Mikä on SSD-nopeuksien vaikutus järjestelmän kokonaissuorituskykyyn?

Ymmärtääksesi SSD-nopeuden: komponentit ja teknologiat, jotka ohjaavat suorituskykyä

Mikä SSD on ja miten se mahdollistaa nopeamman laskennan?

Näppäimistöasemat, lyhyesti SSD:t, tallentavat tiedot käyttäen jotain, jota kutsutaan NAND-flash-muistiksi, eivätkä sisällä liikkuvia osia tavallisten kovalevyjen tapaan. Suurin ero on nopeudessa. Useimmat SSD:t voivat hakea tiedot lähes välittömästi verrattuna perinteisiin HDD:ihin, jotka voivat olla jopa 50–100 kertaa hitaampia, koska ne luottavat pyörivään levyyn ja liikkuvaan käsivarteen. Koska todellista laitteistoa ei kulutu ajan myötä, nämä asemat kestävät pidempään. Ne kuluttavat vähemmän sähköä toimiessaan ja yleensä toimivat paremmin silloin, kun suorituskyky on tärkeää. Siksi monet ihmiset päivittävät kotitietokoneensa ja yritykset asentavat niitä palvelintiloihinsa, joissa nopeat vastausajat ovat erityisen tärkeitä ruuhkaisina aikoina.

SSD:n nopeuteen vaikuttavat keskeiset tekijät: NAND-tyyppi, ohjain ja välimuisti

Kolme keskeistä komponenttia määrittää SSD:n suorituskyvyn:

• NAND-flash-muistin tyyppi : Multi-Level Cell (MLC) ja Triple-Level Cell (TLC) NAND tasapainottavat kustannuksia ja kestoa, kun taas 3D-kerrostetut arkkitehtuurit, kuten 3D V-NAND, parantavat tiheyttä, nopeutta ja kestoa muistikoppien pystysuuntaisella pinotuksella.
• Ohjain : Toimii SSD:n aivoina halliten tietojen sijoittelua, kuluma-tasausjärjestelmää, virheidenkorjausta ja roskienkeruuta tehokkuuden ja eliniän optimoimiseksi. Suorituskykyiset ohjaimet vähentävät viiveitä ja lisäävät siirtonopeutta raskaiden kuormitusten alla.
• DRAM-välimuisti : Tallettaa usein käytettyjä kartoitustaulukoita ja tietoja, mikä merkittävästi vähentää käyttöjärjestelmän käynnistys- ja sovellusten latausajat. DRAM-välimuistilla varustetut asemat voivat saavuttaa satunnaisten lukujen nopeuden yli 750 000 IOPS — järjestyksessä nopeampia verrattuna HDD:n tyypillisiin 100–200 IOPS:iin.

Liitäntä ja muoto: SATA vs NVMe vs M.2 ja niiden suorituskykyvaikutukset

SSD-aseman liitäntä ja fyysinen rakenne vaikuttavat suoraan sen maksimisuorituskykyyn:

NVMe SSD:t käyttävät PCIe-yhteyksiä SATA-liitäntöjen sijaan, mikä tarkoittaa, ettei niillä törmätä näihin ärsyttäviin kaistanleveysrajoituksiin, jotka hidastavat perinteisiä asemia. Tämä antaa niille huomattavasti paremman nopeuden ja reaktioajan. Useimmat ihmiset tuntevat M.2-liittimet kannettavista tietokoneistaan, eikö vain? Nämä liittimet toimivat sekä SATA- että NVMe-standardien kanssa, vaikka niistä yleensä ajatellaankin pieniä, erittäin nopeita NVMe-asemia. Ota esimerkiksi huippuluokan PCIe 5.0 NVMe SSD. Se pystyy siirtämään suuren 20 gigatavun videotiedoston läpi vain noin kahdessa sekunnissa. Tämä on noin 17-kertaa nopeampaa kuin mitä keskinkertainen kiintolevy pystyy saavuttamaan, ja yli kaksinkertainen nopeus edes markkinoiden nopeimpiin SATA-SSD:ihin nähden.

SSD vs HDD: Todellisten nopeuserojen ja järjestelmän reaktiokyvyn mittaaminen

Luku-/kirjoitusnopeustestit: SSD:t suoriutuvat paremmin kuin perinteiset HDD:t

SSD-levyt voivat nykyään saavuttaa peräkkäisen lukunopeuden noin 560 MB/s SATA-malleissa ja yli 7 000 MB/s NVMe-teknologiaa käyttävissä malleissa. Tämä on valtavan paljon verrattuna perinteisiin 7 200 RPM:n HDD-levyihin, joiden maksiminopeus on noin 80–160 MB/s. Kun tarkastellaan erityisesti palvelimia, ero on järkyttävä. Vuoden 2023 Storage Performance -raportin mukaan SSD-levyt käsittelevät tietokantakyselyt noin 100 kertaa nopeammin kuin HDD-levyt. Myös tavalliset tietokonekäyttäjät huomaavat nämä parannukset arjessaan. Tiedostojen etsiminen kestää sekunteja eikä minuutteja, ohjelmien vaihtaminen tuntuu melkein välittömältä, ja sovellukset latautuvat paljon nopeammin jo ennen kuin ne aloittavat hyödyllisen toiminnan. Nopeusero kasautuu merkittäväksi ajassa, jos koneella viettää tunneittain työskennellen.

