Bilgisayarınızın düğmesine bastığınızda neredeyse anında masaüstünüzün karşınıza geldiğini düşünün. Bu, gelecekteki bir hayal değil elbette; SSD (Solid-State Drive) kullanırken yaşadığımız bir gerçeklik. Her şeyin hızla gerçekleşmesini beklediğimiz bir dünyada, SSD’ler bilgisayarlarımızı kullanma biçimimizi değiştirdi. Bu diskler bilgisayarın açılmasından büyük belgeleri hızla kopyalamaya kadar birçok süreçte inanılmaz bir performans sunuyorlar.
Peki SSD’ler, geçmişi uzun yıllara dayanan klasik Sabit Disk Şoförlerden (HDD) neden bu kadar daha hızlı? Bu sessiz, kompakt donanımlar nasıl oluyor da büyük ve hantal sabit diskleri geride bırakıyor? Bu makalemizde, SSD’lerin nasıl çalıştığını ve onları böylesine yüksek süratlerde çalıştıran şeyin ne olduğunu birlikte inceleyeceğiz. Dijital dünyamızda neden bilgisayar depolaması için bir numaralı tercih haline geldiklerini keşfetmekle birlikte, SSD’lerle ilgili bilmeniz gereken önemli dezavantajlara da değineceğiz.
Katı Hal Sürücüsü (SSD), verileri depolamak için disk şoförleri yerine yarı iletken çipler kullanan bir veri depolama aygıtıdır. SSD’lerin en büyük avantajlarından biri, tamamen elektronik mimari üzerinde hareketli parçaları olmaması nedeniyle, klâsik sabit disklerden (HDD) çok daha hızlı çalışmasıdır. Hareketli kesimler içermediği için verilere mekanik olarak aramaya ihtiyaç duymadan anında erişim sağlar. Bu da neredeyse anında başlatma ve yükleme mühletleri anlamına gelir.
SSD’ler, sabit disklerin kullanıldığı her alanda yer alıyor; dizüstü bilgisayarlar, oyun konsolları, dijital kameralar, akıllı telefonlar gibi birçok tüketici eserinde yaygın olarak tercih edilmektedir.
SSD’ler, elektronik devreler kullanarak veri depolar ve geri çağırır. SSD’deki bu elektronik devrelerden biri, kalıcı veri saklama yeteneğine sahip NAND (Not AND) flaş bellektir. Bu bellek, silikon bellek çipleri üzerindeki yarı iletkenlerde bir yük olarak veri depolayan NAND transistörleri ile inşa edilir. Bu oluşan çipler, devre kartlarına dizilmiş ve üst üste yığılmıştır. Bu söz konusu yığınlara ise 3D NAND deniyor ve bellek hücrelerinin üst üste istiflenmesi sayesinde çok daha yüksek depolama kapasitelerine ulaşılabiliyor.
SSD’lerin dezavantajı ise şu an için daha pahalı olması ve sabit disklerin sahip olduğu kapasitelere çıkamamaları. Ancak, teknoloji ilerledikçe SSD’lerin kapasitesinin arttığını, maliyetlerinin ise düştüğünü söyleyebiliriz.
SSD’lerin mekanik disklerden (HDD) nasıl ve neden farklı olduğunu anlamak için, sabit disklerin yapısını incelememiz şart.
Uzun zaman boyunca bilgisayarlar, verileri sabit disk şoförlerinde (HDD) depoladı. HDD’ler, manyetik diskler olarak isimlendirilen dönen plakalar ve bu plakaların üzerindeki bilgiyi okumak için hareket eden bir başlık kullanır. HDD’lerdeki bu hareketli kesimlerin, onları en sık arızalanan bilgisayar donanımı haline getirdiğini söylemek mümkün. Tipik bir HDD’yi söktüğünüzde, tıpkı bir plak çalardaki olduğu gibi, üst üste dizilmiş manyetik plakalar ve bir okuma iğnesi görebilirsiniz.
HDD’lerin okuma/yazma yapabilmesi için, sürücü başlıkları diskin belirli bir alanına hizalanmak zorundadır ve disk daima döndüğü için dataya erişimden önce bir gecikme yaşanır. Programları başlatmak veya belgeleri yüklemek için sürücü, datayı birden fazla pozisyondan okuması gerekebilir. Bu da, komutu tamamlayabilmesi için plakaların uygun konuma birkaç kez dönmesi gerekebileceği anlamına gelir. Eğer bir sürücü uyku veya düşük güç durumundaysa, diskin tam güce ulaşması ve çalışmaya başlaması birkaç saniye daha alabilir. Bunun gibi dezavantajlar, HDD’den daha hızlı bir alternatifin doğmasına neden oldu ve tahmin edebileceğiniz üzere makalenin odak noktası da tam olarak bu konu.
