Dyski półprzewodnikowe ( SSD^(SSDs) ) szybko stają się preferowaną pamięcią masową komputerów dla systemów operacyjnych i aplikacji. Znajdziesz je w najnowszych laptopach, telefonach, tabletach, a nawet konsolach.

Dzięki doskonałej wydajności i trwałości dyski te robią prawdziwy plusk, ale czym właściwie jest dysk SSD^(SSD) ? 

Jak działają tradycyjne dyski^{(Hard Disk Drives)} twarde ( HDD^(HDDs) )?

Aby zrozumieć, co wyróżnia dyski SSD^(SSDs) , musimy na chwilę cofnąć zegar i przyjrzeć się tradycyjnym dyskom twardym^{(Hard Disk Drives)} ( HDD^(HDDs) ). Dysk twardy^(HDD) był do niedawna standardowym typem dysku, który można było znaleźć w praktycznie wszystkich komputerach.

Wewnątrz dysku twardego^(HDD) znajdziesz jeden lub więcej obracających się dysków zwanych „talerzami”. Każdy talerz jest podzielony na ścieżki i sektory. Talerze są zwykle wykonane z aluminium lub szkła i pokryte materiałem magnetycznym.

Powierzchnia talerza zawiera miliardy pojedynczych obszarów, z których każdy reprezentuje pojedynczy bit danych. Obszar może być namagnesowany lub rozmagnesowany, przedstawiając jedynkę lub zero.

Gdy wirujące talerze poruszają się z tysiącami obrotów na minutę, małe głowice odczytująco-zapisujące przymocowane do wahliwych ramion unoszą się o włos nad talerzem, odczytując lub zapisując na dysku.

Dyski twarde^(Hard) to niezwykle skomplikowane urządzenia z wieloma małymi, precyzyjnymi i delikatnymi ruchomymi częściami. To nowoczesny cud, że działają tak samo dobrze jak oni. 

Jak działa dysk półprzewodnikowy (SSD)

Dyski SSD mają więcej wspólnego z urządzeniami półprzewodnikowymi, takimi jak procesory^(CPUs) i pamięć RAM^(RAM) , niż dyski twarde. Dyski SSD^(SSDs) i HDD^(HDDs) działają jako urządzenia pamięci masowej, ale dyski SSD^(SSDs) działają w zupełnie inny sposób.

Wewnątrz typowego dysku SSD^(SSD) znajdziemy tylko chipy komputerowe. Istnieje układ kontrolera dysku SSD^(SSD) , który zarządza sposobem i miejscem przechowywania danych, ale większość dysku SSD^(SSD) składa się z układów pamięci flash.

Pamięć flash^(Flash) jest pamięcią „nieulotną”. Pamięć ulotna , taka jak ^(Volatile)RAM , nie jest zachowywana po wyłączeniu zasilania — przechowywane w niej dane znikają. Natomiast w przypadku pamięci nieulotnej (takiej jak dyski SSD^(SSDs) lub napędy USB ) dane są przechowywane nawet po wyłączeniu zasilania. Właśnie dlatego pendrive'y USB^(USB) są również określane jako „dyski flash”!

Nowoczesne dyski SSD^(SSDs) (i większość dysków flash USB i kart pamięci) wykorzystują rodzaj pamięci flash zwanej pamięcią flash NAND . Jego nazwa pochodzi od jednego z typów bramek logicznych, które można wykonać w mikroczipie. W pamięci NAND znajdują się „komórki”, które mogą przechowywać różne poziomy ładunku elektrycznego. Mierząc poziom naładowania w komórce pamięci, możesz stwierdzić, czy reprezentuje ona jeden czy zero. Aby zmienić zawartość ogniwa, wystarczy zmienić poziom naładowania w nim.

Istnieje wiele różnych odmian technologii w świecie pamięci NAND . Na przykład mogłeś zobaczyć niektóre dyski SSD Samsung^{(Samsung SSDs)} oznaczone jako „ V-NAND ” lub „pionowe ” NAND . Tutaj komórki pamięci są ułożone pionowo, co pozwala na większą pojemność pamięci przy tej samej powierzchni krzemowej. Intel 3D NAND to również mniej więcej ta sama technologia. 

Rodzaje dysków SSD i interfejsów

Dyski SSD^(SSDs) są dostępne w różnych formach i typach pamięci flash NAND . To określa maksymalną wydajność dysku SSD^(SSD) , a także jego cenę.

Typy pamięci flash

Wszystkie pamięci flash NAND nie są takie same pod względem gęstości danych i wydajności. Przypomnij sobie z naszej dyskusji powyżej, że dyski SSD^(SSDs) przechowują dane jako ładunki elektryczne wewnątrz komórek pamięci. 

Jeśli komórka przechowuje tylko jeden bit danych, nazywa się to SLC lub jednopoziomową pamięcią komórki^{(single-level cell memory)} . Pamięć MLC^(MLC) (komórka wielopoziomowa) i TLC (komórka trzypoziomowa) przechowują odpowiednio dwa i trzy bity danych na komórkę. Pamięć QLC^(QLC) (komórka czteropoziomowa) zabiera ją do czterech bitów na komórkę.

