솔리드 스테이트 드라이브( SSD(SSDs) )는 운영 체제 및 앱용으로 선호되는 컴퓨터 스토리지로 빠르게 자리잡고 있습니다. 최신 노트북, 휴대폰, 태블릿, 심지어 콘솔에서도 찾을 수 있습니다.
뛰어난 성능과 내구성으로 이 드라이브는 큰 인기를 얻고 있지만 SSD 는 정확히 무엇 입니까?
기존 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drives) ( HDD(HDDs) ) 작동 방식
SSD(SSDs) 의 차이점 을 파악하려면 간단히 시계를 되돌리고 기존의 HDD(HDDs) ( 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drives) )를 살펴봐야 합니다. HDD 는 최근까지 거의 모든 컴퓨터에서 볼 수 있는 표준 유형의 드라이브였습니다 .
HDD 내부에는 "플래터"라고 하는 회전 디스크가 하나 이상 있습니다. 각 플래터는 트랙과 섹터로 나뉩니다. 플래터는 일반적으로 알루미늄 또는 유리로 만들어지며 자성 물질로 코팅됩니다.
플래터의 표면에는 각각 단일 비트의 데이터를 나타내는 수십억 개의 개별 영역이 있습니다. 영역은 1 또는 0을 나타내는 자화되거나 자화될 수 있습니다.
회전하는 플래터가 분당 수천 번의 회전으로 움직이면 스윙 암에 부착된 작은 읽기-쓰기 헤드가 드라이브에서 읽거나 드라이브에 쓰기를 하는 플래터 위로 머리카락 한 가닥을 띄웁니다.
하드(Hard) 디스크 드라이브는 작고 정밀하며 깨지기 쉬운 움직이는 부품이 많이 있는 믿을 수 없을 정도로 복잡한 장치입니다. 그들이 하는 대로 일을 한다는 것은 현대의 경이로움입니다.
솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 작동 방식
SSD는 하드 디스크 드라이브보다 CPU(CPUs) 및 RAM 과 같은 반도체 장치와 공통점이 더 많습니다 . SSD(SSDs) 와 HDD(HDDs) 는 모두 저장 장치 역할을 하지만 SSD(SSDs) 는 매우 다른 방식으로 작동합니다.
일반적인 SSD 내부에는 컴퓨터 칩만 있습니다. 데이터가 저장되는 방법과 위치를 관리하는 SSD의 컨트롤러 칩이 있지만 SSD의 대부분은 플래시 메모리 (SSD)칩(SSD) 으로 구성됩니다.
플래시(Flash) 메모리는 "비휘발성" 메모리입니다. RAM 과 같은 (RAM)휘발성(Volatile) 메모리 는 전원이 꺼지면 지속되지 않으며 거기에 저장된 데이터가 사라집니다. 대조적으로 SSD(SSDs) 나 USB 드라이브와 같은 비휘발성 메모리를 사용하면 전원이 꺼져도 데이터가 유지됩니다. 이것이 USB 썸 드라이브를 "플래시 드라이브"라고도 하는 이유입니다!
최신 SSD(SSDs) (및 대부분의 USB 플래시 드라이브 및 메모리 카드)는 (USB)NAND 플래시 메모리라는 유형의 플래시 메모리를 사용합니다 . 마이크로칩에서 만들 수 있는 논리 게이트 유형 중 하나의 이름을 따서 명명되었습니다. NAND 메모리에는 다양한(NAND) 전하 수준을 유지할 수 있는 "셀"이 있습니다. 메모리 셀의 전하 레벨을 측정하여 그것이 1을 나타내는지 아니면 0을 나타내는지 알 수 있습니다. 셀의 내용을 변경하려면 셀 내부의 전하 수준을 변경하기만 하면 됩니다.
NAND 메모리 의 세계에는 다양한 기술 변형이 있습니다 . 예를 들어, " V-NAND(V-NAND) " 또는 "vertical " NAND 레이블이 지정된 일부 Samsung SSD(Samsung SSDs) 를 보았을 수 있습니다 . 여기에서 메모리 셀은 수직으로 적층되어 동일한 실리콘 풋프린트에서 더 많은 저장 용량을 허용합니다. Intel의 3D NAND 도 거의 동일한 기술입니다.
