Технология ссд. Что такое SSD диск и чем он лучше HDD. SSD и альтернативные операционные системы

Привет друзья! Как говорили на Руси: "Всякий купец свой товар хвалит" и сколько бы Вы не читали различных статей про твердотельные накопители SSD, одинакового мнения вряд ли встретите. Кто-то чего-то начитался и решил купить твердотельный накопитель Samsung, кто Toshiba, а другие решили во что бы то ни стало приобрести SSD OCZ Vertex или Kingston .

Около полутора года назад мы с друзьями твёрдо решили купить по твердотельному накопителю SSD, у всех же они есть, а у нас нет. Товарищи попросили меня произвести тесты различных SSD и выбрать самый хороший.

Твердотельные накопители покупают не особо хорошо, поэтому продавцы компьютерных товаров много их не возят, дабы не лежали мёртвым грузом на складе. Вот и мы тоже поступаем также, поэтому в моём распоряжении оказались лидеры продаж SSD на тот момент. Самый недорогой из всей компании оказался SSD Silicon Power V70, тест которого я оставил на потом.

В своих тестах я особо не изощрялся, установил на каждый SSD операционную систему, затем сравнил SSD и обычный HDD в тестовых программах CrystalDiskMark и AS SSD Benchmark. Особо доказывать, что SSD лучше обычного HDD мне никому не пришлось. Винда установленная на твердотельный накопитель SSD грузилась за 4 секунды, тестовые программы CrystalDiskMark и AS SSD Benchmark показывали полное превосходство SSD над обычным HDD в 3-4 и даже 5 раз.

Все тесты я производил в торговом зале и информация была доступна покупателям, короче все тестовые SSD разобрали, к тому же тот день был хорошим для продаж и даже на витрине не осталось ни одного SSD, ну думаю, остался я без твердотельного накопителя! И тут я вспомнил про SSD Silicon Power – V70. В принципе, я знал этого неплохого производителя из Тайваня, но всё же хотелось чего-то другого, например Crucial или Plextor!

Решил я его тоже протестировать под конец рабочего дня и после тестов немного удивился, V70 оказался знатным твердотельным накопителем ничем не уступающим другим SSD протестированным и проданным мною днём. А программа SiSoftware Sandra вообще присудила ему первое место.

В течении года, где он у меня только не работал: и на ноутбуке и на разных стационарных системных блоках и вместо флешки я его таскал в кармане и на пол ронял, но ничего, до сих пор работает нормально.

Ну да ладно, хватит болтовни, перехожу к самому основному в статье, ответам на Ваши вопросы по твердотельному накопителю и в конце статьи приведу некоторые тесты доказывающие - SSD для установки операционной системы это то, что доктор прописал.

ВСЕ ваши вопросы касающиеся твердотельных накопителей SSD.

1. Каково внутреннее устройство SSD? На основе какой флэш-памяти NAND: SLC, MLC или TLC покупать SSD?

2. Какого производителя SSD предпочесть?

3. На самом ли деле срок службы твердотельного накопителя SSD сильно ограничен? Через сколько лет использования мой SSD выйдет из строя?

4. Грозит ли пользователю потеря всех записанных данных в случае превышения ресурса микросхем памяти?

5. Стоит ли, для продления жизни SSD, отключать гибернацию, файл подкачки, восстановление, службу индексирования диска, дефрагментацию диска, технологию Prefetch, переносить кэш браузера и каталог временных файлов на другой жёсткий диск и так далее ?

6. Насколько быстрее SSD обычного жёсткого диска?

Сравниваем разные SSD по производительности

Важно знать не только среднюю скорость последовательного чтения и записи на SSD, но и замалчиваемую всеми производителями SSD - скорость случайной записи блоками по 512 кб и 4 кб! Дисковая активность у большинства пользователей происходит в основном в таких областях!

При сравнении SSD различных производителей в программе AS SSD Benchmark мы можем увидеть такой результат, например:

Мой SSD Silicon Power V70 показал:

Скорость последовательного чтения и записи 431 МБ/с (чтение), 124 МБ/с (запись)

Скорость в чтении и записи блоками 4 Кб , получилась 16 МБ/с (чтение), 61 МБ/с (запись)

SSD другого производителя . Как видим, высокая (выше чем у моего SSD) скорость последовательного чтения и записи 484 МБ/с (чтение), 299 МБ/с (запись), но есть проседание в чтении/записи блоками 4 Кб , а именно 17 МБ/с (чтение), 53 МБ/с (запись) .Это значит, данный SSD не быстрее моего , хотя на коробке этого SSD могут красоваться цифры 500 МБ/с.

