Pooljuhtketas

Pooljuhtketas ehk SSD-ketas (ingl solid state drive) on arvutitehnikas välkmälul põhinev andmesalvesti, millel erinevalt HDD-kõvakettast puuduvad liikuvad osad. SSD väliskuju ja elektrilised ühendused võivad sarnaneda HDD-kettale, kuid võivad ka erineda. Näiteks võib SSD olla teostatud PCIe-laiendkaardina. Ka võib SSD olla HDDga kombineeritud hübriidkettaks SSHD (solid state hybrid drive), kus tihedamini kasutatavad failid paigutatakse kiirema kättesaadavuse huvides SSDsse.

SSD-välismälu 2,5" kõvakettakorpuses

512 GB SSD koos adapteriga paigaldamiseks 3,5" HDD asemele

mSATA SSD avatult

Arendusjärgud

• 1978 – USA firma StorageTek töötas välja esimese pooljuhtsalvesti RAM-mälu baasil
• 1995 – Iisraeli firma M-Systems esitles esimest välkmälul põhinevat pooljuhtsalvestit
• 2007 – esimene sülearvuti EEE PC 701 SSD-salvestusmälu 4 GB
• 2008 – Lõuna-Korea firma Mtron Storage Technology valmistas SSD-ketta mahutavusega 128 GB
• 2012. aastast hakkas SSD konkureerima HDDga, esmalt tahvel- ja sülearvutites, seejärel ka lauaarvutites, samuti välise SSD-salvestina.

SSD gigabaidi hind on küll aastate kestel kiiresti langenud, kuid jäi ka 2010ndate lõpuaastail siiski kõrgemaks kui kõvaketastel. Hinnavahe kasvab seda enam, mida suurem on salvesti mahutavus, sest SDD-ketta hind kasvab peaaegu võrdeliselt mahutavusega.

SSD mäluelementide tüübid

 Pikemalt artiklis Välkmälu

Vastavalt mäluelemendi CMOS-transistoristruktuuride ühendamise loogikale eristatakse NAND- ja NOR-mäluelemente. Pooljuhtketastes on (alates 2008. aastast) kasutusel NAND-Flash-struktuurid, sest need võtavad kiibil palju vähem ruumi, on vastupidavamad ja suurema kirjutuskiirusega, lugemiskiirus on siiski väiksem kui NOR-kiipidel. Välja on töötatud tehnoloogiaid, mis püüavad mõlema tüübi eeliseid ühendada: OneNAND (Samsung), mDOC (Sandisk) ja ORNAND (Spansion).

NAND-Flash-mäluelemente liigitatakse selle järgi, mitme biti salvestamiseks on element ette nähtud:

• SLC-element (single-level cell) salvestab ühe biti (sest elemendil saab olla ainult kaks laengutaset);
• MLC-element (multi-level cell) salvestab rohkem kui ühe biti, seni reaalselt kaks bitti (neli laengutaset);
• TLC-element (triple-level cell) ehk MLC-3 salvestab kolm bitti (kuus laengutaset).

SSD-tehnika iseärasusi

Andmete salvestamisel (kirjutamisel) võetakse üksteisele järgnevad bitid kokku plokkideks (ingl block või page), igaüks näiteks 4 kB suurune. Kui plokis tehakse muudatusi, jäävad ülejäänud andmed kustutamata, küll aga vabastatakse need kirjutamiseks. Iga muudetud baidi pärast tuleb kogu ploki sisu kopeerida reservplokki. Nii lisandub järjest uusi osaliselt täidetud plokke. Et nendest leida kirjutamiseks vabastatud üksusi, tuleb teha palju tarbetuid loe-kustuta-kirjuta-tsükleid, mis aeglustab tööd ja kulutab ketast.

Pöördumise kiirendamiseks ja plokkide vastupidavuse suurendamiseks on kasutusele võetud TRIM-tugi, mis näiteks arvuti operatsioonisüsteemi ATA-liidese kaudu teavitab ketta koosseisu kuuluvat kontrollerit, millised piirkonnad plokis ei kanna kasulikku infot, nii et nende sisu saab eelnevalt kustutada ja niiviisi kiirendada uute andmete kirjutamist.

Arvuti operatsioonisüsteemi ja mäluplokke ühendav pooljuhtketta kontroller hoolitseb ka selle eest, et mäluplokid oleksid enam-vähem ühtlaselt koormatud: kontroller registreerib mäluplokkidesse pöördumisi ja suunab kirjutuskäsud vähem koormatud plokkidesse.

