SSD คืออะไร ? รู้จักอุปกรณ์เก็บข้อมูลที่เน้นเร็ว เงียบ ประหยัด ทนทาน

รู้จัก SSD อุปกรณ์เก็บข้อมูลที่เน้นเร็ว เงียบ ประหยัด ทนทาน

การประกอบ หรือเลือกซื้อคอมพิวเตอร์ในยุคนี้ ในเรื่องของหน่วยความจำหลักหลายคนน่าจะเลือกใช้แบบ โซลิดสเตตไดรฟ์ (Solid State Drive - SSD) กัน เพราะมันช่วยให้การเปิดบูตเครื่องคอมพิวเตอร์เร็วขึ้นกว่า HDD มากหลายเท่า จากเดิมที่ต้องใช้เวลาเกือบนาที เหลือเพียงไม่ถึง 10 วินาที เท่านั้น นอกจากนี้ก็ยังรวมไปถึงการเปิดซอฟต์แวร์ต่าง ๆ ที่ทำได้เร็วขึ้น เล่นเกมก็สามารถดาวน์โหลดฉากได้ไวกว่า ด้วยข้อดีที่มีอยู่มากมาย รวมกับปัจจัยด้านราคาที่ไม่แพงเหมือนสมัยก่อน ทำให้ SSD เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจมาก

ในบทความนี้ เราก็เลยอยากจะมาแนะนำเกี่ยวกับเทคโนโลยีของ SSD กันให้มากขึ้นกัน

อุปกรณ์เก็บข้อมูล SSD คืออะไร ? (What is Solid-State Drive ?)

สำหรับ SSD นั้น ก็ถือว่าเป็นเทคโนโลยีการเก็บข้อมูล ที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาของ ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ (HDD) ที่อ่าน-เขียนข้อมูลได้ช้า ซึ่งเกิดจากข้อจำกัดของการใช้จานแม่เหล็ก (Platter) ในการเก็บข้อมูล เพราะหัวอ่านจะต้องขยับหาข้อมูลบนจานแม่เหล็กที่หมุนด้วยความเร็วสูง แต่ไม่ว่ามันจะทำงานได้เร็วขนาดไหนก็ตาม มันก็ไม่มีทางเร็วไปกว่า SSD ที่ใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ (Semiconductor-Based) ได้อย่างแน่นอน

โดย SSD นั้นใช้ NAND Flash Memory ในการจัดเก็บข้อมูล โดยภายในตัว NAND Flash Memory นั้นจะประกอบด้วยบล็อก (Block) ที่เรียงติดกันเป็นจำนวนมาก หรือที่เรียกว่า "กริด (Grid)" ภายในแต่ละ Block ก็จะมี Cells หน่วยความจำ หรือที่อาจรู้กันในชื่อ "เพจ (Page)" หรือ "เซกเตอร์ (Sector)" จำนวนค่า "บิต (Bit)" ที่สามารถบันทึกค่าในแต่ละเซลล์ (Cell) ได้ก็จะมีความแตกต่างกันออกไป ตัวอย่างเช่น 

1. SLC (Single Level Cell) เก็บได้ 1 บิต / เซลล์
2. MLC (Multi Level Cell) เก็บได้ 2 บิต / เซลล์
3. TLC (Triple Level Cell) เก็บได้ 3 บิต / เซลล์
4. QLC (Quad Level Cell) เก็บได้ 4 บิต / เซลล์
5. PLC (Penta Level Cell) เก็บได้ 5 บิต / เซลล์

ความแตกต่างคือยิ่งจำนวนบิต/เซลยิ่งน้อย มันก็จะยิ่งทำงานได้เร็ว และมีความทนทานที่สูงกว่า แต่การที่จำนวนบิต/เซลยิ่งเยอะ ก็จะทำให้ต้นทุนในการผลิตถูกกว่าเดิมมาก อย่างใน SSD แบบ QLC แต่ละ Grid จะสามารถเก็บข้อมูลได้ระหว่าง 256 KB. - 4 MB.

