Dyski SSD do komputerów

W zastosowaniach konsumenckich dyski SSD niemal całkowicie wyparły tradycyjne dyski twarde. Przystępne ceny i duża wydajność sprawiają, że w nowych komputerach montowane są przede wszystkim nośniki SSD. Ich liczne zalety czynią je szczególnie atrakcyjnym wyborem w przypadku komputerów przenośnych i urządzeń gamingowych.  (Fot. Silicon Power)

To sprawia, że HDD stosowane są przede wszystkim jako magazyny danych w serwerach NAS czy nośniki przenośne do wykonywania kopii zapasowych. Wybierając dysk SSD, w pierwszej kolejności należy zwrócić uwagę na wykorzystywany rodzaj połączenia, a następnie parametry użytkowe, jak wydajność czy pojemność. W zależności od przeznaczenia możemy decydować się na modele korzystające z interfejsów SATA lub PCIe NVMe.

GOODRAM PX600; SILICON POWER XS80; SAMSUNG 980

WD Black SN770; KINGSTON KC3000

Zalety dysków SSD

Zbudowane w oparciu o wydajne pamięci flash dyski SSD oferują użytkownikom wiele atutów. Przede wszystkim jest to większa szybkość pracy. Dyski SSD mają znacznie większe prędkości odczytu i zapisu danych, co przekłada się na szybsze uruchamianie systemu operacyjnego, aplikacji oraz skrócenie czasu ładowania plików. Są także znacznie bardziej efektywne w obsłudze losowych operacji odczytu i zapisu, co ma znaczenie w wielu aplikacjach, np. bazodanowych. SSD oferują niemal natychmiastowy dostęp do danych, co wynika z braku ruchomych części i bezpośredniego dostępu do komórek pamięci. Ze względu na brak ruchomych elementów są mniej podatne na uszkodzenia mechaniczne w porównaniu do HDD i bardziej odporne na wstrząsy i wibracje, co czyni je idealnym wyborem do urządzeń przenośnych i laptopów, a do tego nie generują hałasu i są znacznie mniejsze niż klasyczne dyski twarde. W urządzeniach mobilnych sprawdzają się także ze względu na mniejsze zużycie energii, dzięki czemu sprzęt może działać dłużej zasilany akumulatorem, a koszty eksploatacji są mniejsze. Pod względem użytkowym SSD generują również mniej ciepła.

Najważniejszym atutem jest jednak większa wydajność. SSD skracają czas ładowania gier i poprawiają ogólną responsywność komputera, co doceni każdy użytkownik. To także sprawia, że są idealne do prac z dużymi plikami, takich jak edycja wideo, grafika 3D i modelowanie, gdzie szybki dostęp do danych jest kluczowy.

Ze względu na oszczędność energii nośniki M.2 to najlepszy wybór do urządzeń przenośnych. (Fot. Silicon Power)

Dysk SSD M.2 czy 2,5 cala?

Na rynku konsumenckim spotkamy przede wszystkim dwa rodzaje dysków SSD. Są to modele 2,5-calowe korzystające z interfejsu SATA oraz dyski przygotowane dla złącza M.2, które do transmisji danych wykorzystują protokół PCIe NVME. Złącza SATA są powszechnie dostępne w większości płyt głównych (zazwyczaj minimum 4) oraz przede wszystkim w starszych laptopach, w których montowano klasyczne dyski twarde. Dysk SATA musi być podłączony przewodem do zasilacza oraz do płyty głównej. Pod względem rozmiarów odpowiada tradycyjnym 2,5-calowym dyskom twardym. Standard SATA oferuje przepustowość do 6 Gbit/s – większość dysków SSD wykorzystujących go oferuje prędkość odczytu i zapisu sekwencyjnego na poziomie do ok. 550 MB/s. Na rynku znajdziemy także dyski i złącza M.2 bazujące jedynie na standardzie SATA, określane również jako mSATA. W tym przypadku ich zaletą są przede wszystkim mniejsze wymiary – były one przez pewien czas stosowane w laptopach, nowe komputery nie korzystają już z tego standardu. Pod względem fizycznym dyski do portu M.2 są mniejsze niż SATA i wpina się je bezpośrednio do płyty głównej. To ułatwia instalację zestawu komputerowego, zwłaszcza w niewielkiej obudowie. Większość nowych komputerów stacjonarnych oraz laptopów jest wyposażona w przynajmniej jedno złącze M.2 umieszczone na płycie głównej, najczęściej w wersji 2280. Oznacza to, że szerokość nośnika to 22 mm, a jego długość maksymalnie 80 mm. Dostępne są także wersje o innej długości – 30, 42 i 60 mm, stosowane np. w niektórych notebookach, oraz 110 mm. Jednak to wariant 2280 jest najpopularniejszy.

