Üst düzey SSD’ler yüksek performans sunarak birçok alanda hayatımızı kolaylaştırıyor. Şu anda PCIe 4.0 teknolojisini kullanan NVMe SSD’ler piyasada ve yakında PCIe 5.0 sürücüler hayatımıza girmeye başlayacak.
Modern sürücüler her ne kadar performanslı olsa da önemli miktarda ısı üretebiliyorlar ve bu da performansı doğrudan etkiliyor. Hatta NAND flash yongalar bile zarar görebilir. Phison, sürücüler geliştikçe daha sıcak çalıştıklarını söylüyor. Şirkete göre PCIe Gen 5 SSD’lerde fana sahip aktif soğutucular kullanılması gerekecek.
Phison Teknik Sorumlusu Sebastien Jean, yakın tarihli bir röportajda şunları söyledi:
“SSD gücünü makul bir sınır içinde tutmak için yaptığımız birçok şey var. Ancak 1990’larda CPU ve GPU’nun ısınmasıyla aynı şekilde SSD’ler de daha sıcak çalışacak. Gen5 ve Gen6’ya geçerken aktif soğutmayı düşünmemiz gerekebilir.”
Daha Yüksek Kapasite ve Karmaşık Kontrolcüler
SSD’lerde kapasite kazanmak için katman sayısı artırılmalı veya tek bir hücrede depolanması gereken bitlerin yoğunlaşması (şarj düzeyi) gerekiyor. Katman sayısındaki artış tipik olarak bir hücrenin fiziksel boyutunu azaltıyor, bu da temel olarak yükleri güvenilir bir şekilde depolama yeteneğini olumsuz etkiliyor. Buna karşılık üç seviyeli hücre mimarisinden dört seviyeli hücre mimarisine geçiş, bir hücrenin dayanabileceği program/silme (P/E) döngülerinin sayısını kökten azaltmakta. 3D NAND kayıt yoğunluğunu artırmanın her iki yöntemi de bir arada bulunduğundan, sonuçta bu NAND hücrelerinin ürettiği sinyal kalitesinin bozulmasına yol açıyor. Dolayısıyla SSD’ler üzerinde bulunan kontrolcüler, karmaşık sinyalleri işlemek için karmaşık hata düzeltme yöntemlerini benimsiyor.
Karmaşık yöntemlerin arasında düşük yoğunluklu eşlik denetimi (LDPC) kod algoritmaları da bulunuyor. Nihayetinde son yıllarda SSD kontrolcüleri çok daha karmaşık hale geldi ve daha fazla bilgi işlem yeteneği kazandı. Algoritmalar olmadan devam etmek mümkün değil ve kontrolcüler bu şekilde daha yetenekli.
Phison gibi kontrolcü geliştiricileri, en gelişmiş kontrolcüler için daha karmaşık süreç teknolojilerini benimsiyor. Veri aktarım hızlarının da artmasıyla birlikte meraklı sınıf ve kurumsal/sunucu uygulamaları için üretilen SSD kontrolcülerde termal tasarım gücü (TDP) artmaya devam ediyor.
Kontrolcüler ve NAND Yongalarda Sıcaklıklar
Donanım meraklıları, modern CPU’ların ve GPU’ların yaklaşık 100 santigrat derece ve hatta daha yüksek sıcaklıklara dayanabileceğini (silikonda sorunlar çıkma ihtimali olsa bile) bilir. Aynısı SSD denetleyicileri için de geçerli. Phison’a göre TSMC gibi sözleşmeli üreticiler tarafından üretilen bileşenler 120 santigrat dereceye kadar sıcaklıklarda hayatta kalabiliyor.
Sorun şu ki 120 santigrat derecede kontrolcü 3D NAND IC’lere doğru ısı yayarken daha sıcak çalışmasını sağlıyor. NAND flash yongalar ise 75 santigrat derece ve üzerindeki sıcaklıklarda kararlılığını yitirirken daha güvensiz hale geliyor. Bu nedenle, veri kaybını önlemek için kontrolcüler genellikle yüksek sıcaklıklara çıkmamak için performansı kısıtlar.
Bu konularda deneyimli olan Sebastien Jean şunları söylüyor:
“3D NAND bellekler, NAND’ın derecesine bağlı olarak 0ºC’den 70ºC ve 85ºC’ye kadar verileri işleyebilir. Ve ısı yükseldikçe, NAND’deki verilerin tutulma oranı azalır. Verilerinizin çoğu gerçekten sürücü sıcak çalışırken yazılmışsa ve veriler soğuk halde okunuyorsa, büyük bir çapraz sıcaklık dalgalanması yaşarsınız. SSD bunu kaldırabilir ve daha fazla hata düzeltmesi yapabilir. Bu nedenle verimlilik daha düşüktür. Bir SSD’nin tatlı noktası 25ºC ile 50ºC arasındadır.”
Bu arada tüm SSD kontrolcülerin güce aç olmadığını ve karmaşık yapıda olmadığını belirtelim. Ana akım SSD’ler için cihazlar makul güç tüketimine ve sıcaklıklara sahip.
Soğutma
SSD’ler NAND’ın sıcaklığının 80 santigrat derecenin üzerinde olduğunu algıladıklarında kritik kapanma eğilimine girerler. Bu nedenle sürücüler için soğutma oldukça önemlidir. M.2 form faktörü söz konusu olduğunda iki soğutma yolu var: iletim (sürücü üzerindeki bakır/altın kontaklar ve onları pozisyonda sabitleyen vida aracılığıyla) ve konveksiyon (ısıyı havaya dağıtma).
Öte yandan yüksek performanslı SSD’leri soğutmak pek kolay değil. Bu nedenle PCB üzerinde büyük ısı dağıtıcılar kullanılıyor ve bazı fana sahip aktif soğutmalı sistemler görmüştük.
Jean, üst düzey sürücüler konusunda “Gen5 için soğutucular görmeyi bekliyorum. Ancak eninde sonunda havayı soğutucunun üzerine de iten bir fana ihtiyacımız olacak.” diyor.
İlginç bir şekilde, ucuz SSD üreticileri maliyetten kısmak için plastik vidalar kullanabiliyor ve bu da soğutma sürecini olumsuz etkiliyor. Phison alüminyumdan yapılmış uygun vidaların kullanılmasını öneriyor olsa da, bazen malzeme maliyetleri güvenilirlik ve performans konularından daha önemli olabiliyor.
Farklı SSD Türleri
Bildiğiniz üzere tüm SSD’ler soğutucuya sahip değil. Bununla birlikte dizüstü bilgisayarlarda (PC satışlarının yaklaşık %75’ini temsil ediyor) soğutma sistemleri daha zayıf. Ayrıca SSD’lerin boyutu değişirken bunları masaüstü bilgisayarlara ve dizüstü bilgisayarlara takmak biraz farklı olabiliyor. Bu nedenle Phison gibi SSD geliştiricilerinin farklı stratejiler benimsemesi gerekiyor.
Bunlardan biri daha ince proses teknolojisi kullanmak. 7nm sınıfı bir çip, 16nm sınıfı bir teknoloji kullanılarak yapılan benzer bir çipten daha az güç tüketecek ve daha az serin çalışacaktır. Aynı zamanda bu yongaların daha küçük olmasına ve bazı durumlarda daha ucuza üretilmesine yardımcı olur. Ancak elbette bu her zaman geçerli değil.
Küçük bir yonga ayrıca fiziksel arabirimler için daha az alan anlamına geliyor, bu nedenle tasarımcılar istemci sürücülerindeki NAND kanallarının sayısını azaltma eğiliminde. Günün sonunda maliyetler düşerken güç tüketimi azalmakta.
Sonuç
SSD’ler kapasite ve performans kazandıkça kontrolcülerin yetenekleri, bilgi işlem yetenekleri ve karmaşası artıyor. Nihayetinde ise güç tüketiminde artışlar yaşanıyor. Kontrolcü üreticileri ise daha küçük işlem teknolojileri kullanarak, ayrıca NAND kanallarının ve PCIe şeritlerinin sayısını azaltarak bilgi işlem yeteneklerine yönelik artan ihtiyaçları hafifletiyor.
En azından Phison’a göre akım SSD’ler dizüstü bilgisayarlara sığacak kadar küçük ve serin kalacak. Yüksek performanslı SSD’lerde ise daha güçlü soğutma çözümleri ve ekran kartlarındaki gibi fanlar görebiliriz. Daha önce belirttiğimiz gibi, PCIe 5.0 teknolojisine dayanan ürünler 2022 içinde piyasada yerini almaya başlayacak.
