Меню
Эффективное использование компьютера

SSD диск

Твёрдотельные накопители (Solid State Drive)

Solid State Drive

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

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

Преимущества SSD перед HDD.

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

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

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

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

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

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

Устройство SSD-диска.

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

SSD-диск Plextor M5S 128Gb

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

Печатная плата твёрдотельного накопителя (SSD)

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

Обратная сторона печатной платы SSD-диска

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

Типы памяти в SSD.

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

Начнём с памяти.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Характеристика NAND SLC MLC TLC
Битов в ячейке 1 2 3
Циклов перезаписи 100 000 3000 1000
Время чтения 25 мкс. 50 мкс. ˜75 мкс.
Время программирования 200 - 300 мкс. 600 - 900 мкс. ˜900 - 1350 мкс.
Время стирания 1,5 - 2 мс. 3 мс. ˜4,5 мс.

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

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

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

Производители NAND-памяти:

  • Intel/Micron;

  • Hynix;

  • Toshiba/SanDisk;

  • Samsung.

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

Память 3D XPoint и накопители Intel Optane.

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

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

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

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

Контроллеры SSD накопителей.

На момент написания статьи наибольшее распространение получили следующие контроллеры:

  • Контроллеры SandForce.

    Один из самых распространённых контроллеров SandForce – SF2281. Данный контроллер поддерживает интерфейс SATA-3 и встречается в SSD-накопителях Silicon Power, OCZ Vertex 3, OCZ Agility 3, Kingston, Kingmax, Intel (серии Intel 330, 520, 335).

  • Контроллеры Marvell.

    Контроллер Marvell 88SS9174Marvell 88SS9174. Используется в SSD-дисках марки Crucial C300, M4/C400, а также Plextor M5. Данный контроллер зарекомендовал себя как один из самых недорогих, надёжных и быстрых.

    Marvell 88SS9187. Данный контроллер используется в твёрдотельных накопителях Plextor серии M5 Pro, M5M, а также обновлённых M5S. Из новых особенностей можно отметить DRAM-контроллер с поддержкой до 1 Gb DDR3. Также реализована современная система коррекции ошибок ECC и снижено энергопотребление.

  • Контроллеры LAMD (Hynix).

    Компания LAMD (Link A Media Devices) является подразделением Hynix. Контроллеры LM87800 от LAMD используются в накопителях Corcair серии Neutron и Neutron GTX. Сам контроллер LM87800 является восьмиканальным и поддерживает интерфейс SATA 6Gb/s.

  • Контроллеры Indilinx.

    Everest. Так как компания Indilinx – это дочернее предприятие OCZ, то не удивительно, что контроллер Everest2 входит в основу таких SSD, как OCZ Vertex 4, OCZ Agility 4. Преимуществом контроллера Indilinx является высокая производительность записи. Также стоит отметить хорошую сбалансированность – скорости чтения и записи практически одинаковы.

    Barefoot 2. Основа контроллера – ядро ARM Cortex-M0. Этот SATA II контроллер имеет поддержку восьми каналов доступа к памяти типа MLC и SLC. В качестве буферной памяти может использоваться память LPDDR, а также DDR. Ёмкость твёрдотельного носителя на базе данного контроллера может достигать 512 Гб.

    Barefoot 3. Новейший чип, выполненный по техпроцессу 65 нм и самостоятельно разработанный фирмой OCZ. Основа контроллера – ARM ядро и со-процессор Aragon (32-бит, 400 МГц). Благодаря поддержке специальных RISC-команд для работы с твёрдотельными накопителями, этот контроллер является лидером по быстродействию. Контроллер Barefoot 3 является восьмиканальным и поддерживает интерфейс SATA 6 Гбит/с. На базе этого контроллера фирма OCZ выпускает линейку SSD-дисков под маркой OCZ Vector.

  • Контроллеры Samsung.

    Контроллер Samsung MDXВ своих твёрдотельных накопителях Samsung использует контроллер Samsung MDX. Для дисков Samsung 840 Pro и Samsung 840 применяется восьмиканальный MDX контроллер на базе 3-ёх ядерного чипа ARM Cortex-R4 (300 МГц).

     

Об установке Windows на SSD.

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

Главная » О Компах » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Copyright © Go-Radio.ru