Ssd сертификат что это

Обновлено: 04.07.2024

Многие знают, что SSD накопители могут значительно ускорить работоспособность любого компьютера, а также положительно повлиять на отдельно взятые процессы. В данной публикации я расскажу, какие бывают SSD накопители, чем они отличаются, и на какие характеристики стоит обратить внимание при выборе SSD для вашего компьютера.

Содержание

Какие бывают форм-факторы SSD

На данный момент существует три форм-фактора SSD накопителей, также стоит упомянуть, что бывают внешние SSD, которые подключаются по средствам USB к компьютеру, но в рамках этой публикации мы о них говорить не будем. Впрочем, что касается нижеупомянутых характеристик, то они также применимы и к внешним SSD накопителям.

Формат 2,5

Это один из самых распространенных форматоров (2,5 это размер, указанный в дюймах). Изначально такой формат использовался в жестких дисках, которыми комплектовались ноутбуки. Затем, в таком же формате начали выпускать твердотельные SSD, таким образом, старые ноутбуки можно легко модернизировать, а производителям не пришлось разрабатывать что-то принципиально новое. Вследствие этого у жестких дисков и твердотельных SSD одинаковые разъемы питания и разъем подключения к материнской плате SATA. Также здесь стоит отметить, что преимущественно все SSD накопители формата 2,5 имеют алюминиевый корпус, который хорошо справляется с отводом тепла. На мой взгляд, интерфейс SATA уже устарел и не позволяет реализовать скоростные возможности SSD технологий. Также в таких больших габаритах современные накопители абсолютно не нуждаются.

Формат mSATA

По своей сути формат mSATA – это реализация формата 2,5, только без большого типового корпуса. Этот тип SSD накопителей изготовлен на небольшой плате, однако интерфейс передачи данных остался стандарта SATA.

Формат M.2

M.2 это уже современный формат накопителей, он имеет вид небольшой платы с чипами, которая напрямую подключается к материнской плате. Изначально эти накопители устанавливали только в ноутбуки, однако сейчас они широко применяются во всех компьютерах. Преимуществом такого решения является отсутствие различных проводов, а также нет необходимости заключать SSD накопитель в какой-либо специальный корпус. А вот к минусам такого формата можно отнести отсутствие радиатора охлаждения. Однако, при желании или необходимости радиатор всегда можно приобрести отдельно. На сегодняшний день выбор SSD накопителя формата M.2, на мой взгляд, является самым оптимальным решением. При покупке учтите, что эти накопители имеют разную маркировку, к примеру, 2280, 2260, 2230. По сути, это обозначение размеров накопителя, первые два числа никогда не меняются и обозначают ширину накопителя в миллиметрах, а вторые два отображают его длину.

Формат PCI Express

Накопители такого формата подключаются напрямую к материнской плате в слот PCI Express. Однозначным плюсом такого решения является наиболее высокая скорость передачи данных, благодаря использованию интерфейса PCIe x8. Такое решение достаточно дорогое и часто используется в серверных компьютерах, а также стоит учесть, что такого рода накопитель занимает много места в ПК и один слот PCI Express.

Что такое NVMe и в чем разница от SATA

В накопителях с форматом 2,5 и mSATA используется исключительно интерфейс SATA, также в накопителях PCI Express соответственно тоже используется только один интерфейс PCI Express. А вот в накопителях формата M.2 могут использоваться оба вышеупомянутых варианта, и здесь при выборе стоит отдавать предпочтение более быстрому PCIe.

SATA — это уже относительно старый интерфейс, который ограничен скоростью передачи данных до 600 Мбайт/сек. Для обычных жестких дисков такой скорости вполне хватает, а вот для современных чипов памяти это уже серьезное ограничение. Поэтому обратите внимание, что даже накопитель формата M.2, который использует для передачи данных интерфейс SATA, является не самым быстрым вариантом.

NVMe – это уже более современный протокол, который физически используется с разъемом M.2, но по факту для передачи данных использует шину PCIe, что позволяет значительно расширить скоростные характеристики накопителя.

Версии PCIe

Стоит выделить две версии PCIe 3.0 и PCIe 4.0 они в первую очередь отличаются скоростью передачи данных. Версия 4.0 превышает скорость передачи данных в два раза по сравнению с версией PCIe 3.0. И здесь вырисовывается следующая картина: как я и говорил выше, максимально возможная скорость для SATA III составляет всего 600 Мбайт/сек. При этом, один канал PCIe x1 обеспечивает скорость до 1,969 Гбайт/с. Таким образом, SSD накопитель формата M.2 использующий для передачи данных интерфейс PCIe x4 обеспечивает скорость почти 8 Гбайт/с, что более чем в тринадцать раз больше SATA III. А это уже действительно существенная разница.

Параметр IOPS

IOPS крайне важный параметр, который влияет на скорость. Здесь стоит отметить, что мы уже разобрались как интерфейсы влияют на скорость передачи данных. Однако, параметр IOPS отвечает за задержку, которая образуется при попадании и извлечении данных с накопителя. Если вспомнить, как работают HHD накопители, то станет более очевидно, откуда возникает задержка IOPS. В HDD устройствах, для того чтобы записать или прочитать данные, накопитель должен прокрутить диск на определенное место, что занимает промежуток времени. Чем выше этот параметр, тем лучше. К примеру, у HDD накопителей этот параметр измеряется в десятках и в сотнях, в SSD устройствах IOPS измеряется десятками, а в некоторых случаях сотнями тысяч.

