Af Palle Vibe, Alt om Data
Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.
Det gode, gamle pladelager – harddisken – er en truet art. Ssd-disken står ikke længere i kulissen som fremtidens scenetalent. Den nye teknologi er allerede ved at erobre computermarkedet. Optimister spår dette drevs totale markedsovertagelse indenfor en halv snes år. Men går det sådan? Pessimister findes, og de mener, at ssd-teknologien vil skride i svinget, da denne type hukommelse ikke kun indebærer en masse uovervindelige fordele.
En harddisk eller et harddisk-drev (hdd) kan sammenlignes med en grammofonplade, hvor musikken ligger fysisk i form af rækker af fremspring på hver side af en lang rille i én retning som i en dyb bjergkløft. Fremspringene aftastes med en pickup, der omsætter informationen til elektromagnetiske signaler. På en harddisk ligger informationen gemt i et magnetlag på skiven og skal også aftastes af en pickup. Grammofonpladen er analog, hvor harddisken er digital, men aftastningen sker i begge tilfælde mekanisk med en pickup.
Og mens hvert nummer på grammofonpladen er én lang rille, der blot skal aftastes fra en ende af, ligger informationen meget mere spredt på harddisken, og pickuppen suser rundt og frem og tilbage for at finde den rigtige fil eller det ønskede program. Det tager tid, og det kan støje lidt.
Der er også meget mekanisk slid, og derfor nedbrydes harddiske med tiden, ligesom de er ekstremt følsomme over for stød og rystelser. Dertil kommer, at magnetbelægningen trues af støv og ridser.
Minder om en USB-nøgle
Et ssd-drev – forkortelse for Solid State Drive – derimod er principielt en flash-hukommelse, der i mange henseender svarer til en USB-nøgle. Begge består af tusindvis af små selvstændige transistor-kredsløb, der kan tilgås på et øjeblik ved blot at tænde eller slukke for strømmen til dem. Der er ingen bevægelige dele overhovedet, og derfor er flash-hukommelser også langt mindre støjende og langt mindre sårbare overfor stød. De udvikler heller ikke så meget varme.
I midten af 1990’erne fandt man derfor på at proppe så mange hukommelses-chip, som der er plads til, ned i et almindeligt harddisk-kabinet og sætte det ind på den gamle mekaniske harddisks plads. Og så var ssd-disken født. Først til brug for luftfart og militær, men snart også til den almindelige forbruger.
Betegnelsen solid state henviser til det faktum, at hukommelsen er baseret på aktive halvlederkomponenter. Og da kabler og porte til både data og strøm er identiske med dem, du i forvejen benytter til dine SATA-harddiske, er det relativt nemt at installere en ssd-disk i både bærbare og stationære pc’er, hvor den med sin hastighed vil kunne forkorte både opstartstid, indlæsning af programmer og datahåndtering i al almindelighed.
En moderne ssd-disk har typisk (i hvert fald ifølge producenterne) en læse- og skrivehastighed på henholdsvis 250 og 170 MB/s (= megabyte pr. sekund) og er næsten 10 gange hurtigere på dette punkt end en traditionel harddisk. Ssd-producenterne udvikler desuden til stadighed hurtigere ssd-drev, og 270-280 MB/s er ikke længere noget særsyn. Og i modsætning til en traditionel harddisk, der bliver langsommere, jo mere du fylder på den, er et ssd-drev lige hurtigt, hvad enten det er tomt eller fuldt.
Strømforbruget er tilmed væsentlig lavere (ikke mindst til fordel for bærbare computere). Desuden er en ssd-disk meget mere modstandsdygtig over for stød og slag.
Opbygget af celler
Men hvorfor sidder der så ikke en ssd-disk i alle nye computere? Det er der flere gode grunde til udover prisen pr. GB, hvor den traditionelle harddisk stadig er billigere. De fleste beror på selve den måde et ssd-drev er bygget på.
Der er to hovedtyper af flash-hukommelse, der kaldes hhv. NOR og NAND. I NOR-hukommelser er transistorkredsløbene forbundet parallelt, mens de i NAND-hukommelser er forbundet serielt. NAND-hukommelse er mere simpel i opbygning og kan registrere data hurtigere, ligesom der kan lægges flere på en given chip, og det billiggør fremstillingen. Flertallet af ssd-diske er derfor baseret på NAND-hukommelse.
Transistorkredsløbene ligger i gitre af rækker og søjler. Hvis der går strøm igennem, har kredsløbene – eller cellerne, som de betegnes i denne sammenhæng – værdien 1. Hvis strømmen afbrydes, bliver værdien 0. Som udgangspunkt står alle celler på 1, men for at få cellerne til at huse information, må nogle af dem naturligvis stilles tilbage til 0 igen.