Im więcej bitów danych można przechowywać w jednej komórce, tym tańszy może być dysk SSD lub tym więcej danych można umieścić w tej samej przestrzeni. Brzmi to jak świetny pomysł, ale dzięki temu, jak działają dyski SSD^(SSDs) , dyski giną szybciej podczas korzystania z wielobitowej metody przechowywania. Pamięć SLC^(SLC) to najbardziej wydajny i najtrwalszy typ pamięci NAND^(NAND) o długiej żywotności. Jednak jest również zdecydowanie najdroższy i można go znaleźć tylko w dyskach z najwyższej półki.

W związku z tym większość konsumenckich dysków SSD^(SSDs) wykorzystuje MLC lub TLC i stosuje specjalne metody, aby maksymalnie wydłużyć ich żywotność. Kwestię zużycia dysków SSD^(SSD) omówimy nieco później w tym artykule, podając wady tej technologii.

Współczynniki kształtu SSD

Dyski SSD^(SSDs) występują w różnych formach. „Współczynnikiem kształtu” jest po prostu fizyczny kształt urządzenia i zgodny ze standardem połączenia. Ponieważ dyski SSD^(SSDs) zostały początkowo zaprojektowane w celu zastąpienia dysków twardych^(HDDs) , pierwsze urządzenia przeznaczone do komputerów stacjonarnych miały być umieszczane tam, gdzie wcześniej znajdowały się dyski twarde.

W tym miejscu do akcji wkracza 2,5-calowy dysk SATA SSD . ^{( 2.5-inch SATA SSD)}Możesz po prostu wyjąć obecny 2,5-calowy dysk twardy do laptopa i podłączyć jeden z tych dysków SSD^(SSDs) .

Dysk SSD w tej obudowie nie potrzebuje tyle miejsca, ale ma to sens, ponieważ laptopy i większość nowoczesnych komputerów stacjonarnych ma już 2,5-calowe zatoki na dyski i złącza SATA na swoich płytach głównych. ^(SATA)Możesz także kupić adaptery, które umożliwiają umieszczenie 2,5-calowego dysku we wnęce 3,5-calowej komputera stacjonarnego.

Oprócz zajmowania niepotrzebnego miejsca, te 2,5-calowe dyski były ograniczone do 600 MB/s , ponieważ jest to limit interfejsu SATA 3 .

Standard mSATA (mini-SATA) rozwiązuje problem miejsca. Karta mSATA miała fizycznie ten sam kształt, rozmiar i złącze, co standard kart PCI Express Mini , ale te dwa typy kart są elektrycznie niezgodne.

Standard m SATA został teraz zastąpiony przez standard M.2. Dyski SSD M.2^{(M.2 SSDs)} mogą być SATA lub PCIe , w zależności od karty i kombinacji płyty głównej.

Karty M.2 mogą być również dwustronne z elementami po obu stronach i mają różną długość. Zawsze ważne jest, aby upewnić się, że płyta główna komputera jest kompatybilna z dyskiem SSD M.2^{(M.2 SSD)} , którego chcesz z nim używać!

Dyski SSD NVMe^{(NVMe SSDs)} korzystają ze standardu Non-Volatile Memory Express , dzięki któremu komputer może uzyskać dostęp do pamięci SSD za pomocą ^(SSD)PCIe , która jest częściej używana w przypadku kart graficznych. PCIe ma znacznie większą przepustowość niż SATA , dzięki czemu szybka pamięć SSD może w pełni wykorzystać swój potencjał.

Zalety dysków SSD

Istnieje wiele powodów, dla których dyski SSD^(SSDs) szybko stają się standardem w technologii pamięci masowej. Podczas gdy niektóre początkowe problemy z ząbkowaniem przez jakiś czas trzymały ich z dala od głównego nurtu komputerowego świata, teraz są w punkcie, w którym możemy je polecić każdemu. Nawet najnowsze konsole do gier wideo^{(latest video game consoles)} używają teraz dysków SSD^(SSD) . Oto kluczowe atuty, które doprowadziły dyski SSD^(SSDs) do ich obecnej popularności.

Dyski SSD są szybkie

Najszybszy mechaniczny dysk twardy na świecie, Seagate Mach.2 Exos 2X14 , może osiągnąć stałą prędkość transferu 524 MB/s . To prawie tak szybko, jak dysk SSD SATA 3 , ale typowy napęd mechaniczny, który można znaleźć w dzisiejszych komputerach, może osiągnąć około 100 MB/s do 250 MB/s , jeśli patrzysz na wysokiej klasy rynek .

Typowe dyski SSD M.2 PCIe^{(M.2 PCIe SSDs)} , takie jak te, które można znaleźć w laptopach klasy średniej, oferują od 2,5 do 3,5 GB/s . Najnowsze dyski SSD M.2 PCIe^{(M.2 PCIe SSDs)} zbliżają się do 8 GB/s , co jest oszałamiającą ilością danych. Szybkości zapisu sekwencyjnego^(Sequential) są zwykle nieco wolniejsze niż szybkości odczytu, ale dane przepływają w ogromnym tempie w obu kierunkach.