SSD 및 인터페이스 유형
SSD(SSDs) 는 다양한 폼 팩터와 NAND 플래시 메모리 유형으로 제공됩니다. 이것은 SSD 의 최대 성능과 가격을 결정합니다.
플래시 메모리 유형
모든 NAND 플래시는 데이터 밀도와 성능이 동일하지 않습니다. 위의 논의에서 SSD(SSDs) 는 메모리 셀 내부에 전하로 데이터를 저장 한다는 것을 기억할 것 입니다.
셀이 단일 비트의 데이터만 저장하는 경우 SLC 또는 단일 레벨 셀 메모리(single-level cell memory) 라고 합니다. MLC (멀티 레벨 셀) 및 TLC (트리플 레벨 셀) 메모리는 셀당 각각 2비트 및 3비트의 데이터를 저장합니다. QLC (쿼드 레벨 셀) 메모리는 셀당 4비트를 사용합니다.
단일 셀에 저장할 수 있는 데이터 비트가 많을수록 SSD는 더 저렴해질 수 있고 동일한 공간에 더 많은 데이터를 채울 수 있습니다. 이것은 좋은 생각처럼 들리지만 SSD(SSDs) 작동 방식 덕분에 다중 비트 저장 방법을 사용할 때 드라이브가 더 빨리 죽습니다. SLC 메모리는 수명이 길고 성능이 가장 우수하고 내구성이 뛰어난 NAND 유형입니다. (NAND)그러나 그것은 또한 지금까지 가장 비싸고 고급 드라이브에서만 볼 수 있습니다.
따라서 대부분의 소비자 SSD(SSDs) 는 MLC 또는 TLC 를 사용하고 사용 수명을 최대한 연장하기 위해 특별한 방법을 사용합니다. 이 기사의 뒷부분에서 기술의 단점에 대해 SSD 마모 문제를 다룰 것 입니다.
SSD 폼 팩터
SSD(SSDs) 는 다양한 폼 팩터로 제공됩니다. "폼 팩터"는 단순히 장치의 물리적 모양과 장치가 준수하는 연결 표준입니다. SSD 는 처음에 (SSDs)HDD(HDDs) 를 대체하도록 설계 되었기 때문에 소비자 데스크톱을 위한 최초의 장치는 이전에 하드 드라이브가 있던 곳에 슬롯을 넣기 위한 것이었습니다.
여기에서 2.5인치 SATA SSD( 2.5-inch SATA SSD) 디자인이 등장합니다. 현재 사용 중인 2.5인치 노트북 하드 드라이브를 꺼내고 이 SSD(SSDs) 중 하나를 꽂기만 하면 됩니다.
이 케이스 내부 의 SSD 에는 그 공간이 모두 필요하지 않지만 노트북과 대부분의 최신 데스크탑에는 이미 마더보드에 2.5인치 드라이브 베이와 SATA 커넥터가 있기 때문에 완벽합니다. 2.5인치 드라이브를 데스크탑의 3.5인치 베이에 장착할 수 있는 어댑터를 구입할 수도 있습니다.
불필요한 공간을 차지하는 것 외에도 이 2.5인치 드라이브는 SATA 3 인터페이스 의 한계인 MB/s
mSATA(mini-SATA) 표준은 공간 문제를 해결합니다. mSATA는 물리적으로 PCI Express Mini(PCI Express Mini) 카드 표준 과 모양, 크기 및 커넥터가 같았지만 두 가지 유형의 카드는 전기적으로 호환되지 않습니다.
m SATA 표준은 이제 M.2 표준으로 대체되었습니다. M.2 SSD(M.2 SSDs) 는 카드와 마더보드 조합에 따라 SATA 또는 PCIe 가 될 수 있습니다 .
M.2 카드는 양면에 구성 요소가 있는 양면으로 사용할 수도 있으며 길이가 다양합니다. 컴퓨터의 마더보드가 함께 사용하려는 M.2 SSD 와 호환되는지 확인하는 것이 항상 중요 합니다!