Også cellerne kan opdeles i to typer: SLC (single-level cell) og MLC (multi-level cell). En single-level cell kan lagre 1 bit, mens en multi-level celle normalt kan lagre 2-3 bits. Derfor er en multi-level celle også generelt billigere at fremstille end en single-levelcelle med samme kapacitet.
Det kræver imidlertid en større spænding at skrive end at læse. For mens læsning af information blot består i at tjekke spændingen i de pågældende celler, forudsætter skrivning en spændingsændring. Det kræver tilmed også større spænding at skrive 1 end 0.
Forestil dig to vandkrukker i forskellig højde forbundet med et rør og en hane. Krukkerne svarer til celler, og vandet til strøm. Først fylder du den øverste (sætter spænding på kredsløbet), hvilket svarer til at skrive 1. Du kan nu tømme vandet fra den øverste til den nederste ved blot at lukke op for hanen. Derved bliver den øverste tom (værdi = 0), mens den nederste nu bliver fuld (værdi = 1). Det forudsætter kun en ringe mængde energi. Skal du derimod skrive 1 i den øverste igen (altså erstatte informationen med en ny), skal du genetablere den oprindelige tilstand og derfor tvinge vandet fra nederste krukke tilbage i øverste.
Det tager noget mere energi, og derfor kræver det kraftigere spænding at genetablere et 1-tal fra et 0. Og det er også i princippet det, du gør, når du sletter data på en ssd-disk. Derfor er det også hurtigst og mest rationelt at slette større områder, når du nu er i gang, og af den grund har en ssd-disk en indbygget algorime, der finder de data, der kan eller skal slettes og sletter dem alle sammen på én gang.
Men denne evige vandstrøm (eller reelt elektronstrøm), slider på systemet, og efter en vis tid er cellerne slidt op. I praksis sker det efter ca. 10.000 skrivninger/sletninger for en MLC-celle, hvilket giver en levetid på 5-8 år. Producenterne opgiver ofte en såkaldt MTBF-værdi på pakningen (Mean Time Between Failure), som sagtens kan lyde på 1.500.000 timer (eller mere end 170 år). Tallet afspejler dog først og fremmest, hvor længe drevets controller formentlig vil kunne fungere uden fejl og altså ikke, hvor længe selve drevet vil blive ved med at fungere.
Alle ssd-diske taber desuden i hastighed over tid af en anden årsag. En ny ssd-disk kan populært sammenlignes med en skriveblok med lutter blanke blade, som er lige til at skrive løs på. Men når du efterhånden har skrevet noget på alle blokkens blade, skal drevet på grund af den ovennævnte algoritme først finde et tilstrækkeligt antal huller og flytte de oprindelige skriverier derover, før de kan slettes for at skaffe plads til nye. Og den proces skal gennemløbes for hver ny tilføjelse af data.
Det kan synes som noget af en begrænsning, og det er det også. I praksis står det dog ikke helt så slemt til, for der er så godt som altid nogle huller, og det kan en god ssd-controller udnytte til at fylde hukommelsen helt op med nyskrevne data, før den giver sig til at slette de gamle (hvor ofte har du strengt taget fyldt en harddisk totalt op?) Samtidig defragmenterer drevet også sig selv, så det ikke er nødvendigt at defragmentere et ssd-drev manuelt. Det kan faktisk skade dit ssd-drev, hvis du kører diskdefragmentering, fordi alle slette- og skrive-operationerne slider på drevet.
Risiko for datatab
Men denne procedure åbner også for en alvorlig risiko. Hvis strømforsyningen svigter, mens denne overflytningsproces er i gang, vil alle involverede data, der jo reelt i dette øjeblik befinder sig i ”cyberspace”, forsvinde.
Universitetet i den amerikanske delstat Ohio foretog i marts sidste år en undersøgelse, der udsatte 15 forskellige ssd’er fra fem forskellige leverandører for provokerede strømafbrydelser. Det medførte alvorlige skader med både datatab og total-nedbrud for 13 af de 15 ssd’er mistede store mængder data, skønt forskerne ellers var bombesikre på samme data ikke ville blive påvirket af en strømafbrydelse
Og der er andre problemer
Ssd kan heller ikke (endnu) fås med lige så meget lagerplads som en harddisk. Godt nok kæmper producenterne for at øge kapaciteten, og i de sidste seks år er strukturbredden i NAND-chips da også faldet fra 72 til 25 nanometer. Forskerne forventer, at den bliver yderligere reduceret til 6,5 nm frem mod 2024. Men efterhånden som strukturbredden bliver reduceret, og datatætheden (og dermed lagerkapaciteten) stiger, stiger også latenstiderne og fejlprocenten dramatisk.
