Ssd jyrää magneettilevyt

Lauri Suoranta • Mittaukset: Toni Kilpeläinen • Kuvat: Mikko Hannula

Ssd jyrää magneettilevyt

Solid state -levyt kasvattavat suosiotaan nopeasti. Hinnat putoavat samalla kun levyjen kapasiteetit kasvavat. Magneettinen kiintolevy on muutaman vuoden kuluttua harvinaisuus.

Testissä:
• Imation SSD Pro 7000
• Intel X25-M
• Kingston Ssdnow M
• Mtron Pro 7500
• Patriot Warp v2 64GB

Runsas vuosi sitten massamarkkinoille saapuneet ssd-levyt saivat alkuun melko kriittisen vastaanoton. Niitä pidettiin kapasiteettiin nähden hyvin kalliina, eikä selkeää nopeusetuakaan ollut havaittavissa. Tässä ei ollut mitään yllättävää, sillä ssd-teknologia oli nuorta ja kehittymätöntä. Nyt ssd etenee harppauksin tuotantomäärien kasvaessa ja uusien valmistajien tullessa markkinoille.

Kannettavat ovat uutuuslevyjen suosituin käyttökohde. Useimmilla suurilla valmistajilla on mallistoissaan ssd-levyllä varustettuja kannettavia. Teknologia kasvattaa suosiotaan nopeasti myös palvelinympäristöissä, koska levyrikot aiheuttavat huomattavia kustannuksia.

Edut kiistattomia

Ssd-levyillä on huomattavia etuja edeltäjiinsä nähden. Merkittävin lienee liikkuvien osien puuttuminen. Lukupään ei tarvitse risteillä ympäri levyä tietoa hakien, mikä pienentää hakuajat murto-osaan. Virtaa kuluttavaa ja äänekästä moottoria ei tarvita.

Ssd-levyjen nopeus on herättänyt kiivasta keskustelua. Suorituskyvyn mittaaminen ei ole yksiselitteistä. Tärkeimpiä käyttökokemukseen vaikuttavia suureita ovat luku- ja kirjoitusnopeus sekä hakuaika.
Nopeustestit osoittavat uusien ssd-levyjen ohittaneen perinteiset kiintolevyt selvästi etenkin lukunopeudessa. Dataa liikkuu keskusmuistiin päin parhaimmillaan yli pari sataa megatavua sekunnissa. Loppukäyttäjän kannalta tämä näkyy esimerkiksi ohjelmistojen lyhentyneinä käynnistymisaikoina.

Kirjoitusnopeus on yhä selvästi vaatimattomampi. Hitaus johtuu siitä, että tallennusyksiköt on tyhjennettävä vanhasta datasta ennen uuden kirjoitusta. Tämä ei juuri haittaa, koska tyypillisessä käytössä dataa luetaan huomattavasti enemmän kuin kirjoitetaan. Joitain poikkeuksia toki on, esimerkiksi kuvien ja videoiden käsittely.

Säilyykö tieto?

Ssd-levyjen kestävyys on ollut pitkään kaksiteräinen miekka. Ne kestävät huomattavasti tavallista kiintolevyä paremmin esimerkiksi iskuja, tärinää ja lämpövaihteluja. Helposti vioittuvaa pyöritysmoottoria ei ole.

Kääntöpuolena joillain mlc-tekniikkaa käyttävillä levyillä tallennusyksiköt kestävät vain joitakin kymmeniä tuhansia päällekirjoituksia. Tämä on vakava ongelma järjestelmälevyllä, sillä esimerkiksi lokitiedostoissa ja tiedostojärjestelmille varatuilla tallennusalueilla luku voi ylittyä tietokoneen eliniässä.

Syytä huoleen tuskin on. Nykyaikaisilla slc-tyypin levyillä valmistajien ilmoittama uudelleenkirjoitusten määrä mitataan sadoissa tuhansissa, ja luku kasvaa koko ajan.

Uusia tiedostojärjestelmiä

Ssd-levyt toimitetaan etupäässä sata-liitännällä tavallisten kiintolevyjen tapaan. Fyysiset mitatkin ovat samoja, joskin pienempiä levyjä on saatavilla vastaavasti pienemmällä kapasiteetilla. Kahden ja puolen tuuman leveys on ylivoimaisesti yleisin, koska se on vakiintunut kannettaviin. Tässä suhteessa siirtymä magneettisista levyistä on erittäin vaivaton.

