Твердотельный накопитель SSD. SSD

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.

На замену магнитным жёстким дискам приходят твёрдотельные накопители, сокращённо – SSD (Solid State Drive). И хоть в сокращении упоминается слово drive – "диск", новые устройства хранения информации трудно назвать дисками, так как в них нет ничего напоминающего диск.

Давайте разберёмся в том, чем хороши твёрдотельные накопители (SSD) и чем они отличаются от всем нам знакомых жёстких магнитных дисков – HDD.

Преимущества SSD перед HDD.

Самым главным преимуществом SSD перед HDD является то, что их быстродействие куда выше, чем "классических" винчестеров. Дело в том, что SSD используют совсем иную технологию записи, хранения и считывания информации. Технология позаимствована у флэш-памяти, поэтому SSD можно назвать специализированной флэшкой большой ёмкости.

Второе преимущество SSD – это отсутствие движущихся частей и деталей. Ни для кого не секрет, что магнитные жёсткие диски очень чувствительны к вибрационным нагрузкам, особенно в рабочем состоянии. Случайное падение и с HDD можно распрощаться навсегда. Также нередок выход из стоя привода, который крутит те самые магнитные "блины". Механические детали – это ахиллесова пята любого высокотехнологичного устройства.

Так как в SSD попросту нет движущихся частей и деталей, то устойчивость их к вибрации и ударам значительно выше, чем обычных HDD.

Третьим и немаловажным для портативной техники качеством SSD является их малый вес . Если на одну ладонь положить 2,5” SSD, ёмкостью, например, 128Gb, а на другую ладонь 2,5” HDD на 180Gb, то твёрдотельный накопитель покажется вам просто "пушинкой". Они невероятно лёгкие.

Четвёртым преимуществом SSD перед HDD является то, что они расходуют меньше энергии , а рабочая температура их намного ниже.

Вот, пожалуй, и все качественные отличия SSD от HDD.

Устройство SSD-диска.

Вот так выглядит среднестатистический SSD-диск. Естественно, в продаже имеются модели в бескорпусном исполнении. Наиболее распространены SSD-накопители форм-фактора 2,5".

Рядовой твёрдотельный накопитель представляет собой печатную плату с установленным на ней набором микросхем. Этот набор состоит из микросхемы NAND-контроллера и, собственно, микросхем NAND-памяти .

Площадь печатной платы твёрдотельного накопителя используется по-полной. Большую её часть занимают микросхемы NAND-памяти.

Как видим, в SSD-накопителе нет никаких механических частей и дисков – только микросхемы. Не зря в последнее время SSD всё чаще называют "электронными" дисками.

Типы памяти в SSD.

Теперь, когда мы разобрались с устройством SSD-накопителей, давайте поговорим о них более детально. Как уже говорилось, рядовой SSD состоит из двух взаимосвязанных частей: памяти и контроллера.

Начнём с памяти.

Для хранения информации в SSD используется NAND-память, которая состоят из огромного количества MOSFET-транзисторов с плавающим затвором. Их ещё называют ячейками (памяти). Ячейки объединяются в страницы по 4 кБайта (4096 байт), затем в блоки по 128 страниц, а далее в массив по 1024 блока. Один массив имеет объём 512 Мбайт и управляется отдельным контроллером. Такая многоуровневая модель устройства накопителя наносит определённые ограничения на его работу. Так, например, стирать информацию можно только блоками по 512 кБайт, а запись возможна только по 4 кБайт. Всё это приводит к тому, что записью и чтением информации с микросхем памяти руководит специальный контроллер.

Тут стоит отметить, что от типа контроллера зависит многое: скорость чтения и записи, устойчивость к сбоям, надёжность. О том, какие контроллеры используются в SSD, мы поговорим чуть позднее.

В SSD применяются три основных типа NAND-памяти: SLC, MLC и TLC. В памяти типа SLC (Single-Level Cell ) используются одноуровневые транзисторы. Это значит, что один транзистор может хранить 0 или 1. Одним словам, такой транзистор может запомнить только 1 бит информации. Маловато будет, не так ли?

Тут головастые мужики "почесали репу" и придумали, как транзистор-ячейку сделать 4-ёх уровневым. При этом каждый уровень представляет 2 бита информации. То есть на одном транзисторе можно записать одну из четырёх комбинаций 0 и 1, а именно: 00 , 01 , 10 , 11 . То есть 4 комбинации, против 2 у SLC. В два раза больше, чем на SLC-ячейках! И назвали они их многоуровневыми ячейками – MLC (Multi-Level Cell ).