Nie chodzi tylko o szybkość transferu. Mechaniczne dyski twarde wymagają czasu na rozkręcenie talerzy i przeniesienie głowic dysków na miejsce. Znalezienie odpowiedniego miejsca na talerzu dla żądania danych jest znane jako „czas wyszukiwania”. W przypadku dysków SSD^(SSDs) ta liczba opóźnień wynosi praktycznie zero. 

Dysk SSD^(SSD) może błyskawicznie odczytywać dane z dowolnego miejsca w swoich komórkach pamięci, a nawet robić to równolegle. Niezależnie od tego, w jaki sposób je pokroisz, dyski SSD^(SSDs) są w innym świecie wydajności niż nawet najlepsze mechaniczne dyski twarde, bez względu na to, w którą stronę je pokroisz.

Podczas wymiany dysku twardego komputera na dysk SSD ^(HDD)można^(SSD) doświadczyć znacznie krótszych czasów rozruchu i bardzo szybkiej reakcji systemu. Po prostu^(Simply) dlatego, że Twój procesor^(CPU) nigdy nie musi czekać na dane z dysków. To fantastyczny sposób na ożywienie starego systemu Windows .

Dyski SSD są trwałe

Dyski SSD^(SSDs) są mniej więcej tak trwałe, jak każdy inny komponent półprzewodnikowy, taki jak procesor^(CPU) lub pamięć RAM^(RAM) , bez ruchomych części. O ile przepięcie nie zniszczy ich, powinny działać w nieskończoność lub przynajmniej tak długo, jak komputer pozostaje dla ciebie użyteczny. Pamięć flash^(Flash) jest również bardzo odporna na uderzenia, w przeciwieństwie do dysków twardych, które łatwo ulegają zniszczeniu w przypadku upadku, zwłaszcza gdy talerze się kręcą.

Ta trwałość sprawia, że ​​idealnie nadają się do laptopów i właśnie dlatego ultrabooki, takie jak Apple MacBook Air , i Mac i inni członkowie rodziny komputerów Mac , mają zintegrowane ^(Mac)dyski SSD^(SSDs) o wysokiej wydajności .

„ Trwałość^(Durability) ” w tym przypadku nie odnosi się do zjawiska zużycia dysków SSD^(SSD) , które omówimy poniżej na liście wad.

Dyski SSD nie cierpią na fragmentację^{(Suffer From Fragmentation)}

Fragmentacja danych^(Data) to prawdziwy problem na dyskach twardych^(HDDs) . Dzieje się tak, gdy nowe dane są zapisywane na pierwszym dostępnym miejscu na dysku. Tak więc dane danego pliku lub zestawu powiązanych plików mogą być rozrzucone po całym fizycznym obszarze talerza dysku.

To niszczy prędkości odczytu sekwencyjnego i wydłuża czas wyszukiwania, ponieważ głowice dysków latają w różne miejsca, aby znaleźć wszystkie części pliku. Dyski SSD^(SSDs) ze względu na swój charakter nie ulegają fragmentacji. Nie chodzi o to, że pliki nie są pofragmentowane. Po prostu nie ma to znaczenia, ponieważ nie ma ruchomych części i nie ma czasu, aby o tym porozmawiać. 

Defragmentacja po prostu powoduje niepotrzebne zużycie dysku. Jeśli chcesz dowiedzieć się trochę więcej o fragmentacji SSD , przeczytaj Czy powinieneś defragmentować dysk SSD?^{(Should You Defrag an SSD?)}

Dyski SSD są ciche

Dyski twarde są głośne! Szum silnika, szum dysku, klikanie głowic dysku poruszających się tam iz powrotem – to odgłosy tła dla użytkowników komputerów przez dziesięciolecia.

Z kolei dyski SSD^(SSDs) w ogóle nie hałasują. Może się to wydawać banalną zaletą, ale hałaśliwe podzespoły komputera są denerwujące. W niektórych przypadkach użycia, takich jak komputery używane do nagrywania dźwięku, poziomy dźwięku mają krytyczne znaczenie. Pojawiły się drogie dyski twarde ze specjalnymi mocowaniami i konstrukcjami, które próbowały ograniczyć hałas HDD , ale dzięki ^(HDD)dyskom SSD^(SSDs) problem został całkowicie rozwiązany.

Właśnie dlatego możemy teraz mieć komputer taki jak Apple M1 MacBook Air , który nie ma wentylatorów ani mechanicznego dysku twardego. Cały komputer jest półprzewodnikowy i dlatego nie wydaje żadnych dźwięków!

SSD są małe i energooszczędne

Dyski SSD zajmują znacznie mniej miejsca niż dyski HDD^(HDDs) i potrzebują znacznie mniej energii do pracy. Oznacza to, że możemy mieć mniejsze i cieńsze komputery, tablety, smartfony i inne urządzenia elektroniczne, które wymagają szybkich nieulotnych dysków.