Vaikka ssd-levyt toimivat ilman erillisiä ajureita, aivan joka suhteessa ne eivät ole rinnasteisia magneettilevyihin. Etenkään nykyiset tiedostojärjestelmät eivät ole ihanteellisia, koska ne on suunniteltu lieventämään magneettilevyjen teknisiä rajoituksia.

Ensimmäinen erityisesti ssd-levyille suunnattu tiedostojärjestelmä on Sandiskin viime marraskuussa julkistama Extremeffs. Sen luvataan parantavan merkittävästi etenkin kirjoitusnopeutta.

Perusperiaatteena on tallentaa tieto nopeimmin saatavilla oleviin fyysisiin tallennusyksiköihin peräkkäisten yksiköiden sijaan. Tästä aiheutuva tiedon pirstoutuminen eri puolille levyä ei ole ongelma, koska hakemiseen ei kulu juurikaan aikaa. Samalla levyn käyttöikä pitenee uudelleenkirjoitusten aiheuttaman rasitteen jakautuessa tasaisesti ympäri levyä.

ssd - kiintolevy
Fyysinen koko: 1" – 3.5 " | 2.5 "– 3.5 "
Kapasiteetti/levy: 250 Gt | 1000 Gt
Tallennustilan hinta: > 3 €/Gt (slc) | 0,15 €/Gt
Mekaaninen kestävyys: hyvä | heikko
Käyttöääni: äänetön | vaihtelee

Ssd-levyt ovat vielä kalliita verrattuna magneettisiin kiintolevyihin, mutta ne tarjoavat useita etuja.

Siirtymävaiheesta lyhyt

Ssd-levyjen yleistyminen kuluttajatuotteissa riippuu pitkälti hintakehityksestä. Tällä hetkellä tallennustilan hinta gigatavua kohden on karkeasti 10–20-kertainen tavallisiin levyihin nähden.

Ammattikäyttöön ssd-levyn hankkiminen kannattaa jo nykyhinnoilla, sillä tallennustilan osuus tietokoneen kokonaiskustannuksista on pieni. Isoissa tallennusjärjestelmissä hintaero on huomattava, joten magneettilevy puolustaa toistaiseksi paikkaansa.

IDC-tutkimusyhtiö ennakoi ssd-kapasiteetin hinnan puolittuvan noin vuosittain. Mikäli kuluttajien kipurajana pidetään esimerkiksi 2–3-kertaista hintaa magneettilevyihin nähden, ssd:n voi arvioida syrjäyttävän vanhat levyt 3–4 vuodessa.

Sama raportti ennustaa ssd-levyjen myynnille noin 70 prosentin vuotuista kasvua. Myös laitevalmistajat ennakoivat kysynnän voimakasta lisääntymistä.

Vuodenvaihteen tienoilla useat yhtiöt ilmoittivat ssd-tuoteperheidensä laajennuksista. Kuluvan vuoden aikana uusia levyjulkistuksia on odotettavissa esimerkiksi Toshibalta, Inteliltä ja Samsungilta.

Ssd tallentaa puolijohteisiin

Ssd-levyt perustuvat flash nand -tekniikkaan, jota käytetään myös usb-muistitikuissa ja kameroiden muistikorteissa. Näiden puolijohdemuistien toimintaperiaate on täsmälleen sama, erot ovat piirien määrässä ja nopeudessa.

Pienin tallennusyksikkö on muistisolu. Solulla on neljä kohtiota, joista kaksi ensimmäistä ovat tyhjennyskohtio ja ohjelmointiin käytetty hallintakohtio. Jäljellä olevia lähde- ja nielukohtioita käytetään lukemiseen yhdessä hallintakohtion kanssa.

Solun sydämessä on kohtioista sähköisesti eristetty eli kelluva hila. Hilan varaustila määrää kynnysjännitteen, jolla solu muuttuu sähköä johtavaksi.

Yksitaso- eli slc-tyypin (single-level sell) solussa hilan ollessa negatiivisesti varattu kynnysjännite on korkea. Solun sanotaan olevan ohjelmoitu, ja siihen on tallennettu binääriluku 0. Muutoin solu on tyhjennetyssä tilassa, joka vastaa lukua 1.

Eristetyn hilan varaustilan muuttamisen mahdollistaa tunneloituminen, joka on kvanttimekaaninen ilmiö. Solua ohjelmoitaessa negatiivisesti varatut elektronit loikkaavat eristeen yli hilaan, jonne ne jäävät loukkuun. Tämä on mahdollista asettamalla hallintakohtioon positiivinen ohjelmointijännite, joka vetää elektroneja puoleensa. Solua tyhjennettäessä jännite asetetaan tyhjennyskohtioon, jolloin elektronit tunneloituvat hilasta pois.

