Apa itu Solid-State Storage?
Solid-state storage adalah jenis media penyimpanan komputer yang menyimpan data secara elektronik tanpa komponen bergerak sama sekali.
Media penyimpanan solid-state dibuat dari mikrochip silikon. Karena tidak ada bagian yang bergerak, solid-state drive (SSD) membutuhkan daya yang lebih sedikit dan menghasilkan panas jauh lebih rendah dibandingkan hard disk drive (HDD) atau pita magnetik. Selain itu, SSD juga punya kecepatan input/output (I/O) yang lebih cepat dan stabil, serta ketahanan dan integritas data yang setara dengan perangkat elektronik lainnya.
Solid-state storage biasanya hadir dalam tiga form factor: SSD, solid-state card, dan solid-state module. Salah satu keunggulan utamanya adalah nggak adanya komponen mekanis, sehingga transfer data bisa berjalan lebih cepat dan masa pakai perangkat bisa diprediksi lebih baik.
Bagaimana Solid-State Storage Menggantikan Banyak HDD
Walaupun teknologi solid-state sudah ada cukup lama, baru beberapa tahun belakangan ini penggunaannya untuk penyimpanan enterprise mulai meningkat. Salah satu alasannya adalah karena harga yang semakin terjangkau, tapi performa hardware juga berperan besar. Di saat prosesor semakin cepat, kecepatan baca/tulis dari HDD mekanis tidak berkembang secepat itu.
Prosesor modern saat ini bisa memproses data jauh lebih cepat daripada HDD bisa menyediakannya. Delay inilah yang dikenal dengan istilah latency.
Salah satu cara lama untuk mengurangi latency ini adalah dengan short-stroking, yaitu membatasi area penyimpanan hanya di bagian luar piringan HDD supaya head-nya nggak perlu gerak terlalu jauh, sehingga waktu pencariannya lebih cepat.
Tapi karena kapasitas tiap HDD jadi terbatas, perusahaan biasanya harus menambah jumlah HDD dalam sistem. Efeknya, performa mungkin meningkat, tapi biaya dan efisiensi jadi kurang optimal.
SSD nggak punya masalah itu karena nggak perlu gerakan fisik untuk cari data. Jadi waktu akses (seek time)-nya nol, yang bikin latency-nya jauh lebih kecil. Hal ini bikin SSD jauh lebih unggul untuk operasi baca/tulis acak. Untuk baca/tulis berurutan, keunggulan SSD nggak sebesar itu.
Aplikasi Enterprise untuk Solid-State Storage
Dalam lingkungan enterprise, solid-state storage sering dipakai sebagai primary storage atau sebagai cache di depan HDD konvensional, sebagai lapisan tambahan antara prosesor dan media penyimpanan.
Hard disk dengan kapasitas puluhan terabyte dan harga yang lebih murah masih jadi pilihan utama untuk arsip dan data berkapasitas besar tapi jarang diakses. Tapi sekarang, SSD mulai menyaingi peran itu juga, apalagi dengan kemunculan produk-produk berkapasitas besar dari vendor seperti Western Digital.
Selain kapasitas yang meningkat, muncul juga protokol NVMe yang memanfaatkan interface PCI Express untuk komunikasi lebih langsung dan cepat antara SSD dengan CPU. Ini mengurangi latency dan meningkatkan I/O untuk aplikasi berat.
Jenis Sistem Solid-State Storage
Ada dua jenis utama sistem solid-state: berbasis flash memory dan berbasis RAM. Flash memory sendiri terbagi dua: NAND flash dan NOR flash.
NAND flash biasanya dipakai di perangkat enterprise karena kapasitasnya lebih besar dan kecepatan hapus/tulisnya lebih cepat. NAND juga bersifat non-volatile, artinya data tetap ada meskipun perangkat dimatikan.
Sebaliknya, storage berbasis RAM bersifat volatile, alias butuh daya terus-menerus untuk menyimpan data. Tapi, RAM-based storage punya kelebihan dalam hal kecepatan tulis ulang, walaupun mahal dan jarang digunakan untuk penyimpanan permanen.
Saat ini juga ada kategori baru yang disebut storage class memory (SCM) yang mengisi celah antara RAM dan penyimpanan permanen. SCM punya performa lebih baik daripada SSD biasa, tapi masih di bawah RAM. Menariknya, SCM bisa bekerja lebih dekat dengan sistem memori karena cara akses datanya mirip dengan RAM.
Gimana Solid-State Storage Bekerja di Dalamnya
SSD berbasis flash menyimpan data di sel dalam chip NAND. Ada empat jenis penyimpanan data per sel: single-level (1 bit), multi-level (2 bit), triple-level (3 bit), dan quad-level (4 bit). Bahkan versi penta-level (5 bit per sel) sedang dikembangkan pada 2024. Semakin banyak bit per sel, kapasitasnya meningkat, tapi performanya cenderung menurun.
Selain itu, kapasitas juga ditingkatkan dengan beralih dari desain planar (sel sejajar di satu lapisan) ke desain 3D NAND, di mana sel disusun bertingkat seperti gedung. Ini bikin kapasitas bisa naik tanpa menambah ukuran chip.
Flash memory punya batas maksimal jumlah penulisan. Sama seperti pita magnetik, media ini bisa aus. Pada SSD, penulisan data melibatkan proses program/erase cycle (P/E cycle) di mana data harus dihapus dulu sebelum ditulis ulang. Karena itu, proses tulis biasanya lebih lambat daripada baca.
P/E cycle adalah penyebab utama ausnya media NAND. Vendor biasanya menyertakan estimasi umur produk berdasarkan berapa banyak siklus tulis per hari yang bisa ditahan sebelum drive-nya gagal.