Что такое SLC, MLC, TLC, QLC

Разница заключается в том, насколько плотно упаковывается информация в одну ячейку памяти. Таким образом, чем плотнее упаковывается информация, тем больше объем накопителя при относительно одинаковой конечной стоимости. Однако плотность упаковки данных может влиять на скорость накопителя в целом.

SLC – это достаточно дорогой тип памяти, и один из самых быстрых, в памяти этого типа один бит данных размещается на одной отдельно взятой ячейке памяти. Также стоит выделить высокую энергоэффективность данного типа памяти.

MLC – в памяти этого типа в одной ячейке можно разместить уже два бита данных, таким образом, увеличивается плотность упаковки данных и снижается условная стоимость 1 гигабайта памяти. Принято считать, что память этого типа уступает по скоростным характеристикам и ресурсу памяти типу SLC.

TLC – это своего рода ответвление от типов памяти MLC, за исключением того, что в память типа TLC можно упаковать до 3 бит данных в одну ячейку памяти. Современные технологические решения пытаются минимизировать недостатки такого типа памяти и обеспечить более высокую скорость. Плюсом такого решения, очевидно, является цена.

QLC – как уже, наверное, стало понятно, следующий тип памяти. Он позволяет разместить в одной ячейке уже 4 бита данных. Эта самый бюджетный вариант и, следовательно, имеет самые низкие скоростные характеристики.

Также иногда может применяться приставка 3D к таким типам памяти как TLC и QLC. Это связано с технологией производства чипов. Эта технология подразумевает размещение памяти слоями один на другой на одной плате.

Параметр TBW

Думаю, вы знаете, что количество раз записи информации на одну и ту же ячейку, ограничено. Таким образом, чем выше параметр TBW, тем больше информации можно записать на накопитель, а следовательно он дольше прослужит. Этот параметр крайне важен, особенно на серверных компьютерах, где информация очень часто перезаписывается. Производители обычно указывают параметр TBW в терабайтах. Как по мне, для домашнего использования хватит значения примерно 100 терабайт.

Функция S.M.A.R.T.

Это очень полезная функция, которая изначально разрабатывалась для HDD накопителей, но встречается и на SSD моделях. По сути – это программное обеспечение, которое предназначено для анализа состояния чипов памяти и оповещении в случае возникновения ошибок или возможного скорого выхода накопителя из строя. Таким образом, вы можете заранее отреагировать на возможную поломку.

Ниже оставлю несколько ссылок на неплохие варианты накопителей по одному на каждый формат.

Однако, если вам позволяет кошелек, можете обратить внимание и на более дорогие модели.

Вывод

На фото SSD Samsung PM1733

Твердотельные накопители (Solid-State Drives, SSD) на основе флэш-памяти уже заменили многие магнитные диски в качестве стандартных накопителей. С точки зрения программиста SSD и диски очень похожи: и те, и другие являются устройствами постоянного хранения, обеспечивающими страничный доступ через файловые системы и системные вызовы, и имеющими большой объём.

Однако у них есть и важные различия, которые становятся существенными, если нужно достичь оптимальной производительности SSD. Как мы увидим, SSD устроены сложнее и если воспринимать их просто как быстрые диски, то их производительность может вести себя довольно загадочным образом. Цель этого поста — показать, почему SSD так себя ведут, что поможет вам создавать ПО, способное использовать их особенности. (Стоит заметить, что я буду говорить о NAND-памяти, а не о памяти Intel Optane, имеющей другие характеристики.)

Приводы, а не диски

SSD часто называют дисками, но это неверно, потому что они хранят данные в полупроводниковых устройствах, а не на механическом диске. Для чтения или записи в произвольный блок диск механически перемещает головку в нужное место, что занимает порядка 10 мс. Однако операция произвольного чтения с SSD занимает около 100 мкс — в 100 раз быстрее. Благодаря такой низкой задержке загрузка системы с SSD намного быстрее, чем загрузка с диска.

Ещё одно важное отличие дисков от SSD заключается в том, что диски имеют одну дисковую головку и имеют хорошие показатели только при последовательном доступе. В отличие от них, SSD состоят из десятков или даже сотен флэш-чипов («параллельных блоков»), доступ к которым может выполняться параллельно.

SSD прозрачным образом разделяет большие файлы по флэш-чипам на части размером со страницу, а аппаратное устройство предвыборки гарантирует, что последовательное сканирование использует все доступные флэш-чипы. Однако на уровне флэш-памяти особой разницы между последовательным и произвольным чтением нет. Большинство SSD способно достигать полной полосы пропускания и при считывании произвольных страниц. Для этого необходимо запланировать сотни параллельных запросов произвольного ввода-вывода, чтобы одновременно работали все флэш-чипы. Это можно реализовать запуском множества потоков или при помощи асинхронных интерфейсов ввода-вывода, например, libaio или io_uring.

