Solid State Drives: Kopen of niet?

[g_man]

Solid State Drive's: kopen of niet?

Sinds korte tijd al zijn de Solid State Drive's, SSD's zoals ze in de volksmond genoemd worden, volop in de opmars.
Nieuwe technologieën brengen ook altijd wilde verhalen met zich mee.
Laat ons het dit alles eens van dichtbij bekijken.

In het begin waren SSD's niet meer dan een SD-kaart/compact flash. Tegenwoordig hebben ze al de grootte van een volwaardige harde schijf en zo worden ze in gebruik steeds interessanter voor de consument. Ook de prijs daalt steeds meer en meer zodat ze ook nog eens betaalbaar worden.
Op die manier is een upgrade naar een SSD op dit moment misschien beter dan een nieuwe CPU, RAM of GPU...

Waarom kopen dan niet meer mensen een SSD? Wel omdat de prijs per gigabyte nog altijd veel hoger ligt dan een 'gewone' HDD. Voor een HDD betaal je tegenwoordig gemiddeld 0.08€/GB, voor een SSD is dat snel 3 à 4 €/GB voor de "lagere klasse' en wel tot 15€/GB voor de 'hoge klasse'. Wat met die klasse bedoeld wordt, zal duidelijk worden als je alles gelezen hebt.

Verschil SSD - HDD

Een SSD heeft geen bewegende onderdelen; geen platters, geen arm, geen lees- en schrijfkoppen. Ze bestaat enkel uit geheugenchips. De gebruikte chips hiervoor zijn flashgeheugen die de eigenschap hebben hun data te bewaren wanneer er geen stroomtoevoer meer is. Dit in tegenstelling tot bv. het fysieke RAM van je PC dat telkens je de PC afzet, wordt leeggemaakt. Flashgeheugen heeft tegenwoordig iedereen in huis in de vorm van een geheugenkaart, een USB-stick, MP3, ...

Voordelen SSD tov HDD

• Toegangstijd: 0,1 milliseconden tov 10 milliseconden. Dit hoofdzakelijk omdat bij de HDD de arm eerst naar de positie gebracht moet worden en dan daar
  moet wachten tot het juiste gedeelte van de schijf passeert.
• Lees- en schrijfsnelheid: ook hier is de SSD in het voordeel, de HDD moet tekens zoeken (arm verplaatsen) en wachten tot de benodigde data passeert.
  Wanneer de data nu her en der verspreid staat over de schijf levert dat dus lange wachttijden op. Dit is zeker het geval tijdens een opstart van een OS.
• Doorvoersnelheid: door het gebruik van bepaalde technieken, waarop we verder nog terugkomen, zijn er al SSD's die snelheden van 250MB/sec halen, zijnde de maximale snelheid van de SATA 30 verbinding!
• Schokbestendig: doordat er geen bewegende delen zijn, kan een SSD gemakkelijk 20G aan, terwijl een HDD al de geest kan geven bij 0,5G!
• Verbruik: een SSD verbruikt minder stroom dan een HDD
• Warmteproductie: is gerelateerd aan het verbruik; minder stroom = minder warmte, dus je PC gaat binnenin koeler blijven.
• Geluid: een SSD maakt 0dBA aan geluid, een HDD kan tot 27dBA produceren.
• Gewicht: en SSD weegt beduidend minder dan een HDD.
• Betrouwbaarheid: HDD is het meest slijtagegevoelige onderdeel in je PC, een SSD véél minder (later meer hierover)

Nadelen SSD tov HDD

• Capaciteit: SSD heeft nog steeds veel minder opslagruimte beschikbaar dan een HDD.
• Prijs: de kostprijs per GB van een SSD ligt véél hoger dan een HDD
• Datadichtheid: is van een HDD veel hoger dan van een SSD.

Om een beetje te kunnen vergelijken wat er op de markt is, moet je weten hoe en waarmee zo'n SSD opgebouwd is, anders ga je appelen met peren vergelijken.


