SSD-диски: типы, форм-факторы и другие важные характеристики
Самый простой способ ускорить работу компьютера в любых задачах — установить в него накопитель побыстрее. Даже самый быстрый восьмиядерный процессор не сможет «разогнать» старый механический жесткий диск (HDD) — для этого понадобится SATA — дешевле, но медленнее:
SATA-накопители дешевле, но медленнее. Если ваш компьютер поддерживает диски типа NVMe PCIe, а кошелек позволяет — обратите внимание именно на такие накопители. Впрочем, SATA-модели вполне неплохо себя показывают в большинстве случаев.
Любой SSD будет гораздо лучше обычного HDD:
Даже SSD-диск 2014 года выпуска (в новом состоянии) будет работать в несколько раз быстрее самого скоростного HDD 2018 года выпуска. При этом современные и дорогие SSD далеко не всегда имеют большое преимущество в скорости — есть несколько других важных факторов, о которых мы расскажем ниже.
Даже не думайте приобретать SSD-накопитель емкостью меньше 250 ГБ (разве что он будет использоваться только для установки операционной системы, а для хранения игр и «тяжелых» программ вы выделите еще один). Лучший и самый сбалансированный в плане цены вариант — 500 ГБ.
Что такое SSD?
SSD (твердотелый или твердотельный диск) — энергонезависимое запоминающее устройство, использующее флеш-память для хранения информации.
SSD — это интегральная схема, используемая для хранения данных. Электронный интерфейс SSD совместим с интерфейсами ввода/вывода, используемыми жесткими дисками. Вы можете запросто поменять свой старый HDD на новый SSD в течение нескольких минут при условии, что вы обладаете необходимыми для этого знаниями. Без движущихся частей в своем устройстве они работают быстрее, способны переживать удары и падения. Даже если Вы случайно уронили такой диск на пол, он продолжит работать и не будет поврежден.
Память:
Ранние версии SSD основаны на энергозависимой памяти DRAM, которая обеспечивала более низкую задержку, чем в HDD. Единственный недостаток заключался в том, что данные не могли быть сохранены в памяти диска при отсутствии источника питания. Было это в 2009 году, когда только внедрили твердотелые накопители на основе энергонезависимой памяти NAND, которые способствовали широкому распространению SSD. Пусть они и медленнее тех, основа которых — DRAM, они все еще способны опережать по производительности обычные жесткие диски. Наибольшее преимущество заключается в том, что данные сохраняются нетронутыми даже в случае отключения питания.
Память NAND состоит из ячеек транзистора с плавающим затвором, которые сохраняют заряженное состояние при отсутствии источника питания. Плавающие затворы содержат электроны, а заряженное состояние представлено двоичным разрядом 0 и разряженным состоянием 1. Двоичный бит 0 представляет данные, хранящиеся в памяти NAND. Ячейки присутствуют в сетке, известной как блок. Отдельная строка в блоке называется страницей и поддерживает размеры 2К, 4К, 8К и 16К. Каждый блок содержит 128-256 страниц, поэтому приблизительный его размер варьируется от 256Кб до 4Мб.
NAND Flash — это одноуровневая ячейка (SLC), которая хранит только один двоичный бит в одном транзисторе с плавающим затвором, и многоуровневой ячейке (MLC), которая хранит два бита. Понятно, что у последнего больше емкости для хранения, но он существенно дороже и при этом изнашивается быстрее. Флеш-память MLC типа NAND дешевле, чем SLC и используется в твердотельных накопителях промышленного класса, которые требуют большего объема памяти. Единственный их недостаток — более быстрый износ.
Контроллер:
Отвечает за то как данные хранятся во флеш-памяти. Он разработан для разных задач и может быть разделен на две группы:
- 1) Для сред с небольшим рабочим циклом (флеш-накопители, SD-карты, камеры и т.д.),
в которых непрерывное чтение или записи информации не требуется. - 2) Большой рабочий цикл, требующий непрерывных операций чтения или записи в памяти диска.
Flash-контроллер выступает в роли посредника между носителем и компьютером. Это встроенные процессор, отвечающий за производительность SSD. Каждый раз, когда компьютер хочет получить доступ к флеш—памяти для выполнения операции чтения или записи, контроллер начинает выполнение своих задач.
Одной из задач контроллера является управление ячейками флеш-памяти. Эффективная обработка ячеек крайне необходима, поскольку SSD поддерживают огромное количество циклов чтения и записи (около 10.000). Было бы очень разумно создать что-то, что гарантировало бы равномерное(одинаковое) использование всех ячеек, что позволило бы продлить срок службы флеш-носителя. В противном случае некоторые ячейки станут неработоспособными, а другие и вовсе не были бы использованы на протяжении всей службы диска. Изготовители используют метод, известный как износ, чтобы удостовериться в равномерной деградации носителя, программируя контроллер так, чтобы тот равномерно использовал все свои имеющиеся ресурсы.
Другая, назначенная контроллеру, задача — сбор и утилизация мусора. В этом процессе, когда операция записи завершена для каждого блока памяти, контроллер проверяет блоки для страниц, которые в дальнейшем потребуются компьютеру для работы. Далее он копирует эти страницы в новый блок, заполняет его новыми данными и удаляет существующий (известный как блок Stale).
Еще одна из функций контроллера — управление критическими операциями, такими как ввод кода исправления ошибок (ЕСС), который является битовой последовательностью сохраненных данных и способствует восстановлению информации в случае повреждения. Полезной функцией окажется то, что контроллер способен отображать битые сектора во флеш-памяти, вызванные соответствующим повреждением SSD. Это могут быть как логические ошибки в секторах, которые можно восстановить, так и физические повреждения диска, представляющие собой полностью сломанные элементы памяти, исправить которые невозможно. Контроллер использует ЕСС для выполнения операции Scrubbing (очистка) памяти, которая включает в себя сканирование и восстановление поврежденных данных в разных участках ресурсов накопителя.