SSD’lerin nasıl çalıştığını ve neden bu kadar faydalı olduklarını anlamadan önce, bilgisayar belleğinin nasıl işlediğini kavramak epeyce önemli. Bilgisayarın bellek mimarisi üç temel üniteye ayrılır: önbellek, bellek (RAM) ve veri sürücüsü.
- Önbellek (Cache): Önbellek, bilgisayarın depolama ünitelerinin en içteki kısmıdır. Bilgisayarınız çalışırken, veriler üzerinde hesaplamalar yapmak ve süreçler yürütmek için önbelleği geçici bir depolama alanı olarak kullanır. Önbelleğe giden elektrik yolları çok kısa olduğu için veri erişimi neredeyse anında gerçekleşir. Ancak, kapasitesi RAM’den çok daha küçük olduğundan, önbellekteki veriler daima olarak üzerine yazılır.
- Bellek (RAM): Bellek, depolamanın orta katmanıdır ve genellikle Rastgele Erişimli Bellek (RAM) olarak bilinir. Bilgisayarın ana belleği olan RAM, işletim sistemi, uygulamalar ve verileri saklar. RAM’e erişim, önbelleğe erişime göre biraz daha yavaştır.
- Veri Sürücüsü (Data Drive): Bu, bilgisayardaki tüm diğer bilgilerin kalıcı olarak saklandığı yerdir. Evraklar, fotoğraflar, programlar, müzikler ve kullanıcıların saklamak istediği her şey burada bulunur. Bilgisayar, bir evraka erişmek veya bir program çalıştırmak için önce bilgiyi veri sürücüsünden alır ve RAM’e yükler.
Burada önemli bir nokta, bu üç bellek birimi arasında gözle görülür bir hız farkı olduğu. Önbellek ve RAM nanosaniye mertebesinde çalışırken, sabit disk şoförleri (HDD) milisaniye suratında çalışıyor.
Bu büyük hız farkı, veri şoförünün bilgisayarın performansını sınırlayan faktörlerin başında geliyor. Diğer her şey ne kadar hızlı olursa olsun, bilgisayar verileri ancak veri şoförünün izin verdiği süratte yükleyip kaydedebilir.
İşte SSD’ler burada devreye girmekte. SSD’ler klâsik HDD’lerden farklı olarak, önbellek ve RAM kadar olmasa da çok daha hızlı çalışır. Bu, programların ve işlemlerin yüklenme müddetini önemli ölçüde azaltır ve bilgisayarın suratını büyük ölçüde artırır. Basitçe söylemek gerekirse, bir SSD kullanmak bilgisayarınızın suratına hız katar.
Bir bilgisayarın uzun vadeli hafıza depolamasının temel yapısal ve fonksiyonel birimi, kalınlığı sırf 75-100 atom genişliğinde olan bir bellek hücresidir. Bu yapının biraz daha kalın ya da ince olması, düzgün çalışmamasına neden olur. Bunu anlamadan önce, bir bellek hücresinin ne olduğunu ve milyonlarca hücrenin nasıl birlikte uyum içinde çalışarak datalarınızı depoladığını kavrayalım.
Bu bellek hücreleri Charge Trap Flash (CTF) olarak isimlendirilir. CTF’ler, Gate, Channel ve Charge Trap olmak üzere üç fonksiyonel modülden oluşur ve her bir parça dielektrik bir gereç ile ayrılır. İlk ortaya çıktıklarında, her bir Charge Trap flaş bellek hücresi, elektronları yakalayabilir ya da serbest bırakabilirdi. Bu nedenle, her hücre sadece bir 0 veya 1’i temsil edebiliyordu. Charge Trap kısmı, elektronları depolayabildiği veya serbest bırakabildiği için bu adı almıştır. Eğer hücrede elektron yoksa, bu hücre 1’i temsil eder, eğer elektronlar yakalanmışsa, 0’ı temsil eder.
Modern CTF’ler ise önceki jenerasyonlara göre daha fazla paha depolayabilir. Bu, Charge Trap kısmında farklı yük düzeylerinin depolanması ile sağlanır. Örneğin, 8 farklı değeri temsil etmek için 8 farklı yük veya voltaj gerekir.
Ancak burada şöyle bir soru akıllara gelebilir: Bilim insanları ve mühendisler, milyarlarca nanoskopik bellek hücresini yıllarca elektronları güvenli bir şekilde tutacak şekilde nasıl tasarlıyorlar? Elektronlar doğru şekilde hapsedilmezse, sakladığınız fotoğraflar ve evraklar bozulur ve bilgilerin tamamını kaybedebilirsiniz. Bu sorunu çözmek ve elektronların sızmasını önlemek için mühendisler, Charge Trap’i elektronların geçmesini engelleyen dielektrik malzemelerle çevreler. Charge Trap’i bir vadi, dielektrik materyalleri ise vadinin duvarları olarak düşünebilirsiniz. Elektronlar bu Charge Trap’e yakalandıklarında yıllarca orada kalabilirler. İşte akıllı telefonlarınızın bilgileri nasıl sakladığına dair temel fikir budur.
Bu başka bir sorunu gündeme getirir: Elektronların bulunduğu channel ile elektronların depolandığı Charge Trap arasında yüksek bir bariyer, yani dielektrik bulunur. Elektronları channel’dan bellek hücresine nasıl taşırız? Diğer bir deyişle, bir bellek hücresine nasıl veri yazılır? İşte burada kuantum mekaniği devreye girer.
Klasik mekaniğe göre, elektronların channel’dan charge trap’a geçmesi imkansız çünkü elektronların dielektrik materyalden geçmesi için gereken en az enerji düzeyi çok yüksektir ve bu enerji, bariyere zarar verir. Ancak kuantum mekaniğine göre, elektronun konumu bir nokta değil, elektronun bulunma mümkünlüğünün en yüksek olduğu bir mümkünlük yoğunluğudur.
Gate’e olumlu bir voltaj uyguladığımızda müspet elektrik alanı, kanaldaki negatif yüklü elektronun mümkünlük bulutunu çekerek onu Charge Trap’e doğru çeker. Bu duruma kuantum tünelleme denir. Tünelleme, klasik mekanikte geçilemez görünen bir enerji bariyerinin, kuantum mekaniğinde elektronların ya da atomların güce sahip olmadan bu bariyeri aşabildiği bir olgudur.
Bilim insanları, elektronların dielektrikten geçmesini sağlamak için gereken bariyer kalınlığını ve kapı voltajını hesaplamak amacıyla, 1920’lerde Ralph Fowler ve Lothar Nordheim tarafından geliştirilen kuantum mekanik denklemleri kullanır.
En dikkat çekici detay ise dielektrik bariyerin ne kadar ince olduğudur. Bunlar, insanların kitlesel üretimini yaptığı en küçük şeylerden biridir. Dielektrik materyal, sadece 75 ila 100 atom kalınlığındadır. Bariyer kalın olursa, gereken voltaj çok daha yüksek olur ve bu da bellek hücrelerine zarar verebilir. Ancak bariyer daha ince olursa, elektronların sızma mümkünlüğü artar.
Ortalama olarak, 12 MP’lik bir kamerayla çekilen bir fotoğraf, yaklaşık 300 milyon bit depolama alanı gerektirir. Bu da şu soruyu gündeme getirir: Haftalarca süren TV programları veya binlerce görüntü, birkaç milimetre boyutunda bir hafıza kartına nasıl sığar? Bu sürecin ardındaki teknoloji, SSD’lerdeki verimli veri depolama formülleridir.
SSD’ler, verileri hızlı bir şekilde göndermek ve almak için bir dizi elektrik hücresi kullanır. Bu hücre dizileri, dataların depolandığı bölümler olan “sayfalara” (pages) ayrılır. Sayfalar ise bir araya gelerek “bloklar” (blocks) oluşturur. SSD’ler, isimlerini “solid-state” yani katı hal olarak adlandırılmalarının nedeni ise hareketli kesimlere sahip olmamalarıdır.
Detaylı olarak incelediğimizde, SSD’nin iç yapısına daha yakından bakarsak, daha önce tartıştığımız Charge Trap Flash bellek hücrelerini gözlemleyebiliriz. Bu hücreler, elektronları tuzağa düşürerek (Charge Trap) verileri depolar ve bu sayede akıllı telefonlarınız, hafıza kartları gibi küçük cihazlarda büyük miktarda datayı saklayabilir.