Запись

Всё становится ещё интереснее, когда дело касается записи. Например, если изучать задержки записи, то можно замерить результаты от 10 мкс — в 10 раз быстрее, чем считывание. Однако задержки кажутся такими низкими только потому, что SSD кэшируют операции записи на энергозависимую ОЗУ. Истинная задержка записи NAND-памяти примерно равна 1 мс — в 10 медленнее, чем чтение. На SSD потребительского уровня её можно измерить, отдав после записи команду синхронизации/сброса, чтобы гарантировать, что данные сохранились во флэш-память. В большинстве SSD серверов задержку записи невозможно замерить напрямую: синхронизация/сброс завершаются мгновенно, поскольку батарея гарантирует сохранность кэша операций записи даже в случае отключения электропитания.

Чтобы достичь высокой полосы пропускания записи, несмотря на достаточно высокую задержку записи, SSD используют тот же трюк, что и при чтении: они обеспечивают параллельный доступ к нескольким чипам. Так как кэш операций записи может записывать страницы асинхронно, для получения хорошей производительности записи даже необязательно планировать очень много параллельных операций записи. Однако задержку операций записи не всегда можно скрыть полностью: например, поскольку запись в 10 раз больше занимает флэш-чип, чем считывание, операции записи вызывают значительные «хвостовые задержки» для считывания с того же флэш-чипа.

Операции записи вне порядка

Мы упускаем один важный факт: страницы NAND-памяти невозможно перезаписывать. Записи страниц могут выполняться только последовательно, в пределах блоков, которые были заранее стёрты. Эти стираемые блоки имеют размеры в несколько мегабайт, а потому состоят из сотен страниц. На новом SSD все блоки стёрты и пользователь может напрямую начинать добавлять новые данные.

Однако обновление страниц — это не такой простой процесс. Было бы слишком затратно стирать весь блок просто для того, чтобы перезаписать единственную страницу. Поэтому SSD выполняют обновления страниц, записывая новую версию страницы в новое место. Это означает, что логические и физические адреса страниц разделены. Хранящаяся в SSD таблица отображения преобразует логические (программные) адреса в физические (аппаратные) местоположения. Этот компонент также называют Flash Translation Layer (FTL). Например, давайте представим, что у нас есть SSD с тремя стираемыми блоками, в каждом из которых по четыре страницы. Последовательность записей страниц P1, P2, P0, P3, P5, P1 может привести к следующему физическому состоянию SSD:

Сборка мусора

При использовании таблицы отображения и непоследовательной записи всё работает хорошо, пока в SSD не заканчиваются свободные блоки. Старую версию перезаписанных страниц рано или поздно нужно восстановить. Если мы продолжим предыдущий пример, выполнив запись страниц P3, P4, P7, P1, P6, P2, то получим следующую ситуацию:

Блок 0	P1 (старая)	P2 (старая)	P0	P3 (старая)
Блок 1	P5	P1 (старая)	P3	P4
Блок 2	P7	P1	P6	P2

На этом этапе у нас больше нет свободных стираемых блоков (хотя с точки зрения логики пространство может и оставаться). Прежде чем записать ещё одну страницу, SSD должен сначала стереть блок. В нашем примере сборщику мусора лучше всего будет стереть блок 0, потому что используется только одна из его страниц. После стирания блока 0 мы освобождаем место для трёх операций записи, а SSD выглядит так:

Блок 0	P0	→
Блок 1	P5	P1 (старая)	P3	P4
Блок 2	P7	P1	P6	P2

Write Amplification и Overprovisioning

Для сборки мусора блока 0 нам нужно физически переместить страницу P0, хотя с точки зрения логики с этой страницей ничего не происходит. Другими словами, у SSD на флэш-памяти количество физических операций записи (во флэш) обычно выше, чем количество логических (программных) операций записи. Соотношение между этими двумя параметрами называется write amplification (усиление записи). В нашем примере, чтобы освободить место под 3 новых страницы в блоке 0, нам пришлось переместить 1 страницу. У нас получилось 4 физических операций записи на 3 логические операции записи, т.е. коэффициент усиления записи равен 1,33.

Высокие коэффициенты усиления записи снижают производительность и срок жизни флэш-памяти. Величина коэффициента зависит от паттерна доступа и заполненности SSD. Объёмные последовательные операции записи имеют низкий коэффициент write amplification, а наихудшим случаем являются произвольные операции записи.

Предположим, наш SSD заполнен на 50% и мы выполняем произвольные операции записи. Когда мы стираем блок, то в среднем примерно половина страниц блока по-прежнему используется и должна быть перемещена. То есть коэффициент write amplification при коэффициенте заполнения накопителя 50% равен 2. Обычно наихудший коэффициент write amplification, получаемый при коэффициенте заполнения f, равен 1/(1-f):

f	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95	0,99
WA	1,11	1,25	1,43	1,67	2,00	2,50	3,33	5	10	20	100

Так как при близких к 1 коэффициентах заполнения коэффициенты write amplification становятся чрезвычайно высокими, у большинства SSD есть скрытый запасной объём (overprovisioning). Этот объём обычно равен 10-20% от общего объёма. Разумеется, также можно добавить больше overprovisioning, создав пустой раздел и ничего туда не записывая.

Вывод и дополнительные источники

SSD стали довольно дешёвыми и они имеют очень высокую производительность. Например, серверный SSD Samsung PM1733 стоит примерно 200 евро за терабайт и обеспечивает полосу пропускания почти 7 ГБ/с для чтения и 4 ГБ/с для записи. Для достижения такой высокой производительности нужно понимать, как работает SSD, поэтому в этом посте я описал самые важные внутренние механизмы SSD на флэш-памяти. Я стремился к лаконичности, поэтому кое-что упрощал. Чтобы узнать больше, можно начать с этого туториала, в котором даются ссылки на полезные статьи. Нужно также заметить, что из-за высокой скорости SSD часто узким местом производительности становится стек ввода-вывода ОС. Экспериментальные результаты по Linux можно найти в нашей статье для конференции CIDR 2020.