Тест SSD в программе SiSoftware Sandra

Мой твердотельный накопитель занял первое место среди похожих моделей

Сегодня мы с Вами разберем основные моменты и принципы функционирования технологии твердотельных SSD дисков. Как Вы помните, в мы проводили сравнительное тестирование одного SSD и двух HDD дисков. Рассматривали, как он выглядит изнутри и из каких основных блоков состоит.

Также - перечислили основные достоинства данной технологии, а сейчас рассмотрим недостатки, которые присущи ей на данный момент. Представим основные из них в виде списка:

1. Высокая (относительно HDD дисков) стоимость хранения данных, т.е. - меньшую емкость диска мы получаем за большие деньги
2. Большая уязвимость (относительно устройств с магнитным принципом записи) к электрическим помехам и проблемам энергоснабжения (внезапное отключение энергии, магнитные поля, статическое электричество)
3. Нельзя полностью заполнять диск (15-20% пространства должно быть свободным)
4. Срок службы носителя ограничен определенным количеством циклов записи его ячеек

Но давайте - по порядку! Начнем с того, что такое SSD диск и каков принцип его работы?

Это - твердотельный накопитель, в котором вместо традиционных пластин , покрытых ферромагнитным слоем, используются чипы NAND флеш памяти.

NAND память это - эволюция флеш-памяти, чипы которой имели намного меньшее быстродействие, долговечность и конструктивно выглядели более массивными.

Возможно Вам будет интересно, что флеш-память были разработана в одном из подразделений компании «Toshiba» в 1984-ом году. Первый же коммерческий чип на основе данной разработки в 1988-ом году выпустила «Intel». А уже через год (в 1989-ом) та же «Toshiba» представила новый тип флеш-памяти - NAND.

На данный момент есть три основных варианта (модификации) NAND памяти:

• SLC (одноуровневая - Single Level Cell)
• MLC (двухуровневая - Multi Level Cell)
• TLC (трехуровневая - Three Level Cell)

Самыми дорогими и надежными решениями являются устройства на SLC чипах. Почему? Они позволяют в каждой ячейке памяти хранить только один бит информации. В отличие он них, MLC и TLC чипы могут хранить два и три бита соответственно. Это стало возможным за счет использования разных уровней электрического заряда на затворах ячеек памяти.

Схематично это можно изобразить вот так:

Подобная многоуровневая структура позволяет резко увеличить емкость чипов при том же их физическом объеме (в итоге каждый гигабайт получается дешевле). НО! Ничего бесплатно не дается! Поэтому у MLC и TLC чипов резко сокращается срок их "жизни", который напрямую связан с количеством циклов перезаписи их ячеек.

Для SLC это - 100 000 циклов стирания/записи, для MLC - 10 000, а для TLC - всего 5 000. Такое снижение надежности связано с постепенным разрушением диэлектрического слоя плавающего затвора ячейки из за малого резерва изменения его состояния под действием электрического тока. Плюс в силу того, что с каждым новым уровнем усложняется задача безошибочного распознавания уровня электрического сигнала, а значит - увеличивается общее время поиска нужной ячейки с данными, повышается вероятность возникновения ошибок чтения.

Для борьбы с описанными выше явлениями, производителям приходится разрабатывать специализированные высокоинтеллектуальные микроконтроллеры управления для SSD дисков, которые, кроме процедур ввода-вывода, должны записывать информацию на носитель так, чтобы микросхемы его флеш-памяти изнашивались равномерно и контролировать этот износ, балансируя нагрузку, также - проводить коррекцию ошибок и т.д.

Именно контроллер является слабым местом , так как он более чувствителен к проблемам с питанием и повреждение микропрограммы (прошивки), находящейся в нем, может привести к полной потере всех данных пользователя. А их корректное восстановление - еще более трудозатратная операция, чем в случае с HDD дисками. В силу того, что данные разбросаны по разным чипам памяти и необходимо корректно восстановить первоначальную их структуру, а это бывает не просто.