Таким образом, на одном и том же количестве транзисторов (ячеек) можно записать в 2 раза больше информации, чем, если бы применялись SLC-ячейки. Это существенно удешевляет конечный продукт.

Но у MLC-ячеек есть существенные недостатки. Срок жизни таких ячеек меньше, чем у SLC и составляет в среднем 100000 циклов. У SLC-ячеек этот параметр составляет 1000000 циклов. Также стоит отметить, что время чтения и записи у MLC-ячеек больше, что уменьшает быстродействие твёрдотельного накопителя.

Так как технологии хранения информации на твёрдотельных носителях очень быстро развиваются, то, возможно, всё, о чём вы здесь узнали, уже считается морально устаревшим.

Например, когда ещё писалась эта статья, в продаже лидировали SSD-диски, изготовленные по технологии MLC. Но, сейчас их практически вытеснили SSD-накопители с памятью типа TLC – трёхуровневых ячеек (Triple-Level Cell ). Память TLC имеет 8 уровней, а, следовательно, каждая ячейка может хранить уже 3 бита информации (000, 001, 011, 111, 110, 100, 101, 010).

Сравнительная таблица типов флэш-памяти: SLC, MLC и TLC.

Из таблицы видно, что чем больше уровней используется в ячейке, тем медленнее работает память на её основе. TLC-память явно проигрывает, как по скорости, так и по "времени жизни" - циклам перезаписи.

Да, кстати, в USB-флэшках уже давно используется TLC-память, которая хоть и быстрее "изнашивается", но и стоит гораздо дешевле. Именно поэтому стоимость USB-флэш и карт памяти неуклонно снижается.

Несмотря на то, что SSD-диски выпускают различные компании под своим брендом, NAND-память многие покупают у небольшого количества её производителей.

Производители NAND-памяти:

Intel/Micron ;

Toshiba/SanDisk ;

Samsung .

Таким образом, мы узнали, что SSD-диски бывают с тремя разными типами памяти: SLC, MLC и TLC. Память на основе SLC-ячеек более быстрая и долговечная, но дорогая. Память на MLC-ячейках заметно дешевле, но обладает меньшим ресурсом и быстродействием. В широкой продаже можно найти только SSD-диски на основе флэш-памяти типа MLC и TLC (на момент редактирования статьи). Диски с SLC-памятью практически не встречаются.

Память 3D XPoint и накопители Intel Optane.

Стоит отметить и то, что с недавних пор в продаже появились накопители, которые основаны на новом типе энергонезависимой памяти 3D XPoint (читается, как "три ди кросс-поинт"). На базе 3D XPoint корпорация Intel выпускает твёрдотельные накопители под брендом Intel Optane. Разработкой нового типа памяти занимались две компании Intel и Micron.

3D XPoint – это принципиально новый тип энергонезависимой памяти, в отличие от NAND-памяти, которая известна аж с 1989 года.

3D XPoint обладает большей скоростью чтения-записи, так как доступ к ячейке происходит напрямую. Как утверждается, в памяти 3D XPoint вообще нет транзисторов, а каждая ячейка способна сохранять 1 бит информации. Благодаря прямому доступу отпадает надобность в сложных контроллерах, которые просто необходимы в накопителях NAND с многоуровневыми транзисторами (MLC, TLC). Кроме этого ресурс (износостойкость) данной памяти гораздо выше, чем у NAND, в которой имеется такой базовый дефект, как утечка электронов из ячеек.

Так как быстродействие накопителей Intel Optane превосходит возможности интерфейса SATA, то их, как правило, производят в форм-факторах M.2 , а также в виде твёрдотельного накопителя под слот PCI Express (PCI-E AIC (add-in-card )). Для работы с подобными накопителями используется новый интерфейс NVMe , который приходит на смену SATA.

Контроллеры SSD накопителей.

На момент написания статьи наибольшее распространение получили следующие контроллеры:

Об установке Windows на SSD.

Устанавливать Windows XP на SSD не рекомендуется, так как эта операционная система не заточена под работу с SSD. В Windows 7, 8 и 10 поддержка SSD полностью присутствует. Правда, для более долговечной и "правильной" работы SSD с системой Windows 7 рекомендуется провести проверку/настройку некоторых параметров этой ОС.

Твердотельные накопители (SSD) - преимущества и недостатки

Для начала давайте разберёмся в определениях. Жёсткий и твёрдотелый - в чём разница?

Что же такое жёсткий диск , который также очень часто называют HDD, винчестер, хард, винт и т. д.?

HDD (англ. hard disk drive) - устройство хранения данных, основанное на принципе магнитной записи. Информация записывается на пластины, покрытые слоем ферромагнетика. Диски закрепляются на шпинделе, который вращается с очень высокой скоростью (до 15 000 оборотов в минуту). Помимо механической части присутствует также и блок электроники, собственно, который и управляет всей механикой устройства.

Первый серийный жёсткий диск был произведён компанией IBM в 1956 году, весил 971 кг, имел общий объём памяти около 3,5 мегабайта. История стремительно развивалась, и к 2011 году нормой для винчестера стал 1 терабайт. На данный момент существуют двух- и даже трёхтерабайтные накопители.

Принцип работы жёсткого диска базируется на регистрации изменений магнитного поля вблизи головки диска.
Основными игроками на рынке жёстких дисков являются компании Fujitsu , Seagate , Western Digital , Samsung , Hitachi .

Чем больше становился объём жёстких дисков, тем больше становился объём передаваемой информации. В общей механической структуре жёсткого диска и кроется основной его недостаток - относительно невысокий объём передаваемых данных в секунду (средние модели производителей на данный момент обладают установившейся скоростью передачи данных около 100-150 Мб/с). Кроме того, чем выше скорость передачи данных, тем сильнее греется жёсткий диск.

Для многих задач, а также повседневного использования компьютера этих скоростей вполне хватает, однако при специализированном использовании (графические станции, профессиональные игровые компьютеры, вычислительные центры и др.) именно жёсткий диск накладывает существенные ограничения на общую производительность системы.

Первые разработки по изобретению принципиально нового носителя были начаты в 1970-х годах. В 1978 году компания StorageTek представила первый полупроводниковый накопитель современного типа, тем самым заложив фундамент в разработку твёрдотелых накопителей SSD. И только в 2008 году южнокорейской компании удалось создать первый SSD объёмом 128 Гб, похожий на современные аналоги, который она продемонстрировала на выставке в Сеуле.

Массовое производство было организовано только в 2009 году. На данный момент существуют накопители объёмом 720 Гб, стоимость которых начинается от 60 000 рублей, например модель IBIS OCZ 3HSD1IBS1-720G от компании OCZ.

Итак, что такое SSD

В переводе с английского solid-state drive, значит, «диск без движущихся частей». Твёрдотелый накопитель - это запоминающее устройство, принцип работы которого основан на использовании перезаписываемых микросхем и контроллера. Часто пользователи путают терминологию и называют SSD жестким диском. Это неправильно -ввиду технических особенностей твердотелых дисков. Отличительной особенностью носителя данного типа от HDD является то, что при чтении данных с SSD нет необходимости в совершении механических операций, всё время уходит только на передачу адреса и непосредственно самого блока. Соответственно, чем быстрее сама память устройства и контроллера, тем быстрее осуществляется общий доступ к данным.

Однако с процессом изменения или стирания данных у SSD-накопителей не всё так просто. Это связано с тем, что память пишется блоками по 4 Кб, а стирается по 512 Кб.

При модификации блоков происходит следующая последовательность действий:

1. Во внутренний буфер считывается блок, который содержит изменения.
2. Производится необходимая модификация байт.
3. Блок стирается из флеш-памяти.
4. Вычисляется новое местоположение данного блока.
5. Блок записывается на новое место.

Во время удаления файлов физически они не удаляются, а только помечаются системой как удаленные, однако SSD не знает, какие именно данные являются пользовательскими, а какие удалёнными, и фактически приходится все блоки обрабатывать по вышеупомянутой схеме. Данная система приводит к тому, что при большом количестве данных на диске общее время работы значительно увеличивается, что тормозит всю работу.

Безопасность и надежность SSD

Если говорить о возможности восстановления данных с SSD, то можно отметить следующие моменты:

Данные не удаляются сразу, как и в HDD, даже если перезаписать файл по верху другими данными.
Процесс восстановления данных достаточно трудоёмок, в связи с тем что необходимо правильно подобрать порядок, объединить результаты, а также выбрать необходимый алгоритм, эмулирующий работу контроллера носителя.

Надёжность SSD напрямую зависит от надёжности контроллера и его прошивки, поскольку именно контроллер располагается между интерфейсом и микросхемами памяти и вероятность его повреждения, в случае неполадок с питанием, очень велика.

Правила работы с твёрдотелыми носителями для продления их цикла жизни и повышения общей скорости:

Все данные, которые часто меняются (различные временные данные, swop-файлы и т. п.), перенести на обычный HDD.
Отключить дефрагментацию диска.
Периодически обновлять прошивку контроллера.
Оставлять около 20 % раздела диска постоянно свободными, это повысит общую производительность.

Преимущества SSD перед жёсткими дисками:

Очень высокая скорость чтения блоков данных, которая фактически ограничивается только пропускной способностью интерфейса контроллеров.
Низкое энергопотребление.
Бесшумность.
Отсутствие механических частей, что ведёт к меньшему числу возможных поломок.
Малые габаритные размеры.
Высокая температуростойкость.

Недостатки SSD:

Ограниченное число циклов перезаписи ячеек памяти (от 10 000 до 100 000 раз). По достижении лимита ваш накопитель просто перестанет работать.
Высокая цена. По сравнению с ценой HDD за 1 Гб (около 1,6 руб/Гб у HDD объёмом 1 Тб против 48 руб/Гб у SSD объёмом 128 Гб).
Невысокий объём диска по сравнению с HDD.
Проблема совместимости с некоторыми версиями операционных систем (некоторые ОС попросту не учитывают специфику твёрдотелых носителей, что приводит к очень быстрому износу носителя).

Компании и производители SSD, которым смело можно доверять:

Примеры моделей:

Средняя стоимость - 15 000 руб.

Отличный представитель семейства твёрдотелых, обладающий скоростью чтения до 355 Мб/с и скоростью записи до 215 Мб/с, подключается через интерфейс класса SATA 6 Гб/с.

128Gb Kingston SV100S2/128G SATA 2.5" V100-Series

Средняя цена - 6000 руб.

Хороший SSD-носитель, имеющий интерфейс подключения типа SATA-2. По техническим характеристикам от производителя - скорость записи до 230 Мб/с, скорость чтения до 250 Мб/с.

SSD Corsair CSSD-V64GB2-BRKT

Более дешёвый накопитель, меньшего объёма, с интерфейсом подключения SATA.

Средняя стоимость - 3700 р. Обладает скоростью записи до 130 Мб/с и чтения до 215 Мб/с.

Выводы

На данном этапе развития технологий, когда твёрдотелые носители практически в 30 раз дороже жёстких дисков по цене за 1 гигабайт, целесообразность использования SSD в повседневной жизни обычного пользователя спорна, однако если вы хотите ускорить время загрузки операционной системы и похвастаться этим перед друзьями, то SSD точно для вас. Оправданно использование SSD в мобильных устройствах, серверах, имеющих высокую нагрузку на дисковую систему, а также в тех случаях, когда используются профессиональные приложения, требующие высокой скорости доступа к данным.

Некоторые известные производители переключились на выпуск твердотельных накопителей уже полностью, например Samsung продал бизнес по производству жёстких дисков компании Seagate .

Существуют и так называемые гибридные жесткие диски , появившиеся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD) и твердотельный накопитель относительно небольшого объёма, в качестве кэша (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления).

Пока такие накопители используются, в основном, в переносных устройствах (ноутбуках, сотовых телефонах, планшетах и т. п.).

История развития

В настоящее время наиболее заметными компаниями, которые интенсивно развивают SSD-направление в своей деятельности, можно назвать Intel , Kingston , Samsung Electronics , SanDisk , Corsair, Renice, OCZ Technology , Crucial и ADATA. Кроме того, свой интерес к этому рынку демонстрирует Toshiba .

Архитектура и функционирование

NAND SSD

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD), появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкой стоимостью (от 1 доллара США за гигабайт) начали уверенное завоевание рынка. До недавнего времени существенно уступали традиционным накопителям - жестким дискам - в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью поиска информации (начального позиционирования). Сейчас уже выпускаются твердотельные накопители со скоростью чтения и записи, в разы превосходящие возможности жестких дисков . Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

RAM SSD

Эти накопители, построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость. Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели - системами резервного и/или оперативного копирования. Примером таких накопителей является I-RAM . Пользователи, обладающие достаточным объёмом оперативной памяти, могут организовать виртуальную машину и расположить её жёсткий диск в ОЗУ и оценить производительность.

Недостатки и преимущества

Недостатки

Преимущества

Отсутствие движущихся частей, отсюда:

Полное отсутствие шума;
Высокая механическая стойкость;
Стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;

Высокая скорость чтения/записи, нередко превосходящая пропускную способность интерфейса жесткого диска (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6 Gb/s, SCSI, Fibre Channel и т. д.);
Низкое энергопотребление;
Широкий диапазон рабочих температур;
Большой модернизационный потенциал как у самих накопителей так и у технологий их производства.
Отсутствие магнитных дисков, отсюда:

Намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;
Малые габариты и вес; (нет необходимости делать увесистый корпус для экранирования)

Microsoft Windows и компьютеры данной платформы с твердотельными накопителями

В ОС Windows 7 введена специальная оптимизация для работы с твердотельными накопителями. При наличии SSD-накопителей эта операционная система работает с ними иначе, чем с обычными HDD-дисками. Например, Windows 7 не применяет к SSD-накопителю дефрагментацию, технологии Superfetch и ReadyBoost и другие техники упреждающего чтения, ускоряющие загрузку приложений с обычных HDD-дисков.

На SSD-накопителе работают планшеты компании Acer - модели Iconia Tab W500 и W501, Fujitsu Stylistic Q550 под управлением Windows 7.

Mac OS X и компьютеры Макинтош с твердотельными накопителями

11 июня 2012 года на основе флеш-памяти был представлен новый MacBook Retina 15 дюймов, в котором опционально можно установить 768 Гб флеш-памяти.

Перспективы развития

Главный недостаток SSD накопителей - ограниченное число циклов перезаписи - при развитии технологий изготовления энергонезависимой памяти будет устранён путём изготовления по другим физическим принципам и из других материалов, например, FeRam . К 2013 году компания планирует запустить в розничную продажу накопители, построенные по технологии ReRAM (resistive random-access memory).

См. также

Гибридный жесткий диск

Примечания

Ссылки

HDD умер, да здравствует SSD? Критический обзор из журнала Mobi, 15.08.2007
Диски SSD на основе NAND-памяти: технологии, принцип работы, разновидности, 28.06.2010
Тест четырех SSD компании Team от TestLabs.kz

Твердотельные накопители (SSD)
Ключевая терминология	Шифрование · ECC · Flash file system · Флеш-память - SLC/MLC · Flash memory controller · Garbage collection · IOPS · MB/s · Over-provisioning · Secure erase · Команда TRIM · Wear leveling · Write amplification
Производители флеш-накопителей	Hynix · Intel · Micron · Samsung · Toshiba · Kingston
Контроллеры
Производители SSD	Список производителей твердотельных накопителей
Интерфейсы	SATA · SAS · · USB · PCIe · NVM Express
Связанные организации	INCITS · JEDEC/JC-64.8 · NVMHCI · SATA-IO · SFF Committee · SNIA · SSSI · T10/SCSI · T11/FC · T13/ATA

Компоненты персонального компьютера

Преимущества и недостатки твердотельных накопителей перед HDD... Какие они?! Твердотельные накопители, или SSD, появившись на рынке относительно недавно, несмотря на высокую стоимость, успели приобрести популярность у пользователей, которым важна скорость работы.

Твердотельный накопитель представляет собой запоминающее устройство, работающее на основе микросхем памяти. Также в состав SSD входит управляющий контроллер. Память, на основе которой работают твердотельные накопители, подразделяется на два вида: flash и RAM.

Чаще всего SSD используются в небольших устройствах (коммуникаторах, ноутбуках, смартфонах), где значимым требованием является стойкость накопителя к ударам и вибрации, а также небольшой размер. Использование твердотельных накопителей в ПК способствует заметному увеличению производительности.

Популярность SSD растет очень быстро: их стоимость, хотя в данный момент и заметно выше HDD, постепенно снижается; некоторые компании, к числу которых относится, к примеру, продавшая бизнес по изготовлению жёстких дисков компании Seagate Samsung, уже полностью отказались от производства HDD, переключившись на разработку и создание твердых накопителей.

История возникновения и дальнейшего развития SSD

Несмотря на то, что широкое распространение твердотельные накопители получили совсем недавно, первый прототип подобного носителя информации был создан еще в 1978 году. Первый полупроводниковый накопитель, работающий на основе RAM-памяти, был разработан компанией StorageTek (США). Через четыре года другая американская компания Cray начала использование SSD на основе RAM-памяти в своих суперкомпьютерах Cray-1 и Cray X-MP.

Первый полупроводниковый накопитель на flash-памяти был разработан в 1995 году компанией M-Systems (Израиль).

Начиная с 2005 года, на рынке все чаще стали появляться ноутбуки и нетбуки, в состав которых входил SSD. Первой компанией, выпустившей устройство с твердотельным накопителем размером 4 Гб, была ASUS. Постепенно скорость и объем устройств увеличивались. В 2008 году разработчики Mtron Storage Technology (Южная Корея) представили на выставке в Сеуле 128-гигабайтный твердотельный диск с параметрами записи и чтения 240 МБ/с и 260 МБ/с соответственно. В 2009 году компания OCZ разработала SSD объёмом 1 терабайт.

Преимущества SSD

Плюсы твердотельных накопителей очевидны. Отсутствие движущихся частей привело к их высокой механической стойкости, быстрого считывания файлов, независимо от расположения их фрагментов, а также абсолютно бесшумной работе. Скорость чтения и записи во много раз превосходит пропускную способность лучших интерфейсов HDD, включая SATA II, SATA III и другие.

Отсутствие магнитных дисков позволило значительно уменьшить размер SSD, а также снизить влияние на него внешних электромагнитных полей, которые легко способны причинить вред жестким дискам и хранящейся на них информации.

Также SSD характеризует более широкий диапазон температур и низкое электропотребление.

Недостатки современных SSD

Ключевым недостатком твердотельных накопителей, из-за которого установить их в ПК могут позволить себе не многие, является их высокая стоимость, прямо пропорциональная их емкости. Цена более распространенных сегодня HDD зависит исключительно от входящих в их состав пластин и возрастает по мере повышения их объема гораздо медленнее.

Основной недостаток NAND SSD (накопителей, основанных на использовании энергонезависимой памяти) – это, в первую очередь, ограниченное число циклов перезаписи: десять тысяч для обычной флеш-памяти (MLC, Multi-level cell) и сто тысяч для более дорогого вида (SLC, Single-level cell). Для того чтобы предупредить неравномерный износ, в SSD встраивается специальные схемы: контроллер сохраняет информацию о том, какие блоки являются наименее перезаписываемыми и при необходимости начинает более активно их использовать. Количество циклов у RAM SSD и у новейшей технологии FRAM практически безгранично, их вполне хватит для 40 лет непрерывного использования.

Невозможность восстановления информации

Твердотельные накопители не позволяют восстановить информацию вследствие использования команды TRIM, поэтому все recovery-утилиты становятся бесполезными. Кроме того, информация на SSD становится безвозвратно потерянной, если при превышении или перепаде напряжения. Если в жестких дисках чаще всего сгорает только плата контроллера, твердотельный носитель сгорает полностью. Аппаратный сбой SSD, произошедший из-за выхода из строя чипа контроллера или flash-памяти, приведет к тому, что информация будет утрачена без возможности восстановления.

SSD и выбор операционной системы Windows

На ускорение износа SSD влияет и использование устаревших и даже ряда актуальных операционных систем, в которых не учитывается их специфика. Уменьшение срока эксплуатации твердотельных накопителей вследствие работы некоторых служб ОС связано с тем, что они рассчитаны только на работу с HDD,

Потому применяют на SSD технологии, которые ускоряют работу жестких дисков, но не оказывают никакого положительного влияния на быстродействие твердотельных накопителей, а напротив, уменьшают их срок эксплуатации.

В семействе ОС Windows оптимизация работы с SSD была внедрена лишь, начиная с седьмой версии. На твердых накопителях Windows 7 не использует дефрагментацию, а также технологии Superfetch и ReadyBoost, необходимые для ускорения чтения и записи на жестких дисках. Предыдущие версии Windows, включая относительно недавно появившуюся ОС Vista, требуют дополнительных настроек для снижения износа SSD. В первую очередь, необходимо отключить дефрагментацию, которая все равно не оказывает на быстродействие твердотельных накопителей никакого влияния.

Настройка Windows 7 для работы с SSD

Для того чтобы предупредить быстрое изнашивание SSD, следует отключить в системе некоторые службы и операции.

Прежде всего, следует отключить использование в системе файла подкачки, который предназначен для хранения временных данных, необходимое при недостатке объема ОЗУ. Однако столь часта запись и перезапись на SSD приведет к тому, что ячейки памяти быстро износятся. Поэтому если объем вашей памяти превышает 4 Гб, лучшим решением будет отключить файл подкачки. Если объем памяти меньше 4 Гб, то проще всего будет перенести файл подкачки на жесткий диск или нарастить объем ОЗУ.

Индексирование и кэширование SSD является абсолютно не нужными операциями, так как твердотельный накопитель и так работает очень быстро.

Вследствие того, что прямой доступ SSD к файлам осуществляется весьма быстро, дефрагментация является ненужной, более того, она только вредит ячейкам SSD.

Еще одни компоненты операционной системы, которые стали ненужными после установки ее на SSD, это Prefetch и SuperPrefetch, предназначенные для ускорения начальной загрузки и запуска программ.

Чтобы отключить эти службы, откройте реестр Windows и измените параметры EnablePrefetcher и EnableSuperfetch значения на ноль.

SSD и альтернативные операционные системы

TRIM-поддержка твердотельной памяти появилась в Mac OS X в версии 10.7 (Lion). В 2010 году компания Apple запустила в продажу компьютеры Air, в комплектацию которых входила твердотельная память. Первоначально, по желанию покупателя, SSD можно было заменить на обычный жесткий диск, однако, начиная с 2010 года, компания полностью отказалась от использования в этой линейке HDD для уменьшения размера корпуса компьютера, а также снижения его веса. Объем памяти в линейке Air составляет от 64 Гб до 512 Гб.

В 2012 году в продаже появился новый MacBook Pro, работающий на основе флеш-памяти. Опционально в компьютер можно инсталлировать до 768 Гб флеш-памяти.

TRIM-поддержка SSD в операционных системах Linux появилась, начиная с версии ядра 2.6.33. В настройках монтирования накопителя следует указать опцию «discard».

SSD или HDD: что выбрать?

В настоящее время твердотельные накопители все более уверенно отвоевывают у жестких дисков долю рынка. И хотя говорить о наступлении периода окончательного перехода на SSD и снятия с продажи HDD еще рано, становится ясно, что в какой-то момент это станет неизбежным. Те, кто установил твердотельный накопитель в качестве системного диска, уже успели увидеть разницу в быстродействии, которая заметна даже без использования специальных тестов.

Накопители на flash-памяти отличает быстрое время доступа, высокая скорость передачи информации и улучшенная производительность, что позволяет сделать работу с операционной системой и установленными приложениями намного более быстрой. Помимо этого, SSD характеризует абсолютно бесшумная работа, надежность и низкое потребление энергии.

На данный момент на рынке комплектующих имеется множество твердотельных накопителей от различных производителей, поэтому выбрать среди них наилучший вариант не так просто. Однако скорость любой модели SSD, даже самой медленной и дешевой, во много раз превосходит аналогичный параметр жесткого диска.

Сравним каждый из технических параметров твердотельных накопителей и жестких дисков отдельно.

Производительность

Практически каждый SSD в два или три раза превышает традиционный жесткий диск по скорости взаимодействия. Запуск программ и операционной системы, выход из спящего или ждущего режима, установка приложений, работа с файлами (копирования, архивация, разархивация) происходит на твердотельных накопителях заметно быстрее.

Чтобы определить более высокую производительность SSD, можно даже не делать никаких измерений, так как ее легко заметить даже «на глаз». Запуск программного обеспечения становится намного более быстрым, операционная система также работает без задержек. Особенно заметной является скорость ухода в ждущий или спящий режим, а также выхода из него.

SSD являются прекрасным выбором для пользователей, которым важна именно скорость работы.

Сравнение производительности HDD и SDD

Если протестировать с целью сравнения один из лучших в настоящее время HDD Seagate Barracuda XT с объемом 3 Тб и скоростью 7200 об/мин и SSD Samsung 470 Series предыдущего поколения, становится ясно, насколько заметно отличается быстродействие жестких дисков и твердотельных накопителей.

Futuremark PCMark 7, имитируя стандартную работу компьютера, демонстрирует, что практически при любых видах работ SSD выполняет задачу в три-четыре раза быстрее жесткого диска. При этом, данный тест учитывает производительность системы, с учётом влияния CPU и видеокарты, что позволяет увидеть картину, практически аналогичную той, что создается при обычном использовании.

К единственным исключениям, когда результаты HDD и SDD оказываются почти равными, относится работа с видео в Windows Movie Maker и загрузка Windows Media Center.

Наиболее яркий пример, когда пользователь может увидеть и оценить быстроту носителя информации, - это перенос и копирование данных. На старых компьютерах это время может занимать такой большой период, что пользователь вынужден сидеть перед экраном и ожидать, когда операции с файлами будут закончены.

Сравнение трех носителей: SSD, HDD со скоростью 7200 оборотов и HDD со скоростью 5400 оборотов показывает, насколько более быстрыми являются твердотельные накопители. При данном тестировании файлы копировались и переносились с одного логического диска на другой, что привело к тому, что носитель одновременно и читал, и записывал данные.

Как видим, скорость SSD при работе с файлами и архивами в несколько раз превышает возможности жесткого диска.

Данный тест позволяет определить то, насколько заметным будет быстродействие SSD при решении ежедневных задач, с которыми постоянно сталкивается пользователь. Для тестирования было подобрано два типа программ: 1) те, что наиболее часто используются пользователями, 2) большие пакеты, инсталляция которых обычно является весьма длительной.

Тестирование показало, что скорость установки приложений на SSD в два или три раза выше, по сравнению с HDD. Исключениями являются лишь программы Acronis и Office 2007.

Сохраняется преимущество SSD и при запуске приложений, хотя в этом случае временной период настолько мал, что вряд ли будет сильно заметен пользователю.

Объем и возможность хранения файлов

Если вам требуется носитель для хранения больших объемов информации, таких как видеозаписи или фильмы, то гораздо лучше будет остановить свой выбор на жестком диске. Приобретение SSD для хранения на нем файлов – это ненужная роскошь, так как стоимость твердотельных накопителей заметно выше и, к тому же, напрямую зависит от его объема. Даже самая небольшая модель объемом 128 Гб отличается весьма высокой стоимостью, тогда как жесткий диск с объемом 500 Гб можно приобрести по весьма невысокой цене.

Однако если вы планируете использовать SSD в качестве системного, то вам вполне хватит минимального на сегодняшний день объема в 128 Гб. Этого объема вполне достаточно для создания рабочей системы, где будет установлена ОС Windows 7, необходимые программы и даже несколько игр. А для хранения мультимедийных файлов и архивов можно установить дополнительный HDD. Если вы собираетесь установить SSD в ноутбук, то для хранения файлов можно приобрести внешний жесткий диск.

Надежность и стойкость к ударам и вибрации

Значимый параметр SSD, выгодно отличающий его от жестких дисков, - это надежность в использовании, которая обеспечивается, благодаря тому, что твердотельный накопитель абсолютно не чувствителен к ударам и вибрации. Особенно это актуально для ноутбуков, которые часто приходится носить с собой. Такие устройства нередко подвергаются ударам, и порой только встроенный акселерометр, отключающий HDD при падении, спасает его от потери данных или поломки.

Использование SDD позволяет забыть о том, что вам нужно стараться не трясти ноутбук. К примеру, когда устройство едва начинает переходить в спящий режим (а в это время оно весьма активно записывает данные на носитель), вы можете уже укладывать его в сумку. Если сделать это с ноутбуком со встроенным HDD, то жесткий диск будет легко вывести из строя.

Долговечность SSD и HDD

В тоже время SDD все еще проигрывают жестким дискам по их долговечности. Недорогие SSD первого поколения, установленные, к примеру, на EEE PC, уже начали постепенно выходить из строя. И если спрогнозировать механический износ HDD практически невозможно, то у твердотельных накопителей есть ограниченное число циклов перезаписи, которое в настоящее время является его основным недостатком.

Предполагается, что развитие технологий приведет к тому, что энергонезависимая память будет изготавливаться из других материалов, таких как, к примеру, FeRam, однако пока таких накопителей еще нет в продаже. В 2014 году компания HP планирует начать продажу накопителей на основе технологии ReRAM.

Физические размеры обоих носителей

Для некоторых пользователей значительным преимуществом SSD является их небольшой вес и размер. Твердотельные носители заметно меньше жестких дисков, что, во-первых, дает возможность значительно снизить размер устройства (это особенно актуально для ноутбуков и нетбуков), а во-вторых, позволяет разместить в стойке корпуса ПК большее количество накопителей.

Стоимость SDD и HDD в сравнении

Цена – это тот параметр, по которому SSD безнадежно проигрывают жестким дискам. Современные твердотельные накопители стоят в три-четыре раза дороже HDD, емкость которого в три раза больше.

Стоит ли тратить деньги за быстродействие и скорость, решать вам. На наш взгляд, это имеет смысл только в том случае, если ваша работа с ПК или ноутбуком является постоянно и активной. В этом случае вы сбережете не только время, но и нервы, избавившись от раздражения, связанного с тем, что система и приложения сильно тормозят.

На чем же остановить свой выбор?

Хотя технологии создания SSD весьма активно развиваются, говорить о том времени, когда они полностью заменят жесткие диски, еще рано. Твердотельным накопителям нет равных в обеспечении более высокой производительности и скорости при использовании их в качестве системных дисков, однако они заметно уступают HDD в случае, если речь идет о хранении файлов.

Для большинства задач, с которыми сталкиваются пользователи домашних ПК, прекрасно подойдет комплектация с двумя носителями: SSD, где следует разместить операционную систему, а также исполняемые файлы и кэши программ, и HDD большого объема для хранения фильмов, музыки, фотографий и документов.

Бюджетный вариант комплектации может прекрасно обойтись и без использования твердотельных накопителей, компьютеры же, работающие исключительно с SSD, в силу своей неоправданно высокой стоимости, встречаются крайне редко.