Твердотельный жесткий диск

8. Преимущества и недостатки по сравнению с жёсткими дисками (HDD)

Преимущества:

§ отсутствие подвижных частей;

§ скорости чтения и записи зачастую вплотную приближаются к пропускной способности интерфейса (SATA II 3 Gb/s, SATA III 6 Gb/s и т.д.) и возможностям применяемых контроллеров;

§ низкая потребляемая мощность;

§ полное отсутствие шума от движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;

§ высокая механическая стойкость;

§ широкий диапазон рабочих температур;

§ стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;

§ малые габариты и вес;

§ большой потенциал для совершенствования характеристик накопителей и технологий их производства.

Недостатки

§ Главный недостаток SSD - ограниченное количество циклов перезаписи: обычная (MLC, Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) флеш-память позволяет записывать данные примерно 10 000 раз, более дорогостоящие виды памяти (SLC, Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) - более 100 000 раз (Для борьбы с неравномерным износом применяются схемы балансирования нагрузки. Контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались и при необходимости «меняет их местами»);

§ Подпроблема совместимости SSD накопителей с устаревшими и даже многими актуальными версиями ОС семейства Microsoft Windows, которые не учитывают специфику SSD накопителей и дополнительно изнашивают их. Использование операционными системами механизма свопинга (подкачки) на SSD также, с большой вероятностью, уменьшает срок эксплуатации накопителя;

§ Цена SSD накопителей существенно выше в пересчёте на единицу объёма. К тому же, стоимость SSD прямо пропорциональна их ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма накопителя.

В твёрдотельных накопителях применяется команда (инструкция) TRIM для увеличения скорости записи. Совместно с некоторыми микроконтроллёрами, TRIM позволяет добиться и небольшого увеличения скорости чтения. Все твурдотельные накопители, которые выпускаются с 2012 года имеют поддержку TRIM. В более ранних, для включения данной инструкции может потребоваться прошивка новой микропрограммой. В большинстве случаев, при прошивке все данные безвозвратно удаляются.

SSD накопители ещё совсем новое поколение накопителей информации и они не являются сбалансированными во всех отношениях продуктами. Тем не менее, для энтузиастов, клиентов корпоративного класса и использования в серверных системах они выгодно отличаются по показателю производительности, что может быть решающим фактором к покупке. Новый виток эволюции, твёрдотельные накопители получат с массовым производством чипов памяти Ferroelectric RAM (FRAM, FeRAM). Это позволит повысить уровень долговечности ячеек SSD накопителей.

Но не факт что за SSD накопителями будущее. Каждый новый техпроцесс, как показала практика, уменьшает скорость чтения / записи и увеличивает количество возникающих ошибок, которые тоже нужно убирать с помощью системы коррекции ошибок в ущерб производительности. Причём для SLC этот показатель приемлем, но вот с MLC и TLC (triple level cell) всё очень и очень печально. С каждым новым поколением, без значительных новых прорывов, скорость будет падать. А к 4 нм, опустится практически до уровня HDD 2012 года.

9. Нанотехнологии и твердотельные накопители

Разработки в области нанотехнологий сегодня очень популярны в различных сегментах ИТ-рынка, и область запоминающих устройств не является для них исключением.

Одной из первых подобных разработок в области энергонезависимой памяти может похвастаться компания Motorola, которой принадлежит идея создания микросхемы памяти, основанной на использовании кремниевых нанокристаллов - образований, напоминающих сферы диаметром порядка 50 ангстрем, размещенных между двумя оксидными слоями и способных сохранять определенный заряд, за счет чего и ведется запись информации. Кстати, подобное решение всерьез рассматривается многими экспертами как наиболее вероятная замена нынешних технологий. Одной из главных проблем, которую удалось преодолеть специалистам Motorola, было получение монодисперсных нанокристаллов оптимального размера. Прототипы массива нанокристаллов были изготовлены на 200-мм кремниевых заготовках с применением 90-нм технологического процесса (одним из несомненных достоинств данной технологии является возможность использования существующего оборудования). Этот наномассив показал, что скорость функционирования флэш-памяти может быть заметно увеличена, поскольку туннелирование зарядов в нанокристаллы происходит значительно быстрее, чем в стандартные ячейки флэш-памяти, а уменьшение габаритов всего массива хранения информации может самым положительным образом сказаться на скорости работы управляющей микросхемами логики.

