¿Cómo funcionan los SSD?

Para comprender cómo y por qué los SSD SEEAMAZON_ET_135 Ver Amazon ET commerceson diferentes de los discos giratorios, necesitamos hablar un poco sobre los discos duros. Un disco duro almacena datos en una serie de discos magnéticos giratorios llamados platos. Hay un brazo actuador con cabezales de lectura / escritura unidos. Este brazo coloca los cabezales de lectura y escritura sobre el área correcta de la unidad para leer o escribir información.

Debido a que los cabezales de las unidades deben alinearse sobre un área del disco para leer o escribir datos (y el disco gira constantemente), hay un tiempo de espera distinto de cero antes de poder acceder a los datos. Es posible que la unidad necesite leer desde múltiples ubicaciones para iniciar un programa o cargar un archivo, lo que significa que puede tener que esperar a que los platos giren a la posición correcta varias veces antes de poder completar el comando. Si una unidad está inactiva o en un estado de baja potencia, el disco puede tardar varios segundos más en girar a plena potencia y comenzar a funcionar.

Desde el principio, estaba claro que los discos duros no podían igualar las velocidades a las que podían operar las CPU. La latencia en HDD se mide en milisegundos, en comparación con nanosegundos para su CPU típica. Un milisegundo son 1,000,000 de nanosegundos, y generalmente se necesita un disco duro de 10-15 milisegundos para encontrar datos en el disco y comenzar a leerlo. La industria de los discos duros introdujo platos más pequeños, cachés de memoria en disco y velocidades de husillo más rápidas para contrarrestar esta tendencia, pero solo hay unidades tan rápidas que pueden girar. La familia VelociRaptor de 10,000 RPM de Western Digital es el conjunto de unidades más rápido jamás construido para el mercado de consumo, mientras que algunas unidades empresariales aumentaron a 15,000 RPM.

Cómo los SSD son diferentes

Las unidades de estado sólido se llaman así específicamente porque no dependen de partes móviles o discos giratorios. En cambio, los datos se guardan en un grupo de flash NAND. NAND en sí está compuesto de lo que se llama transistores de puerta flotante. A diferencia de los diseños de transistores utilizados en DRAM, que deben actualizarse varias veces por segundo, el flash NAND está diseñado para mantener su estado de carga incluso cuando no está encendido. Esto convierte a NAND en un tipo de memoria no volátil.

Estructura de celda flash

El diagrama de arriba muestra un diseño simple de celda flash. Los electrones se almacenan en la puerta flotante, que luego se lee como cargada “0” o no cargada “1”. Sí, en flash NAND, un 0 significa que los datos se almacenan en una celda; es lo contrario de lo que normalmente pensamos en un cero o uno El flash NAND está organizado en una cuadrícula. Todo el diseño de la cuadrícula se conoce como un bloque, mientras que las filas individuales que conforman la cuadrícula se denominan página. Los tamaños de página comunes son 2K, 4K, 8K o 16K, con 128 a 256 páginas por bloque. Por lo tanto, el tamaño del bloque generalmente varía entre 256 KB y 4 MB.

Una ventaja de este sistema debería ser inmediatamente obvia. Debido a que los SSD no tienen partes móviles, pueden operar a velocidades muy superiores a las de un HDD típico. El siguiente gráfico muestra la latencia de acceso para medios de almacenamiento típicos dados en microsegundos.

Latencia SSD

NAND no es tan rápido como la memoria principal, pero es de varios órdenes de magnitud más rápido que un disco duro. Si bien las latencias de escritura son significativamente más lentas para el flash NAND que las latencias de lectura, aún superan a los medios giratorios tradicionales.

Hay dos cosas a tener en cuenta en la tabla anterior. Primero, observe cómo agregar más bits por celda de NAND tiene un impacto significativo en el rendimiento de la memoria. Es peor para las escrituras que para las lecturas: la latencia típica de celda de triple nivel (TLC) es 4 veces peor en comparación con la NAND de celda de un solo nivel (SLC) para las lecturas, pero 6 veces peor para las escrituras. Las latencias de borrado también se ven significativamente afectadas. El impacto tampoco es proporcional: TLC NAND es casi el doble de lento que MLC NAND, a pesar de contener solo un 50% más de datos (tres bits por celda, en lugar de dos). Esto también es cierto para las unidades QLC, que almacenan aún más bits a diferentes niveles de voltaje dentro de la misma celda.

Interfaces

Al principio, los SSD usaban puertos SATA, al igual que los discos duros. En los últimos años, hemos visto un cambio a unidades M.2: unidades muy delgadas, de varias pulgadas de largo, que se insertan directamente en la placa base (o, en algunos casos, en un soporte de montaje en una tarjeta de expansión PCIe). La unidad 970 EVO Plus se muestra a continuación.

Las unidades NVMe ofrecen un mayor rendimiento que los controladores SATA tradicionales porque admiten una interfaz más rápida. Los SSD convencionales conectados a través de SATA alcanzan un máximo de ~ 550MB / s en términos de velocidades prácticas de lectura / escritura. Las unidades M.2 tienen un rendimiento sustancialmente más rápido en el rango de 3.2GB / s.

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