SSD’lerin sayfalar ve bloklar şeklinde düzenlenmiş bu yapı sayesinde, veriler hızla erişilebilir ve saklanabilir. Hareketli modüllere ihtiyaç duymayan bu sistem, dataların çok daha hızlı işlenmesine ve depolanmasına olanak tanır.
Katı Hal Şoförlerinin Dezavantajları
Katı hal sürücüsü (SSD), bir sabit disk şoförünün (HDD) hareketli modüllerini içermez. Plaka (disk), manyetik kafa yoktur, bunların yerine flaş yongaları kullanılır.
Bu, bir SSD’nin sabit disklerdeki gibi bir kafa çarpmasına karşı savunmasız olmadığı anlamına gelir. Ayrıca, ek dayanıklılık, SSD’ye özellikle darbelere veya optimum olmayan çevresel şartlara maruz kalma durumunda besbelli bir güvenilirlik avantajı sağlar. Ayrıca, mıknatıslardan etkilenmezler.
Ancak, bir SSD’deki diğer bileşenlerin sabit disklerdekiyle aynı olduğunu ve arızalanma mümkünlüğünün daha fazla veya daha az olmadığını hatırlamakta yarar var. SSD’ler, veri bozulmasına veya hatta şoförün kendisinin arızalanmasına yol açan güç kesintilerine karşı son derece hassastır. Katı hal şoförleri hala nispeten genç olduğundan, tekrar tekrar kullanımda ne kadar sağlam olduklarına dair gerçek bir fotoğraf elde etmemiz birkaç yıl daha alabilir.
Bir SSD’deki her bellek bloğunun ömrü, içinde veri saklanabilecek belirli bir yazma döngüsü sayısıyla sonludur. Bu döngü sayısı, birçok şoförde sırf birkaç bin ile sonludur. Bu, korkutucu derecede düşük görünse de, çağdaş SSD’lerde gerçekten bir sorun değildir. Bilgilerini en erken boş bloğa yazan sabit disklerin tersine, bir SSD, her bellek bloğunun kullanılmasını sağlamak için “aşınma dengelemesi” adı verilen bir teknik kullanır; böylece döngü ilk bloğa yeniden başlamadan önce her bellek bloğu kullanılır.
Her gün birkaç yıl boyunca onlarca gigabayt veri yazmıyorsanız, yazma döngüleri sınırına yaklaşamazsınız. Yine de böyle bir durum söz konusu olsa bile, bellek sırf okunabilir hale gelir, dolayısıyla bilgileriniz hâlâ erişilebilir olacaktır.
Tüm bunlar, SSD’lerin HDD’lere kıyasla günlük depolama için şahane bir seçim olduğunu, katı hal şoförünün nispeten daha yüksek fiyatı göz önüne alındığında, performansın kapasiteden daha büyük bir öncelik olması durumunda geçerli olduğunu gösteriyor.
Peki, SSD uzun vadeli depolama gereksinimleri için iyi bir seçim mi? Bu, senaryodan senaryoya değişebilir.
SSD’lerin arıza oranı, büyük ölçüde kullanılan teknolojiye ve nasıl kullanıldığına bağlıdır. Genel olarak, SSD’lerin genel kullanım durumları için HDD’lerden daha uzun süre dayanması beklenir. Ancak, bir SSD’nin verileri güç olmadan ne kadar süre saklayabileceği, kullanılan yazma döngüleri sayısı, şoförde kullanılan flaş bellek çeşidi, depolama şartları gibi birçok faktöre bağlıdır.
Google ve Toronto Üniversitesi’nin ortak araştırması, SSD’lerin çok yıllık bir dönem boyunca HDD’lere göre %25 daha az sıklıkta değiştirildiğini ortaya koymuştur. Araştırma ayrıca, şoförlerin ilk dört yılı içinde en az bir düzeltilemeyen hata yaşama oranının %20-63 olduğunu belirtmektedir. Ancak SSD’lerin dayanıklılığı o kadar net olmasa da, birçok SSD üreticisi, veri tutma mühletini ya spesifikasyonlarının bir parçası olarak ya da şoförleri için garanti kapsamında listelemektedir. Örneğin, Samsung’un 250GB 860 EVO SATA SSD’si, en az 150 TBW (Yazılan Terabayt) veya beş yıl dayanma sözü vermektedir; hangisi önce gelirse. JEDEC Katı Hal Teknolojisi Derneği, tüketici şoförleri için sanayi standardını bir yıl olarak belirlemektedir.