SAMSUNG 990 Pro; SILICON POWER A55; KIOXIA Exceria Pro

Standard PCIe w dyskach SSD

Wykorzystanie protokołu NVMe oraz magistrali PCIe sprawia, że kompatybilne z nim dyski na M.2 są znacznie szybsze niż SATA. Obecnie w większości dostępne na rynku komputery wykorzystują standard PCIe 3x4 oraz PCIe 4x4. W przypadku PCIe 3x4 port dysku wykorzystuje 4 linie magistrali PCIe 3.0. Każda linia zapewnia przepustowość na poziomie 7,877 Gbit/s (984,6 MB/s), a więc w wersji PCIe 3x4 gwarantuje transfer do 3,93 GB/s. To bardzo duża wydajność, która spełni oczekiwania większości użytkowników, w tym graczy.

PCIe 4x4 wykorzystujące magistralę PCIe 4.0, której pojedyncza linia zapewnia przepustowość na poziomie 15,752 Gbit/s (1969 MB/s). Dlatego standard PCIe 4x4 oferuje przepustowość 7,86 GB/s. Jest więc dwukrotnie wydajniejszy niż poprzednik. Pozwala to na uzyskanie większej wydajności w przypadku zapisu i odczytu danych. Korzyści, jakie daje szybki dysk dla złącza M.2, docenią np. osoby zajmujące się obróbką plików wideo, pracujące na plikach o dużej rozdzielczości i dużej przepływności. Wydajny dysk SSD pozwala na płynny podgląd materiału czy szybsze działanie przy przewijaniu osi czasu. Oczywiście, najwydajniejsze dyski pozwalają także na szybsze kopiowanie plików, instalację programów czy wczytywanie poziomów w grach. Jednak często takie różnice mogą być trudne do odczucia dla zwykłego użytkownika ze względu na to, że wynoszą dosłownie kilka sekund. Dlatego najwięcej na wykorzystaniu standardu PCIe 4x4 zyskują właśnie profesjonaliści pracujący na dużych plikach i zbiorach danych. Z możliwości dysków SSD PCIe 4x4 skorzystamy w większości współczesnych komputerów przenośnych oraz „pecetów”.

Najnowszą generację interfejsu stanowi PCIe 5.0. W tym przypadku pojedyncza linia PCIe 5.0 oferuje dwukrotnie większą przepustowość niż poprzednik, czyli 3938 MB/s. To czterokrotny wzrost względem standardu w wersji 3.0. PCIe 5.0 znajduje zastosowanie również dyskach M.2. W przypadku skorzystania ze złącza w wersji PCIe 5x4 możliwe będzie więc uzyskanie szybkości odczytu i zapisu sekwencyjnego nawet do niemal 16 GB/s. Dostęp do złącza interfejsu PCIe 5.0 oferują wybrane płyty główne z chipsetami Intel Z690 i Z790 oraz AMD B650 i X670. Dyski SSD wykorzystujące PCIe 5.0 są dostępne na rynku coraz powszechniej.

Niewielkie rozmiary sprawiają, że dyski M.2 są wyjątkowo łatwe w instalacji. (Fot. Samsung)

Jak działa SSD?

Dyski SSD są zbudowane z komórek pamięci 3D NAND, wykonanych w technologii SLC, MLC, TLC lub QLC. W nośnikach klasy konsumenckiej są stosowane przede wszystkim TLC oraz QLC. Poszczególne rodzaje komórek różnią się liczbą możliwych do zapisania danych oraz trwałością. Pamięć TLC może zapisywać trzy bity w pojedynczej komórce, z kolei QLC w jednej komórce zapisuje cztery bity. W porównaniu do TLC zyskujemy więc o 33 proc. danych więcej w jednej komórce. Każdy kolejny typ komórki cechuje się jednak zmniejszeniem trwałości, czyli liczby cykli zapisu. Oznacza to, że dane na komórce TLC zapiszemy większą liczbę razy niż na QLC, zanim się ona zużyje. Pracą dysku zarządza jego kontroler, który odpowiada np. za takie dysponowanie zapisem danych, żeby komórki zużywały się równomiernie. Niektóre dyski wyposażone są również w szybką pamięć podręczną DRAM, pozwalającą na znaczne przyspieszenie zapisu danych. O wydajności dysku decyduje także współczynnik IOPS, czyli operacji wejścia/ wyjścia wykonywanych w ciągu sekundy. Najczęściej parametr ten dotyczy zapisu lub odczytu bloku danych o rozmiarze 4 kB. Podczas gdy w dyskach HDD utrzymuje się on na poziomie ok. 200 IOPS w najwydajniejszych modelach serwerowych, to już w SSD dla złącza SATA sięga nawet 100 tys. IOPS, a w dyskach NVMe – 500 tys. To najlepiej obrazuje, jak dużą różnicę wydajnościową oferują nośniki SSD względem HDD. Praca z prędkością rzędu np. 5 GB/s nie pozostaje bez wpływu na dysk, dlatego najwydajniejsze dyski SSD podczas intensywnej pracy nagrzewają się. Niektórzy producenci, aby ułatwić odprowadzanie ciepła, wyposażają je w radiatory, które jednak zwiększają grubość samego dysku. Dlatego wybierając dysk SSD z radiatorem, powinniśmy sprawdzić, czy zmieści się w miejscu przeznaczonym do montażu, bowiem usunięcie radiatora skutkowałoby utratą gwarancji producenta. Jeśli radiatora nie ma w zestawie, możemy go dokupić dodatkowo, często jest również dołączony do płyty głównej. Korzystanie z dysku bez radiatora nie powinno doprowadzić do jego uszkodzenia (chyba że był montowany fabrycznie), należy jednak liczyć się ze znacznym zmniejszeniem wydajności podczas wykonywania wymagających prac, które w dużym stopniu obciążają dyski. Dla utrzymania największej wydajności podczas intensywnej pracy możemy rozważyć montaż aktywnego chłodzenia dysku SSD, czyli radiatora, który dodatkowo ma wentylator.

