Solid State Drive – Geschiedenis en werking van een SSD

Net als een harde schijf wordt een SSD, Solid State Drive, gebruikt door een computer voor permanente opslag van bestanden. Het grootste verschil met een harde schijf is dat een SSD geen bewegende delen bevat. Er wordt gebruik gemaakt van geheugenchips om de data op te slaan.

Dankzij de geheugenchips zijn SSD’s sneller en zuiniger dan harde schijven. Daarnaast bedraagt de toegangstijd van een SSD minder dan 1 milliseconde. Hierdoor voelt de computer in gebruik veel sneller aan. Nadelen zijn er ook. Zo zijn ze voorlopig een per GB een stuk duurder dan een traditionele harde schijven. Daarnaast is datarecovery met een SSD vrijwel onmogelijk. Meer informatie: Voordelen en nadelen van een SSD.

De geschiedenis van de Solid State Drive (SSD)

Sinds 2009 bestaan er relatief betaalbare consumenten SSD’s (Solid Sate Drives). De techniek is dus nog vrij jong. De eerste generaties waren duur en kenden nogal wat problemen. Voor een SSD van 100 GB moest meer dan €200,- worden betaald. De betrouwbaarheid was ook nog niet optimaal. Met name de SSD’s met een zogenaamde sandforce controller (vooral gebruikt door het bedrijf OCZ) bleken erg veel last te hebben van storingen. Zo kregen gebruikers van deze schijven last van BSOD’s, de blauwe schermen van windows. Tevens waren sommige schijven ineens niet meer leesbaar en was dus alle data verloren.

Gelukkig zijn SSD’s verder ontwikkeld en is ook de prijs gedaald. In April 2012 werd voor het eerst de grens van €1,- per GB doorbroken. Let op dat harde schijven met €0,10 per GB op dat moment nog altijd factor 10 goedkoper waren. De prijs per GB daalt ondertussen ieder jaar. In 2014 kwamen we voor het eerst onder de 50 cent per GB uit: €0,43 per GB. Anno 2015 is de prijs verder gedaald naar circa €0,32 per GB.

De werking van een SSD in het kort

Simpel gezegd is een SSD een uit de hand gelopen USB-stick. De SSD bevat geen bewegende delen maar gebruikt meerdere geheugenchips om gegevens permanent op te slaan. Een SSD beschikt over diverse geheugenchips die bestuurd worden door een controller. Het besturingssysteem kan alleen communiceren met deze controller en niet direct in het geheugen lezen of schrijven. Alleen de controller weet in welke geheugencel de informatie te vinden is.

Het belangrijkste verschil met een USB-stick is dat de SSD gebouwd is op snelheid. Een goedkope USB-stick kan vaak slechts 5 tot 10 MB/s schrijven, een SSD haalt snelheden tot 500 MB/s. Om dit te bereiken gebruikt een SSD beter (maar duurder) geheugen.

SSDs in de praktijk

De interne werking van een SSD is vrij ingewikkeld. Het is daarom interessant om te kijken op welke punten de diverse modellen van elkaar verschillen. Een SSD bestaat uit een aantal verschillende onderdelen:

• Behuizing
• Printplaat
• Controller
• Geheugen

Een SSD bestaat uit een behuizing met hierin een printplaat. De meeste SSD’s worden volgens de 2,5 inch standaard geproduceerd. Ze zijn dus een stuk kleiner dan de 3,5 Inch harde schijven. Het ontwerp van de printplaat heeft invloed op de betrouwbaarheid van de SSD…

Behuizing

Op dit moment worden 95% van alle SSD’s volgens de 2,5 inch standaard geproduceerd. Dit is dus kleiner dan de reguliere desktop harde schijven die het formaat van 3,5 inch aanhouden. Vrijwel alle SSD’s zijn daarom te koop in een variant waarbij een zogenaamde bracket is meegeleverd. Dit bracket stelt de gebruiker in staat om een 2,5 inch schijf in een 3,5 inch drivebay te plaatsen.

Let op dat laptops vrijwel altijd over een 2,5 inch drivebay beschikken. Een bracket aanschaffen is in dit geval niet nodig. Door te kiezen voor een SSD zonder bracket kan tot €20,- worden bespaard.

De meeste behuizingen zijn 9mm of 7mm dik. Behuizingen van 7mm dik kunnen in laptops worden toegepast.

Printplaat

Het ontwerp van de printplaat heeft invloed op de betrouwbaarheid van de SSD. Enkele SSD’s hebben namelijk speciale condensatoren die in het geval van stroomuitval de SSD in staat stellen om de laatste opdrachten veilig af te ronden. Bij SSD’s zonder deze condensatoren bestaat het gevaar dat de zogenaamde mapping tables corrupt raken. Mapping tables vertellen de controller van de SSD welk bestand waar is opgeslagen. Zijn deze mapping tables kapot dan is alle data op de SSD verloren. De SSD is wel te repareren door een zogenaamde Secure Erase uit te voeren. De data is echter permanent verloren.

Op dit moment hebben van de consumenten SSD’s alleen de Intel 320 serie condensatoren. In dit voorbeeld heeft de linkse SSD (Intel 320) wel condensatoren, en de rechtse SSD geen condensatoren.

Controller

De controller van de SSD heeft grote invloed op de prestaties en stabiliteit van de Solid State Drive.

De taak van de controller is om opdrachten van het besturingssysteem te vertalen naar acties in het geheugen van de SSD. Bestanden moeten worden uitgelezen en opgeslagen. Daarnaast moet de controller bijhouden welke data in elke geheugencel is geplaatst. In tegenstelling tot bij de hardeschijf worden gegevens niet logisch achter elkaar opgeslagen en komen bestanden min of meer willekeurig in verschillende cellen terecht. Het besturingssysteem weet dus nooit waar de bestanden fysiek zijn opgeslagen maar moet dit vragen aan de controller. Bij een hardeschijf is bij het besturingssysteem bekent in welk cluster het bestand staat opgeslagen.

Tot slot heeft de controller invloed op de performance degredation, de achteruitgang in prestaties, door het uitvoeren van zogenaamde garbage collection. Dit zal later meer in detail worden uitgelegd.

Soorten Controllers

Momenteel worden de volgende controllers toegepast in consumenten SSD’s:

Sandforce

Een veel voorkomende controller. Vooral bekend van gebruik door OCZ (Vertex 1, 2 en 3 reeks), Corsair en Kingston. Deze controllers hebben een slechte reputatie opgelopen door problemen met stabiliteit. Sinds 2012 gebruikt ook Intel sandforce controllers in zijn 520 en 330 reeks in plaats van zijn eigen controllers. Intel heeft de firmware uitvoerig getest en verbetert zodat deze bekende problemen bij de SSD’s van Intel niet voorkomen.

Marvell

Staat bekend als betrouwbare controller zonder firmware problemen. Een bekende toepassing is de Crucial M4. De Marvell controller blijft t.o.v. de sandforce controllers iets achter in prestaties bij gebruik van normale data. Echter bij niet-comprimeerbare data is juist deze controller sneller. Voor het verschil tussen comprimeerbare en niet-comprimeerbare data zie het artikel: Wat is comprimeerbare data en wat is niet-comprimeerbare data?

Overige controllers

Daarnaast zijn er een aantal bedrijven met hun eigen controller:

• Intel (oude 310, 320 en 510 serie)
• Samsung
• OCZ (door overname Indilinx)