Поэтому производители SSD накопителей регулярно обновляют прошивки своих дисков и выкладывают их для свободного скачивания, дорабатывая и улучшая алгоритмы работы устройства и предупреждая потерю данных в случае аварийной ситуации.

С износом MLC ячеек памяти производители борются еще и методом, хорошо зарекомендовавшим себя в дисках с магнитным принципом записи: резервируя часть их объема (10-20%) для динамической замены изношенных ячеек. В случае HDD эта область служит для замены .

Но и мы, как пользователи, можем помочь нашему SSD накопителю в холостую не растрачивать свой ограниченный ресурс "жизни" и настроить операционную систему таким образом, чтобы минимизировать ненужные обращения к диску.

Я покажу общие принципы того, что нужно делать и чего стараться избегать, а Вы уже сами настроите свою систему на оптимальную работу с твердотельным диском.

Например: мы знаем, что операционная система «Windows» во время своей работы активно использует файл подкачки (скрытый системный файл «pagefile.sys»). Что это значит, применительно к износу ячеек SSD накопителя и всему тому, о чем мы говорили выше? А то, что отдельная область системного флеш-диска интенсивно используется (часто перезаписывается какими-то служебными и не нужными нам данными и, по факту, - активно изнашивается)!

Что можно сделать? Правильно! Перенести файл подкачки на другой (не SSD диск), как сделал я, или же, при большом объеме оперативной памяти, вовсе от него отказаться (выставить в «0»)?

Идем дальше: процедура дефрагментации не только не нужна данному типу устройств (скорость доступа у них одинакова для любой ячейки не зависимо от того, где находится конечный файл), но и попросту вредна. По той же причине, что описана выше. Лишние (холостые) обращения к диску только дополнительно снижают его ограниченный ресурс. Значит - выключаем соответствующую службу дефрагментации. Также не лишним будет отключить индексирование файлов, которое нужно для более быстрого поиска, но так ли часто мы им пользуемся?

Принцип, я думаю, Вы уловили. А сейчас я бы хотел показать Вам небольшую программу «SSD Mini Tweaker» (твикер - оптимизатор), которая подобным образом оптимизирует работу SSD накопителя. В ней достаточно проставить нужные нам галочки напротив соответствующих пунктов и нажать кнопку "Применить изменения".

Компьютер перезагрузится и изменения вступят в силу. Программа замечательна тем, что имеет русский интерфейс и подробную справку на русском же. Так что, в любой момент Вы можете подробно ознакомиться с той функцией, которую собираетесь отключить или оставить задействованной.

Загрузить утилиту можно . В архиве - версии для 32-х и 64-х разрядных систем и файл справки на русском.

Коль скоро мы так много времени уделили вопросу оптимального использования диска и износу ячеек его памяти, то не могу не представить Вам еще одну интересную разработку. Программа «SSD Life Pro», основная задача которой - вести учет времени работы диска и сообщать приблизительную дату выхода его из строя.

Что мы тут видим? Запись «FW: 1.00» это - версия прошивки (firmware) диска, ниже показано занятое и свободное место на нем, общее время работы с первого включения и количество пусков. Также обратите внимание на строку TRIM (должен быть активным), это говорит о том, что производительность SSD диска будет оптимальной.

Ниже представлен скриншот работы той же программы, но взятый с сайта ее разработчика. На нем видно, что диск от компании «Intel» корректно передал утилите свои SMART параметры и на основе них утилита отобразила расширенный прогноз его состояния.

Как видите, выход накопителя из строя "назначен" на седьмое ноября 2020-го года:)

Если мы нажмем в верхней части окна программы на ссылку «Как вы это считаете?», то перейдем на сайт разработчика и сможем ознакомиться (на русском), каким именно образом производится подобный расчет?

Программу можете . Если она точно покажет время "жизни" Вашего диска - отпишитесь, думаю, всем читателям будет интересно!

