Napędy solid-state technologią przyszłości

Napędy SSD zapisują dane w pamięci NAND Flash i cechują się solidnością, energooszczędnością. W związku z tym mogą one zagrozić pozycji dysków twardych na rynku, które zawierają podatne na uszkodzenia elementy mechaniczne. Jednak analitycy wątpią, czy SSD szybko wejdą do masowego użytku w komputerach PC, ponieważ firmy OEM muszą stawić czoła wysokim kosztom oraz przeszkodom projektowym. Problemem jest brak kontrolerów NAND zoptymalizowanych do tych urządzeń oraz ograniczona liczba cykli odczytu/zapisu dla pamięci NAND Flash typu MLC.

Wydajność i koszty

Dzisiejsze SSD zapewniają mniejszą wydajność i są nawet do 45 razy droższe niż przemysłowe pamięci masowe oraz dyski twarde stosowane w komputerach PC. Ponadto dzięki technologii zapisu prostopadłego oraz innym przeszłościowym technikom, dyski twarde będą wykorzystywane jeszcze przez kilka następnych lat, prawdopodobnie przesuwając szerszą adaptację urządzeń SSD do kolejnej dekady.

Napędy SSD będą stosowane w komputerach osobistych dopiero po znaczącym spadku cen pamięci NAND Flash oraz istotnej poprawie w zakresie opracowywanych projektów. Analitycy spodziewają się długiego procesu edukacyjnego zanim firmy OEM i użytkownicy końcowi zrozumieją korzyści ze stosowania SSD w notebookach, komputerach typu desktop i serwerach. Może to nastąpić w roku 2009, chociaż pojawiają się głosy, że stanie się to dopiero dwa lub trzy lata później. Większość produktów SSD jest obecnie sprzedawanych na niszowych rynkach pamięci masowych, takich jak militarne i przemysłowe. Firmy OEM, takie jak Dell i Hewlett-Packard, oferują opcjonalne użycie SSD w swoich systemach, jednak rozwiązania te są z reguły drogie i niezbyt spopularyzowane. Pod koniec 2007 roku, cena pamięci SSD o pojemności 32GB wynosiła około 350 dol., podczas gdy 160-gigabajtowy dysk twardy kosztował mniej niż 100 dol. Obliczono, że koszt gigabajta pamięci SSD wynosi 10 dol., a dla dysku twardego jedynie 30 centów. Jeśli SSD mają być szerzej stosowane, cena gigabajta powinna spaść do 1 dolara. Jednak analitycy nie spodziewają się takiej sytuacji przed rokiem 2011, a do tego czasu 1GB dysku twardego może już kosztować tylko 3 centy.

Rynek

Obecnie rynek SSD jest zdominowany przez mniejsze firmy, takie jak Bit Micro Networks, Mtron, Super Talent oraz Stecs. Nie mają one fabryk, więc muszą pozyskiwać elementy NAND od dostawców zewnętrznych, a tylko niewielka liczba dystrybutorów SSD rozwija swoje własne technologie kontrolerów. Według prognoz IDC rynek SSD wzrośnie z 373 mln dol. w 2006 roku do 5,4 mld dol. w roku 2011. Premiery swoich produktów SSD miały już Intel, SanDisk, Samsung oraz Micron. Przedstawiciele Toshiby zapowiedzieli, że zamierza ona na początku 2008 roku zaoferować nośnik danych oparty na NAND Flash. Pod koniec 2007 roku firma Micron przedstawiła rodzinę napędów RealSSD o pojemnościach od 1GB do 64GB, przeznaczonych dla komputerów osobistych oraz aplikacji embedded. Dla firm Intel, Micron oraz Toshiba, urządzenia SSD stanowią nowy rynek zbytu. Nawet społeczność wykorzystująca tradycyjne napędy dyskowe widzi szansę dla SSD. Seagate i inne firmy z branży dysków twardych zamierzają przyłączyć się do interesu w roku 2008.

Trudno obecnie przewidzieć, kto zdobędzie dominację na tym rynku, jednak widoczne jest pewne ożywienie. Po dołączeniu większych firm średnie ceny urządzeń SSD znacznie spadną. Niektórzy spodziewają się nawet wojen cenowych, związanych z wejściem na rynek Samsunga i Toshiby, którzy od dawna konkurują między sobą w obszarze NAND.

Mniejsi dostawcy SSD ze spokojem oczekują zwiększonej konkurencji. Firma Stec, której udział w tym rynku ocenia się na 40% (260 mln dol.), uważa, że producenci układów Flash mogą w przyszłości opanować rynek najtańszych komputerów PC. Dodaje również, że premiera napędów RealSSD przez Micron jest spóźniona co najmniej o rok, gdyż Samsung i SanDisk już posiadają podobne produkty. Portfolio Stec zawiera napędy o pojemnościach od 8GB do 512GB, do których można zaliczyć produkty o interfejsach Parallel ATA, Serial ATA oraz Fibre Channel. Napędy obsługujące interfejs SCSI są obecnie w przygotowaniu.

Co myślą producenci HDD?

Dostawcy dysków magnetycznych, tacy jak Seagate, także mają swoje plany. Szybki rozwój SSD stanowi zagrożenie dla rynku dysków 2,5-calowych. Do tej pory ze względu na konkurencję ze strony pamięci Flash, czterej producenci napędów magnetycznych odwołali planowaną produkcję dysków 1-calowych i mniejszych. Według analityków, także dyski 1,8-calowe mogą być zagrożone. Uważa się, że napędy SSD zdominują w przyszłości rynek urządzeń mobilnych. Obecnie nośniki danych bazujące na Flash są jeszcze zbyt drogie, jednak coraz bardziej konkurencyjne cenowo w stosunku do napędów dyskowych klasy enterprise. Stanowią one także element zwiększenia niezawodności przechowywanych danych.

Prognozuje się, że w 2008 roku udział SSD w rynku notebooków wyniesie 5%, co odpowiada około 5 milionom sprzedanych urządzeń oraz 200PB pojemności. Wśród pierwszych firm adaptujących takie rozwiązania jest One Laptop per Child, która dostarcza bardzo tanie komputery. Innym przykładem jest tajwański Asus, który oferuje Eeee PC, miniaturowy notebook w cenie od 350 do 400 dol. wyposażony w napęd SSD o pojemności 4GB.

W lipcu 2007 roku IBM ogłosił, że planuje wykorzystać 2,5-calowe napędy SSD produkcji SanDisk w serwerach swojego centrum obliczeniowego. Analitycy uważają, że zainteresowanie ze strony środowisk badawczych może być sposobem na obniżenie całkowitych kosztów urządzeń SSD.

Bariery projektowe

Pomimo pewnej aktywności na polu napędów solid-state, wciąż istnieje wiele przeszkód w szerokiej adaptacji nośników danych opartych na pamięciach Flash. Oprócz wysokich kosztów istnieją także problemy związane z technologią kontrolerów, integracją z oprogramowaniem oraz z samą technologią NAND. Pojawia się pytanie, czy ceny pamięci mogą spadać na tyle szybko, aby nadążyć za nośnikami magnetycznymi w zakresie gęstości upakowania danych? W ciągu ostatnich lat ceny NAND spadały co najmniej o 40% rocznie. Analitycy uważają, że szerszej adaptacji SSD w urządzeniach użytkowych w roku 2010 może pomóc jedynie coroczny 50-procentowy spadek średnich cen pamięci NAND Flash.

Inną, i prawdopodobnie ważniejszą przeszkodą jest brak odpowiednich kontrolerów, które pozwoliłyby na całkowite wykorzystanie możliwości SSD. Kontrolery usprawniają zadania odczytu/zapisu oraz zapewniają korekcję błędów. Jednak niewiele z nich jest zoptymalizowanych pod kątem SSD. Prace nad nimi prowadzone są przez takie firmy, jak Micron, Intel, SanDisk oraz Samsung. Niektórzy dystrybutorzy, tacy jak LSI, Marvell, Silicon Motion oraz Phison także rozwijają kontrolery SSD, które według ich zapewnień mają charakteryzować się zwiększoną wydajnością.

Są również inne przeszkody. Większość z dzisiejszych SSD bazuje na starszej technologii SLC (Single-Level-Cell), która umożliwia zapis 1 bitu na komórkę logiczną. Jednak nadrzędnym celem jest rozwój urządzeń bazujących na pamięciach NAND wykonanych w nowszej technologii MLC (Multi-Level-Cell). Ograniczenia MLC stanowią największy czynnik hamujący wzrost użycia pamięci Flash w komputerach. Układy MLC zapewniają większe gęstości upakowania danych niż SLC, gdyż pozwalają na zapamiętanie nawet kilku bitów w komórce logicznej. Jednak charakteryzują się znacznie większym współczynnikiem błędów i mogą być zapisywane jedynie około 10 tys. razy, czyli 10 razy mniej niż SLC.

Rozwój nowych urządzeń bazujących na NAND Flash oraz ich kontrolerów jest kluczowym sposobem obniżenia kosztów SSD. Jednak przejście do MLC wymaga od producentów kontrolerów opracowania rozwiązań będących kompromisem między gęstością upakowania danych oraz żywotnością pamięci NAND. Na rynku może więc znaleźć się miejsce dla hybrydowych urządzeń SLC/MLC.

Grzegorz Michałowski