Media Penyimpanan Evolusi Bagian 4: Solid State Drive

Halo semuanya! Ini adalah bagian terakhir dari materi kami tentang evolusi media penyimpanan. Dan hari ini kita akan berbicara tentang memori flash dan solid state drive - tentang masa lalu, sekarang, dan masa depan mereka.

Memori flash dibuat jauh sebelum flash drive pertama. Fujio Masuoka, seorang insinyur di Toshiba, dianggap sebagai bapak memori flash, yang penemuannya dipresentasikan pada konferensi IEEE 1984 di San Francisco. Ngomong-ngomong, nama "flash" diciptakan oleh rekan Masuoka, Shoji Ariizumi. Proses menghapus data dari memori tersebut mengingatkannya pada flash (dari flash Inggris - flash).

Pengoperasian memori flash didasarkan pada perubahan dan pendaftaran muatan listrik di wilayah terisolasi struktur semikonduktor. Ada beberapa jenis memori flash. Produk komersial pertama adalah memori flash tipe NOR, yang dikembangkan oleh Intel. Itu terjadi pada tahun 1988.

Desain NOR-flash menggunakan matriks klasik dua dimensi dari konduktor, di mana satu sel terletak di persimpangan baris dan kolom. Keuntungan dari desain ini adalah memungkinkan Anda untuk secara instan membaca keadaan sel tertentu, menerapkan tegangan positif ke baris dan kolom yang sesuai.

Pada tahun 1989, Toshiba memperkenalkan memori flash tipe NAND. Perbedaan utama antara flash NAND dan chip NOR adalah bahwa desain NAND menggunakan array tiga dimensi, bukan matriks dua dimensi. Dengan kata lain, jika di NOR hanya ada satu sel di persimpangan baris dan kolom, maka di NAND mungkin ada beberapa.

Tentu saja, itu mudah untuk mengakses sel tertentu seperti di NOR, sekarang tidak mungkin, dan algoritma untuk membaca informasi jauh lebih rumit. Namun demikian, pendekatan ini memungkinkan untuk membuat chip memori yang lebih luas. Dalam flash drive dan SSD modern, itu adalah memori NAND yang digunakan. Nah, chip NOR telah menemukan aplikasi di area di mana kapasitas tidak memainkan peran kunci - misalnya, dalam elektronik otomotif.

Untuk waktu yang lama, sel unit hanya dapat menyimpan sedikit informasi. Sel semacam itu disebut sel tingkat tunggal (SLC). Kemudian muncul sel multi-level dengan kapasitas dua-bit (MLC, sel multi-level). Akhirnya, sel tiga tingkat dikembangkan. Sel-sel seperti itu lebih baik dibandingkan dengan MLC dalam biaya rendah. Jadi, biaya memori TLC 1 GB pada 2015 hanya sebesar $ 0,4. Sisi sebaliknya dari memori dengan sel tiga tingkat adalah kecepatan tulisnya yang rendah dan sumber daya yang lebih rendah dibandingkan dengan MLC.

Tetapi kembali ke solid state drive. Anehnya, tetapi perangkat SSD pertama kali diperkenalkan pada tahun 1976 - 8 tahun lebih awal dari memori flash. Ini dikembangkan oleh Dataram dan disebut Bulk Core.

Banyak orang secara keliru percaya bahwa SSD apa pun didasarkan pada memori flash, tetapi tidak demikian halnya. Mereka mendapat nama SSD (Solid State Drive) karena tidak ada bagian yang bergerak dalam desain mereka.

Konstruksi Core Massal terdiri dari sasis khusus berukuran 19x15,75 inci dan 8 slot RAM yang terletak di atasnya dengan kapasitas masing-masing 256 KB. Dengan demikian, kapasitas perangkat adalah 2 MB. Inti Massal tersedia untuk $ 9,700.

2 tahun setelah kemunculan Bulk Core, sebuah perangkat bernama STC 4305 mengikuti. Drive ini dikembangkan oleh StorageTek. STC 4305 adalah ukuran seluruh ruangan dan dapat menyimpan informasi 45 MB. Bandwidth adalah 1,5 MB / s, yang sekitar 7 kali lebih tinggi dari hard drive IBM 2305. Tetapi harga drive SSD inovatif sesuai: STC 4305 diperkirakan $ 400 ribu.

Pada tahun 1982, Axlon memperkenalkan jajaran solid state drive yang dirancang untuk digunakan dengan komputer Apple. Perangkat disebut Apple II RAMDisk. Dari namanya menjadi jelas bahwa drive ini menggunakan RAM-memori. Kapasitas mereka tidak begitu mengesankan: versi dengan memori 320 KB menjadi yang paling populer. Omong-omong, untuk mencegah hilangnya informasi, baterai yang dapat diisi ulang disertakan dengan drive.

Pada tahun 1988, Intel memperkenalkan chip memori flash NOR komersial pertama. Mereka digunakan dalam SSD drive pertama - Flashdisk, yang dikembangkan oleh Digipro dan dirilis pada akhir 1988. Flashdisk dimaksudkan untuk digunakan pada komputer PC IBM dan dapat menyimpan hingga 16 MB data. Pada saat itu, biaya drive adalah $ 5.000.