В завершении этой темы, прислушаемся к рекомендации всеми уважаемой фирмы «Intel», которая говорит, что идеальными условиями работы SSD твердотельного диска является его заполненность данными меньше чем на 75% с соотношением статической (редко изменяемой) и динамической (изменяемой часто) информации - 3 к 1 . Не следует использовать последние 10-20% пространства диска, так как они нужны для корректной работы команды «TRIM». Для работы ей нужно свободное пространство для перегруппировки данных (так же, как для функции дефрагментации). Общее правило такое - чем больше свободного места - тем быстрее работает устройство.

На данный момент SSD диск идеально подходит в роли системного раздела, на котором установлена операционная система и программы и - все. Данные и вся работа над ними должна (по возможности) проходить на втором (HDD) диске. Также твердотельные диски могут эффективно использоваться на серверах для кеширования статичных данных.

А сейчас, давайте кратко рассмотрим, почему более дорогие модели SSD твердотельных дисков имеют такие превосходные скоростные качества и чем еще отличаются от своих "младших" собратьев?

Во первых: это - тот же интеллектуальный чип контроллера накопителя, который может быть сконструирован, как многоканальный т.е. - может записывать данные одновременно в каждый чип флеш-памяти диска. В итоге - общая производительность устройства будет равна скорости одной микросхемы памяти, умноженной на количество каналов контроллера. Ну, это если немного упростить ситуацию:)

Также в более дорогих моделях используются дополнительные элементы, напаиваемые на плату. Это может быть, к примеру, ряд конденсаторов, расположенных возле чипа оперативной памяти диска, которые обеспечивают гарантированное сохранение данных из кеш-памяти при сбое в электропитании.

При достижении критической массы сбойных ячеек накопителя, качественно выполненная прошивка чипа может полностью заблокировать SSD диск для функций записи и перевести его в режим "только чтение", что гарантирует сохранность данных пользователя (возможность ) до полного выхода устройства из строя.

И в завершении нашей статьи давайте коснемся еще одной интересной разновидности твердотельный дисков. Это - «RAM SSD» накопители. Что же это такое?

Подобные гибридные устройства используют для хранения информации энергозависимые чипы, полностью идентичные тем, что используются в модулях . Они обладают сверхбыстрой скоростью доступа к данным, скоростью чтения и записи и могут с успехом применяться для ускорения работы больших баз данных и там, где нужно пиковое быстродействие.

Подобные системы оснащаются аккумуляторами для поддержания функционирования при отсутствии электроэнергии, а более дорогие модели - системами резервного копирования, когда данные копируются на HDD носитель.

Вот как может выглядеть подобное устройство, которое определяется операционной системой, как жесткий диск.

А вот - более простой вариант, выполненный в виде платы PCI Express X1

Как видите, принцип работы здесь - тот же самый, но функцию чипов флеш-памяти или "блинов" HDD здесь выполняют обычные модули RAM.

Теперь, как и обещал, пару слов хочу сказать о субъективных ощущениях после использования твердотельного накопителя. Операционная система (Windows 7) загружается и выключается ощутимо быстрее. Это же можно сказать и об установке и запуске программ. Некоторые приложения просто удивляют: «Microsoft Word 2003» "выстреливает" меньше, чем за секунду! Не успеваешь мысленно подготовиться к работе с ним:) Да, быстро, но не ожидайте чего-то феноменального, все таки это не "революция", а - "эволюция" :)

На этом у меня на сегодня - все. До встречи в следующих статьях!

И в самом конце - как выглядит производство чипов NAND памяти:

Мы попытались разобраться с тем, что же такое SSD-диск и в чем его отличие от классических жестких дисков. Завершая общее описание, остановимся сегодня на форм-факторе накопителей. Размеры SSD не могут быть произвольными, а подчиняются определенным стандартам. Давайте посмотрим, какие они бывают.

Что такое форм-фактор

Это некий свод требований, который должен быть соблюден при производстве того или иного компьютерного компонента. Форм-фактор есть у блоков питания, материнских плат, дисков, корпусов, рассчитанных на установку системных плат того или иного форм-фактора и т. п.

Это гарантирует, что при установке диска, материнской платы или блока питания в корпус все крепежные отверстия, расположение интерфейсных разъемов (для накопителей) будет единым для всех устройств вне зависимости от производителя, модели, функциональных возможностей. Так, материнские платы форм-фактора mATX любого бренда имеют одинаковые габаритные размеры и месторасположение отверстий для прикручивания к корпусу.