SILICON POWER UD90; SEAGATE FireCuda 520N; SAMSUNG 980 Pro

Pamięć DRAM w dyskach SSD

Nośniki z wyższej półki wyposażone są w pamięć DRAM. To rodzaj pamięci używanej jako cache, czyli pamięć podręczna, która znacząco przyspiesza operacje wykonywane przez dysk. Jest używana jako tymczasowy magazyn dla danych, które są często odczytywane lub zapisywane. Dzięki temu operacje te mogą być wykonane znacznie szybciej, ponieważ DRAM jest dużo szybszy od pamięci NAND flash, która jest głównym nośnikiem danych w SSD. DRAM pomaga w przyspieszeniu losowych operacji odczytu i zapisu danych, które są typowe dla systemów operacyjnych i aplikacji. Dzięki buforowaniu tych operacji w DRAM, SSD może szybciej odpowiadać na żądania odczytu i zapisu. Pamięć DRAM pozwala na równoczesne wykonywanie wielu operacji odczytu i zapisu, co jest szczególnie korzystne w scenariuszach z dużym obciążeniem, takich jak bazy danych, serwery plików czy intensywna praca z multimediami.

W SSD bez pamięci DRAM stosowana jest technika HMB. Pozwala na wykorzystanie części pamięci RAM komputera jako zamiennika dla własnej pamięci DRAM. Dzięki temu SSD może przechowywać mapę LBA w pamięci komputera, co przyspiesza dostęp do danych. Rozwiązanie to jest przy tym tańsze niż tradycyjna pamięć DRAM.

Wydajny dysk SSD warto wyposażyć w radiator. (Fot. Silicon Power)

Trwałość dysków SSD

Jeśli zależy nam na dużej trwałości, powinniśmy przede wszystkim zwrócić uwagę na warunki gwarancji. Coraz częściej producenci, pewni jakości oferowanych dysków, zapewniają nawet 5-letnie wsparcie gwarancyjne. Jednak jest ono ograniczone przez współczynnik TBW (Total Bytes Written), który oznacza ilość danych, jaką możemy zapisać na dysku przed wygaśnięciem jego gwarancji. Jeśli więc dysk jest objęty wspominaną 5-letnią gwarancją, jednak przekroczymy współczynnik TBW już po 4 latach, to przestanie ona obowiązywać. Ze względu na dużą ilość pamięci nośniki o większej pojemności mają TBW o większej wartości.

Współczynnik TBW dla przykładowego dysku o pojemności 1 TB wynosi 600. Oznacza to, że codziennie musielibyśmy zapisać na nim aż 1 TB danych oraz usuwać je, żeby po 600 dniach przekroczyć jego TBW, co w konsekwencji oznaczałoby utratę gwarancji. Oczywiście, po przekroczeniu tej wartości dysk dalej będzie sprawny i można go normalnie użytkować. Dlatego nie powinniśmy obawiać się o jego zużycie. Jeśli trwałość ma dla nas bardzo duże znaczenie, powinniśmy wybierać dyski o dużym współczynniki TBW i długiej gwarancji. Niezależnie od zakupionego dysku pamiętajmy, że bezpieczeństwo zgromadzonych na nim najważniejszych danych daje tylko ich kopia zapasowa. Powinna być ona wykonana na innym nośniku i przechowywana w bezpiecznym miejscu. Uchroni nas przed zdarzeniami losowymi, np. awarią komputera, jego kradzieżą lub zgubieniem.

SILICON POWER P34A60; MSI Spatium M371; SILICON POWER UD85

Przenośny SSD do komputera

Niektóre komputery przenośne mają wlutowany na stałe do płyty głównej dysk SSD. Oznacza to brak możliwości łatwej wymiany w razie np. braku miejsca na dane. W takiej sytuacji dobrą alternatywę może stanowić przenośny dysk SSD. W przypadku korzystania z nowoczesnych interfejsów, jak Thunderbolt czy któryś z wariantów USB 3.2, możliwa do uzyskania przepustowość to od 5 do nawet 40 Gbit/s. Powinna ona pozwolić na bardzo komfortową pracę.