Nieużywane dyski SSD^(SSD) mogą prawie całkowicie przejść w stan uśpienia i, w przeciwieństwie do dysków twardych^(HDDs) , mogą niemal natychmiast przełączyć się w tryb wysokiej wydajności. Podsumowując^(Taken) , zużycie energii SSD jest szczególnie ważne, aby uzyskać lepszą żywotność baterii w komputerach przenośnych i innych gadżetach, które z nich korzystają. Urządzenia elektromechaniczne potrzebują do działania po prostu więcej energii niż urządzenia półprzewodnikowe.

Dyski SSD mogą zmniejszyć rozmiary instalacji

Dyski SSD^(SSDs) mogą zmniejszyć rozmiary instalacji niektórych aplikacji, zwłaszcza gier wideo^{(video games)} . Gdy aplikacje polegają na szybkim przesyłaniu danych do pamięci, programiści mogą duplikować informacje w wielu lokalizacjach na talerzu dysku twardego^(HDD) . Skraca to czas wyszukiwania, ponieważ głowice dysków są zawsze blisko kopii potrzebnych danych. To sprytny trik, ale odbywa się kosztem miejsca do przechowywania.

Aplikacje zaprojektowane dla dysków SSD^(SSDs) w ogóle nie muszą tego robić. Ponieważ dysk SSD^(SSD) praktycznie nie ma opóźnień i może natychmiast odczytać dane z dowolnego miejsca na dysku, musi być obecna tylko jedna kopia danych.

Konsole takie jak PlayStation 5 pokazały już, jak bardzo dyski SSD^(SSDs) mogą zmniejszyć rozmiary instalacji, zwłaszcza w połączeniu z kompresją, co daje nam kolejną przewagę.

Dyski SSD mogą być przyspieszane

Jeśli myślałeś, że dyski SSD^(SSDs) są już wystarczająco szybkie, możesz przyspieszyć te dyski, aby uzyskać naprawdę szybkie wyniki. To wszystko dzięki technologii kompresji. Dane są przechowywane na dysku SSD^(SSD) w mocno skompresowanej formie. Gdy żądane są informacje, są one dekompresowane w czasie rzeczywistym, skutecznie zwiększając szybkość transferu danych surowych dysku SSD^(SSD) .

Jedynym haczykiem jest to, że do dekompresji potrzebny jest potężny procesor, ale dyski SSD^(SSDs) obecnie nie zawierają takiego procesora. Okazuje się, że procesory graficzne^(GPUs) doskonale radzą sobie z tego typu pracą, więc korzystając z programowych interfejsów API^(APIs) ( interfejsu programisty aplikacji^{(Application Programmer Interface)} ), takich jak DirectStorage firmy Microsoft i RTX IO firmy Nvidia^{(Nvidia’s RTX IO)} , najnowsze generacje GPU mogą przyspieszyć nie tylko grafikę 3D, ale także wydajność dysków SSD .^(SSD)

Wady dysków SSD

Dyski SSD^(SSDs) mają wiele pożądanych atrybutów, ale technologia nie jest idealna. Niektóre aspekty posiadania dysku SSD^(SSD) nie są tak przyjemne, jak byśmy chcieli.

Dyski SSD są droższe

Dyski HDD^(HDD) bardzo spadły w cenie i zwiększyły ilość danych, które mogą przechowywać do szalonego poziomu gęstości. W rezultacie gigabajt danych na dysku twardym^(HDD) kosztuje znacznie mniej niż nawet najtańsza pamięć flash NAND.

Ceny dysków SSD^(SSD) gwałtownie spadły w ciągu ostatnich kilku lat, ale ludzie na ogół nadal używają stosunkowo małych dysków SSD^(SSDs) w zakresie od 256 GB do 512 GB. Dyski SSD^(SSDs) są zarezerwowane dla aplikacji i systemów operacyjnych, podczas gdy dyski twarde^(HDDs) nadal mają pamięć masową dla plików multimedialnych lub aplikacji, które nie korzystają z szybkości dysków SSD .^(SSD)

Dobrą wiadomością jest to, że podobnie jak w przypadku wszystkich technologii półprzewodnikowych, gęstość tranzystorów i procesy produkcyjne prawdopodobnie wykażą tendencję wykładniczą prowadzącą do niższych kosztów i większej ilości miejsca. Na razie większość budżetów wymaga kombinacji pamięci SSD^(SSD) i HDD .

Dyski SSD mogą się zużywać

Chociaż dyski SSD^(SSDs) są bardzo trwałe i mogą wytrzymać większe obciążenia niż dyski HDD^(HDDs) , a jednocześnie mają dłuższą żywotność, cierpią na zużycie. Zużycie dysków SSD^(SSD) występuje, ponieważ zapis dysków SSD^(SSDs) w komórkach pamięci jest destrukcyjny. Za każdym razem, gdy bit jest zapisywany w komórce pamięci SSD , traci on zdolność do utrzymywania ładunku tylko trochę.