Eriste kuluu

Koska tunneloituminen vaatii hyvin voimakkaan kohtiojännitteen, flash-solu säilyttää tilansa suotuisissa oloissa yli kymmenen vuotta. Haittapuoli on tunneloitumiseen kuluva aika, joka asettaa ylärajan kirjoitusnopeudelle. Solujen kuluminen ja vikaantuminen johtuvat yleensä eristeenä käytetyn piidioksidikerroksen muuttumisesta osittain sähköä johtavaksi.

Monitaso- eli mlc-solut (multilevel sell) poikkeavat slc-soluista varaustilojen lukumäärässä. Mikäli solussa on esimerkiksi neljä tilaa, siihen voidaan tallentaa yhden sijasta kaksi bittiä. Tällöin tilojen varausten on oltava lähempänä toisiaan tai ne on levitettävä laajemmalle välille.

Mlc-solut ovat hitaampia ja kestävät huomattavasti vähemmän kirjoituskertoja kuin slc-solut. Valmistusprosessin takia kynnysjännitteissä on luontaista satunnaisvaihtelua, mikä voi aiheuttaa myös lukuvirheitä.
Mlc-tekniikkaa käytetään puutteista huolimatta etenkin muistikorteissa, koska valmistuskustannus kapasiteettiin nähden on pienempi kuin slc-tekniikalla. Toisaalta tallentamalla useita tavuja soluun saadaan tietoa fyysisesti pienempään tilaan. Tallennustiheydessä ssd-levyt saavuttavat magneettisia levyjä nopeasti, mutta tekniikan rajat eivät ole vielä selvillä.

Suorituskyky vaihtelee

Tietokoneen testiin saapuneet levyt mitattiin käyttäen Hd Tune Pro 3.5 -ohjelmaa sekä Pcmark Vantagea. Lisäksi mittasimme Windows Vistan käynnistymisajan ja levyjen virrankulutuksen.
Mittaukset paljastivat levyjen suorituskyvyissä merkittäviä eroja. Testin kiistaton kuningas oli Intelin levy, jota myydään myös Kingstonin tuotemerkillä. Levy on tasaisen vahva kaikilla osa-alueilla, ja nopeusetu on havaittavissa jokapäiväisessä käytössä.

Hakuajassa sekä kirjoitusnopeudessa ssd-levyt olivat suhteellisen tasaväkisiä. Erot lukunopeudessa sen sijaan venähtivät valtaviksi Intelin ja Kingstonin ollessa kaksi-kolme kertaa kilpailijoitaan nopeampia.
Lukunopeuden suuri vaihtelu näkyi myös Vantage-testissä sekä Vistan käynnistymisajassa. Mtronin ja Imationin vaatimatonta suorituskykyä selittävät tuotteiden ikä ja niiden pohjautuminen mlc-tekniikkaan. Virrankulutuksessa huomattavia eroja ei ollut.

Levyjen hinnat eivät ole toistaiseksi vakiintuneet. Taulukossa esitetyt hintatiedot ovat vain viitteellisiä ja muuttunevat uusien mallien saapuessa markkinoille.

Intel X25-M

Hinta: 531 €

Kapasiteetti: 80 Gt
Lukunopeus: 250 Mt/s
Kirjoitusnopeus: 70 Mt/s
Liitäntä: sata/sata II

Tähtiä: 4,5

Kingston Ssdnow M

Hinta: 459 €

Kapasiteetti: 80 Gt
Lukunopeus: 250 Mt/s
Kirjoitusnopeus: 70 Mt/s
Liitäntä: sata/sata II

Tähtiä: 4,5

Patriot Warp v2 64GB

Hinta: 199 €

Kapasiteetti: 80 Gt
Lukunopeus: 175 Mt/s
Kirjoitusnopeus: 100 Mt/s
Liitäntä: sata/sata II

Tähtiä: 2,5

Imation SSD Pro 7000

Hinta: 540 €

Kapasiteetti: 32 Gt
Lukunopeus: 120 Mt/s
Kirjoitusnopeus: 90 Mt/s
Liitäntä: sata

Tähtiä: 2

Mtron Pro 7500

Hinta: 869 €

Kapasiteetti: 64 Gt
Lukunopeus: 130 Mt/s
Kirjoitusnopeus: 120 Mt/s
Liitäntä: sata

Tähtiä: 2