Ученые из Института технологий компании Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology) совместно со специалистами из Национального университета Чонбук разработали собственный базовый метод для создания энергонезависимой памяти из нанотрубок. На их основе ученые создали транзистор, поверх которого расположен слой нитрида кремния, помещенный между двумя слоями оксида кремния. Такая многослойная структура способна удерживать электрический заряд, а транзистор нужен в качестве стока / истока. При вертикальном размещении, как отмечают специалисты, благодаря таким «носителям» информации можно создавать память с плотностью 200 Гбит/дюйм, что примерно в 200 раз выше плотности чипов, используемых сегодня. Такая память способна хранить данные в течение 10-15 лет.

И наконец, самой многообещающей разработкой устройств хранения на основе нанотехнологий считается энергонезависимая память NRAM (Nanotube-based/Nonvolatile RAM), которую предложили инженеры компании Nantero. Идея состоит в использовании углеродных нанотрубок с толщиной стенок в один атомный слой и диаметром порядка 20 нм, которые на двух кремниевых подложках заключены в массив таким образом, что образуют группу взаимно пересекающихся под прямым углом элементов. В исходном состоянии, соответствующем логическому нулю, нанотрубки не соприкасаются между собой и расстояние между ними составляет несколько нанометров. Однако приложенная к ним разность потенциалов приводит к их соприкосновению, и находятся они в таком положении до тех пор, пока к ним не подадут противоположное напряжение. За счет того что в двух противоположных состояниях эти элементы имеют различное электрическое сопротивление, возможно создание интерпретатора двоичной системы счисления. Причем, по словам специалистов Nantero, с целью достижения избыточности и предотвращения утери данных в одном бите участвует значительное количество таких пар.

О перспективах технологии Nantero говорят такие данные: плотность записи информации в устройствах NRAM может достигать 5 млрд бит на квадратный сантиметр (что в несколько десятков раз больше, чем в нынешних высокоемких микросхемах памяти), а частота обмена данными может составлять 2 ГГц.

Единственной проблемой на пути к широкому коммерческому внедрению этой технологии остается, как и во всех других областях применения нанотехнологий, необходимость получения качественного исходного материала, в котором точно и равномерно размещены нанотрубки на кремниевых подложках. Компания Nantero предлагает располагать на подложках кремния тонкий слой нанотрубок в произвольном направлении, затем методом литографии удалять те из них, что расположены «не по шаблону». Данный метод практически реализуем, однако трудновыполним, а потому довольно дорог. Например, понадобится использование электронного микроскопа, который, считывая информацию о вновь нанесенном слое нанотрубок, сможет создавать шаблон вытравливаемых элементов. И каждый раз шаблон придется делать заново, иначе на подложках, помимо рабочих элементов, окажется много «мусора», образованного остатками удаленных нанотрубок. Остается надеяться, что с развитием других областей применения нанотрубок этот процесс удастся оптимизировать и значительно удешевить.

Тем не менее, достигнутые результаты разработчиков NRAM-памяти впечатляют: созданный ими массив позволяет хранить до 10 Гбайт информации. При этом утверждается, что их методика может применяться и для получения массивов большего размера, поскольку определяющим фактором здесь являются возможности литографического оборудования. Специалисты подчеркивают, что данная методика в значительной мере совместима с нынешними технологиями полупроводникового производства и с небольшими затратами может быть внедрена на существующих заводах.

Список источников

1. Твёрдотельный SSD накопитель http://it-master.od.ua/complect-computer/ssd-drive.html 28.02.2008. Загл. с экрана

2. SSD (твёрдотельный) накопитель, что это? Из чего состоит и как работает SSD. URL: http://www.xtechx.ru/spravochnik-hi-tech-terminov-i-kompanii/224-solid-state-drive-ssd-works-kak.html. 14.02.2012. Загл. с экрана.

Размещено на Allbest.ru