อย่างไรก็ตาม SSD ที่วางขายในปัจจุบันนี้ จะมีแค่ SLC - QLC เท่านั้น ส่วน PLC ยังไม่มีการวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์

ความเป็นมาของ อุปกรณ์เก็บข้อมูล SSD (The History of Solid-State Drive)

ในยุคเริ่มต้น หน่วยความจำที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ในการทำงานหรือจะเรียกมันว่าเป็น SSD ตัวแรกของโลกคือ StorageTek STC 4305 ที่เปิดตัวในปี ค.ศ. 1978 (พ.ศ. 2521) สำหรับใช้เปลี่ยนแทนไดร์ฟเก็บข้อมูลของเครื่องคอมพิวเตอร์ IBM 2305 มันใช้เทคโนโลยี Charge-Coupled Devices (CCDs) ในการเก็บข้อมูล เกร็ดน่าสนใจคือ มันมีความจุ 45 MB. มาในราคาที่แพงถึง $400,000 หรือ 14,463,600 บาท เลยทีเดียว

ต่อมาได้มีการคิดค้นหน่วยความจำแบบใหม่ขึ้นมาเรียกว่าหน่วยความจำแบบแฟลช (Flash Memory) โดยมันได้ถูกพัฒนาขึ้นมาในปี ค.ศ. 1980 (พ.ศ. 2523) โดย Fujio Masuoka วิศวกรชาวญี่ปุ่นของบริษัทโตชิบา (Toshiba) ก่อนที่มันจะถูกวางขายในเชิงพาณิชย์ในปี ค.ศ. 1987 (พ.ศ. 2530) นั่นเอง

ภาพจาก : https://spectrum.ieee.org/chip-hall-of-fame-toshiba-nand-flash-memory

ต่อมาผู้ก่อตั้งบริษัท SanDisk Corporation (หรือที่ตอนนี้ได้เปลี่ยนชื่อเป็นบริษัท SanDisk) Eli Harari, Sanjay Mehrotra และ Robert D. Norman ได้มองเห็นโอกาสทางธุรกิจ จึงได้จดสิทธิบัตรไดร์ฟ SSD ที่ใช้ Flash memory ในการเก็บข้อมูล และได้วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1991 (พ.ศ. 2543) มันมีความจุ 20 MB. ถูกใช้ในโน้ตบุ๊ก ThinkPad ของ IBM และมีการวางจำหน่ายในราคาประมาณ $1,000 (ประมาณ 36,155 บาท)

อุปกรณ์เก็บข้อมูล SSD ทำงานอย่างไร ? (How does Solid-State Drive work ?)

อันที่จริง หลักการทำงานของ SSD นั้นก็เหมือนกับ HDD เหมือนกัน โดยมีตัว หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ที่ทำหน้าที่ควบคุมว่าจะต้องอ่าน-เขียนข้อมูลตรงไหน แต่ว่าทำงานได้รวดเร็วกว่าเพราะว่ามันอาศัยชิปเซมิคอนดักเตอร์ในการเก็บประจุไฟฟ้า ไม่มีชิ้นส่วนที่ต้องขยับเหมือนกับการทำงานของ HDD

อย่างที่เราได้อธิบายไปในหัวข้อที่แล้ว ว่า SSD จะบันทึกข้อมูลลงใน Block ซึ่งตัว Block เมื่อเขียนข้อมูลจนเต็มแล้ว ก็จะขยับไปใช้งาน Block ถัดไป พอใช้หมดก็จะมีการลบข้อมูลเดิมทิ้ง และเขียนข้อมูลลงไปใหม่ อย่างไรก็ตาม ในการลบข้อมูลภายใน Block จะทำให้เกิดความเสื่อมสภาพ นั่นทำให้ SSD มีจำนวนรอบการอ่าน-เขียนข้อมูลที่จำกัด แต่ผู้ใช้ก็ไม่จำเป็นต้องกังวลในจุดนี้มากนัก เพราะอายุของ SSD ในปัจจุบันนี้ สามารถใช้งานได้หลายปีสบาย ๆ กว่าที่จำนวนรอบจะหมดลง

