Vojtěch Kavan, DATARECOVERY, s.r.o.
Paměťová média založená na flash čipech se od jejich prvního uvedení na trh v roce 1989 rychle rozšířila díky mnoha výhodám spojených s jejich užíváním. Mnohem méně jsou však známy nevýhody a úskalí spojená s touto technologií ukládání dat.
Základními stavebními prvky SSD jsou paměťové flash čipy, řadič a firmware. Jejich vzájemnou kombinací a parametry je dán způsob, jakým bude konkrétní zařízení zacházet s daty. Například použité flash čipy určují maximální počet uskutečnitelných zápisů do jednotlivých paměťových buněk. Ve flash čipech jsou data uchovávána v tranzistorech s tzv. plovoucím hradlem (floating-gate MOSFET), jejichž charakteristickou vlastností je postupné opotřebovávání až k plné nefunkčnosti. Rychlost opotřebení závisí mimo jiné na počtu bitů uchovávaných v jedné paměťové buňce (jeden bit - typ SLC, dva bity - MLC, tři bity - TLC) a použitém výrobním procesu (od 50 nm do zatím 20 nm). Přičemž platí, že čím více bitů je uloženo v jedné buňce a čím menší výrobní proces je použit, tím méně zápisů lze do flash paměti realizovat.
K docílení co nejmenších rozměrů NAND flash čipů jsou jednotlivé paměťové buňky (tranzistory) propojeny sériově do tzv. stránek. V současnosti se nejčastěji používají stránky o velikosti 4 nebo 8 kB. Typicky 128 nebo 256 stránek pak utváří jeden tzv. blok.
Architektura NAND flash čipů neumožňuje paměťovému řadiči adresovat jednotlivé paměťové buňky. Nejmenší adresovatelnou jednotkou pro operace čtení a zápisu je stránka. Mazání dat je možné jen po celých blocích.
Pokud je požadován jeden konkrétní uložený byte, načte řadič z patřičného flash čipu vždy celou odpovídající stránku. Oproti tomu zapsat data do paměťové stránky lze jen v případě, že je prázdná (doposud nepoužitá nebo vymazaná). Jednotlivé paměťové záznamy totiž nelze libovolně měnit, jak je to možné např. u HDD. Před zápisem do stránky obsahující jiná data je nejprve nutné celý blok, do kterého stránka patří, vymazat. Má-li se tedy zapsat jeden byte do již použité stránky, musí se nejprve načíst všechny v bloku využité stránky, získaná data patřičně modifikovat, celý blok vymazat a data nakonec do všech stránek zapsat zpět. Zápis či změna jednoho byte tak opotřebuje i značné množství dalších paměťových buněk.
Z pohledu statistiky se na běžně používaném disku mění průměrně jen asi 25 % uložených dat. Jeden často modifikovaný soubor (např. aplikační log, odkládací soubor operačního systému) by ale dokázal velmi rychle zničit paměťový blok, ve kterém je uložen. Aby k tomu nedošlo a opotřebování SSD disku probíhalo v celé jeho kapacitě pokud možno rovnoměrně, zajišťuje tzv. wear leveling.
Další technickou odlišností SSD od pevných disků je funkce TRIM, resp. správa paměti. Ta zajišťuje, aby soubory vymazané na úrovni operačního systému mohl řadič co nejdříve použít pro zápis dalších dat. Řadič se díky TRIM dozví, které stránky/bloky může vymazat a připravit si je tak pro zápis. Průběžně též probíhá vyhodnocování správné funkčnosti jednotlivých bloků. Je-li některý shledán vadným, použije se místo něj jiný. Za tímto účelem bývá výrobcem na médiu vyhrazeno obvykle 5 – 30 % celkové kapacity.