Z biegiem czasu powtarzające się zapisy do komórki uniemożliwiają jej działanie. Dyski SSD SLC^{(SLC SSDs)} mogą obsłużyć najczęściej powtarzane zapisy przed smażeniem danej komórki, ale komórki MLC , TLC i QLC są bardziej podatne na ataki w tej kolejności. Dyski SSD^(SSDs) dla wczesnych konsumentów mogą wkrótce umrzeć w alarmujący sposób, ale obecnie dyski mają takie strategie, jak niwelowanie zużycia i nadmiarowa alokacja, aby wydłużyć żywotność dysków SSD^(SSD) .

Zużycie dysków SSD^(SSD) to złożony temat, więc spójrz na wszystko, co musisz wiedzieć o^{(Everything You Need To Know About SSD Wear & Tear)} zużyciu dysków SSD, aby przeprowadzić dogłębną dyskusję.

Dyski SSD mogą mieć szybką rotację bitów

Wszystkie formy przechowywania danych w końcu ulegają gniciu bitów. ^{(bit rot.)}Dzieje się tak, gdy nośnik pamięci ulega degradacji tak bardzo, że nie może już przechowywać danych w czytelnej formie.

Różne nośniki ulegają gniciu z różnych powodów, ale dyski twarde mogą być przechowywane przez dziesięciolecia bez problemu gnicia. Z drugiej strony dyski SSD mogą potencjalnie utracić swoje dane już po kilku latach przechowywania. ^(SSDs)Dzieje się tak z powodu degradacji warstwy izolacyjnej, która utrzymuje ładunek w każdej komórce pamięci. Jeśli kwota wycieknie, komórka jest pusta i nie zawiera danych!

Wydaje się, że trochę gnicie dzieje się szybciej, jeśli dyski SSD^(SSDs) są przechowywane w zbyt gorącym środowisku, ale tak czy inaczej, prawdopodobnie nie są najlepszym wyborem do przechowywania danych w jakiejś szufladzie.

Odzyskiwanie danych z dysku SSD jest trudne^{(SSD Data Recovery Is Hard)} do wykonania

Istnieje wyrafinowana branża oparta na sztuce odzyskiwania danych z mechanicznych dysków twardych. Jeśli masz wystarczająco dużo pieniędzy, możesz nawet odzyskać dane z dysków, które zostały zniszczone, ponieważ specjalista dosłownie odbudowuje dysk z kawałków.

Na bardziej przyziemnym poziomie można odzyskać dane, które zostały przypadkowo usunięte, ponieważ dyski twarde^(HDDs) nie usuwają danych fizycznych po ich usunięciu w systemie Windows^(Windows) lub innym systemie operacyjnym. Zamiast tego ten obszar dysku jest po prostu oznaczony jako nadpisany. Dopóki nie nastąpiło nadpisanie, możesz je odzyskać za pomocą specjalnego oprogramowania.

Dyski SSD^(SSDs) sprawiają, że odzyskanie czegokolwiek jest prawie niemożliwe, jeśli dysk jest uszkodzony lub pliki zostały usunięte. Jeśli dysk twardy zostanie uszkodzony^{(HDD is damaged)} w wyniku przepięcia elektrycznego, nadal można go odbudować za pomocą nowej elektroniki dysku, ale ponieważ dysk SSD^(SSD) jest całkowicie elektryczny, cała pamięć może się usmażyć.

Nie pomaga również to, że dyski SSD^(SSDs) mają wyrafinowane kontrolery, które robią wiele rzeczy z fizycznymi systemami operacyjnymi danych, o których nie wiedzą. Na przykład polecenie TRIM używane przez dyski SATA SSD^{(SATA SSDs)} zapobiegawczo usuwa komórki pamięci, które zostały oznaczone do usunięcia, aby przyspieszyć proces zapisywania nowych danych. Więc sztuczka z cofnięciem usunięcia nie zadziała na nich!

Przyszłość jest w stanie stałym

Chociaż dyski SSD^(SSDs) nie są doskonałe, stanowią tak duży skok w wydajności dysków, że ich ostateczna dominacja na rynku pamięci masowych wydaje się nieunikniona. Z biegiem czasu spodziewamy się, że nawet dyski SSD SLC^{(SLC SSDs)} spadną, podczas gdy mniej trwałe typy dysków SSD^(SSD) staną się jeszcze mądrzejsze, jeśli chodzi o ograniczanie zużycia. 

Technologia dysków twardych^(Hard) również miała spory udział w problemach na początku, ale mamy wrażenie, że wszelkie problemy z dyskami SSD^(SSDs) zostaną rozwiązane w rekordowym czasie. 

What Is a Solid State Drive (SSD)? Plus, the Pros and Cons

Solid State Drives (SSDs) are quickly becoming the preferred computer storage for operating systems and apps. You’ll find them in the latest laptops, phones, tablets, and even consoles.

With excellent performance and durability, these drives are making a real splash, but what exactly is an SSD? 

How Traditional Hard Disk Drives (HDDs) Work

To grasp what makes SSDs different, we need to briefly turn back the clock and look at traditional Hard Disk Drives (HDDs). An HDD was the standard type of drive you’d find in virtually all computers until recently.