ภาพจาก : https://r2.community.samsung.com/t5/Tech-Talk/Flash-memory/td-p/4457583

ภายใน SSD จะมีทรานซิสเตอร์ที่เรียกว่า NAND ("Not AND" Logic Gate) หน่วยความจำแบบแฟลชที่สามารถเก็บข้อมูลเอาไว้โดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในการคงค่าเดิมเอาไว้ ซึ่งมันจะถูกนำมาเรียงซ้อนกัน ทำให้ถูกเรียกว่า 3D NAND เพื่อเพิ่มความจุของ SSD ให้เพิ่มสูงขึ้น

นอกจากนี้ ใน SSD ก็จะมีตัวควบคุม (Controller) ที่มีหน้าที่เอาไว้สำหรับ ควบคุมการทำงานของหน่วยความจำ เพราะภายใน SSD 1 ตัว จะมีชิป NAND อยู่หลายตัว ก็เป็นหน้าที่ของ Controller ในการควบคุมว่าจะอ่าน-เขียนข้อมูล ไปที่ไหน อย่างไร ? เป็นต้น

รูปแบบของ อุปกรณ์เก็บข้อมูล SSD (Types of Solid-State Drive)

การแบ่งรูปแบบของ Solid State Drive (SSD) นั้นมีการแบ่งอยู่หลายแบบ เช่น 

แบ่งตามการใช้งาน

ในเบื้องต้นจะถูกแบ่งตามการใช้งานคือ แบบใช้ภายในคอมพิวเตอร์ หรือโน้ตบุ๊ก (Internal SSD) และแบบใช้ภายนอก หรือฮาร์ดไดร์ฟแบบพกพา (External SSD)

แบ่งตามการเชื่อมต่อ

โดย Internal SSD ก็จะเชื่อมต่อผ่านพอร์ต SATA, IDE หรือไม่ก็ M.2 ส่วน External SSD ก็จะเชื่อมต่อผ่านพอร์ต USB, eSATA หรือไม่ก็ Thunderbolt

SATA นั้นเทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบเก่าที่มีความเร็วในการรับส่งข้อมูลค่อนข้างต่ำ และเริ่มถูกแทนที่ด้วยการมาของ PCIe และ NVMe

แบ่งตามประเภทของเซลล์เก็บข้อมูลในชิป NAND

Cells หน่วยความจำของ SSD ปัจจุบันนี้ จะมีอยู่ 4 ชนิด คือ

1. Single-Level Cell (SLC)
2. Multi-Level Cell (MLC)
3. Triple-Level Cell (TLC)
4. Quad-Level Cell (QLC)
5. Penta Level Cell (PLC)

ซึ่งความแตกต่าง คือ จำนวนบิตที่สามารถบันทึกลงในแต่ละ Cell ได้ (เรียงตามลำดับ 1, 2, 3, 4 และ 5)

SLC ที่บรรจุ 1 บิต ต่อ Cell สามารถทำงานได้เร็วที่สุด และมีโอกาสผิดพลาดน้อยที่สุดด้วย ในทางกลับกัน QLC ที่บรรจุ 4 บิต ต่อ Cell จะทำงานได้ช้าที่สุด และมีโอกาสผิดพลาดมากกว่า แต่ถึงจะบอกว่าช้า มันก็ยังเร็วกว่า Harddisk Drive (HDD) หลายเท่านะ

ในด้านราคา SLC จะมีราคาแพงที่สุด และ QLC จะมีราคาถูกที่สุด โดยทั่วไปแล้ว ผู้ใช้จะนิยมเลือกไดร์ฟ SSD แบบ SLC หรือ MLC เป็นไดร์ฟหลักสำหรับติดตั้งระบบปฏิบัติการ และใช้ไดร์ฟ TLC หรือ QLC เป็นไดร์ฟรองสำหรับเก็บข้อมูลที่เสียหายก็ไม่เป็นไร เช่น ติดตั้งเกม, เก็บรูปภาพชั่วคราว ฯลฯ

ข้อดี-ข้อเสียของ อุปกรณ์เก็บข้อมูล SSD (Solid-State Drive Pros and Cons)