Tak jako je pro HDD podstatná rychlost otáčení ploten a hustota záznamu dat, je pro SSD zásadní typ použitého řadiče a verze firmware. Tedy řídící procesor a jeho naprogramování. V současné době nejpoužívanější řešení pocházejí od firem SandForce, Marvell, Indilinx, Samsung, Intel, Toshiba (JMicron) a Phison. Liší se např. počtem datových kanálů, způsobem distribuce dat mezi jednotlivé čipy, různě efektivní optimalizací činností, způsobem využití paměti, účinností wear levelingu, velikostí cache, rezervní kapacitou, správou napájení, šifrováním či komprimováním ukládaných dat.
Podle toho, jak se výrobcům v jednotlivých případech podaří tuto komplexní problematiku zvládnout a v rámci firmware efektivně odladit, tak kvalitní, výkonný a spolehlivý SSD disk bude. Každá nová verze obyčejně přináší jisté navýšení výkonu, zefektivnění provozu a někdy dokonce i mírné zvýšení kapacity (např. snížením rezervní kapacity). Sebemenší chyba v naprogramování ale může zapříčit znatelnou degradaci výkonu, rychlejší opotřebovávání flash pamětí, případně i zamrzání a pády operačního systému či ztrátu dat.
V průběhu používání jakéhokoliv SSD disku může nastat nespočet situací končících nedostupností uložených dat. Když k tomu dojde a obsah média není zálohován, je jedinou možností obrátit se na odbornou firmu, která má pro obnovení dat z flash pamětí specializované vybavení a potřebné zkušenosti.
Vzhledem k velkému množství možných kombinací typů používaných flash čipů, řadičů, verzí firmware a vzniklých závad, je takřka každá záchrana dat z SSD disku svým postupem unikátní. Ve většině případů navíc není možné využít řadič zařízení a je nutné extrahovat surová, nestrukturovaná data přímo z jednotlivých flash čipů.
Zrekonstruovat ze získaných dat použitelné soubory znamená identifikovat všechny jejich části a správně je seskládat. Pro představu: typický několikastránkový dokument z MS Word je uložen v několika desítkách částí, běžná fotografie ve formátu JPG v několika tisících a videonahrávky se zpravidla skládají z více jak milionu fragmentů.
Základním problémem je zjistit, kam byly které části souborů uloženy. Řadiče SSD k docílení maximální efektivity a rychlosti práce celého média spojují jednotlivé flash čipy do složitých RAID polí. Navíc mohou být data díky funkci wear leveling různě přemísťována, v některých stránkách zůstávají data v operačním systému již vymazaná, případně může být obsah média šifrován či komprimován (typicky u řadičů SandForce). Obnovit data z havarovaného SSD disku je díky tomu výrazně složitější a odborně náročnější než z klasického HDD.
Mnohdy může úspěšnou obnovu dat znemožnit samotný princip fungování flash pamětí. U HDD dochází k faktickému odstranění dat z plotny až zápisem nových. Do té doby je možné původní data získat. Naproti tomu SSD disk odstraňuje smazaná data v rámci správy paměti a funkce TRIM průběžně, když právě nevyřizuje jiné požadavky. A jakmile jednou dojde k vymazání bloku, jsou původní uložená data neobnovitelně zničena.
Dokud jsou data v paměťových čipech ještě přítomna, lze je ve většině případů obnovit. Firmy zabývající se záchranou dat v oboru Flash Recovery disponují specializovaným vybavením a odborníky s rozsáhlými znalostmi a zkušenostmi. Důležité je poškozené médium dále nepoužívat a neprodleně odpojit od napájení. Většině dnešních SSD disků totiž stačí k provedení výmazu dat pouhé připojení k elektrické energii.
Konkrétní možnosti záchrany dat a její cenu vám zodpovědná odborná firma sdělí vždy až po provedení bezplatné diagnostiky média.
Datová média založená na flash pamětech by při běžném provozu a zátěži měla zastarat dříve morálně než funkčně. Většina výrobců však ručí za své výrobky pouze po dobu 2 let. Při velké provozní zátěži (častém zápisu velkých objemů dat) je vhodné zvolit SSD používající spolehlivější flash paměti typu SLC anebo disky zavčas preventivně měnit. Nejlepším doporučením je v každém případě průběžné a důsledné zálohování všech důležitých a cenných dat.