На правах рекламы

Наши облачные серверы используют only NVMe сетевое хранилище с тройной репликацией данных. Вы можете использовать арендовать сервер для любых задач — разработки, размещения сайтов, использования под VPN и даже получить удалённую машину на Windows! Идей может быть много и любую из них поможем воплотить в реальность!

Десять лет назад выбор компьютерного накопителя ограничивался одним условием — количеством гигабайт. Теперь же пользователь задает сразу несколько параметров: какой объем, какую модель и какой тип памяти выбрать? Дополнительную путаницу внесли твердотельные накопители — характеристик тьма тьмущая, и каждый тянет одеяло на себя. Как избежать ошибок при выборе SSD — кратко, но с расстановкой.

Каждый, кто занимался сборкой компьютера, знает, что выбор комплектующих занимает больше времени и нервов, чем покупка, подключение и настройка всей системы. К этому относится и подбор накопителей — начинающие сборщики часто игнорируют их, что потом выливается в проблемы с производительностью. Виной тому экономия или неосведомленность. Исправим это.

На кого будем работать?

Первый шаг и первая ошибка — необходимо определиться, для чего нужен твердотельный накопитель. Если раньше выбор был ограничен лишь объемом винчестера, то с появлением памяти NAND критерии выбора изменились. Теперь нужно сразу решить, под какие задачи приобретается устройство. В домашнем или офисном компьютере спектр работы не слишком широк:

под систему
под игры
под файлопомойку
под работу

Рецепт успеха прост — «система» и «работа» чувствительны к качеству диска или накопителя. Операционная система может записать/прочитать несколько гигабайт больших и мелких файлов за один подход, и для этого необходима высокая скорость во всех режимах. Объем накопителя в этом случае играет второстепенную роль — подбирается по необходимости, без излишка. То же самое в рабочих задачах — например, загрузки Adobe Photoshop с обычного HDD можно и вовсе не дождаться, а время запуска программы с SATA SSD снижается до 20-30 секунд. В то же время с твердотельным накопителем с высокой скоростью чтения и записи мелких файлов фоторедактор готов к работе менее, чем через 10 секунд. Конечно, процессор и ОЗУ играют в этом не последнюю роль.

Режимы «игры» и «файлопомойка» зеркальны предыдущим — здесь подойдет объемный диск со средней производительностью. Практически любой игре достаточно скорости обычного SATA SSD, а некоторые все еще спокойно чувствуют себя на устаревших винчестерах. Домашнее файлохранилище и подавно. Если хочется заменить HDD на SSD, то лучше заморочиться с максимальным объемом, а скорость работы и отклика будут бонусом.

Совет: не путаем работу с играми, а объем — с показателями производительности. Системе — скорость, а развлечениям — терабайты.

По Сеньке и шапка (объем)

Из первого пункта следует второй — сколько гигабайтов будет нормой для выбранной задачи? Или терабайтов? Конечно, памяти много не бывает, но за объемом накопителя следует такая досадная характеристика, как стоимость устройства. Тем более, если это твердотельный накопитель, да еще и NVMe. Поэтому смотрим на пальцы и загибаем:

Система. Максимальная версия Windows 10 занимает до 20 ГБ после установки и настройки.
Драйверы и библиотеки — до 10 ГБ.
Рабочий софт. Набор джентльмена в виде офиса, фоторедактора, просмотрщика фотографий, браузера и различных утилит может потребовать от 10 до 20 ГБ.
Место для обновлений системы. Для верности добавим еще 10 ГБ на обновления системы и софта.
Файлы и мультимедиа. Фотографии и видео со смартфона, загруженные файлы из сети и браузерный кэш после просмотра YouTube — еще 10 ГБ. А лучше 20 ГБ — современные смартфоны снимают видео в высоком качестве, поэтому один небольшой ролик может отобрать у накопителя до нескольких гигабайт.

Итого, для актуальной системы и небольшого набора программ будет достаточно 60-80 ГБ — без игр, фильмов и таких тяжеловесов, как Visual Studio, которая после всех обновлений и загрузки библиотек может потребовать до 210 ГБ.

Совет: под современные системные и рабочие задачи домашнего пользователя можно использовать твердотельные накопители объемом 120-250 ГБ. Обращаем внимание на скоростные показатели и максимальный ресурс.

Быстрей и еще быстрее

Рынок компьютерного железа живет не только законами физики, но и уловками маркетологов. Поэтому в описании к устройству можно встретить максимальные характеристики устройства, а на деле получить кирпичик со скоростью пишущей машинки. Смотрим на скриншоты.

Тестирование различных накопителей в CrystalDiskMark указывает на то, что скорость чтения и записи может различаться в зависимости от задачи. В данном случае программа показывает секвентальные значения и значения для работы с мелкими блоками размером 4 КБ. Соответственно, при последовательной записи файлов большого размера все три устройства имеют неплохие результаты. Топовый SSD с NVMe ожидаемо вырывается вперед, а обычный SATA SSD и древний винчестер отстают по максимальным показателям в несколько раз.