Ifølge en undersøgelse af University of California i San Diego i samarbejde med Microsoft Research i Mountain View vil begge dele måske blive fordoblet eller tredoblet. Samtidig øges mulighed for bitfejl med op til tre gange.
Der synes desværre at være tale om et grundlæggende problem i NAND Flash-teknologien, som ikke uden videre kan løses. Enten kan et ssd-drev optimeres til kapacitet eller også til ydelse, men desværre ikke umiddelbart begge dele. I 2024 vil kapaciteten måske nok være nået op på 16 TB, men det vil formentlig ikke være så imponerende til den tid, ligesom sådan et ssd-drev vil være meget langsommere end de nuværende ssd’er, og samtidig vil levetiden være kortere.
Endelig er der som nævnt prisen, der i dag ligger på cirka 900 kroner for et 128 GB ssd-drev, mens et 500 GB drev kan fås for cirka 2300 kroner. Er du mere forlangende, kan et Samsung 1 TB-drev anskaffes for omkring 3800 kroner. 128 GB opfattes normalt som minimum for at få plads til både styresystem og installerede programmer.
Følger ssd-diske som meget andet indenfor it-verdenen Moores Lov, så vil størrelsen på ssd-lagerplads vokse, og prisen falde. Men altså lige hvad angår ssd-teknologien, ser denne sympatiske tendens desværre ud til for en gangs skyld at løbe panden mod en mur.
Men kan du leve med disse indbyggede slagsider, er en udskiftning af den gamle udtjente hardisk til fordel for et lynhurtigt ssd-drev værd at overveje. Du skal bare ikke forvente, at en ssd-disk kan få en halvgammel computer til at sparke fra sig som en ny. På en ydelsesmæssigt begrænset maskine som en bærbar netbook med Intels strømbesparende, men også ret langsomme Atom-processor, vil du ikke opleve nær samme performance-forbedring, som hvis du installerer drevet på en ny og stærk maskine.
Harddisken giver heller ikke op for en smule modstand. Lagerhukommelse baseret på roterende medier har stadig en række fordele overfor ssd-hukommmelse i form af kapacitet og pris pr. GB. Derfor forsøger producenterne fortsat at udvikle nye typer roterende teknologier til opbevaring. Western Digital er eksempelvis på vej med en helium-fyldt harddisk, der har en kapacitet på mere end 5 TB.
En mellemting, der udnytter det bedste fra både en traditionel harddisk og en ssd-disk, er hybriddiske af den type, der anvendes i eksempelvis Macbook Air, hvor lagerhukommelsen er opbygget af såvel en ssd-enhed samt en almindelig harddisk. En hybriddisk udnytter derved fordelene ved en ssd-enheds høje tilgangshastighed og lave strømforbrug, samtidig med at man får harddiskens store kapacitet og relativt lavere pris.
Det er allerede et par år siden, at de første notebooks med hybriddiske kom på markedet fra producenter som Apple, Samsung, Seagate, SanDisk og Toshiba, og i dag har alle pc-producenter dem.
Ssd-diske kan håndteres af både iOS og Windows. Windows 7 og 8 er dog bemærkelsesværdigt bedre til at håndtere ssd-drev end Vista. Ikke alene fordi Windows 7 og 8 har defragmentering frakoblet som standard, men de har også indbygget en funktion kaldet ”Trim”.
Det er en Windows-kommando, der kan fortælle ssd’en, hvilke dataområder på disken, der kan frigøres. På den måde kan disken finde ud af at flytte rundt på dataområder for at skabe plads til nye og slette så meget som muligt på en gang for at undgå unødigt slid på cellerne. Det forlænger måske sletteprocessen, men forkorter til gengæld skriveprocessen, og den tæller gerne mere.
Nogle ssd-diske har dog en automatisk oprydningsfacilitet kendt som ”Idle Garbage Collection”, der består i, at den lidt tidskrævende sletteproces foretages automatisk, når drevet er inaktivt. Trim-funktionen skal imidlertid understøttes af drevet på firmware-niveau. Før du anskaffer et ssd-drev, bør du derfor sikre dig, at det understøtter Trim, og det gør du bedst ved at vælge et drev fra en anerkendt producent, der jævnligt stiller firmware-opgraderinger til rådighed.
[themepacific_accordion_section title="Fakta"]
Den evige elektronstrøm slider på ssd-systemet, og efter en vis tid er cellerne slidt op. I praksis er levetiden på 5-8 år.”
[/themepacific_accordion_section][/themepacific_accordion]