Setahun kemudian, perusahaan Israel M-Systems juga memperkenalkan SSD flash NOR, tapi itu hanya prototipe. Untuk waktu yang lama, para insinyur Israel memodifikasi perangkat, dan hanya pada tahun 1995 perusahaan berhasil merilis drive SSD komersial. Itu adalah model FFD-350 (Fast Flash Disk), dibuat dalam form factor biasa 3,5 ". Kapasitas penyimpanan maksimum adalah 896 MB, walaupun diproduksi versi 16-megabyte. FFD-350 bekerja melalui antarmuka SCSI. Biaya ini Karena perangkat mencapai beberapa puluhan ribu dolar, FFD-350 hanya digunakan di industri penerbangan dan militer, dan selama dekade berikutnya, M-Systems memperluas jangkauan perangkat FFD dengan drive baru dengan kinerja yang ditingkatkan.

Untuk waktu yang lama memori flash adalah kesenangan yang cukup mahal. Namun, pada awal 2000-an, biaya produksinya turun secara signifikan. Ini digunakan oleh Transcend, yang pada tahun 2003 merilis modul memori flash yang terhubung melalui antarmuka ATA Paralel. Kapasitas drive tersebut berkisar antara 16 hingga 512 MB. Harga untuk perangkat ini mulai sekitar $ 50, yang membuat model Transcend terjangkau bagi pengguna biasa.

Samsung memulai pertumbuhannya yang cepat di pasar solid-state drive dengan merilis drive 2,5 "dengan kapasitas 32 GB dan biaya $ 699 pada tahun 2006. SanDisk diikuti dengan drive 32GB 2,5" dengan antarmuka SATA.

Selain itu, pada 2006-2007, akhirnya mungkin untuk menyelesaikan masalah sejumlah kecil memori flash yang ditimpa. Ini memungkinkan kami untuk mempertimbangkan solid-state drive sebagai alternatif lengkap untuk hard drive.

Pada tahun-tahun berikutnya, pasar untuk SSD telah berkembang pesat. Sejumlah besar produsen mengambil perilisan perangkat. Jadi, OCZ pertama kali menunjukkan solid-state drive-nya sendiri di CES pada awal 2008.

Karakteristik drive juga tumbuh dengan cepat: mereka menjadi semakin luas dan cepat. Dalam hal ini, banyak produsen berpikir untuk pindah ke antarmuka yang lebih cepat. Itulah bagaimana SSD PCI Express pertama kali muncul, khususnya, Fusion-io ioDrive Duo.

Hari ini, pertanyaan tentang antarmuka sangat akut. Masalah utama dengan antarmuka SATA adalah bahwa kinerja SSD modern telah menjadi sangat tinggi sehingga bandwidth bus ini (dan itu adalah 600 MB / s) tidak cukup untuk sepenuhnya melepaskan potensi perangkat SSD. Sebagai perbandingan: hanya dua jalur PCI Express 3.0 yang menyediakan throughput efektif 1560 MB / s, yang hampir 3 kali lebih tinggi dari SATA yang sama.

Seiring dengan perubahan antarmuka, juga direncanakan untuk beralih ke protokol NVMe baru, yang harus menggantikan AHCI yang sudah ketinggalan zaman. Menggunakan NVMe akan mengurangi latensi dan memberikan respons drive yang lebih cepat terhadap perintah, karena protokol ini awalnya "diasah" untuk pekerjaan multi-threaded dengan data.

Banyak yang berharap bahwa pada 2015 akan ada transisi besar-besaran dari SATA ke PCI Express, tetapi ini tidak terjadi. Pengenalan teknologi baru, produsen lebih suka perang harga, yang hasilnya adalah pencapaian biaya rendah 1 GB memori flash - $ 0,4.

Tahun 2015 juga menandai dimulainya transisi ke teknologi 3D V-NAND (Vertical NAND). Esensinya terletak pada kenyataan bahwa sel-sel memori tidak hanya terletak secara planar, tetapi juga berlapis-lapis. Ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan kapasitas tanpa mengubah ukuran sel memori individual. Fakta yang menarik adalah bahwa produksi memori flash 3D V-NAND tidak memerlukan penggunaan proses teknologi terbaru. Misalnya, Samsung menggunakan proses pembuatan 3D V-NAND 3D 40nm. Volume chip Samsung mencapai 256 Gbps, sedangkan sel-selnya terletak di 48 lapisan.

Sayangnya, hari ini Samsung adalah satu-satunya perusahaan yang memiliki gudang solid-state drive menggunakan teknologi ini. Namun demikian, di tahun mendatang, perusahaan Korea Selatan pasti akan memiliki pesaing. Aliansi Mikron dan Intel, SK Hynix dan Toshiba mengumumkan rencana mereka untuk memori 3D V-NAND. Selain itu, dalam produksi memori flash TLC multi-layer, Toshiba akan menggunakan teknologi 3D BiCS NAND-nya sendiri (Bit Cost Scalable), yang akan membuat chip lebih kecil dan lebih murah daripada pesaing.

Selain itu, jangan lupa bahwa pada 2016 teknologi 3D XPoint baru, yang dikembangkan oleh aliansi Intel Mikron yang sama, akan melihat cahaya. Belum banyak informasi tentang teknologi.

Menurut pengembang, teknologi akan didasarkan pada perubahan dalam resistensi dari bahan yang terletak di antara konduktor, yang akan memberikan memori dengan kecepatan membaca dan menulis yang sangat tinggi. Antara lain, mereka berjanji bahwa memori 3D XPoint akan 1000 kali lebih tahan aus, dan ketika menggunakan protokol PCI Express dan NVMe, ia akan memiliki latensi 10 kali lebih sedikit daripada memori flash NAND. Perangkat dengan memori 3D XPoint akan disebut Intel Optane dan akan digunakan di pusat data.

Ini menyimpulkan seri artikel kami tentang evolusi media penyimpanan. Tetapi akan ada banyak hal menarik di masa depan! Tetap disini.

Source: https://habr.com/ru/post/id389043/