Inside the HDD, you’ll find one or more spinning disks called “platters.” Each platter is divided into tracks and sectors. The platters are usually made from either aluminum or glass and are coated with magnetic material.

The platter’s surface contains billions of individual areas that each represent a single bit of data. The area can be magnetized or demagnetized, representing a one or a zero.

As the spinning platters move at thousands of revolutions per minute, tiny read-write heads attached to swinging arms float a hair’s breadth above the platter reading from or writing to the drive.

Hard disk drives are incredibly complicated devices with many tiny, precise, and fragile moving parts. It’s a modern marvel that they work as well as they do. 

How a Solid State Drive (SSD) Works

SSDs have more in common with semiconductor devices like CPUs and RAM than hard disk drives. SSDs and HDDs both act as storage devices, but SSDs work in a very different way.

Inside a typical SSD, you’ll find only computer chips. There’s the SSD’s controller chip, which manages how and where data is stored, but the bulk of an SSD consists of flash memory chips.

Flash memory is “non-volatile” memory. Volatile memory, like RAM, does not persist when power is turned off—the data stored there disappears. By contrast, with non-volatile memory (like SSDs or USB drives), your data persists even when the power is turned off. This is why USB thumb drives are also referred to as “flash drives”!

Modern SSDs (and most USB flash drives and memory cards) use a type of flash memory called NAND flash memory. It’s named after one of the types of logic gates you can make in a microchip. Within NAND memory, there are “cells” that can hold different electrical charge levels. By measuring the charge level in a memory cell, you can tell whether it represents a one or a zero. To change the contents of a cell, you simply alter the level of charge inside it.

There are many different variations in the technology within the world of NAND memory. For example, you may have seen some Samsung SSDs labeled “V-NAND” or “vertical” NAND. Here the memory cells are stacked vertically, allowing for more storage capacity in the same silicon footprint. Intel’s 3D NAND is also more or less the same technology. 

Types of SSDs and Interfaces

SSDs come in a variety of form factors and NAND flash memory types. This determines the maximum performance of an SSD as well as its price.

Flash Memory Types

All NAND flash isn’t the same for data density and performance. You’ll recall from our discussion above that SSDs store data as electrical charges inside memory cells. 

If a cell only stores a single bit of data, it’s called SLC or single-level cell memory. MLC (multi-level cell) and TLC (triple-level cell) memory store two and three bits of data per cell, respectively. QLC (quad-level cell) memory takes it to four bits per cell.

The more bits of data you can store in a single cell, the cheaper your SSD can be, or the more data you can stuff into the same space. This sounds like a great idea, but thanks to how SSDs operate, drives die more quickly when using a multi-bit storage method. SLC memory is the best-performing and most durable type of NAND with a long lifespan. However, it’s also the most expensive by far and only found in high-end drives.

As such, most consumer SSDs use MLC or TLC and employ special methods to extend their useful lifespans as much as possible. We’ll cover the issue of SSD wear a little later in this article under the disadvantages of the technology.

SSD Form Factors

SSDs come in various form factors. A “form factor” is simply the physical shape of the device and what connection standard it conforms to. Because SSDs were initially designed to replace HDDs, the first devices meant for consumer desktops were intended to slot in where hard drives were before.

This is where the 2.5-inch SATA SSD design comes into the picture. You can simply take out your current 2.5-inch laptop hard drive and plug one of these SSDs in.

The SSD inside this casing doesn’t need all that room, but it made perfect sense since laptops and most modern desktops already have 2.5-inch drive bays and SATA connectors on their motherboards. You can also purchase adapters that let you place a 2.5-inch drive into a desktop’s 3.5-inch bay.

Apart from taking up unnecessary space, these 2.5-inch drives were limited to 600 MB/s since that’s the limit of the SATA 3 interface.

The mSATA (mini-SATA) standard solves the space issue. mSATA was physically the same shape, size, and connector as the PCI Express Mini card standard, but the two types of cards are electrically incompatible.

The mSATA standard has now been replaced by the M.2 standard. M.2 SSDs can be SATA or PCIe, depending on the card and the motherboard combination.

M.2 cards can also be double-sided with components on both sides, and they vary in length. It’s always important to make sure that your computer’s motherboard is compatible with the M.2 SSD you want to use with it!

NVMe SSDs use the Non-Volatile Memory Express standard, which is how the computer can access SSD memory using the PCIe that’s more commonly used for graphics cards. PCIe has much more bandwidth than SATA, allowing fast SSD memory to reach its full potential.

The Advantages of SSDs

There are many reasons why SSDs are rapidly becoming the standard in storage technology. While some early teething troubles kept them out of the mainstream computer world for a while, they are now at the point where we can recommend them to anyone. Even the latest video game consoles now use SSD. Here are the key strengths that have led SSDs towards their current popularity.