NVMe SSD(NVMe SSDs) 는 비휘발성 메모리 익스프레스 (Non-Volatile Memory Express ) 표준을 사용합니다. 이 표준은 컴퓨터가 그래픽 카드에 더 일반적으로 사용되는 PCIe 를 사용하여 (PCIe)SSD 메모리에 액세스할 수 있는 방법 입니다. PCIe 는 (PCIe)SATA 보다 훨씬 더 많은 대역폭을 갖고 있어 빠른 SSD 메모리가 최대한의 잠재력을 발휘할 수 있습니다.
SSD의 장점
SSD(SSDs) 가 스토리지 기술의 표준이 되는 데에는 여러 가지 이유 가 있습니다. 일부 초기 치아 문제로 인해 한동안 주류 컴퓨터 세계에서 제외되었지만 이제는 누구에게나 추천할 수 있는 시점에 이르렀습니다. 최신 비디오 게임 콘솔(latest video game consoles) 도 이제 SSD 를 사용 합니다. 다음은 SSD(SSDs) 를 현재 인기로 이끌었던 주요 강점입니다 .
SSD는 빠릅니다
전 세계에서 가장 빠른 기계식 하드 드라이브인 Seagate Mach.2 Exos 2X14 는 524MB (Exos 2X14)MB/s 의 지속적인 전송 속도에 도달할 수 있습니다 . 이는 SATA 3 (SATA 3) SSD 만큼 빠릅니다 . 하지만 요즘 컴퓨터에서 볼 수 있는 일반적인 기계식 드라이브 는 시장의 하이엔드 제품을 바라보는 경우 MB/s 에서 MB/s 사이의 어딘가에 도달할 수 있습니다. .
중급 노트북에서 볼 수 있는 것과 같은 일반적인 M.2 PCIe SSD 는 2.5~ (M.2 PCIe SSDs)GB/s 를 제공 합니다. 최신 M.2 PCIe SSD 는 (M.2 PCIe SSDs)GB/s 에 가까워지고 있으며 이는 엄청난 양의 데이터입니다. 순차(Sequential) 쓰기 속도는 일반적으로 읽기 속도보다 약간 느리지만 데이터는 양방향으로 엄청난 속도로 날아갑니다.
전송 속도뿐만이 아닙니다. 기계식 하드 드라이브는 플래터를 회전시키고 드라이브 헤드를 제자리로 옮기는 데 시간이 필요합니다. 데이터 요청을 위해 플래터에서 올바른 지점을 찾는 것을 "탐색 시간"이라고 합니다. SSD(SSDs) 의 경우 해당 지연 시간은 사실상 0입니다.
SSD 는 메모리 셀 내의 모든 위치에서 데이터를 즉시 읽을 수 있으며 병렬로 수행할 수도 있습니다. 어떤 방식으로 슬라이싱하든 SSD(SSDs) 는 어떤 방식으로 슬라이싱하든 최고의 기계식 하드 드라이브와 다른 성능 세계에 있습니다.
컴퓨터의 HDD 를 SSD 로 업그레이드하면 부팅 시간이 훨씬 빨라지고 시스템 응답 속도가 매우 빨라집니다. CPU 가 스토리지 드라이브의 데이터 (CPU)를(Simply) 기다릴 필요가 없기 때문 입니다. 오래된 Windows 시스템에 새 생명을 불어넣는 환상적인 방법입니다.
SSD는 내구성이 있습니다.
SSD(SSDs) 는 움직이는 부품이 없는 CPU 또는 RAM 과 같은 다른 솔리드 스테이트 구성 요소만큼 내구성이 있습니다. 전원 서지로 인해 손상되지 않는 한 무기한 또는 최소한 컴퓨터가 유용한 상태로 유지되는 한 계속 실행되어야 합니다. 플래시(Flash) 메모리는 특히 플래터가 회전하는 동안 떨어지면 쉽게 파괴되는 하드 드라이브와 달리 충격 손상에 매우 강합니다.