Аналогично и для дисков. 2.5-дюймовый накопители, неважно, жесткие диски или SSD, имеют одинаковые внешние размеры, расположение контактов и отверстия для крепежа. Вся разница заключается внутри, в начинке.

В настоящее время используется несколько форм-факторов дисков, причем SSD-накопители предлагают более широкий выбор размеров. Это обусловлено отсутствием движущихся частей и теоретической возможностью выполнения произвольной формы. Естественно, чтобы иметь возможность практического применения, эта «форма» должна быть стандартизована.

Накопители 2.5 дюйма

Ставший уже привычным размер небольших, ноутбучных дисков, соперничающий с традиционными накопителями 3.5 дюйма. Скорее всего, речи о том, что происходит активное вытеснение более крупных дисков компактными аналогами, не идет, но для SSD оптимальным оказался именно размер 2.5 дюйма.

Внешне SDD от HDD отличается разве что весом (SSD существенно легче), да отсутствием каких-либо видимых печатных плат. Это довольно простая, если не сказать, скучная коробочка. Подключение производится к интерфейсу SATA. Учитывая скоростные характеристики твердотельных накопителей, подключение к SATA ниже 3-ей версии не представляется разумным. В данном случае, SSD не раскроет свой потенциал.

Надо сказать, что здесь, фактически, заканчивается аналогия с обычными жесткими дисками. Все остальные вариации – это прерогатива именно SSD-дисков.

Накопители mSATA

Разновидность обычного SATA, отличающегося компактными размерами, из-за чего и сам SSD лишился корпуса, стал совсем маленьким. Это позволило использовать такие емкие доски в компактных компьютерах, а также устанавливать в ноутбуки, в дополнение к обычному жесткому диску, еще один накопитель, в данном случае – SSD.

В частности, на том ноутбуке, на котором я сейчас пишу эти строки, помимо обычного винчестера стоит SSD-диск как раз формата mSATA, который я использую в качестве системного. Даже учитывая, что диск у меня бюджетного класса, скорость работы, загрузки системы, программ увеличилась в разы.

Этот форм-фактор, под разъем mSATA просуществовал недолго, уступив место более перспективному варианту.

Накопители M.2

Пожалуй, самый интересный вариант SSD-дисков. В плюсах – компактность, возможность работать не только на шине SATA, но и существенно более скоростной PCI-Express. Этот разъем сейчас все чаще можно встретить в ноутбуках и системных платах для стационарных компьютеров.

Если при сборке обычного ПК вопрос экономии места не столь актуален, то в случае переносного компьютера возможность использовать маленький, легкий, энергоэффективный и быстродействующий накопитель – благо.

При выборе дисков M.2 возникает небольшая путаница, которая основывается на том, что диск может работать на разных шинах, т. е. использовать SATA или PCI-Express. Поэтому накопители имеют разный ключ, т. е. вырез на контактном разъеме.

Как правило, SSD-диски выпускаются с ключами:

• B-ключ. SSD-диски для SATA или PCI-Express x2 интерфейсами. В реальности, такой вариант встречается крайне редко.
• M-ключ. SSD-диски под интерфейс PCI-Express x Можно использовать накопители с интерфейсом SATA, который эмулируется. Накопитель с таким ключом нельзя установить в разъем с B-ключом, работающим на шине SATA.
• M&B (M+B) ключ. Универсальный вариант для SSD-дисков, работающих на шине SATA. Могут устанавливаться в разъемы как с B-ключом, так и с M-ключом.

Форм-фактор для SSD M.2 регламентируется еще и по длине и ширине. Типичные размеры SSD-дисков – это 22 мм в ширину и в длину размером от 16 до 110 мм. Полный перечень допустимых габаритов в длину: 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80, 110 мм. Наиболее распространенные – 42, 60 и 80 мм.

Это отражается в маркировке SSD-дисков. Так, если указано, что диск M.2 2242, то это значит, что размеры накопителя составляют 22х42 мм. Если M.2 2280, то, соответственно, 22х80 мм. Все просто!