Tiedostonsiirron tehokkuus ja peräkkäisen käytön suorituskyky

Suuren 50 Gt:n videotiedoston siirtäminen tapahtuu paljon nopeammin, kun käytetään SSD-asemaa. Puhumme alle kahdesta minuutista verrattuna yli kahdeksaan minuuttiin, jos luotetaan perinteisiin HDD-tallennusratkaisuihin. Ero tulee vielä selvemmäksi jatkuvien tiedonsiirtojen yhteydessä. Kiintolevyasemat säilyttävät melko tasaisen suorituskyvyn näiden toimintojen aikana ja saavuttavat lähes koko ajan maksiminopeutensa. Mekaaniset kiintolevyasemat kertovat toisen tarinan. Niiden suorituskyky heikkenee huomattavasti pidempien kirjoitussessioiden aikana, ja ne voivat joskus pudota alle 60 %:iin niiden lupaamasta tehokkuudesta mekaanisten osien vuoksi sekä ajon aikana syntyneen tiedostojen fragmentoitumisen takia. Yrityksille, jotka suorittavat säännöllisiä varmuuskopioita useilla palvelimilla, siirtyminen SSD-teknologiaan tekee todellisen vaikutuksen. Verkkoon liitettyjen tallennuslaitteiden (NAS) synkronointiajat puolittuvat, mikä tarkoittaa, että IT-osastot käyttävät vähemmän aikaa tiedostojen kopioinnin odottamiseen ja voivat keskittyä enemmän muihin tärkeisiin tehtäviin, jotka pitävät liiketoiminnan toiminnassa päivästä päivään.

Satunnainen pääsy, viive ja IOPS: Miksi SSD:t loistavat aktiivisissa työmäärissä

Näppärät tilat tarjoavat noin 0,1 millisekunnin käyttöajan, kun taas kiintolevyillä kuluu 5–12 millisekuntia, mikä tarkoittaa, että SSD:t voivat suorittaa yli 100 000 syöttö/lähtötoimintoa sekunnissa verrattuna vain 100–200 IOPS:iin pyörivillä levyillä. Odotusaikojen valtava vähentymä tekee kaiken eron vaativia tehtäviä suoritettaessa. Kun virtuaalikoneita ajetaan SSD-tallennustilalla, ne käynnistyvät noin 70 prosenttia nopeammin ja voivat käsitellä noin 32 prosenttia enemmän käyttäjiä samanaikaisesti, kuten viime vuoden virtualisointitutkimusten tuoreet tulokset osoittavat. Niille, jotka työskentelevät luovasti korkearesoluutioisten videoprojektien parissa ohjelmistoilla kuten Adobe Premiere Pro, ero on öinen ja päiväinen. Toimittajat, jotka käsittelevät 4K-materiaalia, saavat ongelmattoman toiston ilman yhdenkään kuvakehyksen menetystä, mutta yritä samaa HDD:llä ja odota nähdä 15–20 prosenttia kuvakehyksistä kadotettavan toiston aikana, mikä todella häiritsee työnkulkuja.

Järjestelmän käynnistys ja sovellusten latausaikojen mittaaminen: Käyttäjäkokemuksen parannusten kvantifiointi

Nopeammat käynnistysajat: Miten SSD:t vähentävät järjestelmän käynnistysaikaa

SSD:t vähentävät järjestelmän käynnistysaikoja jopa 70 %:lla, ja nykyaikaisten työpöytätietokoneiden käynnistyessä Windows tai macOS alle 13 sekunnissa verrattuna HDD:iden 45 sekuntiin. Tämä parannus johtuu SSD:n kyvystä hakea tuhansia hajallaan olevia käynnistystiedostoja lähes välittömästi, mikä välttää pyörivien levyjen luonteeseen kuuluvat hakuviiveet.

Kiihdytetty sovellusten käynnistys ja alustusprosessit

Sovellukset käynnistyvät 2–5 kertaa nopeammin SSD:illä. Ohjelmat kuten Adobe Premiere Pro käynnistyvät 8 sekunnissa eikä yli 30:ssä sekunnissa, ja yleiset tuottavuustyökalut kuten Microsoft Office avautuvat 3 sekunnissa eikä 12:ssa. SSD:t poistavat takkuilun monitehtäväisyydessä, mikä mahdollistaa sujuvan useiden selainvälilehtien tai suurten projektitiedostojen samanaikaisen lataamisen.