Если запросить у накопителей несколько тысяч мелких файлов, все три устройства покажут более низкие результаты. Так, скорость чтения составит 50 мегабайт в секунду для NVMe, 34 МБ/с для SATA SSD и невозможные 0,72 МБ/с для древнего винчестера.

В результате при установке Cyberpunk 2077 вместо заявленных производителем 3600 МБ/с, пользователь видит жалкие 100-150 МБ/с. При этом обычный SSD не сильно отличается от M2-накопителя и будет так же отлично работать в игровых и повседневных задачах.

Совет: изучаем независимые тестирования и выбираем тот накопитель, который быстрее всех работает с мелкими файлами. На максимальную скорость смотрим для справки.

M2 быстрее SATA (нет)

Пользователи заблуждаются, думая, что накопители с разъемом типа М2 должны быть обязательно быстрее SATA. На самом деле, это не так. Названия отражают лишь способ подключения, а не скоростные показатели. В SATA используются классические провода, а в М2 сигнал идет по дорожкам материнской платы. Наглядно:

Другое дело, если говорить о максимальных характеристиках самого устройства. В случае, если скоростные показатели твердотельного накопителя не превышают лимиты SATA, то подключение этой же модели через М2 дополнительной производительности не даст. Но если SSD поддерживает NVMe, то при подключении через M2 он волен использовать весь потенциал интерфейса PCIe. А это уже не сотни, а тысячи МБ/с.

Что такое NVMe? Это способ работы диска, в котором контроллер раздает тысячи команд параллельно, а не последовательно, как в обычных SSD без NVMe. Это влияет на скорость как секвентальных операций, так и случайного чтения.

Совет: не стоит гнаться за накопителем в формате М2, если это противоречит аспектам сборки. Подходит по характеристикам и внешнему виду вариант с SATA — смело забираем. Другое дело удобство: SSD с разъемом М2 не требует дополнительной прокладки проводов и мирно существует в недрах материнской платы.

PCIe vs PCIe

С появлением скоростного стандарта PCI Express 4.0 производители переехали на производство соответствующих устройств. В теории производительность дисковой подсистемы на новой версии шины может достигать двукратной разницы. Однако на практике ситуация, как всегда, отличается.

Если сравнить один и тот же накопитель Gen4 сначала в системе с PCIe 3.0, а затем с PCIe 4.0, то получатся практически одинаковые цифры. Вот отрывок из тестирования Samsung 980 Pro 1TB — на обоих поколениях шины накопитель чувствует себя идентично.

При этом изначальный накопитель PCIe 3.0 в лице Samsung 970 EVO Plus 1 TB показывает схожие в пределах погрешности скоростные показатели. Все еще не верите? Тогда смотрите видео:

Вывод: PCIe Gen4 не всегда оказывается быстрее и лучше своих предшественников. Конечно, в профильных задачах новинка покажет себя эффективнее, но общий уровень производительности звезд с неба не хватает.

Качество или количество?

Насмотревшись рекордных показателей у накопителей NVMe, пользователи кидаются в крайности и приобретают высокоскоростные устройства под все задачи. Но хотя материнская плата располагает несколькими разъемами М2 и даже поддерживает их одновременную работу, в деталях кроется хитрость.

За работу интерфейса PCIe отвечают линии. Чем больше активных линий на один разъем, тем выше пропускная способность. При установке видеокарты, накопителя и других устройств PCIe система делит количество линий поровну или в заданном производителем порядке. Поэтому при использовании всех разъемов М2 одновременно, скорость может быть ниже, чем если бы в системе был установлен один скоростной NVMe.

Помимо самих разъемов PCIe, на линиях могут находиться интерфейсы USB и SATA. В таком случае приходится выбирать — много М2 или много SATA. Подробно о распределении линий PCIe мы уже говорили ранее.

SLC, MLC, TLC, QLC, PLC — ох!

Если пользователь проникся разницей интерфейсов и даже разобрался в скоростных характеристиках накопителей, то здесь он споткнется пять раз — именно столько типов памяти можно встретить на рынке твердотельных накопителей.

Single LC — одноуровневая или однобитная ячейка памяти. Расчет простой — на одну ячейку в микросхеме приходится один бит информации. Он может существовать — «1», или не существовать — «0». Такие микросхемы считаются самыми надежными и быстрыми. Их производство заменили на более продвинутые и дешевые технологии. Правда, технологию SLC еще используют в современных накопителях с SLC-кэшем.

Multi LC — то же самое, только ячейки содержат два бита и четыре возможных состояния: 00, 01, 10, 11. Соответственно, плотность компоновки таких микросхем выше, а значит, и результирующий объем устройства будет выше. Производительность MLC ниже, чем SLC, также эти микросхемы менее устойчивы к перезаписи.

Triple LC — три бита, восемь состояний. Самая ходовая память для современных твердотельных накопителей. Позволяет масштабировать объемы до нескольких терабайт, но обладает средней производительностью. Производительность и долговечность таких микросхем сильно зависят от качества контроллера и размера SLC-кэша.

Quad LC — четыре бита и 16 возможных состояний. Больше гигабайт под капотом — ниже производительность и устойчивость к износу. Сейчас QLC можно найти в накопителях с большим объемом и приемлемой стоимостью — это единственное преимущество нового типа ячеек.

Penta LC — пять битов и 32 электрических состояния ячейки. Технология находится в разработке и обещает увеличить плотность компоновки ячеек до 25% по сравнению с QLC. Но есть и минус — совсем низкая производительность и минимальный ресурс работы. Предполагается, что накопители с таким типом памяти смогут заменить диски CD-R, DVD-R, BD-R, основная задача которых — это хранение информации, а не перезапись.

Ячейка — это своего рода батарейка. Если она заряжена, то отдает «1» бит. Если разряжена, то «0». Чтобы обратиться к информации на одном из уровней микросхемы, компьютер считывает заряд и понимает: попал по адресу или ошибся дверью. Соответственно, чем больше бит и состояний может предоставить одна ячейка, тем больше информации в ней содержится, и тем сложнее системе разобраться, что где находится. Отсюда невысокая производительность и низкая надежность многоуровневых микросхем.

Совет: не теряемся в типах памяти — чем меньше уровней, тем быстрее, надежнее и дороже. Чем больше состояний, тем медленнее и дешевле накопитель. Смотрим в золотую середину — TLC/SLC гибриды.

Мифы о выносливости TLC

В начале разработки TLC сообщество отрицательно высказывалось по поводу технологии. Тем не менее, современные микросхемы получаются довольно неплохими. И уж тем более, несмотря на миф о низкой выносливости, достаточно надежные, чтобы работать в качестве системного накопителя в домашнем компьютере. Например, у автора устройство начального уровня емкостью 120 ГБ спокойно функционирует с 2016 года под управлением Windows. Диск пережил полное заполнение играми, подключенный SWAP-раздел и многочисленные полные форматирования и перезаписи.

Да, это пресловутые микросхемы TLC, причем размер SLC-кэша в этом устройстве равен 3 ГБ — не самый лучший вариант исполнения, который почти не ощущается в работе системным накопителем.

Шесть лет ежедневной работы под системой и играми — еще 15 ТБ запаса прочности и приемлемые скорости во всех режимах. Вопрос о надежности и качестве TLC можно считать закрытым.

Совет: выбираем накопитель не только по типу микросхем и объему, смотрим также на производителя и модель контроллера — то, что задает качество работы устройства и отвечает за его долговечность. Как правило, это контроллеры Samsung, Phison и Marvell.

QLC? Дайте флешку!

Чтобы верно считать биты с поверхности, контроллер может несколько раз опросить ячейку с помощью подачи напряжения. В случае с многоуровневой технологией это происходит дольше, чем если бы контроллер опрашивал однобитную ячейку, которая сдает информацию уже с первой попытки. Это снижает эффективную скорость и надежность — теперь количество перезаписей на одну ячейку снижается со 100 000 до 1000.

Конечно, современные системы следят за этим и не позволяют одной и той же банке перезаписываться слишком часто. Этот процесс называется выравниванием — контроллер распределяет информацию плавно по всей поверхности, а не затирает один и тот же угол микросхемы до дыр. Более того, чтобы повысить надежность четырехбитной ячейки, производители подкидывают в начало накопителя SLC-кэш — некоторый объем надежной и быстрой памяти, которая работает на износ и оставляет QLC-ячейкам работу с редко используемыми данными. Поэтому начальная скорость накопителя соответствует старшим решениям с MLC/TLC и располагает хотя бы минимальным запасом прочности.

После исчерпания объема SLC-кэша накопители снижают скоростные показатели. И если последовательное чтение из QLC-ячеек еще держится на приемлемом уровне, то прямая запись в массив оказывается даже ниже, чем у современных HDD.

Фактически такой накопитель быстро превращается в быструю флешку USB 3.0. Хотите работать с тысячами библиотек среды Visual Studio с флешки? И мы не хотим.

Совет: QLC не подходит под ОС и ресурсоемкие задачи. Из-за низкой скорости доступа ко всему массиву снижается скорость чтения и записи мелких блоков, необходимые для работы программ. Другое дело — домашнее файлохранилище. Можно со спокойной совестью оставить на QLC фильмотеку и семейные фотографии.

Бездумная экономия и переплата

Резюмируя вышесказанное выведем «на коленке» формулу, которая поможет определиться с выбором накопителя под различные задачи.

Еще около десяти лет назад, обыватель не знал альтернативы классическим НМЖД, царствование их было практически безраздельным. Сейчас же, в 2018, о твердотельных накопителях (SSD) знают практически все, а некоторые предрекают полное исчезновение, в скором времени, обычных HDD.

Несмотря на это, правильно выбрать нужную вам модель накопителя среди того великого множества, что представлено на рынке, не праздная задача.

SSD (solid-state disk, твердотельный накопитель) – устройство для хранения данных, в котором за хранение информации отвечают микросхемы памяти (практически всегда это NAND память).

Особенности SSD

Если же вы задумались о приобретении SSD, но задаетесь вопросом, о том какие преимущества вы получите при переходе с обычного HDD, то вот некоторые из них:

- Увеличение скорости работы – загрузка операционной системы, запуск приложений, работа с большими массивами данных или загрузка уровней в играх - подобные задачи неплохо ускоряются от установки SSD;

- Большая надежность - отсутствие движущихся частей располагают к этому;

- Увеличение скорости чтения/записи файлов – скоростные характеристики SSD превосходят оные у HDD;

- Бесшумность – так как в роли накопителя информации выступают обычные микросхемы. Благодаря этому можно собрать полностью бесшумные системные блоки, в том числе и крайне компактных размеров;

- Меньшие габариты и вес.