Даже если материнская плата не имеет установленного разъема M.2, то использовать такие диски все равно можно. Многие производители предлагают модели накопителей с переходной платой под разъем PCI-Express. Соответственно, и сам SSD-диск также рассчитан на работу с этой шиной. «Скорострельность» такого диска будет весьма впечатляющей. После него производительность обычного винчестера будет восприниматься удручающей.

К сожалению, есть небольшая ложечка дегтя во всех перечисленных «вкусностях». Компактные размеры SSD-дисков ограничивают емкость накопителя. Это обусловлено количеством микросхем памяти, которые можно разместить на столь небольшой плате. Максимальный объем SSD-накопителя формата M.2 на данный момент не превышает 1 ТБ. Увеличить это значение позволят более емкие чипы памяти, которые несомненно появятся.

Накопители PCIe Add-in Card (AIC)

Это накопители, выполненные в виде вставляемой в PCI-Express слот платы, которые могут быть стандартного или половинного размера как по длине, так и по ширине, что позволяет использовать их в стоечных корпусах 2U. Собственно, такие SSD и относятся к корпоративному классу и предназначены в первую очередь для установки в сервера и СХД (Системы Хранения Данных).

В накопителях используется, как правило, память типа SLC, что само по себе дорого, но надежно и долговечно. Использовать такие диски в обычном домашнем компьютере – роскошь, доступная далеко не каждому. Правда, и надобности в этом особой нет.

Накопители SATA-Express

Найти такие диски практически невозможно. Этот интерфейс планировался на замену старому, доброму SATA с его неторопливыми 600 МБ/с максимальной пропускной способностью. Уж больно было заманчиво использовать более быструю PCI-Express шину. Вот и планировался этот интерфейс, использующий 2 линии PCI-Express, что позволяло бы достигать максимальной пропускной способности в 2 ГБ/с.

Судя по всему, этот интерфейс так и останется одним из этапов, не нашедших реализации, т. к. уже сейчас SSD-диски M.2 могут использовать 4 линии PCI-Express с пиковой пропускной способностью 4 ГБ/с. Для подключения используется специальный кабель.

Накопители U.2

Встречаются и такие SSD-диски. Этот форм-фактор позволяет использовать все достоинства скоростной PCI-Express шины, но не ограничиваться накопителями с разъемом M.2. Внешне напоминают 2.5-дюймовые накопители, но с толщиной до 15 мм. Используются 4 линии PCI-Express.

Выбор таких дисков весьма невелик, и ориентированы они, в основном, на применение в серверах, СХД (системах хранения данных), в датацентрах и т. п. Если же на материнской плате есть разъем M.2 на шине PCI-Express, и есть SSD-диск форм-фактора U.2, то подключить его все же удастся. Существуют переходники M.2 на U.2, что позволит прочувствовать всю мощь такого скоростного накопителя.

На данный момент этот форм-фактор, скорее, дело будущего, и в первую очередь он актуален для серверов.

Накопители для установки в разъем DIMM

Если говорить об экзотике, то существуют и такие размеры SSD-дисков, что они полностью идентичны, совпадают с размерами обычных модулей памяти, и устанавливаются в свободный разъем ОЗУ. Это может быть актуально для специфических серверных платформ с большим количеством разъемов DIMM.

Существуют разные варианты, совмещенные на одном модуле SSD и ОЗУ, или только твердотельный накопитель, вставляемый в разъем для оперативной памяти, получающий от него питание, но данные передаются при помощи обычного SATA-кабеля, подключаемого к модулю и материнской плате или контроллеру.

Для домашних компьютеров это малоинтересно, да и в продаже найти их сложно.

Размеры SSD. Заключение

Итак, если кратко подвести итог, то размеры SSD-дисков, т. е. форм-фактор, определяет физические габариты накопителя, что сказывается и на его характеристиках. Ноутбучный жесткий диск форм-фактора 2.5 дюйма без проблем можно заменить таким же SSD. Он подойдет как по расположению крепежных отверстий, так и разъемов – питания и интерфейсного.

Если в компьютере есть разъем M.2, поддерживающий, например, накопители 2242, 2260 и 2280, то установить подходящий SSD также можно. Главное – не ошибиться в том, какую шину использует этот интерфейс и, соответственно, какой ключ в разъеме. SSD-диск для шины SATA с универсальным ключом M+B можно использовать в любом компьютере с разъемом M.2. Если твердотельный накопитель использует PCI-Express шину, то у него M-ключ, и использовать его можно только в работающем на этой шине разъеме M.2 (также с ключом M).

На данный момент это 2 наиболее распространенных форм-фактора SSD-дисков. Выбор в пользу того или иного варианта обусловливается компоновочными соображениями, необходимостью, стоимостью и рядом других причин.

На этом закончим с про размеры SSD-дисков, и в следующей статье полезем во внутренности. Будем разбираться с , которые используются в этих накопителях, какие они бывают, чем различаются, в чем достоинства и недостатки.

SSD (solid state drive, накопитель на твёрдотельной памяти, твёрдотельный накопитель — рус.) — накопитель информации, основанный на чипах энергонезависимой памяти, которые сохраняют данные после отключения питания. Являются относительно новым видом носителей информации, а первое проявление и развитие, чипы энергонезависимой памяти получили от Flash накопителей и обычной RAM памяти.

Содержит такие же интерфейсы ввода-вывода как и современные . В SSD не используются движущиеся части и элементы как в электромеханических устройствах (жёсткие диски, дискеты), что исключает вероятность износа механическим путём.

Большинство современных твёрдотельных накопителей основаны на энергонезависимой NAND памяти. Существуют накопители корпоративного класса, которые используют RAM память вкупе с резервными системами питания. Это даёт очень большие скорости передачи данных, но и цена одного гигабайта очень высока по меркам рынка.

Существуют гибридные версии SSD и HDD накопителей.

Они включают магнитные пластины для большого объёма хранимой информации и небольшой по объёму SSD накопитель в одном корпусе. Самые часто использующиеся данные хранятся в SSD накопителе и обновляются по мере их актуальности из блока HDD . При обращении за этими данными, они считываются с высокой скоростью из твёрдотельной памяти не обращаясь к более медленным магнитным пластинам.

Из чего состоят SSD накопители .

* на примере NAND памяти

Твёрдотельный накопитель состоит из самих чипов NAND , управляющего привносящего все функции, чипа энергозависимой и печатной платы на которой всё это распаяно.

Иногда в SSD накопителях используется небольшая батарея , чтобы при отключении питания, все данные из кэша можно было бы переписать в энергонезависимую память и сохранить все данные в целостности. Есть прецеденты, что в накопителях с MLC памятью при отключении питания, пропадала часть или все данные. С SLC памятью, таких проблем замечено не было.

Память.

Практически все твёрдотельные накопители высокого, среднего и бюджетного класса используют энергонезависимую NAND (flash ) память из-за её относительно низкой стоимости , способности сохранять данные без постоянного поддержания питания и возможность реализации технологии сохранения данных при неожиданном отключении питания.

Благодаря компактной компоновке чипов, производители могут выпускать SSD накопители в формфакторе 1.8 ; 2.5 ; 3.5 и меньше, если речь идёт о устройствах без защитных упаковок. Например для ноутбуков или внутреннего размещения в компьютере.

В большинстве SSD накопителей используется дешёвая — память, которая может вмещать в одну ячейку более одного бита . Это очень результативно сказывается на цене готового изделия и способствует популяризации данных накопителей. Но есть у MLC памяти и большие недостатки. Это низкая долговечность ячеек и более низкая скорость записи и чтения, чем у накопителей на основе .

SLC записывают только один бит в ячейку и это обеспечивает до 10 раз лучшую долговечность и до 2-х раз более высокую скорость в сравнении с MLC . Есть и один недостаток — цена накопителей на SLC памяти примерно в два раза выше чем цена накопителей на MLC памяти. Это обусловлено большими затратами на производство, а в особенности потому, что чипов SLC того же объёма, требуется в среднем в два раза больше для достижения того же объёма в сравнении с MLC .

Контроллёр SSD.

Практически все показатели SSD накопителя зависят от управляющего контроллёра. Он включает в себя микропроцессор , который управляет всеми процессами памяти с помощью специальной прошивки ; и моста между сигналами чипов памяти и шины компьютера (SATA, ).

Функции современного SSD контроллёра:

• TRIM .
• Чтение запись и кеширование.
• Коррекция ошибок (ECC ).
• Шифрование (AES).
• Возможность S.M.A.R.T мониторинга.
• Пометка и запись о нерабочих блоках для добавления их в чёрный список.
• Сжатие данных (Sandforce контроллёры например).

Все контроллёры памяти нацелены на параллельно подключенную NAND память. Так как шина памяти одного чипа очень мала (максимум 16 бит ), используются шины многих чипов подключенных параллельно (аналогия RAID 0 ). К тому же, отдельно взятый чип отнюдь не обладает отличными характеристиками, а наоборот. Например высокую задержку ввода-вывода. Когда чипы памяти параллельно объединены, эти задержки скрываются, распределяясь между ними. Да и шина растёт пропорционально каждому добавленному чипу, вплоть до максимальной пропускной способности контроллёра.

Многие контроллёры, умеют использовать 6 Гбит/c , что в купе с контроллёрами поддерживающими скорость обмена данными 500мб/c , даёт ощутимый прирост производительности в чтении/записи и полное раскрытие потенциала SSD накопителя.

Кэш память.

В SSD накопителях применяется кэш память в виде энергозависимой DRAM микросхемы, наподобие как в жёстких дисках.

Но в твёрдотельных накопителях она несёт ещё одну важную функцию . Часть прошивки и самые часто изменяющиеся данные находятся в ней, сокращая износ энергозависимой NAND памяти. В некоторых контроллёрах, не предусмотрено использование кеш памяти, но тем не менее они достигают высоких показателей в скорости ().

Интерфейсы для подключения SSD.

Самыми распространёнными интерфейсами для SSD потребительского класса являются SATA 6 Гбит/c , и USB 3.0 . Все эти интерфейсы способны обеспечить нужную пропускную способность для любого SSD накопителя.

В портативных устройствах вроде ноутбуков и планшетных компьютеров, наиболее часто встречаются компактные SSD накопители с интерфейсом mini PCI-Express (mSATA ).

Преимущества и недостатки SSD накопителей в сравнении с HDD.

Плюсы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками):

• Включаются мгновенно, не требуют раскрутки.
• Значительно более высокая скорость произвольного доступа.
• Значительно более высокая скорость доступа.
• Скорость передачи данных значительно выше.
• Не требуется дефрагментация.
• Беззвучны, так как не имеют механических частей.
• Не создают вибраций.
• Более выносливы в плане температуры, ударов и вибраций.
• Немного меньшее энергопотребление.

Минусы SSD накопителей в сравнении с HDD (жёсткими дисками).

• Износ ячеек. Хоть в SSD накопителях и отсутствуют механические части, чипы памяти изнашиваются (mlc ~10000 перезаписей, slc ~100000 ).
• Ёмкость значительно меньше.
• Цена значительно выше по соотношению ГБ/$
• Невозможность восстановить утерянные данные после команды или просто после форматирования.

В твёрдотельных накопителях применяется команда (инструкция) TRIM для увеличения скорости записи. Совместно с некоторыми микроконтроллёрами, TRIM позволяет добиться и небольшого увеличения скорости чтения. Все твурдотельные накопители, которые выпускаются с 2012 года имеют поддержку TRIM . В более ранних, для включения данной инструкции может потребоваться прошивка новой микропрограммой. В большинстве случаев, при прошивке все данные безвозвратно удаляются.

SSD накопители ещё совсем новое поколение накопителей информации и они не являются сбалансированными во всех отношениях продуктами. Тем не менее, для энтузиастов, клиентов корпоративного класса и использования в серверных системах они выгодно отличаются по показателю производительности, что может быть решающим фактором к покупке. Новый виток эволюции , твёрдотельные накопители получат с массовым производством чипов памяти Ferroelectric RAM (FRAM , FeRAM ). Это позволит повысить уровень долговечности ячеек SSD накопителей.

Но не факт что за SSD накопителями будущее. Каждый новый техпроцесс, как показала практика, уменьшает скорость чтения/записи и увеличивает количество возникающих ошибок, которые тоже нужно убирать с помощью системы коррекции ошибок в ущерб производительности. Причём для SLC этот показатель приемлем, но вот с MLC и TLC (triple level cell ) всё очень и очень печально. С каждым новым поколением, без значительных новых прорывов, скорость будет падать. А к 4 нм, опустится практически до уровня HDD 2012 года.