCZ:n Core-SSD-aseman iskunkestävyydeksi luvataan jopa 1500 G:tä, joten asemat eivät hätkähdäkään, jos tietokonetta käytetään autossa pomppuisella tiellä. SSD-asemien muita etuja on useissa tapauksissa alhainen tehonkulutus ja sen myötä alhainen lämmöntuotto, fyysinen koko (asemat ovat lähes poikkeuksetta 2,5-tuumaisia) sekä vikkelä lukunopeus ja hakuajat. Kuluttajille suunnatut SSD-asemat on varustettu Serial ATA -liitännällä, joten niiden asennus tapahtuu tietokoneeseen aivan kuten perinteisen HDD-aseman.
Valitettavasta miinuspuoliakin löytyy ja näistä merkittävimmät ovat alhaiset kapasiteetit ja korkea hintataso. Siinä missä 500 gigatavun HDD-asema irtoaa halvimmillaan 50 eurolla, 128 gigatavun SSD-asemasta joutuu pulittamaan 400 euroa. Selvää onkin, ettei SSD-asemia ole suunnattu tiedostojen varmuuskopiointia varten, vaan esimerkiksi käyttöjärjestelmien asemaksi. Suomesta löytyy myynnistä eniten 30/32, 60/64 ja 120/128 gigatavun suuruisia SSD-asemia, joista ensimmäisenä mainittuja on hinnoiteltu halvimmillaan noin 150 euroon. 60/64 gigatavun malleja irtoaa 200 eurolla ja 120/128 gigatavun malleista joutuu pulittamaan 400 euroa. Suhteutettuna lukunopeuteen SSD-asemien kirjoitusnopeus on huonohko johtuen pyyhintälohkojen suuresta koosta.
SSD-asemien MLC- SLC-valmistustekniikat
SSD-asemissa käytettäviä flash-muistipiirejä valmistetaan kahdella eri menetelmällä, SLC:llä (Single-Level Cell) ja MLC:llä (Multi-Level Cell). Näistä SLC on kalliimpi ratkaisu, mutta samalla turvallisempi, kestävämpi, suorituskykyisempi, vähemmän tehoa kuluttava ja pidempikestoinen. SLC on suunnattu lähinnä työasema- ja palvelinkäyttöön, kun taas MLC on yleistynyt kuluttajille suunnatuissa asemissa alemman hintatason myötä.
SLC:n tapauksessa solun kestävyys on huomattavasti pidempi – suuri osa valmistajista ilmoittaa kestävyydeksi 100 000 kirjoituskertaa, parhaimmat jopa useamman miljoonan, kun taas MLC:llä solun kestävyys on koetuksella jo 10 000 kirjoituskerran jälkeen. Se on myös jonkin verran nopeampi ratkaisu suorituskykyä puntaroidessa, mutta on syytä pitää mielessä, että myös piirien ohjaimella on tässä asiassa suuri merkitys.
MLC:ssä etuna on suurempi kapasiteetti, sillä jokaiseen soluun tallennetaan vähintään kolmen bitin verran dataa. SLC:ssä soluun tallennetaan yhden bitin tieto, eli joko 0 (asetettu) tai 1 (poistettu), kun taas nelitilaisessa MLC:ssä soluun tallennetaan joko 00 (asetettu), 01 (osittain asetettu), 10 (osittain poistettu) tai 11 (poistettu). Nollien ja ykkösten tallennuksessa käytetään erilaisia sähkövaraustasoja, ja MLC:n tapauksessa jännite-erot eri tasojen välillä ovat SLC:tä pienemmät. SLC:n tapauksessa, kun kynnysjännite on alle neljä volttia, solu tunnistetaan poistettuna ja yli neljällä voltilla asetettuna. MLC:ssä kynnysjänniterajat ovat pienemmät ja esimerkiksi poistettu vaatii alle 3,5 voltin jännitteen, kun taas osittain poistettu alle 4,0 volttia, mutta yli 3,5 volttia.
SSD-HDD-kokovertailu
Kuvassa esimerkkinä käytetty Samsung HD501LJ on 3,5-tuumainen ja kooltaan 101,6 x 164 x 25,4 millimetriä (leveys x syvyys x korkeus), kun taas 2,5-tuumaisen OCZ:n SSD-asemalla on kokoa 70 x 100,2 x 9,3 millimetriä (leveys x syvyys x korkeus).
Päältä päin tutkittuna SSD-asemia mahtuisi HDD-aseman päälle helposti kaksin kappalein. Sivusta katsottuna tilanne on vastaava ja SSD-asemia voisi pinota päällekkäin kaksi kappaletta, jotta pino olisi yhtä korkea kuin HDD-asema.