Suorituskykyetulyt tietokannoille, virtuaalikoneille ja luovaohjelmistolle, kuten Adobe Premiere Pro:lle

SQL-kyselyiden suoritustempo nousee noin nelinkertaiseksi käytettäessä SSD-tallennusta, kun taas virtuaalikoneet käynnistyvät nyt alle 15 sekunnissa verrattuna entiseen kahden minuutin odotusaikaan perinteisillä asemilla. Niille, jotka työskentelevät raskaiden efektien kanssa 4K-videoprojekteissa Adobe Premiere Proissa, on tapahtunut merkittävä parannus aikajanaston reagointikyvyssä kelatessa. Tämä parannus johtuu johdonmukaisista lukunopeuksista, jotka saavuttavat noin 550 Mt/s SATA-pohjaisissa SSD-asemissa. Tällainen suorituskyky on lähes nelinkertainen verrattuna siihen, mitä useimmat kiintolevyasemat pystyvät saavuttamaan todellisissa kuormissa, ei vain vertailutesteissä.

Peliedut: Lyhyemmät tasojen latausajat ja sulavampi resurssien lataus

Avoimen maailman peleissä, kuten Cyberpunk 2077:ssä, tason latausaika laskee yli 25 sekunnista alle viiteen sekuntiin PCIe 4.0 NVMe-kiintolevyillä—80 %:n vähennys. Nopeat SSD:t estävät myös tekstuurien äkillisen ilmestymisen (texture pop-in) suoratoistamalla pelivarusteita nopeudella jopa 5 000 MB/s, kuusi kertaa nopeammin kuin SATA-SSD:t, ja varmistavat näin upottavan ja keskeytyksettömän pelikokemuksen.

NVMe- ja PCIe-kehitys: Kannattavatko ultra-nopeat SSD:t liiketoiminnassa ja ammatti­käytössä?

Kuinka NVMe hyödyntää PCIe-reittejä maksimi­siirtonopeuden saavuttamiseksi

NVMe, joka tarkoittaa Non-Volatile Memory Expressia, ohittaa vanhat tallennusliitynnät kokonaan liittymällä suoraan prosessoriin PCIe-reikien kautta. PCIe 5.0 -tuen ansiosta puhutaan hurjasta nopeudesta noin 14 000 MB/s. Vertaa tätä SATAan, joka juuttuu vain 6 Gbps:n kaistanleveyteen. Samaan aikaan NVMe voi käsitellä vaikuttavat 64 000 komentovaroitetta tuhansilla komennoilla kussakin, mikä todella lisää samanaikaista suorituskykyä. Mikä tekee tästä niin hyvän ratkaisun? No, se vähentää noin 30 %:lla prosessorin kuormitusta verrattuna perinteisiin SATA-SSDeihin. Tämä tarkoittaa, että prosessoreilla on enemmän resursseja raskaaseen työhön, kuten tekoälymallien koulutukseen tai monimutkaisten tietojen analysointiin reaaliaikaisesti.

SATA III:n, NVMe:n ja PCIe 4.0/5.0 SSD:n suorituskykytasojen vertailu

Vaikka PCIe 5.0 SSD:t tarjoavat jopa 21-kertaisen nopeuden HDD:ihin verrattuna, ne edellyttävät yhteensopivia emolevyjä ja tehokkaita lämmönhallintaratkaisuja estääkseen suorituskyvyn laskemisen kestokäytössä.

Käytännön vertailutestit: SSD:t, joiden lukunopeus ylittää 7 000 MB/s

Uusimmat PCIe 4.0 NVMe SSD -levyt saavuttavat lukunopeuden noin 7 300 MB/s CrystalDiskMark- ja vastaavien työkalujen testien mukaan, mikä on noin kaksinkertainen nopeus verrattuna tavallisiin SATA SSD -levyihin. Kun siirretään esimerkiksi 50 Gt:n tiedosto, se kestää vain 12 sekuntia verrattuna SATA-asemien 26 sekuntiin. Nämä nopeuserot ovat erityisen merkittäviä suurten tiedostojen kanssa työskenneltäessä. Esimerkiksi raskaiden kirjoitusoperaatioiden aikana, kun käyttäjä kopioi yli 1 Tt dataa, nämä uudet asemat säilyttävät nopeuden yli 6 800 MB/s. Tällainen suorituskyky merkitsee kaikkea ammattilaisille, jotka käsittelevät 8K RAW -materiaalia tai suuria määriä dataa päivittäin.

Arvon arviointi: Milloin korkean nopeuden NVMe-asemat tuottavat tuottoa ja milloin kyseessä on liiallinen teho

Erittäin nopeat NVMe SSD -asemat tuovat selkeää tuottoa ammattikäytössä:

• TEO/ML-tiimit hyötyvät 38 % nopeammasta mallikoulutuksesta, kun työskennellään päivittäin yli 100 Gt:n tietojoukoilla
• Rahoitustietokannat näkevät 22 ms:n vähennyksen siirtojen viiveessä, mikä parantaa reaaliaikaisia päätöksentekotilanteita
• 4K/8K-jälkikäsittelystudioita saavat aikaan reaaliaikaisen aikajanaston hienosäädön ilman viivettä

Toimistokäyttöön tai pitkäaikaiseen arkistointiin SATA-SSD:t ovat kuitenkin edelleen kustannustehokkaita ja tarjoavat 60 % matalamman hinnan gigatavuun nähden, samalla kun ne tarjoavat edelleen huomattavia suorituskykyetuja HDD-asemiin verrattuna.