SSDs Are Fast

The fastest mechanical hard drive globally, the Seagate Mach.2 Exos 2X14, can reach sustained transfer rates of 524 MB/s. That’s very nearly as fast as a SATA 3 SSD, but the typical mechanical drive you’ll find in computers these days can achieve somewhere between 100 MB/s and 250 MB/s if you’re looking at the high-end of the market.

Typical M.2 PCIe SSDs, such as those found in mid-range laptops, offer 2.5 to 3.5 GB/s. The latest M.2 PCIe SSDs are getting close to 8 GB/s, which is a mind-boggling amount of data. Sequential write speeds are usually a little slower than read speeds, but data is flying at a tremendous pace in both directions.

It’s not just about transfer speeds, either. Mechanical hard drives need time spinning up platters and moving drive heads into place. Finding the right spot on the platter for a data request is known as “seek time”. For SSDs, that latency number is effectively zero. 

SSD can instantly read data from any location within its memory cells and even do it in parallel. No matter which way you slice it, SSDs are in a different performance universe than even the best mechanical hard drives, no matter which way you slice it.

When upgrading a computer’s HDD to an SSD, you experience much faster boot times and very snappy system responsiveness. Simply because your CPU never has to wait for data from your storage drives. It’s a fantastic way to give an old Windows system new life.

SSDs Are Durable

SSDs are about as durable as any other solid-state component such as a CPU or RAM with no moving parts. Unless a power surge destroys them, they should run indefinitely or at least as long as the computer remains useful to you. Flash memory is also very resistant to impact damage, unlike hard drives that are easily destroyed if they fall, especially while the platters are spinning.

This durability makes them perfect for laptops, and it’s why ultrabooks such as the Apple MacBook Air, iMac, and other members of the Mac computer family have high-performance integrated SSDs.

“Durability” in this case doesn’t refer to the phenomenon of SSD wear, which we’re covering under the list of disadvantages below.

SSDs Don’t Suffer From Fragmentation

Data fragmentations are a real problem on HDDs. It happens when new data is written to the first available space on the drive. So a given file or set of related files might have their data scattered all over the physical platter area of the drive.

This destroys sequential read speeds and adds a ton of seek time because the drive heads are flying all over the place to find all the parts of a file. SSDs, due to their very nature, don’t suffer from fragmentation. It’s not that files aren’t fragmented. It’s just that it doesn’t matter because there are no moving parts and no seek time to speak of. 

Defragmenting just puts unnecessary wear on the drive. If you want to know a little more about SSD fragmentation, read Should You Defrag an SSD?

SSDs are Quiet

Hard drives are noisy! The hum of the motor, the whoosh of the disk, the clicking sounds of the drive heads moving back and forth — that’s been the background noise for computer users over the decades.

SSDs, in contrast, make no noise at all. This might seem like a trivial advantage, but noisy computer components are annoying. In some use cases, such as computers used for sound recording, sound levels are critical. There have been expensive hard drives with special mountings and designs that have tried to curb HDD noise, but with SSDs, the problem is completely solved.

This is why we can now have a computer like the Apple M1 MacBook Air, which has no fans and no mechanical hard drive. The entire computer is solid-state and therefore makes no noise whatsoever!

SSD are Small and Power Efficient

SSDs take up way less room than HDDs, and they need much less power to work. That means we can have smaller and thinner computers, tablets, smartphones, and other electronic devices that require fast non-volatile storage drives.

SSDs can go almost entirely to sleep when not in use, and, unlike HDDs, they can switch to high-performance mode almost instantly. Taken as a whole, SSD power consumption is especially important to get better battery life from mobile computers and other gadgets that use them. Electromechanical devices simply need more energy than solid-state devices to operate.

SSDs Can Shrink Installation Sizes

SSDs can reduce the installation sizes of some applications, especially video games. When applications rely on data streaming into memory rapidly, the developers may duplicate information in multiple locations on the HDD platter. This cuts down on seek times because the drive heads are always close to a copy of the data it needs. It’s a clever trick, but it comes at the expense of storage space.

Applications designed for SSDs don’t need to do this at all. Since the SSD has virtually no latency and can read data from anywhere on the drive immediately, only one copy of the data must be present.

Consoles like the PlayStation 5 have already shown how much SSDs can shrink install sizes, especially combined with compression, which brings us to the next advantage.

SSDs Can Be Accelerated

If you thought that SSDs were already plenty fast, you could speed up these drives for some truly high-speed performance numbers. It’s all thanks to compression technology. The data is stored on the SSD in a heavily-compressed form. When the information is requested, it’s decompressed in real-time, effectively amplifying the raw data transfer speeds of the SSD.

The only catch is that you need a powerful processor to decompress, but SSDs currently don’t include such a processor. It turns out that GPUs are excellent at doing this type of work, so using software APIs (Application Programmer Interface) such as Microsoft’s DirectStorage and Nvidia’s RTX IO, recent generations of GPU can accelerate not just 3D graphics but SSD performance as well.

The Disadvantages of SSDs

SSDs have many desirable attributes, but the technology isn’t perfect. Some aspects of SSD ownership aren’t quite as pleasant as we’d like.

SSDs are More Expensive

HDDs have come down in price so much and have increased the amount of data they can store to insane levels of density. The result is that a gigabyte of HDD data costs much less than even the cheapest NAND flash.

SSD prices have fallen precipitously over the last few years, but folks are generally still using relatively small SSDs in the 256GB to 512GB range. SSDs are reserved for applications and operating systems, while HDDs still have mass storage for media files or applications that don’t benefit from SSD speeds.

The good news is that, like all semiconductor technology, transistor density and manufacturing processes are likely to show an exponential trend leading to lower cost and more significant amounts of space. For now, most budgets call for a mix of SSD and HDD storage.

SSDs Can Wear Out

While SSDs are very durable and can stand up to more punishment than HDDs, while also having longer operational lives, they suffer from wear. SSD wear happens because SSDs write to memory cells is destructive. Every time a bit is written to an SSD memory cell, it loses its ability to hold a charge just a little.

Over time, repeated writes to a cell make it inoperable. SLC SSDs can handle the most repeated writes before frying a given cell, but MLC, TLC, and QLC cells are more vulnerable, in that order. Early consumer SSDs could die alarmingly soon, but today drives have strategies such as wear leveling and overprovisioning to extend the write endurance of the SSD.

SSD wear is a complex topic, so have a look at Everything You Need To Know About SSD Wear & Tear for an in-depth discussion.

SSDs Can Have Rapid Bit Rot

All forms of data storage eventually succumb to bit rot. This happens when the storage medium degrades so much that it can no longer hold the data in a readable form.

Different media get bit rot for various reasons, but hard drives can be stored for decades without bit rot being a problem. SSDs, on the other hand, can potentially lose their data after only a few years of storage. This happens due to the degradation of the insulating layer that keeps the charge in each memory cell. If the amount leaks out, the cell is empty and contains no data!

It seems that bit rot happens more quickly if SSDs are kept in an environment that’s too hot, but either way, they probably aren’t the best choice for storing data in a drawer somewhere.

SSD Data Recovery Is Hard to Impossible

There’s a sophisticated industry built around the art of recovering data from mechanical hard drives. If you have enough money to spend, you can even recover data from drives that have been smashed up, as a specialist literally rebuilds the drive from pieces.

On a more mundane level, you can recover data that’s been accidentally deleted because HDDs don’t delete the physical data when you delete them in Windows or another operating system. Instead, that area of the drive is simply marked to be overwritten. As long as the overwriting hasn’t happened yet, you can recover it using special software.

SSDs make it almost impossible to recover anything if the drive is damaged or files are deleted. If an HDD is damaged by an electrical surge, you can still rebuild it with new drive electronics, but since an SSD is entirely electrical, all of the memory could be fried.

It also doesn’t help that SSDs have sophisticated controllers that do a lot of things with physical data operating systems they don’t know about. For example, the TRIM command used by SATA SSDs pre-emptively deletes memory cells that have been marked for deletion to speed up the process of writing new data. So the undelete trick won’t work on them!

The Future Is Solid-State

While SSDs aren’t perfect, they represent such a leap in storage drive performance that their eventual dominance of the storage market seems inevitable. Over time we expect even SLC SSDs to come down in price, while less durable SSD types will become even smarter when it comes to limiting wear. 

Hard drive technology also had its fair share of problems in the early days, but we have a feeling whatever issues SSDs still have will be solved in record time. 

Related posts

• MBR vs GPT: który format jest lepszy dla dysku SSD?

• Jaki jest najlepszy format zewnętrznych dysków twardych? Plusy i minusy każdego

• Czy powinieneś defragmentować dysk SSD?

• Co zrobić, gdy dysk USB się nie wyświetla

• Brak napędu CD/DVD w systemie Windows?

• Napęd DVD nie działa? 5 wskazówek dotyczących rozwiązywania problemów

• Jak naprawić klawisze klawiatury systemu Windows, które przestają działać?

• Jaki rozmiar jednostki alokacji jest najlepszy do formatowania dysku

• Dysk Google mówi, że pamięć jest pełna, ale tak nie jest: jak to naprawić

• Jak naprawić błąd „Serwer RPC jest niedostępny” w systemie Windows

• Napraw zaplanowane zadanie, które nie zostanie uruchomione dla pliku .BAT

• GPT lub MBR: jakiego formatu należy użyć w przypadku dysku SSD (Solid State Drive)?

• Jak naprawić błąd „Scratch Disks are full” w Photoshopie?

• Wskazówki dotyczące rozwiązywania problemów, gdy Bluetooth nie działa na komputerze lub smartfonie

• 10 pomysłów na rozwiązywanie problemów, gdy Twój Amazon Fire Stick nie działa

• Nie można odczytać karty SD? Oto jak to naprawić

• 6 poprawek, gdy aplikacja Spotify nie odpowiada lub nie chce się otworzyć

• Co zrobić, gdy drugi monitor nie zostanie wykryty

• Porty USB 3.0 nie działają? Oto jak je naprawić

• Jak naprawić kod błędu GeForce Experience 0x0003