이러한 내구성으로 인해 랩톱에 적합하며 Apple MacBook Air , i Mac 및 기타 Mac 컴퓨터 제품군 구성원과 같은 울트라북에 고성능 통합 SSD(SSDs) 가 있는 이유 입니다.
이 경우 " 내구성(Durability) " 은 아래의 단점 목록에서 다루는 SSD 마모 현상을 의미하지 않습니다 .
SSD는 단편화를 겪지 않습니다.(Suffer From Fragmentation)
데이터 조각화는 (Data)HDD(HDDs) 의 실제 문제입니다 . 새 데이터가 드라이브의 첫 번째 사용 가능한 공간에 기록될 때 발생합니다. 따라서 주어진 파일 또는 관련 파일 세트에는 드라이브의 물리적 플래터 영역 전체에 데이터가 흩어져 있을 수 있습니다.
이렇게 하면 드라이브 헤드가 파일의 모든 부분을 찾기 위해 여기저기 날아다니기 때문에 순차 읽기 속도가 저하되고 검색 시간이 엄청나게 늘어납니다. SSD(SSDs) 는 고유 한 특성으로 인해 조각화가 발생하지 않습니다. 파일이 조각화되지 않은 것은 아닙니다. 다만 움직이는 부분도 없고 이야기할 탐색 시간도 없기 때문에 문제가 되지 않는다는 것이다.
조각 모음은 드라이브에 불필요한 마모를 줄 뿐입니다. SSD 조각화 에 대해 조금 더 알고 싶다면 SSD를 조각 모음해야 합니까?(Should You Defrag an SSD?) 를 읽으십시오 .
SSD는 조용합니다.
하드 드라이브는 시끄럽습니다! 모터의 윙윙거리는 소리, 디스크의 쉿하는 소리, 앞뒤로 움직이는 드라이브 헤드의 딸깍거리는 소리 등은 수십 년 동안 컴퓨터 사용자의 배경 소음이었습니다.
반면 SSD(SSDs) 는 소음이 전혀 발생하지 않습니다. 이것은 사소한 이점처럼 보일 수 있지만 시끄러운 컴퓨터 구성 요소는 성가신 일입니다. 사운드 녹음에 사용되는 컴퓨터와 같은 일부 사용 사례에서는 사운드 레벨이 중요합니다. HDD 소음 을 억제하기 위해 특수 장착 및 설계가 적용된 값비싼 하드 드라이브가 있었지만 SSD(SSDs) 를 사용하면 문제가 완전히 해결됩니다.
이것이 우리가 이제 팬과 기계식 하드 드라이브가 없는 Apple M1 MacBook Air 와 같은 컴퓨터를 가질 수 있는 이유입니다. (Apple M1 MacBook Air)전체 컴퓨터는 솔리드 스테이트이므로 소음이 전혀 발생하지 않습니다!
SSD는 작고 전력 효율적입니다.
SSD는 HDD(HDDs) 보다 공간을 덜 차지 하며 작동하는 데 훨씬 적은 전력이 필요합니다. 이는 더 작고 얇은 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 및 빠른 비휘발성 저장 드라이브가 필요한 기타 전자 장치를 가질 수 있음을 의미합니다.
SSD 는 사용하지 않을 때 거의 완전히 절전 모드로 전환될 수 있으며 HDD(HDDs) 와 달리 거의 즉시 고성능 모드로 전환할 수 있습니다. 전반적(Taken) 으로 SSD 전력 소비는 모바일 컴퓨터 및 이를 사용하는 기타 장치의 배터리 수명을 늘리는 데 특히 중요합니다. 전자기계 장치는 작동하는 데 고체 장치보다 더 많은 에너지가 필요합니다.
SSD는 설치 크기를 줄일 수 있습니다.
SSD 는 일부 응용 프로그램, 특히 (SSDs)비디오 게임(video games) 의 설치 크기를 줄일 수 있습니다 . 애플리케이션이 메모리로 빠르게 스트리밍되는 데이터에 의존하는 경우 개발자는 HDD 플래터의 여러 위치에 정보를 복제할 수 있습니다. 드라이브 헤드가 항상 필요한 데이터 사본에 가까이 있기 때문에 검색 시간이 단축됩니다. 영리한 트릭이지만 저장 공간을 희생해야 합니다.