Şüphesiz ki katı hal şoförleri (SSD), dizüstü bilgisayarlarda, masaüstü PC’lerde ve sunucularda kullanılmak üzere popülarite kazanmaktadır. Eski bir masaüstü bilgisayara veya dizüstü bilgisayara bir HDD’den SSD’ye geçerek hız ekleyebilirsiniz ve hızı ile güvenilirliği sayesinde SSD’ler, yeni PC kurulumları, sunucular ve sistem üreticileri için kusursuz bir seçimdir.
NAND flaş, sabit disklerden (HDD) büyük bir iyileşme sunuyor, ancak kendi dezavantajları ve zorlukları da yok değil. Sürücü kapasiteleri ve gigabayt başına fiyatın sırasıyla artmaya ve azalmaya devam etmesi bekleniyor, ancak SSD’lerin gigabayt başına fiyat açısından sabit diskleri yakalama talihi pek görünmüyor.
Şimdiye kadar, SSD üreticileri daha hızlı veri standartları, daha fazla bant genişliği ve her denetimci başına daha fazla kanal sunarak daha iyi performans sağladılar. Bununla birlikte, uzun vadede NAND’ın yerini alacak başka bir teknolojinin ortaya çıkacağı varsayılıyor. O başka şeyin nasıl görüneceği ise hâlâ tartışma konusu. Hem manyetik RAM hem de faz değiştiren bellek, adaylar olarak öne çıkmıştır. Ancak her iki teknoloji de hâlâ erken aşamalardadır ve NAND’ın yerine geçmek için önemli zorlukları aşmaları gerekmektedir. Tüketicilerin bu farkı fark edip etmeyeceği ise meçhuldür. Eğer bir HDD’den SSD’ye geçiş yaptıysanız ve ardından daha hızlı bir SSD’ye geçtiyseniz, HDD’ler ile SSD’ler arasındaki farkın, hatta epey mütevazı bir şoförden geçiş yapsanız bile, SSD’ler arası farktan çok daha büyük olduğunu fark etmişsinizdir. Erişim müddetlerini milisaniyelerden mikrosaniyelere düşürmek büyük bir öneme sahiptir, ancak mikrosaniyelerden nanosaniyelere düşürmek, birden fazla durumda insanların algılayabileceği seviyenin altına düşebilir.
SSD üreticileri daha iyi performans sunmak için daha hızlı veri standartları, daha fazla bant genişliği ve her denetimci başına daha fazla kanal sunmanın yanı sıra, daha önce bahsettiğimiz SLC önbelleklerini de kullanıyorlar. Yine de, uzun vadede NAND’ın yerini alacak başka bir teknolojinin ortaya çıkacağı varsayılıyor.
O başka şeyin nasıl görüneceği hâlâ tartışma konusu. Hem manyetik RAM hem de faz değiştiren bellek, adaylar olarak öne çıkmıştır. Ancak her iki teknoloji de hâlâ erken aşamalardadır ve NAND’ın yerine geçmek için önemli zorlukları aşmaları gerekmektedir. Tüketicilerin bu farkı fark edip etmeyeceği ise meçhuldür. Eğer bir HDD’den SSD’ye geçiş yaptıysanız ve ardından daha hızlı bir SSD’ye geçtiyseniz, HDD’ler ile SSD’ler arasındaki farkın, hatta epeyce mütevazı bir şoförden geçiş yapsanız bile, SSD’ler arası farktan çok daha büyük olduğunu fark etmişsinizdir. Erişim müddetlerini milisaniyelerden mikrosaniyelere düşürmek büyük bir öneme sahiptir, ancak mikrosaniyelerden nanosaniyelere düşürmek, birden fazla durumda insanların algılayabileceği seviyenin altına düşebilir.
Bu makalemizde SSD’lere yakından bir bakış attık. Gelecekteki makalelerimizde görüşmek dileğiyle.
Diğer Teknoloji Haberleri İçin Tıklayın / Bursa Haber – Bursa Gündem – Bursa Gündem Haber – Bursa Haberleri – Bursa Son Dakika
Bizi İnstagram’da Takip Edebilirsiniz / @BursaGündemHaber
Bizi X’de Takip Edebilirsiniz / @BursaGündemHbr
Bizi Facebook’da Takip Edebilirsiniz / @BursaGündemHaber
Bizi Youtube’da Takip Edebilirsiniz / @BursaGündemHaber
Bizi Linkedin’de Takip Edebilirsiniz / @BursaGündemHaber
02:00
News
Teknoloji
Teknoloji
Teknoloji
Teknoloji
Teknoloji
Teknoloji