Geheugenchips

Zoals gezegd is een SSD opgebouwd uit geheugenchips, die op hun beurt bestaan uit miljarden transistors. Er wordt gebruik gemaakt van een speciale soort Mosfet-transitor met 2 'gates' die een elektrische lading kunnen opslaan. Elke transistor kan één of meerdere bits opslaan.

Kan hij één bit opslaan, spreken we van een Single Level Cell (SLC), bij meerdere van een Multi Level Cell (MLC).

Bij een SLC betekend een 1 een opgeslagen lading en een 0 geen opgeslagen lading. De MLC gebruikt verschillende elektrische ladingen om meerdere bits op te slaan. Er wordt gebruik gemaakt van 4 niveaus om zo 2 bits op te slaan (00, 01, 10 en 11).
Voor de duidelijkheid zijn de transistors bij single en multi level flashgeheugen identiek, enkel een andere aansturing zorgt ervoor dat multi level flashgeheugen hetzelfde aantal transistors dubbel zoveel geheugencapaciteit oplevert.
Een nadeel daarvan is dan wel dat MLC aansturing complexer is en meer foutcorrectie vereist en daardoor trager werkt dan SLC.
Alle SSD's op de markt zijn MLC; de traagheid wordt gecompenseerd door slimme controllerchips waardoor de MLC-SSD bijna even snel is dan de SLC.


Opbouw

Bij een SSD kan niet elke bit geheugen apart geadresseerd worden. Alle bits zitten in cellen en alle cellen worden gegroepeerd in 'Pages' (pagina's). Elke pagina is 4kB groot, en één pagina is de minimum hoeveelheid geheugen dat tegelijkertijd kan beschreven worden. Daarbij komt nog dat eens een pagina beschreven is, deze niet zomaar meer kan aangepast worden. Ze moet eerst geledigd worden.

Al die pagina's op zich zitten dan weer in 'blocks'. Zo'n blok bestaat uit 128 pagina's. Dat maakt dat één blok 512kB groot is (4 x 128). Zo'n blok is een minimale hoeveelheid die leeg kan gemaakt worden.
Met al die blokken wordt er uiteindelijk een 'Plane' (flashchip) samengesteld. Zo een plane bestaat uit 1024 blokken, ofwel 512MB geheugen.
En een chipverpakking (IC) kan dus meerdere planes bevatten, meestal 2 of 4.

Uiteindelijk zitten in een SSD dus een x-aantal IC's. Deze worden door de controller parallel aangesproken. Juist om die reden kunnen er zo hoge doorvoersnelheden bereikt worden.

Aansturing

HDD: Alle bestaande besturingssystemen (OS) sturen apparaten aan volgens het LBA-principe (Logical Block adressing). Deze LBA's komen overeen met de sectoren van de HDD. Zo weet het OS exact waar de data zich bevindt op de HDD. Wanneer je een bestand wegschrijft op de HDD zoekt het OS gewoon een lege LBA. ga je dezelfde data nog eens overschrijven wordt de LBA gewoon herbeschreven.
Ga je nu een bestand verwijderen, gebeurd er fysiek eigenlijk niets op de HDD. Enkel de LBA wordt in de bibliotheek van de bestandssystemen als 'opnieuw beschikbaar' gemarkeerd. De overeenkomstige sector van de HDD wordt pas 'echt' aangepast wanneer er opnieuw data op die sector moet geschreven worden. Vandaar dat datarecovery eigenlijk zo vlot kan gebeuren op een HDD én dat 'delete' niet echt verloren is.

SSD: Ook hier gebeurt het op een gelijkaardige wijze. Op dit moment ziet een OS geen verschil tussen een HDD en SSD. Het systeem blijft dus hetzelfde, enkel de controller gaat hier het werk overnemen.

• De controller moet ervoor zorgen dat de aanwezige data zo parallel mogelijk over de geheugenchips verdeeld wordt, dit om de prestatie zo hoog mogelijk te houden.
• Hij moet ervoor zorgen dat de pagina niet kan herbeschreven worden zonder dat de 'blok' in zijn geheel geledigd wordt.
• Hij moet rekening houden dat elke cel maar een x-aantal keer kan beschreven worden. Daarom moet hij ervoor zorgen dat elke cel even vaak gebruikt wordt.