Selleks, et vabaks jäänud mäluelementidele saaks kirjutada, tuleb selle sisu enne kustuda. Selle lisatoimingu poolest erineb välkmälu kõvaketta magnetmälust, mille vabaks jäänud sektorites saab andmeid kohe üle kirjutada.

Ühendusliidesed

Ühendusliides on tavaliselt SSD-kontrollerisse sisse ehitatud. Populaarseimad liidesed on:

• SATA;
• PCI Express;
• Fibre Channel (kasutatakse üksnes serverites);
• USB.

Sama liidesestandardiga pooljuhtketta saab paigaldada samade mõõtmetega kõvaketta asemele.

SSD plussid ja miinused

SSD eelised HDDga võrreldes

• Liikuvate osade puudumine ja sellest tulenevalt:
  • hea mehaaniline vastupidavus (suur löögi- ja vibratsioonikindlus);
  • müra puudumine.
• stabiilne lugemiskiirus, mis ei sõltu faili osade paigutusest ega fragmenteeritusest;
• suurem kirjutus- ja lugemiskiirus, mis võib olla lähedane SATA-liidese läbilaskevõimele;
• oluliselt suurem pöörduskiirus, mis võimaldab teha sisend-väljundoperatsioone umbes kümme korda kiiremini kui HDD-kettal, kus iga operatsiooni eel kulub teatud aeg ketta ettepööramiseks;
• palju väiksem sõltuvus välistest elektromagnetilistest mõjutustest (tugev elektrostaatiline väli võib siiski häiringut põhjustada);
• väiksemad mõõtmed ja kaal (nt kujuteguri mSATA korral mõõtmed 51×30×3 mm).

SSD puudused

• NAND-SSD peamine puudus on piiratud kirjutuskordade arv. SSD-ketastes laialt kasutusel olev MLC-mäluelement võimaldab andmeid kirjutada 3000–10 000 korda (garanteeritud ressurss). Kallites, ühebitiste SLC-mäluelementidega salvestites garanteeritakse sada tuhat kuni miljon tsüklit.. Andmete lugemine mäluelementide tööiga ei lühenda.
• SSD-ketta rikkeid põhjustab sageli viga keeruka ehitusega kontrolleris, mis peab täitma mitmesuguseid andmete paigutamise ja vigade parandamise funktsioone, seda eriti TLC-mäluelementidega salvestites.
• Tulenevalt sellest, et andmete olekut ja paigutust juhitakse ka TRAM-käsuga, on raske, kui mitte võimatu rikkis kettalt andmeid taastada. Kui viga on ainult kontrolleris, võib see siiski olla võimalik.
• Kasutuskõlbmatuks muutunud SSD-kettalt on andmeid väga keeruline elektriliselt täielikult eemaldada, nii et jääb ainult füüsilise purustamise võimalus.

Võrdlus kõvaketta ja RAM-virtuaalkettaga

	Pooljuhtketas (TLC NAND Flash)	Kõvaketas (HDD)	RAM-viruaalketas (muutmälu osana)
Mahutavus	kuni 16 TB	kuni 14 TB	kuni 32 GB mooduli kohta
Liides	IDE/(P)ATA, SATA, mSATA, PCIe, M.2	SCSI, IDE/(P)ATA, SATA, SAS	peamiselt DIMM-konnektor
Lugemiskiirus)	kuni 3400 MB/s	kuni ca 227 MB/s	kuni 51 200 MB/s
Kirjutamiskiirus	kuni 2500 MB/s	kuni ca 160 MB/s	kuni 51 200 MB/s
Keskmine pöördusaeg lugemisel	alates 0,027 ms	alates 3,5 ms	0,000 .02 ms
Keskmine pöördusaeg kirjutamisel	alates 0,021 ms	alates 3,5 ms	0,000 02 ms
Ülekirjutamise tsüklite arv	üle 3000 (TLC)	ca 10 miljardit (3 aastat)	1015
Võimsustarve jõudeolekus	0,03 W	vähemalt 4 W	1 W SDRAM-mooduli kohta
Võimsustarve pöördumisel	5–6 W	vähemalt 6 W	8 W SDRAM-mooduli kohta
Käitumine voolukatkestuse korral	kaitsekondensaatori puudumisel andmekadu võimalik	andmekadu võimalik	andmed lähevad kaduma
S.M.A.R.T. (tõrkeennetuse süsteem)	on	on	–