Тем не менее, есть и недостатки:

- Цена – стоимость 1 гигабайта емкости SSD, до сих пор намного дороже, чем у HDD;

- Высокие температуры - у некоторых накопителей с интерфейсом NVMe. К сожалению, в особо тяжелых случаях SSD требует хорошей вентиляции или установки активного и/или пассивного охлаждения;

- Различные разъемы подключения – не недостаток в чистом виде, но усложняет выбор для неподготовленного пользователя;

- Крайне высокая сложность восстановления данных – гораздо сложнее, чем на НМЖД, что обусловлено спецификой работы устройства;

Конструкция

Основными составными элементами твердотельных накопителей, являются:

- Контроллер – своеобразный мозг устройства, от него зависит скорость обмена данными, поддерживаемые типы памяти, потребность в микросхеме буферной памяти и т.д.

- Микросхемы памяти - в SSD массовое распространение получила NAND-память. Однако, идут разработки и других видов памяти. Например, 3D XPoint компании Intel.

- Буферная память (RAM) – в этой роли применяются микросхемы энергозависимой DRAM памяти, как, например, в оперативной памяти компьютера. Применяется для временного хранения данных во время работы с накопителем. Также влияет на скорость работы накопителя, позволяет поддерживать стабильные скоростные показатели при интенсивных нагрузках. Наличие или отсутствие микросхемы буферной памяти зависит от установленного контроллера.

Наряду с аппаратной частью, программная часть также сильно влияет на производительность и нюансы работы накопителя с различными типами нагрузок. К сожалению, о внесенных в микропрограммное обеспечение оптимизациях, производители не сообщают.

Какую память выбрать?

Постоянные технологические изыскания в области памяти меняют рынок довольно быстро. Поэтому и NAND-память стремительно развивается, породив к настоящему времени четыре разновидности.

SLC (Single Level Cell) – технология производства такой памяти предусматривает хранение 1 бита информации в 1 ячейке. Отличные скоростные и ресурсные характеристики, вот только накопителей на основе такой памяти в продаже давно нет.

MLC (Multi-Level Cell) – в одной ячейке хранятся уже 2 бита информации. Еще недавно самый распространенный вид памяти в SSD. Хорошие ресурсные и скоростные показатели позволяли долго удерживать пальму первенства по распространенности применения.

TLC (Triple-Level Cell) – как понятно из названия, ячейка здесь уже с тремя уровнями (на каждом по 1 биту информации). Благодаря этому плотность записи еще сильнее увеличивается (на немалые 50%), что позволяет создавать более «вместимые» чипы памяти. Что интересно, практически каждый человек сталкивался с такой памятью – она успешно применялась (и применяется) в обычных «флешках».

QLC (Quad-Level Cell) – в основе лежит ячейка с возможностью записи четырех бит информации. Новый тип памяти, продукты на его основе только входят на корпоративный рынок. Появление же продуктов ориентированных на обычных потребителей ожидается в первом квартале 2019 года. Обладает еще меньшим ресурсом, чем TLC память.

Ниже приведена сравнительная таблица с ресурсом памяти, а также некоторыми другими характеристиками.

Планарная, или с вертикальной компоновкой?

Буквально пять лет назад данного вопроса в принципе не было. Но стремление к прогрессу и увеличению экономических и производственных показателей сделали свое дело.

Если планарная структуру можно сравнить с одноэтажным домом, то трехмерная (3D) компоновка - это многоэтажное здание.

Такой подход позволил решить проблему увеличения объемов чипов памяти не путем «уплотнения» информации в ячейке, а простым увеличением количества слоев. Для такой памяти оказалось возможным использование более «толстых» норм производства – примерно 30-50 нМ, что увеличило ее ресурс.

И MLC и TLC память бывает как с планарной компоновкой, так и с вертикальной. Однако первая встречается все реже и реже, поэтому в большинстве случает вопроса, вынесенного в заголовок, не стоит (что даже хорошо). А новейшие чипы QLC сразу же выпускаются или будут выпускаться (в зависимости от производителя) с трехмерной структурой.

Басня о долговечности, или все ли так плохо?

Отдельно хочется коснуться вопроса о надежности сегодняшних SSD накопителей.

Несмотря на постепенное уменьшение количества циклов перезаписи памяти, а "голые цифры" иногда выглядят слишком страшно, ресурс современных SSD достаточно велик. Шутка ли, даже для самых дешевых моделей на TLC памяти заявлен ресурс в 40-50 TB информации, что обычному пользователю хватит лет на 10. На самом деле, по данным независимых тестов, это число (терабайт) можно смело умножать на 10. Поэтому, информация о низкой надежности современных SSD накопителей, мягко говоря, не совпадает с действительностью.

Форм-факторы и интерфейсы

2,5" SATA SSD

Самый распространенный и многочисленный вид SSD. Представлены форм-фактором 2,5” с габаритами 100*70*7 (д*ш*в) мм. При этом плата внутри корпуса может быть размером со спичечный коробок. Различные варианты объемов - от 60 ГБ, до 1TB и более. Максимальная скорость до 600 МБ/с.

