abonneren

Voordelen van ssd - zo werken solid state drives

Ssd’s kunnen tegenwoordig met recht betaalbaar genoemd worden. Voor ongeveer tachtig euro kun je inmiddels een ssd met een heel bruikbare opslagcapaciteit van 240 GB kopen. Een ssd is dan ook heel normaal geworden en wat ons betreft zelfs onmisbaar.

Lees ook: Tips voor onderhoud van processor en harde schijf

Vergeleken met 2009 zijn sata-ssd’s ook vele malen sneller geworden. Die snelheidsontwikkeling is er bij sata-ssd’s inmiddels wel uit: de limiet van de sata-interface is al een aantal jaar geleden gehaald. De snelste sata-ssd is al geruime tijd Samsungs SSD 850 Pro. Deze ssd verscheen al halverwege 2014 op de markt en is sindsdien Samsungs topmodel in de traditionele 2,5inch-ssd met een sata-interface.

PCIe-ssd

In de vorm van pci-express is er gelukkig een interface beschikbaar die veel sneller is dan sata. Deze interface gebruiken we natuurlijk al jarenlang in de vorm van insteeksleuven voor bijvoorbeeld een grafische kaart. Er zijn ssd’s verkrijgbaar die je als insteekkaart in een dergelijk slot steekt, maar een dergelijke insteekkaart neemt meer ruimte in beslag dan een 2,5inch-ssd. In de vorm van sata-express en u.2 (ook bekend als SFF-8639) zijn twee standaarden bedacht om pci-express te gebruiken in combinatie met het vertrouwde 2,5inch-formaat. 

Een heel groot succes lijkt dat niet te zijn. Vooralsnog lijkt m.2 dé standaard te gaan worden voor pci-express-ssd’s. M.2 is te beschouwen als de opvolger van mSata en is een compacte ssd in de vorm van een klein insteekkaartje die eigenlijk bedoeld is voor laptops. M.2 is echter niet alleen bij laptops populair, ook steeds meer desktops hebben een m.2-slot aan boord. Hoewel m.2 doorgaans in één adem genoemd wordt met pci-express, kan de aansluiting ook gebruikt worden in combinatie met het sata-protocol. Er zijn dan ook m.2-sata-ssd’s.

Snelheid

Waar sata theoretisch ophoudt bij 600 MB/s, gaat pci-express vooralsnog tot maar liefst 4 GB/s. De snelheid is wel afhankelijk van de gebruikte versie van pci-express en het aantal lanes waarmee de ssd verbonden is met de interface. In het geval van pci-express 3.0 heeft een lane een snelheid van 1 GB/s. Er kunnen vervolgens twee of vier pci-express-lanes gebruikt worden waarmee voor zowel lezen als schrijven een maximale snelheid van bijna 2 of 4 GB/s beschikbaar is. 

Die maximale snelheid is nog niet gehaald, de snelste ssd’s als Samsung SSD 960 Pro halen nu z’n 2700 MB/s. Wordt er gebruik gemaakt van het oudere pci-express 2.0, dan is er 500 MB/s per lane beschikbaar en kom je dus op maximale snelheden van 1 of 2 GB/s. 

Pci-express wordt nog altijd doorontwikkeld, versie 4.0 moet de snelheid per lane wederom verdubbelen. Moderne moederborden bieden doorgaans m.2 via pci-express 3.0, terwijl je op oudere moederborden ook m.2-sloten tegenkomt die gebruikmaken van pci-express 2.0. Heeft je moederbord geen m.2-slot, dan zijn er adapters beschikbaar om een m.2-ssd te gebruiken op een normaal pci-express-slot. OCZ verkoopt de RevoDrive 400 bijvoorbeeld ook inclusief een dergelijke adapter.

Nvme

De overstap van sata naar pci-express is niet de enige reden dat de snelste pci-express-ssd’s zo snel zijn. In de vorm van nvme wordt er namelijk ook een nieuw aansturingsprotocol gebruikt. Nvme is de opvolger van ahci, het aansturingsprotocol dat voor sata-schijven gebruikt wordt.

Ahci is ontworpen voor gewone harde schijven en kan slechts 32 commando’s tegelijkertijd verwerken. Opvolger nvme is uiteraard wel voor ssd’s ontwikkeld en heeft 65536 wachtrijen van elk 65536 commando’s die tegelijkertijd naar de ssd verzonden kunnen worden. Er zijn overigens ook pci-express-ssd’s die gebruikmaken van ahci, maar de combinatie van pci-express en nvme is uiteraard de toekomst.

Slc, mlc, tlc-ssd

Een ssd maakt gebruik van flashgeheugen en slaat informatie in geheugencellen op met een elektrische spanning. De eerste en nu duurste ssd’s werken met slc (singel-level-cell), waarbij er twee spanningsniveaus gebruikt worden om één bit op te slaan. De meeste consumenten-ssd’s werken met mlc (multi-level-cell), waarbij er vier spanningsniveaus gebruikt worden om twee bits per cel op te slaan. De nieuwste en goedkoopste geheugencellen gebruiken tlc (triple-level-cells), waarbij er drie bits opgeslagen kunnen worden via acht verschillende spanningsniveaus.

Hoe meer spanningsniveaus er gebruikt worden, hoe lastiger het onderscheid wordt. Omdat een geheugencel slijt door gebruik, wordt dit onderscheid bovendien steeds lastiger. Een tlc-cel zal sneller het punt bereiken waarop dit onderscheid niet meer gemaakt kan worden dan een mlc-cel. Is onderscheid niet langer mogelijk, dan is de geheugencel kapot. Overigens hoef je je niet direct zorgen te maken over de levensduur van een ssd met tlc-technologie. Samsung specificeert voor hun SSD 750 met tlc-geheugen bijvoorbeeld nog altijd een levensduur van 100 TB schrijven.

Verschil 3D-nand en v-nand

Hoe kleiner (en goedkoper) het productieprocedé is, hoe sneller het flashgeheugen door schrijfacties slijt. In 2009 werd doorgaans een 50nm-procedé gebruikt, tegenwoordig is 15 of zelfs 15 nm gangbaar. De grenzen van de verkleining zijn dus bereikt, maar uiteraard willen flashfabrikanten altijd nog meer efficiëntie. Een oplossing is zogenoemd 3D-nand. Hierbij wordt een groter productieprocedé gebruikt waarbij cellen gestapeld worden, zodat er op dezelfde oppervlakte toch meer geheugencellen passen zonder het procedé te verkleinen. 

Samsung was de eerste flashfabrikant die 3D-nand toepaste in de vorm van v-nand (vertical nand) en is het verst met de technologie. In de nieuwste Samsung-ssd’s wordt hun derde generatie v-nand gebruikt, waarbij maar liefst 48 lagen op elkaar worden gestapeld. Intel/Micron en Toshiba/SanDisk hebben inmiddels ook 3D-nand. Net als normaal flashgeheugen kan 3D-nand gebruikt worden als mlc- of tlc-geheugen.

Lees ook