Deze drie voorwaarden zorgen ervoor dat de verhouding levensduur/snelheid zo hoog mogelijk gehouden wordt. (Wear-leveling)
Wanneer je op een SSD data wegschrijft wordt er zo lang als mogelijk een lege pagina gezocht. Enkel wanneer deze niet meer beschikbaar zijn, wordt een blok geledigd.
Ga je op een SSD een bestand verwijderen, gebeurt er hetzelfde als bij een HDD: NIETS!

Hier komt één van de wilde verhalen naar boven; "Mijn SSD is lang niet meer zo snel als in het begin, ze wordt als maar trager"
Hierin zit een vorm van waarheid. De reden is dat de controller steeds moet zorgen dat alle cellen volzet zijn. Je SSD zit dus 'vol' zelfs al heb je er niet veel data op staan.
Dus bij vrij intensief gebruik wordt de SSD trager!(maar nog steeds vele malen sneller dan een HDD). Toen men deze vertraging ging meten kwam men met cijfers tot 20% naar voor. Dit geldt voor de snelste (duurste) schijven. Met budget-SSD's zijn de controllers sowieso al een pak trager waardoor je het prestatieverlies niet eens merkt!

Levensduur

Het fenomeen wear-leveling is het grootste verschil tussen een gewone compact Flash kaart en een SSD. Een kaartje dient om een x-aantal keer te laten beschrijven door relatief grote bestanden en ze terug te verwijderen. en dat lukt wel tot menig duizenden keren.
Daar een SSD als HDD gebruikt wordt, is wear-leveling wel van belang. Toch zie je dan meteen dat je je over de levensduur van een SDD geen zorgen moet maken.
Deze kleine rekensom zal je dat snel duidelijk maken.

Nemen we een SDD met een capaciteit van 64GB en een maximale doorvoersnelheid van 100MB/s, en geweten dat een flashchip tegenwoordig wel tot 1.000.000 keer kan overschreven worden, kom je tot deze berekening: (64GB x 1.000.000) : 100MB/s brengt je naar een levensduur van iets meer dan 20 jaar. Geef toe, wie gebruikt zijn opslagmedium 20 jaar? Daarenboven komt nog dat wanneer je een cel verliest er geen kwaliteitsreductie plaats vindt. Bovendien is elke SSD op het verlies van cellen voorzien; zo heeft ze een 'overcapaciteit' van 5%.

Onderhoud

Een SSD behoeft géén onderhoud zoals een HDD. Defragmentatie en formatteren is compleet zinloos. De controller voert toch geen fysieke aanpassing uit op de schijf.
Wil je de SSD terug op 'volle' snelheid krijgen zal je gebruik moeten maken van een losse tool; HDD Erase. Belangrijk hierbij is dat je eerst in je BIOS een kleine aanpassing dient te doen. Je moet de SATA-controller op IDE-modus zetten ipv op AHCI.

TRIM-commando

Tezamen met het nieuwe OS 'Windows 7' komt een nieuw commando, het TRIM-commando; Hiermee kan het OS aan de schijf doorgeven dat het een LBA wil verwijderen.
Dan kan de SSD de data in het blok kopiëren naar de cache, de betreffende pagina's verwijderen, het blok leegmaken en de resterende data naar een nieuwe pagina schrijven.

Een kleine bedenking bij deze nieuwe technologie is dat tot op heden er nog géén schijf bestaat die dit commando ondersteunt! En of de hardwarefabrikanten een aanpassing zullen doen aan de bestaande SSD's in de vorm van nieuwe firmware, is ook nog niet duidelijk.
Wat Windows 7 wel al kan, is een SSD van een HDD onderscheiden en dan alle onzin uitschakelen (defragmentatie bv.).


Controller

Misschien wel het belangrijkste onderdeel van de SSD. Het heeft alleszins de grootste invloed op de prestatie ervan.
De eerste generatie consumenten-SSD's maakten gebruik van een Samsung-controller en SLC-geheugenchips. Deze waren top-chips maar ze waren zo duur om te produceren dat de SSD uiteindelijk onbetaalbaar was en bijgevolg moeilijk bereikbaar voor de consument.

Toen kwam JMicron met de JMB602 en maakte de SSD betaalbaar. OCZ zag dit en brak de markt open met de Core-SSD. Na de marktverovering kwamen de reviews waaruit bleek dat de prestaties ondermaats waren. Zolang het ging om continue lees- of schrijfoperaties was er weinig aan de hand. Ging het echter om kleine schrijfacties zakten de prestaties extreem. JMicron loste het probleem op en bracht de JMB602B, die op de markt kwamen in de OCZ Core V2 en de Patriot Warp SSD. Nog steeds vielen de benchmarks tegen en trachtte JMicron het probleem op te lossen door 2 JMB602B's in een RAID 0 te zetten aangestuurd door een derde chip. Wederom OCZ implementeerde als eerste in de OCZ Apex. Maar nog steeds kwam de snelheid niet in de buurt van de goede SSD's.

De vraag kan niet uitblijven; Wie is dan de koning in SSD-land?
Wel dat is zonder enige twijfel Intel met de X18-M en X25-M MLC-gebaseerde SSD's voor consumenten en de X25-E SLC voor bedrijven. Nadeel van deze hoge snelheid is de prijs die vele malen hoger ligt dan een HDD.

Recent is er een gulden middenweg op de markt; de OCZ Vertex SSD's. Deze maken gebruik van de ARM-technologie controller van Indilinx. Benchmarks wijzen uit dat de prestaties gevoelig hoger liggen dan de voorgangers maar toch nog een stuk lager dan die van Intel.
Maar, de prijzen zijn dan wel een stuk interessanter geworden. Wachten op andere hardwarefabrikanten die ook in deze chip toekomst zien en een product op de markt brengen. Vermoedelijk zal Samsung ook een nieuwe MLC SSD brengen. OCZ heeft al aangekondigd deze te zullen gebruiken in zijn Summit-reeks, die zich situeert tussen de Vertex en de Intel; qua snelheid én prijs.

Benchmarks

Hoe moet je nu prestaties van SSD's vergelijken?
Eerst en vooral dien je als je een benchmark leest een onderscheid maken tussen een real-world benchmark en een synthetische benchmark.
Een goede tester blijkt PCMark te zijn. Deze simuleert het opstarten van Windows, het spelen van games, het uitvoeren van een viruscontrole, etc...
Je zult dan ook direct opmerken dat de betere SSD's te vinden zijn in de merken OCZ en vooral Intel.




Conclusie

Is het het moment om over te schakelen naar een SSD?
De meeste mensen schijnen wel tevreden te zijn na hun 'investering'.
Met een SSD start je PC opeens weer vliegensvlug op, openen programma's ogenblikkelijk, laden games supersnel en reageren programma's bij multitasking een stuk sneller.
MAAR je moet er dus wél voor zorgen dat je de juiste schijf aankoopt.

Wil je beetje kijken en vergelijken, kijk dan hier.

[yanish1005]

ze kosten wel veelgeld, dat is zeker.

[Toelly]

Zeer interessant dossier

[Phil O'Sophe]

Hiermee is "Dossiers" weer een exemplaar rijker !

[Quazie]

@ G_man.
Én, komt er één in uw volgende high end configuratie?
Of moet Windows7 eerst ingeburgerd zijn?
Maar ik zie het al gebeuren, volgend jaar aarzelend 1 in een high end.
over 3 jaar in de mid range. Over 5 jaar in Raid5. Vermenigvuldigd met alle nieuwe technieken zodat het systeem zo snel word dat uw grafische kaart alweer hopeloos achterop hinkt.
Alleen de huidige crisis heeft dan nog steeds een stevig slotje op de geldbeugel. :( :(