SSD(SSDs) 용으로 설계된 애플리케이션 은 이 작업을 전혀 수행할 필요가 없습니다. SSD 는 대기 시간이 거의 없고 드라이브의 어느 곳에서나 즉시 데이터를 읽을 수 있으므로 데이터 사본이 하나만 있어야 합니다.
PlayStation 5 와 같은 콘솔은 특히 압축과 결합하여 SSD(SSDs) 가 설치 크기를 얼마나 줄일 수 있는지 이미 보여 주므로 다음 이점이 있습니다.
SSD를 가속화할 수 있습니다.
SSD(SSDs) 가 이미 충분히 빠르다고 생각했다면 이러한 드라이브의 속도를 높여 진정한 고속 성능 수치를 얻을 수 있습니다. 이 모든 것이 압축 기술 덕분입니다. 데이터는 많이 압축된 형태로 SSD 에 저장됩니다. (SSD)정보가 요청되면 실시간으로 압축이 해제되어 SSD 의 원시 데이터 전송 속도를 효과적으로 증폭합니다 .
유일한 문제는 압축을 풀려면 강력한 프로세서가 필요하지만 SSD(SSDs) 에는 현재 그러한 프로세서가 포함되어 있지 않다는 것입니다. GPU(GPUs) 는 이러한 작업을 수행하는 데 탁월하므로 Microsoft의 DirectStorage 및 Nvidia의 RTX IO(Nvidia’s RTX IO) 와 같은 소프트웨어 API(APIs) ( Application Programmer Interface )를 사용 하면 최근 세대의 GPU 는 3D 그래픽뿐만 아니라 SSD 성능도 가속화할 수 있습니다.
SSD의 단점
SSD(SSDs) 는 바람직한 속성이 많지만 기술이 완벽하지는 않습니다. SSD 소유권 의 일부 측면은 우리가 원하는 만큼 유쾌하지 않습니다.
SSD는 더 비싸다
HDD 는 가격이 많이 내려갔고 저장할 수 있는 데이터의 양을 미친 수준의 밀도로 늘렸습니다. 그 결과 기가바이트의 HDD 데이터 비용은 가장 저렴한 NAND 플래시보다 훨씬 저렴합니다.
SSD 가격은 지난 몇 년 동안 급격히 하락했지만 사람들은 일반적으로 256GB에서 512GB 범위의 비교적 작은 SSD 를 여전히 사용하고 있습니다. (SSDs)SSD(SSDs) 는 애플리케이션 및 운영 체제용으로 예약되어 있는 반면 HDD 에는 (HDDs)SSD 속도 의 이점을 얻지 못하는 미디어 파일 또는 애플리케이션용 대용량 스토리지가 있습니다 .
좋은 소식은 모든 반도체 기술과 마찬가지로 트랜지스터 밀도와 제조 공정이 기하급수적인 경향을 보여 비용을 낮추고 공간을 더 많이 차지할 수 있다는 것입니다. 현재 대부분의 예산은 SSD 와 HDD 스토리지의 혼합을 요구합니다.
SSD가 마모될 수 있음
SSD 는 내구성이 매우 높고 (SSDs)HDD(HDDs) 보다 더 많은 처벌을 받을 수 있지만 작동 수명이 더 길지만 마모가 발생합니다. SSD 마모 는 SSD(SSDs) 가 메모리 셀에 쓰기 때문에 발생합니다. SSD 메모리 셀 에 비트가 기록될 때마다 약간만 전하를 유지하는 능력을 잃습니다.
시간이 지남에 따라 셀에 쓰기를 반복하면 셀이 작동하지 않게 됩니다. SLC SSD(SLC SSDs) 는 주어진 셀을 튀기기 전에 가장 많이 반복되는 쓰기를 처리할 수 있지만 MLC , TLC 및 QLC 셀은 그 순서로 더 취약합니다. 초기 소비자 SSD 는 놀라울 정도로 곧 죽을 수 있지만 오늘날 드라이브에는 (SSDs)SSD 의 쓰기 내구성을 확장하기 위한 웨어 레벨링 및 오버프로비저닝과 같은 전략이 있습니다 .
SSD 마모는 복잡한 주제이므로 심층 토론을 위해 SSD 마모에 대해 알아야 할 모든 것을(Everything You Need To Know About SSD Wear & Tear) 살펴보십시오 .
SSD는 빠른 비트 부패를 가질 수 있습니다.
모든 형태의 데이터 저장은 결국 비트 부패에 굴복합니다. (bit rot.)이것은 저장 매체가 너무 많이 저하되어 더 이상 읽을 수 있는 형식으로 데이터를 저장할 수 없을 때 발생합니다.
다른 미디어는 다양한 이유로 비트 썩음이 발생하지만 하드 드라이브는 비트 썩음 문제 없이 수십 년 동안 보관할 수 있습니다. 반면 SSD 는 저장한 지 몇 년 만에 데이터가 손실될 수 있습니다. (SSDs)이것은 각 메모리 셀에 전하를 유지하는 절연층의 열화로 인해 발생합니다. 금액이 누출되면 셀이 비어 있고 데이터가 포함되지 않습니다!
SSD(SSDs) 를 너무 뜨거운 환경에 보관 하면 비트 로트가 더 빨리 발생하는 것 같지만 어느 쪽이든 서랍 어딘가에 데이터를 저장하는 데는 최선의 선택이 아닐 수 있습니다.
SSD 데이터 복구는(SSD Data Recovery Is Hard) 불가능하다
기계식 하드 드라이브에서 데이터를 복구하는 기술을 중심으로 구축된 정교한 산업이 있습니다. 지출할 충분한 돈이 있다면 전문가가 말 그대로 드라이브를 조각으로 다시 만들기 때문에 부서진 드라이브에서 데이터를 복구할 수도 있습니다.
좀 더 평범한 수준에서 HDD 는 (HDDs)Windows 또는 다른 운영 체제 에서 물리적 데이터를 삭제할 때 물리적 데이터를 삭제하지 않기 때문에 실수로 삭제된 데이터를 복구할 수 있습니다 . 대신 드라이브의 해당 영역을 덮어쓰도록 표시하기만 하면 됩니다. 덮어쓰기가 아직 발생하지 않은 한 특수 소프트웨어를 사용하여 복구할 수 있습니다.
SSD(SSDs) 를 사용하면 드라이브가 손상되거나 파일이 삭제된 경우 아무 것도 복구할 수 없습니다. HDD가 전기적 서지로 인해 손상된(HDD is damaged) 경우 에도 새 드라이브 전자 장치를 사용하여 HDD를 재구축할 수 있지만 SSD 는 완전히 전기적이기 때문에 모든 메모리가 소모될 수 있습니다.
또한 SSD(SSDs) 에 그들이 알지 못하는 물리적 데이터 운영 체제로 많은 일을 하는 정교한 컨트롤러가 있다는 것은 도움이 되지 않습니다. 예를 들어 SATA SSD 에서 사용하는 (SATA SSDs)TRIM 명령 은 새 데이터 쓰기 프로세스의 속도를 높이기 위해 삭제 표시된 메모리 셀을 선제적으로 삭제합니다. 따라서 삭제 취소 트릭이 작동하지 않습니다!
미래는 솔리드 스테이트
SSD(SSDs) 가 완벽하지는 않지만 스토리지 드라이브 성능이 크게 향상되어 스토리지 시장의 궁극적인 지배가 불가피해 보입니다. 시간이 지남에 따라 SLC SSD(SLC SSDs) 도 가격이 하락할 것으로 예상되는 반면 내구성이 떨어지는 SSD 유형은 마모 제한과 관련하여 훨씬 더 똑똑해질 것입니다.
하드(Hard) 드라이브 기술도 초기에는 상당한 문제가 있었지만 SSD(SSDs) 가 여전히 가지고 있는 문제가 무엇이든 기록적인 시간 내에 해결될 것이라고 생각합니다.
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.