Восстановление SSD — сложна задача, если сравнивать ее с HDD, но и это не окажется преградой, если вы владеете необходимыми для этого знаниями. Прочитать подробнее о восстановлении SSD вы можете перейдя по этой ссылке.
Временное хранилище информации (Cache, Кэш):
Небольшое количество энергозависимой памяти DRAM функционирует как кэш для хранения данных о стабилизации износа носителя и для поддержания каталога размещенных блоков. Это существенно улучшает производительность SSD и в то же время увеличивает потребление энергии.
Что такое NVMe и в чем отличие от SATA?
Вот, это важный момент. С форм-факторами 2,5″ и mSATA все понятно, они работают по интерфейсу SATA. Накопители в формате карт для слота PCI Express работают по интерфейсу PCI Express. А вот стандарт M.2 заставляет нас все-таки поглубже разобраться в этих интерфейсах, потому что есть M.2-накопители, работающие как по более медленному протоколу SATA, так и по более быстрому PCIe.
SATA — это старый добрый интерфейс для подключения жестких дисков знакомыми красными проводами (олдфаги помнят еще более старый IDE с широкими серыми шлейфами, но эти технологии древности для SSD бесполезны). Максимальная пропускная способность SATA достигает 600 Мбайт/сек. Этого с головой хватало жестким дискам, но для быстрой флеш-памяти это явно узкое место. Поэтому накопитель формата М.2, работающий по интерфейсу SATA (его можно отличить по двум прорезям-ключам на разъеме с контактами) — не самое быстрое решение.
NVMe (Non-Volatile Memory Express) — более быстрый протокол работы накопителей. Физически он использует тот же разъем М.2, но передает данные по шине PCI Express. Которая, в свою очередь, имеет разные версии, дальше расскажем подробнее.
Разнообразие форм-факторов
В продаже можно встретить большое разнообразие форм-факторов и интерфейсов подключения твердотельных накопителей. Вот самые востребованные:
2,5» – универсальный формат, который подходит и для ноутбуков, и для настольных компьютеров. Главное преимущество – можно без проблем заменить диск HDD формата 2,5» на SSD. Подключать рекомендуется к интерфейсу SATA не ниже 3-й версии.
mSATA – разновидность SSD, выполненного в формате печатной платы без корпуса, предназначенного для подключения к интерфейсу mSATA.
М.2 – компактные накопители, способные работать на интерфейсах SATA или PCI-E. Этот форм-фактор накопителей отличается стандартной шириной – 22 мм и вариациями по длине от 16 до 110 мм. Размеры отражены в маркировке накопителя:
SSD Transcend MTE110S M.2 2280 512GB– плата для ПК шириной 22 мм и длиной 80 мм.
PCIe Add-in Card – накопители корпоративного класса, подключающиеся к разъемам PCI-E. В домашних компьютерах используются, если на материнской плате нет разъема М.2 или он занят.
U.2 – серверные накопители, для подключения которых необходимы 4 линии PCI-E. В домашних ПК используются крайне редко из-за высокого нагрева и специфики разъема, предусматривающего “горячее подключение”.
DoM – накопители, выполненные в формате печатной платы, подключающейся непосредственно к SATA-разъему материнской платы, не занимая места в корпусе.
Особенности конструкции, преимущества дисков SSD
Чтобы понять, зачем ставить SSD накопитель, необходимо разобраться с основными преимуществами таких дисков. Не помешает знать и главные недостатки этих гаджетов.
Конструкция дисков HDD и SSD
Самым главным отличием SSD от традиционных жестких дисков является иной принцип устройства и работы. В отличие от НЖМД, в конструкции твердотельных носителей нет каких-либо механических компонентов. Для записи данных используются массивы высокоскоростной флэш-памяти, доступ к которой обеспечивает внутренний контролер. Такая конструкция наделяет SSD рядом преимуществ, недоступных классическим HDD.
- Бесшумность. Благодаря отсутствию подвижных элементов, в процессе работы SSD не издает звуков.
- Устойчивость к встряскам. В отличие от HDD, где в процессе перемещения устройства или падения магнитная головка может поцарапать поверхность диска (тем самым повредив ее и хранящиеся данные), SSD меньше уязвим. Конечно, вследствие удара по корпусу может произойти нарушение контакта между компонентами, но накопитель, спрятанный внутри компьютера или ноутбука, защищен от этого в достаточной мере.
- Малое энергопотребление. Основной потребитель энергии в ЖД – это мотор, приводящий в движение диски. Он вращается со скоростью 5, 7 или 10 тысяч оборотов в минуту и расходует до 95 % всей электроэнергии, поданной на накопитель. Таким образом, SSD является до 10 раз более экономным, что особо актуально для тонких ноутбуков.
- Высокая скорость чтения/записи. Магнитный метод записи данных достиг предела совершенства. Больше 100-200 Мб/сек в режиме последовательной записи, без снижения срока службы, наращивания габаритов, увеличения энергопотребления и роста цены, получить от жесткого диска невозможно. Флэш-память SSD не имеет данного минуса и работает до 10 раз быстрее.
- Стабильная скорость работы. Если информация на традиционном ЖД записана на физически разные диски (их конструкции HDD 2 и более) или их участки – происходит задержка, вызванная необходимостью перемещения считывающей головки. Скорость работы из-за этого значительно снижается. Аналогичная задержка при чтении ячеек массива флэш-памяти SSD составляет миллионные доли секунды и не влияет существенно на общую производительность.
Сравнение скорости работы, общей производительности и задержек SSD и HDD
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.
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.
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.