Такие накопители можно установить практически во все компьютеры и ноутбуки. Несмотря на оснащение современных SATA SSD разъемом третьей версии, они обратно совместимы и с SATA2.

mSATA

Разновидность SATA интерфейса, тем не менее, имеет другой разъем для подключения. mSATA создавался для ноутбуков и устройств малого форм-фактора (SFF), где размер имеет значение. Бывает двух типоразмеров (Full Size, 51 x 30 мм, и Half Size, 26.8 x 30 мм). Скоростные характеристики и обратная совместимость ревизий аналогичны SATA моделям.

Несмотря на то, что некоторые производители выпускают новые модели своих накопителей с mSATA, данный интерфейс устарел и практически полностью вытеснился разъемом M2.

Самый современный и перспективный разъем. Также сначала он носил название NGFF (форм фактор следующего поколения).

Также разрабатывался для мобильных устройств, поэтому имеет небольшие размеры. Они стандартизированы: ширина может быть - 12, 16, 22 и 30 мм, а длина - 16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 и 110 мм. На данный момент для SSD-накопителей используется ширина в 22 мм. Длина же может быть различная, но наиболее распространены 80 мм модули. В большинстве случаев в названии модели вы можете увидеть число 2280 (реже 2260/2242). Здесь 22 – ширина модуля, 80 – его длина, что позволяет легче ориентироваться при подборе.

M.2 SSD могут иметь физический интерфейс PCI-E или SATA. Первые из них быстрее и различаются по версии и количеству линий передачи данных: выпускаются накопители PCI-E 2.0 x2, PCI-E 2.0 x4, PCI-E 3.0 x2 и PCI-E 3.0 x4. Поэтому при выборе необходимо учитывать какой интерфейс поддерживает разъем на вашей материнской плате.

Но и это еще не все. Разъемы на материнской плате оборудованы различными «ключами» - перегородками для дифференциации устройств. Применительно к SSD используются ключи B (либо Socket 2) и M (Socket 3). Ключ B определяет, что накопитель может использовать либо 2 линии PCI-E (PCI-E x2), либо SATA интерфейс. Для ключа M – это SATA или PCI-E x4. Любой SSD с универсальным ключом B&M можно установить и в слот M.2 M Key, и в слот типа B. В свою очередь SSD с ключом M установить в слот B невозможно физически.

PCI-E SSD

M.2 SSD иногда поставляются с платой переходником под разъем PCI-E (на 2 или 4 линии). Когда может пригодиться такая конструкция? Например, если у вас нет слота M.2 или он занят, либо если накопитель требует серьезного охлаждения – с такой конструкцией его проще организовать.

NVM Express

NVM Express (он же NVMe, он же NVMHCI – Non-Volatile Memory Host Controller Interface) – это логический интерфейс, созданный вместо устаревшего AHCI, специально для твердотельных накопителей. Используется он для M.2 SSD и позволяет раскрыть весь их потенциал.

Однако, даже с не особо старыми материнскими платами, могут быть проблемы при использовании такого накопителя в качестве загрузочного.

Intel Optane

3D XPoint (читается как 3D crosspoint) – новая технология энергонезависимой памяти, принципиально отличающаяся от NAND. Накопители на их основе - Intel Optane Memory и Intel Optane SSD, характеризуются низкими задержками, высокими скоростями чтения на малых очередях запросов и большим числом циклов перезаписи. Intel Optane Memory используются как кеш – для размещения часто используемых файлов. Но тут есть масса ограничений: технология работает только на чипсетах от Intel начиная с 200 серии, необходима установка специального ПО, работает только на Windows 10 и только с GPT разметкой. Intel Optane SSD уже полноценные SSD, используемые в качестве системных. Обе серии используют интерфейс M.2, NVMe и PCI-E 3.0 x2.

Несмотря на все преимущества, цена таких накопителей высока и пройдет некоторое количество времени (возможно большое) пока они станут «по карману» большинству потребителей.

Что же выбрать?

Если вы не искушенный пользователь и на вашем ПК есть только SATA разъемы, то выбор очевиден. Предлагаемых скоростей хватит для любой бытовой задачи, а широчайший выбор объемов позволит каждому подобрать нужный накопитель.

Если вам необходим твердотельный накопитель только под операционную систему, то можно посмотреть на модели до 150 Гб.

Более оптимальным для домашнего ПК будет считаться накопитель емкостью 150 - 500 ГБ. Сюда поместится и рабочий софт, и какие-либо проекты, возможно несколько игр. И конечно же останется свободное место для оптимальной работы и производительности SSD. Также следует помнить, что в пределах одной модели больший объем означает большую производительность.

Если же вы обладаете внушительной библиотекой игр (а сейчас одна игра может занять 100 ГБ), либо ваша работа связана с проектами с большими объемами данных, то стоит посмотреть в сторону моделей от 500 ГБ.

mSATA SSD будут интересны владельцам Неттопов/mini PC, позволяя создать производительные и бесшумные системы.

При наличии у вас соответствующего слота, рекомендуется обратить внимание на накопители M.2. Это же относится и к PCI-E моделям.

А для желающих получить ультимативную производительность нет лучшего выбора, чем модели с поддержкой NVMe, скорость чтения которых может превышать 3000 Мб/с.

Отдельно хочется упомянуть новые накопители от Intel. Они определенно выглядят многообещающе, но не смотря на некоторые преимущества нового типа памяти цена таких решений пока слишком высока.

Читайте также: