В каком году появились ssd диски

Обновлено: 04.07.2024

Твердотельный диск или SSD-накопитель не имеет ничего общего с геометрической фигурой, благодаря которой он получил свое название. И если обычные жесткие диски действительно состоят из нескольких накопителей в форме диска, вращающихся вокруг оси, то твердотельный диск – это массив микросхем памяти (прямоугольных, а не круглых), которые управляются контроллером. И хотя это достаточно новый компонент компьютерной техники, в его истории есть несколько интересных моментов.

Первым SSD-накопителем можно считать устройство хранения информации, созданное американскими инженерами из компании StorageTek в 1978 году. Оно было выполнено на полупроводниковых ОЗУ (RAM) микросхемах памяти, которые использовались в первых полупроводниковых компьютерах. Накопитель лишь поверхностно напоминал современные твердотельные диски, а его технические характеристики даже в то время не были большим достижением. Тем не менее, именно StorageTek открыла миру новый тип накопителя, и именно с этой модели началось их развитие.

Более совершенный SSD-диск был создан лишь спустя 4 года. Его производителем стала известная в то время компания Cray, специализирующаяся на производстве суперкомпьютеров для военных и промышленности. В производство было запущено сразу 2 модели: Cray1 и Cray2, отличавшихся скоростью передачи данных – 100 Мб/сек и 320 Мб/сек соответственно. Их емкость в 8, 16 и 32 разрядных слов покажется смешной современному пользователю ПК, но на то время (1982 год) это было не абы какое достижение инженерной мысли.

В 1995 году, спустя почти 13 лет свою лепту в историю развития твердотельного диска внесла военная промышленность в лице израильской компании M-Systems. Полупроводниковый накопитель, использующий flash-память, изначально предназначался исключительно для обеспечения нужд военных и мог работать даже при экстремальных температурах, сильных вибрациях и перегрузках, при которых обычная техника ломалась уже через пару минут.

В 2007 году, спустя почти 12 лет, известный производитель компьютеров и комплектующих компания Asus выпустила нэтбук с твердотельным накопителем емкостью 4 Гб.

Еще через год в 2008 году южнокорейская компания Mtron Storage Technology представила миру действительно стоящую замену, популярным тогда, как собственно и сейчас, традиционным жестким дискам. Новый накопитель имел объем 128 Гб и мог считывать и записывать информацию со скоростью 260 и 240 Мб/сек.

Спустя еще год в продаже начали появляться целые линейки твердотельных дисков емкостью от 128 до 512 Гб. Первый SSD-накопитель, перешагнувший порог в 1 Тб появился в конце того же 2009 года благодаря компании OCZ Technology.

История создания и развития технологии SSD.
1978 год. Был анонсирован американской компанией StorageTek и впервые имел вид, основанный на RAM-памяти - полупроводниковый накопитель.
1982 год. Американская же компания Cray (один из лидеров рынка производителей суперкомпьютеров, штаб-квартира находится в городе Сиэтл в американском штате Вашингтон) представила мировой общественности полупроводниковый накопитель на RAM-памяти для суперкомпьютеров собственного производства, под торговой маркой Cray1, со скоростью 100 Мб/сек и Cray X-MP со скоростью 320 Мб/сек, в объемами, составившими 8, 16 или даже 32 x 106 x64-разрядных слов.
1995 год. Израильской компанией M-Systems впервые в мире представлен полупроводниковый накопитель на flash-памяти, который изначально создавался и был ориентирован на применение в военной и аэрокосмической технике, где непредставимо высокая (по тем временам) стоимость 1 гигабайта памяти была несколько компенсирована не только чрезвычайной надежностью, но и уникальными свойствами, позволявшими работу в крайне неблагоприятных условиях (экстремальные температуры, перегрузки, вибрации и т. п.).
2008 год. На одной из крупнейших выставок мирового уровня в Сеуле южнокорейской компанией Mtron Storage Technology был продемонстрирован SSD накопитель со скоростью записи 240 МБ/сек и скоростью чтения 260 МБ/сек. Правда объем был весьма скромным, на уровне 128 ГБ.
2009 год. В серийном производстве появилась линейка твердотельных накопителей Master Drive RX, выполненных в 2.5” форм-факторе. Она включает различные устройства емкостью от 128 ГБ до 512 ГБ (она была выпущена компанией Super Talent Technology). Регламентированная скорость чтения составила 230 МБ/сек, а записи – 160 МБ/сек.
В конце 2009 года компанией OCZ Technology закончила разработку SSD-накопителя Колосс (от англ. Colossus) в форм-факторе 3.5” и емкостью 1 ТБ. В соответствии с различными тестами скорость последовательного чтения составила от 223 МБ/сек до 261 МБ/сек, причем показатель для записи оказался таким же: от 223 МБ/сек до 261 МБ/сек.

По различным оценкам специалистов рынку твердотельных накопителей предполагают рост от 7 до 25 процентов в ближайшие годы, а к 2014 году его объем прогнозируемо составит свыше 7 млрд. долларов США.
Согласно интервью одного из представителей компании Kingston Technology, стоимость хранения одного ГБ данных может опуститься до одного доллара ориентировочно в третьем квартале 2012 года.

Строго говоря, SSD появились задолго до изобретения флэш-памяти. Ведь что такое, по сути, Solid State Drive? Это накопитель информации, который не содержит каких-либо механических компонентов. Таким образом, самым первым в мире SSD можно назвать творение корпорации Dataram с гордым названием Bulk Core, представленное в 1976 году. Стальное шасси габаритами 19 на 15.75 дюймов содержало 8 планок энергозависимой RAM-памяти, каждая из которых имела объем 256 килобайт. Девайс размером с хороший UPS (и, благодаря наличию резервных аккумуляторов, соответствующим весом) стоил на старте 9700 долларов США. Устройства нашли применение в промышленности и наукоемких отраслях, однако из-за дороговизны и ненадежности (все же риск потери данных был чрезвычайно велик) так и не стали массовыми.

Dataram Bulk Core — самый первый SSD

Тем не менее всего через 6 лет компания Axlon предприняла попытку завоевать уже потребительский сегмент, выйдя на рынок с внешним накопителем RAM Disk, разработанным специально для выпущенных в 1982 году персональных компьютеров Apple II. Новинка несла на борту 320 килобайт RAM, имела размеры, сопоставимые с современными компактными NAS и оснащалась аккумуляторными батареями, обеспечивающими 3 часа автономной работы на случай перебоев энергоснабжения.

Рекламная брошюра Axlon RAM Disk призывает «прокачать» ваш Apple II

О том, насколько популярным стало такое решение можно догадаться, взглянув на цены: на старте продаж прибор стоил 1400 долларов, при этом сам Apple II в модификации с 4 килобайтами ОЗУ на тот момент обошелся бы вам в 1298 долларов. Пускай встроенной постоянной памяти данный ПК имел также 4 килобайта, возможность подключения кассетного магнитофона, а впоследствии и 5.25-дюймовых дисководов с лихвой компенсировали этот недостаток. В то же время, непомерный ценник и риск утраты всей информации делали RAM Disk малопривлекательным для конечного потребителя, тем более что большинству пользователей дополнительная скорость чтения/записи оказалась попросту не нужна.

Изобретение flash-памяти — новая эпоха в развитии SSD

Все перечисленные выше устройства были нерентабельны вследствие высокой стоимости, ненадежны из-за потребности в постоянном источнике питания и излишне громоздки в силу конструктивных особенностей. Иными словами, твердотельные накопители прошлого оказались лишены всех преимуществ современных моделей, что и объясняет их фиаско. Для создания же действительно революционного решения требовалась принципиально новая технология, которая появилась лишь в середине 80-х с изобретением флэш-памяти.

Полупроводниковые запоминающие устройства существовали и ранее: первый EPROM был создан Довом Фроманом еще в 1971 году, однако подобные чипы не годились на роль даже съемного накопителя. Все дело в том, что процедура стирания информации осуществлялась посредством прямого облучения матрицы транзисторов ультрафиолетовой ртутной лампой, для чего в корпусе даже присутствовало небольшое окошко из кварцевого стекла, располагавшееся непосредственно над чипом. Более совершенные EEPROM представляли собой уже электрически стираемые ПЗУ, однако для реализации этой возможности в стандартную ячейку пришлось внедрить второй транзистор, управляющий режимами записи и стирания. Из-за этого площадь разводки компонентов матрицы (а значит, и самого чипа) заметно увеличивалась, и в результате приходилось жертвовать компактностью устройств.

Поэтому основные научные изыскания велись в области создания микросхем с более плотным размещением цепей стирания. И таковые увенчались успехом в 1984 году, когда Фудзио Масуока, работавший в корпорации Toshiba, представил прототип энергонезависимой флэш-памяти на международной конференции International Electron Devices Meeting, проходившей в стенах Института инженеров электротехники и электроники (IEEE).

Фудзио Масуока, изобретатель флэш-памяти

Само название придумал его коллега, Седзи Ариидзуми, сравнивший процесс стирания данных со вспышкой молнии. В отличие от EEPROM, флэш-память была основана на МОП-транзисторах с дополнительным плавающим затвором, расположенным между p-слоем и управляющим затвором, что позволило создавать действительно миниатюрные чипы.

Первыми коммерческими образцами флэш-памяти стали микросхемы Intel, выполненные по технологии NOR (Not-Or), производство которых было запущено в 1988 году. Матрицы данного типа представляли собой двумерный массив, в котором каждая ячейка памяти находилась на пересечении строки и столбца (соответствующие проводники подключались к разным затворам транзистора, а исток — к общей подложке). Однако уже в 1989 году Toshiba представила флеш-память NAND. Массив имел аналогичную структуру, но в каждом его узле вместо одной ячейки теперь располагалось несколько последовательно включенных. Кроме того, в каждой линии использовалось два МОП-транзистора — управляющий, расположенный между разрядной линией и столбцом ячеек, и транзистор заземления.

Более высокая плотность компоновки помогла увеличить емкость чипа, но при этом усложнился и алгоритм чтения/записи, из-за чего пострадала скорость обмена информацией. В связи с этим новая архитектура не смогла полностью вытеснить NOR, нашедшую применение в создании встраиваемых ПЗУ, тогда как NAND использовали при изготовлении портативных накопителей (USB-флэшек, SD-карт). К слову, производство последних стало возможным лишь в 2000 году, когда стоимость флэш-памяти достаточно снизилась и подобные устройства могли окупиться, а первой «ласточкой» стала модель DiskOnKey от IBM, объем которой составлял всего 8 мегабайт. Немного, однако не будем забывать, что миниатюрный девайс размером с брелок успешно заменял собой восемь 3.5-дюймовых дискет.

Флэшка IBM DiskOnKey

Поскольку выпуск флэш-чипов является технологически сложным и наукоемким процессом, существует лишь несколько компаний, специализирующихся на их производстве, в числе которых следует выделить SanDisk. На ее счету свыше 200 патентов, лицензии на использование которых впоследствии приобрели такие известные игроки, как Intel, Hitachi, Samsung и Sony. Среди основных достижений предприятия стоит упомянуть внедрение стандарта CompactFlash (1994 год), разработку MultiMedia Card (1997 год) и созданный вместе с Toshiba в 2000 году формат Secure Digital Memory Card (SD). Не удивительно, что когда Toshiba взяла курс на рынок США, именно SanDisk был выбран в качестве стратегического партнера для основания совместного предприятия FlashVision LLC (начало работу в 2001 году) на базе производственных мощностей «дочки» японского гиганта Dominion Semiconductor. В октябре 2015 года SanDisk была приобретена Western Digital. Объединив усилия с одним из родоначальников технологии флэш и получив доступ ко всем ключевым наработкам и инновациям, сегодня мы имеем возможность создавать по-настоящему современные, конкурентоспособные и надежные решения потребительского класса.

Флэш-SSD для всех и каждого

Впрочем, вернемся к предмету обсуждения — SSD. Предок современных твердотельных накопителей на основе флэш-памяти был выпущен компанией Digipro еще в 1988 году: он нес на борту 16 мегабайт и стоил 5000 долларов. Годом позже M-Systems представила концепт устройства, уже более-менее напоминающего современные. Оно имело формат 3.5 дюйма и могло вмещать от 16 до 896 мегабайт информации. Серийная модель вышла лишь в 1995 году и носила название FFD-350 (Fast Flash Disk). Из-за высокой цены, достигающей нескольких десятков тысяч долларов, она нашла применение в таких отраслях, как ВПК и авиационная промышленность, для розницы рекордсмен по скорости и объему оказался непригоден.

Digipro Flashdisk — первый SSD на основе NAND

Первопроходцем потребительского сегмента можно назвать выпущенный в 2003 году Transcend IDE Flash Module, подключавшийся через 44-пиновый интерфейс Parallel ATA и имевший объем 128 или 512 мегабайт. Продукт позиционировался, как быстрый и отказоустойчивый накопитель для работы в экстремальных условиях. Низкопрофильный модуль возвышался над разъемом всего на 2 сантиметра, благодаря чему мог подключаться напрямую, без использования шлейфа.

Transcend IDE Flash Module открывает розничный рынок SSD

А первый SATA SSD появился всего через год: Adtron Corporation представила 2.5-дюймовый накопитель Flashpack, однако его рыночная стоимость, в зависимости от модификации, достигала 11 200 долларов. Переломить ситуацию с точки зрения ценовой политики удалось Samsung, предложившей покупателям устройство с незамысловатым названием Flash SSD объемом 32 гигабайта «всего» за 700 долларов! И пускай его все еще сложно было назвать по-настоящему массовым, энтузиастам, готовым раскошелиться за прирост производительности топового ПК, такой вариант пришелся по вкусу.

Adtron Flashpack — прообраз современных SSD

Подобно NOR и NAND, каждое из перечисленных решений заняло собственную нишу. Ведь если SLC обеспечивает максимальную скорость доступа к сохраненной информации и является чрезвычайно отказоустойчивой, то TLC характеризуют бюджетность и более высокая плотностью хранения. В минусы последней можно записать значительно меньший рабочий ресурс. Как следствие, SLC получила распространение в корпоративном сегменте, TLC стала безусловным монополистом в рознице, а продукция на основе MLC ориентирована, в первую очередь, на тех, кто ценит надежность и при этом хочет выжать все возможное из своей машины.

Дальнейшее развитие SSD осуществлялось уже за счет совершенствования интерфейсов микросхем. На момент, когда встал вопрос о введении единых стандартов, консорциум технологических компаний, куда вошли Intel, Sony, SanDisk, Micron Technology, Numonyx, Phison Electronics Corporation, SK Hynix, Spansion и STMicroelectronics разработал спецификацию Open NAND Flash Interface (ONFI), первая версия которого была представлена весной 2006 года. Пропускная способность ONFI 1.0 составляла всего 50 МБ/с и была не в состоянии раскрыть весь потенциал даже SATA II — только его 4-я ревизия, выпущенная в 2014 году, смогла перешагнуть планку, заданную SATA III, продемонстрировав скорость передачи данных в 800 МБ/с и обеспечив заметный прирост производительности.

Не менее важную роль сыграло совершенствование алгоритмов чтения/записи и кэширования. Например, создавая накопители WD Blue SSD, мы сосредоточились на повышении производительности путем внедрения технологии nCache 2.0, использующей часть доступной памяти в SLC-режиме и форсирующей произвольное чтение в реальных сценариях нагрузки.

WD Blue SSD 1 ТБ — флагман линейки первого поколения твердотельных накопителей от Western Digital

Прямое копирование данных из SLC-буфера в TLC, реализованное на уровне чипов в обход контроллера, позволило использовать более экономичную четырехканальную модель Marvell 88SS1074 без потерь в производительности. Кстати, последняя поддерживает коррекцию ошибок на основе LDPC-кодов, благодаря чему WD Blue SSD способен похвастаться ресурсом перезаписи до 400 TBW, что более чем на 50% выше по сравнению с другими решениями в данной ценовой категории. Таким образом, внедрив перечисленные инновации, нам удалось создать по-настоящему конкурентный продукт на основе TLC-памяти, сочетающий в себе высокую скорость и надежность при сравнительно низкой цене.

Хотя все перечисленное позволило улучшить быстродействие и отказоустойчивость накопителей, потенциал двумерной NAND оказался ограничен. Когда возможности 15-нанометрового технологического процесса были практически исчерпаны, а дальнейшее совершенствование программной части перестало обеспечивать сколь-либо заметного прироста ключевых показателей, на смену планарным микросхемам пришла флэш-память 3D NAND. Ее архитектура характеризуется вертикальной компоновкой: проводящие и изолирующие слои напыляются на кристалл послойно. В полученной «слойке» формируются каналы, на стенки которых наносятся структуры изоляторов и плавающих затворов — в результате мы получаем столбцы кольцеобразных полевых транзисторов. Такой подход позволяет в значительной степени увеличить плотность чипов, а значит, повысить и емкость памяти.

Схема строения 3D NAND

Само по себе изобретение нельзя назвать ноу-хау — например, Samsung выпускает трехмерные чипы еще с 2013 года. Но, как известно, история движется по спирали: подобно тому, как флэшки появились через десяток лет после создания NAND из-за дороговизны последней, первые 3D-чипы оказались также слишком дороги, а значит, непригодны для потребительского рынка. Именно поэтому основные усилия альянса Toshiba и SanDisk, уже являвшегося на тот момент подразделением Western Digital, были направлены на разработку принципиально иного подхода, который позволил бы оптимизировать производство, сделав чипы более доступными.

Изыскания увенчались успехом — результатом кропотливой работы инженеров стало появление BiCS (Bit Cost Scalable) 3D NAND. По сравнению с решением от Samsung, поддерживающим лишь 48 слоев в каждом чипе, технология BiCS позволяет увеличить плотность упаковки в 1.4 раза и повысить количество слоев до 64. Изменения претерпела и архитектура: место линейных строк заняли U-образные. Главная их особенность заключается в том, что линии истока вместе с переключающими транзисторами расположены в верхней части кристалла, что практически полностью исключает появление ошибок при операциях чтения/записи вследствие высокотемпературного воздействия.

Архитектура BiCS

Что же это означает на практике? Поскольку BiCS 3D NAND создается по 40-нм техпроцессу, причем потребность в применении фотолитографии в глубоком ультрафиолете полностью отсутствует, отпадает и необходимость модернизации существующих производственных мощностей. С учетом большей плотности хранения данных, себестоимость производства в сравнении с планарными микросхемами практически не меняется, позволяя создавать накопители повышенной емкости. Кроме того, новый дизайн повышает энергоэффективность чипов на 25% и увеличивает их надежность за счет исключения вероятности термического повреждения.

Все вышеперечисленное сделало возможным создание твердотельных накопителей WD SSD Blue следующего поколения, в основу которых легли 64-слойные чипы. По сравнению с предшественниками, диски отличаются высоким быстродействием (скорость чтения достигает 560 МБ/с, записи — 540 МБ/с), временем наработки на отказ до 1.75 миллионов часов и ресурсом перезаписи вплоть до 500 TBW. Иными словами, даже при нагрузке до 80 гигабайт в день накопители исправно проработают в течение 7 лет, что является абсолютным рекордом в средней ценовой категории. Кроме того, благодаря увеличению плотности записи, обновленная линейка пополнилась двухтерабайтным флагманом — впечатляющий объем и превосходные характеристики делают данную модель идеальным решением для профессионалов и энтузиастов.

Вместо заключения

Уже сейчас можно утверждать, что удешевление 3D NAND сделает ее использование повсеместным. Дальнейшая гонка вооружений сместится в сторону увеличения плотности трехмерных кристаллов и разработки оригинальных архитектурных решений, что позволит создавать по-настоящему доступные и экономичные продукты. Вполне возможно, что в таких сегментах, как производство лэптопов, классические HDD окажутся полностью вытеснены с рынка твердотельными накопителями. Тенденция прослеживается уже сейчас: согласно прогнозам DRAMeXchange (подразделение аналитического агентства TrendForce), уже в этом году доля ноутбуков, снабженных исключительно SSD, превысит 56% от всех проданных устройств, а в дальнейшем эта цифра будет лишь увеличиваться. Впрочем, перспективы развития отрасли — тема отдельного материала, который мы обязательно подготовим для читателей Хабра. Следите за обновлениями блога!

Изучение истории дисков — начало пути к пониманию принципов работы твердотельных накопителей. Первая часть нашего цикла статей «Введение в SSD» проведет экскурс в историю и позволит наглядно понять разницу между SSD и его ближайшим конкурентом — HDD.

Несмотря на обилие различных устройств для хранения информации, популярность HDD и SSD в наше время неоспорима. Разница между этими двумя видами накопителей для обывателя очевидна: SSD дороже и быстрее, а HDD дешевле и вместительнее.

Отдельное внимание следует обратить на единицу измерения вместимости накопителей: исторически сложилось, что десятичные приставки, такие как кило- и мега-, в контексте информационных технологий подразумевают как десятая и двадцатая степень двойки. Для исключения путаницы были введены двоичные приставки киби-, меби- и другие. Разница этих приставок становится заметной с увеличением объема: покупая диск на 240 гигабайт, вы можете сохранить на нём 223.5 гибибайта информации.

Погружение в историю

Разработка первого жесткого диска велась с 1952 года компанией IBM. 14 сентября 1956 года был анонсирован итоговый результат разработок — IBM 350 Model 1. Накопитель вмещал 3.75 мебибайт данных при весьма нескромных габаритах: 172 сантиметра в высоту, 152 сантиметра в длину и 74 сантиметра в ширину. Внутри располагались 50 покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм (24 дюйма). Среднее время поиска данных на диске занимало

Время шло, и IBM уверенно улучшал технологию. В 1961 году представлен IBM 1301 вместимостью 18.75 мегабайт со считывающими головками на каждой пластине. В IBM 1311 появились съемные дисковые картриджи, а с 1970 года в IBM 3330 была внедрена система обнаружения и коррекции ошибок. Спустя три года появился IBM 3340 известный под названием «Winchester».

Винчестер (от англ. Winchester rifle) — общее название для винтовок и ружей, производившихся Winchester Repeating Arms Company в США во второй половине XIX века. Это были одни из первых многозарядных ружей, получивших огромную популярность среди покупателей. Своим названием они были обязаны основателю компании — Оливеру Фишеру Винчестеру (Oliver Fisher Winchester).

Спустя еще три года вышел IBM 3350 «Madrid» с 14-ти дюймовыми пластинами и временем доступа 25 мс.

Первый SSD-накопитель создан компанией Dataram в 1976 году. Накопитель Dataram BulkCore состоял из шасси с восьмью планками RAM-памяти объемом 256 КиБ каждая. В сравнении с первым жестким диском, BulkCore был крошечным: 50,8 см в длину, 48,26 см в ширину и 40 см в высоту. При этом время доступа к данным в этой модели составило всего 750 нс, что 30000 раз быстрее, чем у самого современного на тот момент HDD-диска.

В 1978 году основана компания Shugart Technology, которая спустя год меняет свое название на Seagate Technology во избежание конфликтов с Shugart Associates. Через два года работы Seagate на свет появляется ST-506 — первый жесткий диск для персональных компьютеров в форм-факторе 5.25 дюйма и вместимостью 5 МиБ.

Помимо появления Shugart Technology, 1978 год запомнился выпуском первого Enterprise SSD от компании StorageTek. StorageTek STC 4305 вмещал 45 МиБ данных. Этот SSD разрабатывался как замена IBM 2305, имел схожие размеры и стоил невероятные 400 000$.

В 1982 году SSD приходит на рынок персональных компьютеров. Компания Axlon специально для Apple II разрабатывает SSD-диск на RAM-чипах под названием RAMDISK 320. Поскольку накопитель создавался на базе энергозависимой памяти, в комплекте поставлялся аккумулятор для поддержания сохранности информации. Емкости аккумулятора хватало на 3 часа автономной работы в случае потери электропитания.

Спустя год компания Rodime выпустит первый жесткий диск RO352 на 10 МиБ в привычном для современного пользователя форм-факторе 3.5 дюйма. Несмотря на то, что это первый коммерческий диск в таком форм-факторе, Rodime по сути не сделала ничего инновационного.

Первым продуктом в этом форм-факторе считается флоппи-дисковод, представленный компаниями Tandon и Shugart Associates. Более того, компании Seagate и MiniScribe договорились о принятии промышленного стандарта 3.5 дюйма, «оставив за бортом» Rodime, которую ждала судьба «патентного тролля» и полный выход из индустрии производства накопителей.

В 1980 году, инженер Toshiba, профессор Фудзио Масуока, зарегистрировал патент на новый вид памяти, названный Flash-памятью типа NOR. Разработка заняла 4 года.

NOR-память представляет собой классическую 2D матрицу проводников, в которой на пересечении строк и столбцов установлено по одной ячейке (аналог памяти на магнитных сердечниках).

В 1984 профессор Масуока рассказал о своем изобретении на конференции International Electronics Developers Meeting, где компания Intel быстро оценила перспективность данной разработки. Компания Toshiba, в которой работал профессор Масуока, не считала Flash-память чем-то особенным, а потому удовлетворила просьбу Intel сделать несколько опытных образцов для изучения.

Проявленный компанией Intel интерес к разработке Фудзио, подтолкнул Toshiba выделить пять инженеров в помощь профессору на решение проблемы коммерциализации изобретения. Intel, в свою очередь, бросил три сотни сотрудников на создание собственного варианта Flash-памяти.

Пока Intel и Toshiba вели разработки в области Flash-накопителей, в 1986 произошло два важных события. Во-первых, официально стандартизирован SCSI — набор соглашений для взаимодействия между компьютерами и периферийными устройствами. Во-вторых, разработан интерфейс AT Attachment (ATA), известный под брендовым названием Integrated Drive Electronics (IDE), благодаря которому контроллер диска переместился внутрь диска.

Три года Фудзио Маусока трудился над улучшением технологии Flash-памяти и к 1987 году разработал NAND-память.

NAND-память — та же самая NOR-память, организованная в трехмерный массив. Основным отличием стало то, что алгоритм доступа к каждой ячейке стал сложнее, площадь ячеек стала меньше, а общая емкость значительно увеличилась.

Годом позже компания Intel разработала собственную Flash-память типа NOR, а компания Digipro сделала на ней накопитель под названием Flashdisk. Первая версия Flashdisk в максимальной комплектации вмещала 16 МиБ данных и стоила менее 500$.

В конце 80-х и начале 90-х производители жестких дисков соревновались в уменьшении размеров дисков. В 1989 компания PrairieTek выпускает диск PrairieTek 220 на 20 МиБ в форм-факторе 2.5 дюйма. Спустя два года Integral Peripherals создает диск Integral Peripherals 1820 «Mustang» с тем же объемом, но уже 1.8 дюйма. Годом позже Hewlett-Packard сократила размер диска до 1.3 дюйма.

Компания Seagate хранила верность дискам в форм-факторе 3.5 дюйма и делала ставку на увеличение скорости вращения, выпустив в 1992 свою знаменитую модель Barracuda, первый жесткий диск со скоростью вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. Но на этом Seagate не собиралась останавливаться. В 1996 диски линейки Seagate Cheetah достигли скорости вращения 10000 оборотов в минуту, а через четыре года модификация Х15 раскручивалась аж до 15000 оборотов в минуту.

В 2000 году интерфейс ATA стал называться PATA. Виной тому стало появление интерфейса Serial ATA (SATA) с более компактными проводами, поддержкой «горячей замены» и повышенной скоростью передачи данных. Seagate и здесь взяла первенство, выпустив первый жесткий диск с таким интерфейсом в 2002.

Производство Flash-памяти изначально было очень дорогим, но в начале 2000-х стоимость резко снизилась. Этим воспользовалась компания Transcend, в 2003 выпустившая SSD-диски объемом от 16 до 512 МиБ. Через три года к массовому производству подключились компании Samsung и SanDisk. В этом же году IBM продает свое дисковое подразделение компании Hitachi.

Твердотельные накопители набирали обороты и возникла очевидная проблема: интерфейс SATA был медленнее, чем сами SSD-накопители. Для решения этой проблемы рабочая группа NVM Express Workgroup начала разработку NVMe — спецификацию на протоколы доступа к SSD напрямую по шине PCIe, минуя «посредника» в виде SATA-контроллера. Это бы позволило получать доступ к данным со скоростью шины PCIe. Через два года первая версия спецификации была готова, а еще через год появился первый NVMe-накопитель.

Различия между современными SSD и HDD

На физическом уровне разница между SSD и HDD легко заметна: в SSD отсутствуют механические элементы, а информация хранится в ячейках памяти. Отсутствие подвижных элементов приводит к быстрому доступу к данным в любом участке памяти, однако, существует ограничение на количество циклов перезаписи. Из-за ограниченного количества циклов перезаписи каждой ячейки памяти возникает необходимость в механизме балансировки — выравнивании изношенности ячеек путем переноса данных между ячейками. Эту работу выполняет контроллер диска.

Так появилась команда TRIM (англ. — подрезать), с помощью которой ОС уведомляет контроллер SSD-диска об освобождении определенной области памяти. Команда TRIM необратимо стирает данные с диска. Не все операционные системы знают о необходимости отправлять эту команду твердотельным накопителям, а аппаратные RAID-контроллеры в режиме дисковых массивов никогда не отправляют TRIM дискам.

Продолжение следует…

В следующих частях мы расскажем про форм-факторы, интерфейсы подключений и о внутренней организации твердотельных накопителей.

В нашей лаборатории Selectel Lab Вы можете самостоятельно протестировать современные HDD и SSD диски и сделать собственные выводы.

А как Вы считаете, SSD сможет вытеснить HDD? Ждем вас в комментариях.

Определение и история SSD

SSD (Solid State Drive) или твердотельный накопитель - устройство для постоянного хранения данных с использованием твердотельной (обычно - флэш) памяти. SSD логически эмулирует обычный жёсткий диск (HDD) и теоретически везде может применяться вместо него.SSD, использующие динамическую память (DRAM), а не флэш-память, часто называются RAM-drive и имеют ограниченное применение, например, в качестве выделенного диска для файла подкачки ОС.

Оригинальный термин "твердотельный", пришедший из физики твёрдого тела, подразумевал использование полупроводниковых устройств вместо электронно-лучевых ламп, но в настоящее время он применяется также для того, чтобы отличать целиком полупроводниковые устройства от электромеханических, которыми являются "обычные" жёсткие диски.

Первые твердотельные накопители, использующие флэш-память, появились в 1995 году и изначально были ориентированы на применение в военной и аэрокосмической технике, где исключительно высокая стоимость подобных устройств в расчёте единицу объема хранимых данных компенсировалась высокой надёжностью и уникальной способностью функционировать в условиях экстремальных температур, вибраций и перегрузок.

По сравнению с традиционными накопителями на жестких магнитных дисках, SSD имеют преимущества в виде огромной производительности, но имеются и недостатки. Сравнение основных пользовательских характеристик этих классов устройств, мы собрали в таблицу, указав в ней лучшие значения по тому или иному параметру за все время тестирования SSD накопителей. Каждый из параметров относится к разным устройствам.

Оптимальный выбор по соотношению цена/производительность:

SSD накопители заняли не только быстрорастущую часть рынка жестких дисков, но также применяются в качестве внешних накопителей, т.е. используются как внешние жесткие диски или флешки. Такому развитию событий способствовало повсеместное распространение интерфейса USB 3.0, пропускная способность которого выросла почти в 10 раз по сравнению с USB 2.0 и стала достаточной для использования быстрых SSD накопителей. Так же начали появляться накопители с новейшим интерфейсом Thunderbolt, которые быстрее USB 3.0 почти в 2 раза. Кстати, создать SSD с интерфейсом USB 3.0 самостоятельно очень легко - для этого потребуется любой 2.5" SSD с SATA-интерфейсом и внешний бокс для 2.5" накопителей. Однако следует понимать, что в 99% внешних боксов используются конвертеры SATA 3Gb/s -> USB 3.0, а не SATA 6Gb/s -> USB 3.0, поэтому при установке быстрого SSD с интерфейсом SATA 6 Gb/s скорость будет ограничена пропускной способностью интерфейса SATA 3Gb/s, то есть, приблизительно, до 250 МБ/с.

В серверостроении традиционно применялись дорогостоящие SSD накопители на основе SLC чипов памяти, ввиду их большей надежности и долговечности, являющихся важными факторами для серверов. Сегодня MLC чипы памяти ни в чем не уступают SLC чипам, поэтому даже серверные SSD сегодня производятся с применением данного типа чипов памяти. В целях экономии, а также благодаря таким технологиям, как MaxIQ (Adaptec) и Cash Cade (LSI), реализованных в RAID контроллерах некоторых производителей, SSD можно использовать в качестве кэш памяти массива из сравнительно дешевых и емких HDD. Также контроллеры компании Adaptec предлагают возможность создания специфического RAID массива, под названием HybridRAID, позволяя тем самым создавать массив уровня RAID1 или RAID10 из одного или нескольких SSD и соответствующего количества HDD. При этом скорость чтения при работе с таким массивом будет равна скорости чтения SSD, а скорость записи – скорости записи жесткого диска.

Из тех же соображений (в целях экономии) в современных настольных компьютерах также применяются технологии совместного использования HDD и SSD. Одной из таких технологий является Intel Smart Response, реализованная во всех материнских платах с чипсетом Intel 6, 7, 8, и девятой серии с поддержкой RAID. Для реализации технологии Intel Smart Response подойдут SSD, выполненные в форм-факторе mSATA, если материнская плата оснащена соответствующим портом mSATA. Эта технология позволит использовать SSD в качестве кэш-памяти винчестера, что существенно повысит скорость работы дисковой подсистемы. В материнских платах с вышеуказанными чипсетами, не оснащенных разъемом mSATA, можно использовать любой другой SSD с интерфейсом SATA, что со временем еще больше популяризирует эту технологию.

Преимущества и недостатки

Преимущества SSD над HDD.

Более быстрый запуск от включения до перехода в рабочее состояние, поскольку не требуется раскрутка шпинделя.
Очень быстрый случайный доступ к данным (особенно для чтения), из-за отсутствия необходимости перемещать блок головок, и, вследствие этого, более быстрые загрузка системы и запуск приложений, поскольку лимитирующим фактором времени выполнения этих операций, как правило, является время поиска данных на диске.
Отсутствие шума, хотя большие промышленные SSD могут иметь внутренние вентиляторы для охлаждения.
Более низкое энегопотребление (и следовательно, тепловыделение) для SSD небольших объёмов, твердотельные накопители большой ёмкости таким преимуществом перед жёсткими дисками не обладают.
Высокая механическая надёжность - отсутствие движущихся частей полностью устраняет вероятность отказа по причине поломки механики.
Лучшая способность переносить экстремальные внешние условия - перегрузки, вибрации, перепады давления и температуры, что, помимо специальных областей применения, очень хорошо для применения в ноутбуках и прочей мобильной электронике.
Относительно предсказуемая производительность - в отличие от жёстких дисков, производительность SSD практически постоянна и одинакова по всему объёму хранения данных. Подобное объясняется постоянным временем доступа поиска и ничтожным влиянием фрагментации на производительность.
Относительно низкий вес и размеры для SSD низкой ёмкости - несмотря на то, что удельная ёмкость на единицу веса и объёма лучше у "традиционных" HDD, для накопителей объёмом менее 256Гб преимущество в весе и габаритах остаётся за SSD.

В нашем прайс-листе в настоящее время вы можете найти ноутбуки с SSD.

Традиционно в конце года мы выбираем лучший SSD накопитель по среди устройств текущего поколения. При выборе такого накопителя мы смотрим не только на производительность, но и на популярность среди наших покупателей и по такому не маловажному параметру как надежность, согласно обращениям с устройствами в гарантийный отдел.

Читайте также: