Твердотельные накопители SSD появились на рынке достаточно давно, но все большей и большей популярности они набирают в последнее время. SSD диски стоят достаточно дорого, но при этом они очень сильно улучшают производительность системы, благодаря очень высокой скорости считывания и записи данных.

В отличие от обычных жестких дисков здесь вместо магнитных дорожек используется новая технология - флеш память. Но кроме большого преимущества в производительности здесь появляется еще несколько недостатков - это строк службы, небольшой объем и высокая цена. В этой статье мы попытаемся разобраться как выбрать SSD диск для компьютера, а также рассмотрим какими они бывают и чем отличаются друг от друга. Но сначала нужно выяснить что же такое SSD диски.

SSD или Solid State Drive - это запоминающее устройство без движущихся элементов на основе микросхем памяти или другими словами, твердотельный накопитель.

Обычный жесткий диск состоит из вращающегося на большой скорости магнитного диска и головки для считывания и записи данных. Запоминание данных выполняется путем намагничивания и размагничивания нужных ячеек. Но на работу с ячейкой, изменение скорости вращения диска, а главное, на перемещение записывающей головки уходит слишком много времени. Поэтому жесткий диск не может быть очень быстрым.

Но эту проблему решает SSD диск. Здесь, вместо всего этого сложного механизма используется флеш память. Благодаря этому больше нет необходимости перемещать записывающую головку, запись в любую точку диска выполняется мгновенно.

Но технология памяти на основе микросхем дороже, чем обычные жесткие диски. К тому же флеш память имеет одно очень нежелательное свойство - это ограниченное количество перезаписей. Поэтому производителям приходится придумывать различные способы размещения ячеек и компенсации, чтобы их диски работали максимально долго.

Чтобы вы смогли правильно выбрать ssd диск для своего компьютера сначала нужно рассмотреть какие типы дисков существуют.

Типы SSD дисков

За время развития этой технологии появилось несколько типов SSD дисков, они отличаются размером, способом подключения к компьютеру, скоростью работы и способом размещения ячеек памяти.

Размеры и способы подключения

Размер, способ подключения SSD диска к материнской плате и скорость работы связаны между собой, потому что эти характеристики зависят именно от интерфейса подключения. Рассмотрим самые распространенные способы подключения SSD чтобы вы знали какой ssd выбрать:

• SATA - эти SSD диски подключаются к тому же самому интерфейсу, что и привычные HDD диски. Для совместимости с местом для установки эти диски имеют корпус размером 9х7х2,5 сантиметров, что соответствует размеру HDD. В наше время они используются чаще всего, поскольку могут быть легко установлены в любой компьютер или ноутбук вместо обычного жесткого диска. Но у такого варианта есть ограничение - максимальная скорость передачи данных - 6 Гб/секунду. Для HDD это очень большая цифра, но некоторые SSD могут развить и больше.
• mSATA - точно такой же интерфейс подключения, как и у SATA, а поэтому та же скорость работы. Только здесь нет такого большого корпуса. Такой вид SSD часто применяется для ноутбуков. Отличие этого типа дисков только в размере.
• PCIe - эти диски имеют вид обычной карты PCI и благодаря использованию этого интерфейса могут развивать скорость передачи данных до 30 Гб/сек. Но они могут использоваться только в персональных компьютерах из-за своего размера, а также стоят в два, а то и три раза дороже обычных SATA SSD.
• NVMe - модификация PCIe SSD дисков, которая дает еще большую производительность благодаря специальным оптимизациям, но на данный момент она совместима только с новыми материнскими платами. Корпус выглядит точно так же как и у PCIe.
• M.2. - это уменьшенный вариант SSD диска для PCI. Он работает по тому же протоколу и позволяет развивать такую же скорость работы с данными, но вместо большого корпуса выполнен в форме одной небольшой платы. Большинство современных плат уже поддерживают слоты такого типа, но также они могут быть подключены просто через PCI.

Способы организации ячеек памяти

По способу организации ячеек памяти SSD накопители делятся различаются количеством бит, которые хранятся в одной ячейке. Фактически, чем меньше, тем больше ресурс перезаписей и скорость работы, но в то же время и выше цена. Поэтому производители пытаются удешевить производство путем увеличения количества данных в одной ячейке. На данный момент существуют такие типы памяти:

• SLC NAND - этот тип памяти разработан достаточно давно. В одной ячейке размещается один бит данных. Он гарантирует максимальную производительность и до десяти тысяч перезаписей данных, но стоит очень дорого и поэтому не выпускается.
• MLC NAND - это следующее поколение флеш памяти, в которой на одну ячейку припадает два бита. Количество возможных перезаписей снижается до трех тысяч раз, и скорость работы падает вдвое. Но зато цена таких устройств уже более-менее приемлемая.
• TLC NAND - в этом стандарте в одной ячейке уже размещается 3 бита данных и ресурс перезаписи падает до 1000. Но они еще дешевле. Производители нашли выход из ситуации, добавляя различные контроллеры балансировки, которые подменяют вышедшие ячейки на резерв, а также пытаются дать одинаковую нагрузку на все ячейки. Также используется кэш из памяти типа SLC. Все это позволяет гарантировать работу SSD до 3 лет и больше.

Сейчас чаще всего используется TLC и MLC с различными оптимизациями.

Как выбрать SSD диск?

Теперь, когда вы уже знаете какими бывают SSD диски давайте рассмотрим как выбрать SSD диск для компьютера. Новые пользователи обращают внимание только на объем, цену и размер. Но нужно еще учитывать тип размещения памяти, способ подключения и производителя контроллера.

Объем памяти SSD

Чем больше размер тем больше цена устройства, но в то же время больше ресурс перезаписи, потому что контроллер имеет больше пространства чтобы перераспределить нагрузку между всеми ячейками. Чаще всего SSD диски имеют размер 128, 256 Гб и 1 Тб. Чаще всего, под систему пользователи берут SSD размером 128 Гб под систему.

Способ подключения

Фактически существует только два способа подключения: с помощью интерфейса SATA и PCI. SATA более распространенный и универсальный. Такой SSD диск может быть установлен как в компьютер, так и в ноутбук. Но если вы хотите очень большой скорости лучше выбрать интерфейс PCI.

Тип памяти

Чтобы узнать какой ssd лучше выбрать 2016 для компьютера нужно обратить внимание на тип памяти. Первый тип памяти, SLC - сейчас уже не выпускается. На рынке распространены два типа - MLC и TLC. Первый дороже, но имеет ресурс записи 3000 тысяч раз, а скорость работы с данными 50 миллисекунд. Такие диски при обычном использовании могут служить 5-7 лет, но стоят дороже.

Диски, использующие память TLC, имеют ресурс записи 1000 раз, 75 миллисекунд время чтения и около трех лет-пяти лет срок службы. Для домашнего компьютера вполне можно выбирать память TLC. Но если вы очень часто копируете большие файлы, то лучше выбрать MLC.

Производитель чипа

Есть еще один очень важный параметр, на который стоит обратить внимание. Это производитель чипа контроллера. С одной стороны, может показаться что это не имеет значения, но у каждого производителя есть свои особенности и недостатки.

• SandForce - это один из самых популярных контроллеров. Он достаточно дешев и имеет хорошую производительность. Главная особенность - использование сжатия при записи данных на носитель. Но есть недостаток - при заполнении диска скорость записи существенно падает;
• Marvel - похожий на SandForce, имеет отличную скорость работы, но она уже не зависит от процента заполнения диска. Недостаток - слишком дорогой;
• Samsung - тоже достаточно популярные контроллеры. Имеют поддержку шифрования AES на аппаратном уровне, но иногда можно наблюдать снижение скорости из-за проблем с алгоритмом сборки мусора;
• Fizon - имеет отличную производительность, небольшая цена и отсутствие каких-либо проблем, которые бы снижали скорость. Но тут есть свой недостаток. Он плохо себя показал в операциях с произвольной записью и чтением;
• Intel - лучше Fizon, но намного дороже.

Основные производители плат памяти - это Samsung, SanDisk, Intel и Toshiba. Но платы памяти не настолько отличаются, поэтому большого значения выбор производителя платы не имеет.

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

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

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

История развития

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

Архитектура и функционирование

NAND SSD

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

RAM SSD

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

Недостатки и преимущества

Недостатки

Преимущества

• Отсутствие движущихся частей, отсюда:

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

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

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

Microsoft Windows и компьютеры данной платформы с твердотельными накопителями

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

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

Mac OS X и компьютеры Макинтош с твердотельными накопителями

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

Перспективы развития

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

См. также

• Гибридный жесткий диск

Примечания

Ссылки

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

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

Компоненты персонального компьютера

Твердотельные накопители (SSD) являются новыми и быстрыми и хорошая альтернатива для жёстких дисков HDD, но нужен ли он Вам? Читайте дальше, как мы демистифицировали твердотельный накопитель. Последние несколько лет наблюдается заметное увеличение объема выпуска SSD и снижение цен (хотя конечно нельзя таким образом сравнивать цены между SSD и традиционными жёсткими дисками).

Что такое SSD? Какими способами вы выиграете от приобретения SSD диска? Что нужно делать по-другому с SSD? Читайте дальше, чтобы узнать всё о твёрдотельных накопителях.

Что такое твердотельный накопитель?

Вам может быть трудно поверить, но твердотельные накопители являются на самом деле довольно старой технологией. Твердотельные накопители были в течение многих десятилетий в различных формах, самыми первыми были на основе оперативной памяти и были довольно дорогими, и устанавливались только появляются в ультра-высокого класса и супер компьютерах. В 1990-х годах на базе флэш-накопителей сделали первый SSD, но они были опять таки слишком дорогими для потребительского рынка и были едва заметными за пределами специализированных компьютерных кругов. На протяжении 2000-х годов цены на флэш-память продолжали падать, и к концу десятилетия потребительские твердотельные накопители появились на рынке персональных компьютеров.

Итак, что же представляет собой твердотельный накопитель? Здесь необходимо сначала выделить то, что из себя представляет традиционный жёсткий диск (HDD). Жесткий диск - это набор металлических пластин с покрытием из ферромагнитного материала, которые вращаются на шпинделе. Запись на поверхность магнитных пластин осуществляется крошечной механической рукояткой (рычаг привода) с очень тонким жалом (головка). Данные сохраняются при изменении полярности магнитных битов на поверхности пластин. Это, конечно, немного сложнее, но достаточно сказать, что здесь всё сделано по аналогии автоматического проигрывателя пластинок его рука ищет дорожку на записи, также и рукоятка привода и головки жесткого диска ищут данные. Когда вы хотите записать или прочитать данные с магнитных жестких дисков пластины вращаются, рука ищет, и находит данные. Это такой же механический процесс, так как он цифровой.

Твердотельные накопители, напротив, не имеют движущихся частей. Хотя масштабы разные, и площадь для хранения на HDD значительно больше, и у твердотельного накопителя гораздо больше общего с простым портативным флэш-накопителем, чем с механическим жёстким диском (и, конечно, гораздо больше, чем когда бы то ни было, с магнитофоном!) Подавляющее большинство твердотельных накопителей на рынке -это флэш-память NAND, тип энергонезависимой памяти, которой не требуется электричество для сохранения данных (в отличие от оперативной памяти в вашем компьютере, которая теряет свои сохраненные данные, как только питание отключается). Память NAND также обеспечивает существенное увеличение скорости намного больше чем механические жесткие диски, так как время, потраченное впустую когда пластины крутятся и не ищут данные удаляется из уравнения.

Сравнение твердотельных накопителей с традиционными жесткими дисками

Всегда хорошо знать, что такое твердотельные накопители, но это ещё более полезно, чтобы сравнить их с традиционными жесткими дисками которыми вы пользуетесь уже много лет. Давайте посмотрим на несколько ключевых различий в поточечном сравнении.

Спин-время: SSD-накопители не имеют «спин» время; накопитель не имеет движущихся частей. Жесткие диски имеют различное спиновое время (обычно несколько секунд); когда вы услышите щелчок-whirrrrrr на минуту или две при загрузке компьютера или при доступе к редко используемым файлам, вы всегда слышите вращение жесткого диска.

Время доступа и задержки к данным: твердотельные накопители очень быстро находят данные и, как правило, быстрее на порядок в 80-100 раз, чем жесткие диски; пропуская механические крутящиеся пластины и поиск данных, поэтому они могут получить доступ к данным почти мгновенно. Быстрому поиску данных на жёстких дисках препятствует физическое перемещение якоря и вращение пластин.

Шум: SSD-накопители молчат; отсутствие движущихся частей означает отсутствие шума. Жесткие диски варьируются от довольно тихих, до очень сильного уровня звука.

Надежность: отдельные производственные вопросы в стороне (плохие диски, прошивка, вопросы и т. д.) SSD-диски вышли вперед в плане физической надёжности. Подавляющее большинство сбоев жесткого диска в результате механических повреждений; в какой-то момент после х десятков тысяч часов работы, механический привод просто изнашивается. В смысле цикл чтения/записи жестких дисков ограничен.

С другой стороны, твердотельные накопители имеют ограниченное количество циклов записи. Это ограниченное количество циклов записи является главным вопросом для осуждения твёрдотельных накопителей, но реальность такова, что средний пользователь компьютера вряд ли сможет сделать много циклов чтения и записи на SSD. Компании Intel Х25-М, например, может обрабатывать 20 ГБ данных в течение 5 лет без сбоев. Как часто Вы стираете и записываете 20ГБ данных на основном диске на ежедневной основе?

Кроме того, SSD-диски можно использовать и дальше; когда модули NAND дошли до конца своих циклов записи они становятся только для чтения. Диск затем считывает данные с поврежденного сектора и переписывает её на новую часть диска. Не считая молнии или катастрофический недостаток конструкции, отказ SSD больше похож на “старость, почему ломит в моих костях!”, а не на резкое “бум! подшипников в HDD!” и его остановка. У вас будет достаточно времени для резервного копирования ваших данных и чтобы приобрести новый диск.

Потребляемая мощность: SSD-диски потребляют на 30-60% меньше энергии, чем традиционные жесткие диски. Экономия в 6 или 10 ватт вроде бы и не много, но в течение года или двух на сильно подержанной машине всё сходится.

Стоимость: SSD стоят не дешево. Традиционные цены на жесткий диск упали примерно на пять центов за гигабайт данных. Твёрдотельные накопители намного дешевле, чем они были 10-20 лет назад (когда они были ограничены специальными компьютерными системами), но они всё ещё довольно дорогие. В зависимости от размера и модели, вы можете ожидать, чтобы заплатите где-то между $1.25-$2,00 за ГБ.

Уход за твёрдотельным SSD накопителем

В управлении операционной системы, сохранение данных, и взаимодействие с вашим компьютером единственное отличие которое Вы заметите, как конечный пользователь, во время работы SSD диска, является повышение скорости. Когда дело доходит до заботы о вашем диске, есть несколько правил, имеющие решающее значение.

Не дефрагментируйте диск. Дефрагментация бесполезна для SSD и уменьшает продолжительность его жизни. Дефрагментация - это техника, которая находит куски файлов и оптимизирует их размещая на пластинах жестких дисков, чтобы уменьшить время поиска и износ на диске. SSD не имеют пластин и имеют почти мгновенное время поиска. Их дефрагментация съедают больше циклов записи. По умолчанию в Windows 7 дефрагментация отключена для SSD.

Отключить службы индексирования: если ваша ОС имеет любой поиск - добавлен инструмент такой как служба индексирования, выключите его. Время чтения на SSD быстрое, которое вам на самом деле не нужно, чтобы создать индекс файла и сам процесс индексирования диска и записи индекса будут медленными на SSD.

Ваша ОС должна поддерживать обрезки. Команда TRIM позволяет вашей ОС, чтобы общаться с SSD-диском и сообщать ему, какие блоки больше не используются. С этой командой производительность на SSD будет стремительно деградировать. В этой публикации для Windows 7, Мак ОС х 10.6.6+ и Linux с ядром 2.6.33+, поддерживают команду TRIM. А хаки реестра и дополнительные программы существуют для изменения более ранних версий ОС, таких как Windows XP, чтобы полу-поддерживать команду TRIM. Ваш SSD диск должен быть в паре с современной ОС для максимальной производительности.

Оставить часть диска пустой. Проверьте спецификации для вашего устройства, большинство производителей рекомендуют держать 10-20% пустыми. Это пустое пространство помогает алгоритму выравнивания (они передают данные через память NAND модулей, чтобы свести к минимуму суммарный износ на диске и обеспечивают длительный срок службы и оптимальные характеристики привода). Если вы оставите слишком мало пространства, то алгоритмы выравнивания со временем приведут к преждевременному износу на диске.

Media на второй диск: SSD-накопители дорогие, поэтому нет смысла хранить свои массивные медиа-файлы на вашем дорогом SSD-накопителе. Вы можете подобрать традиционные жесткие диски 1 ТБ, и использовать большой дополнительный диск (если это возможно) для хранения крупных и статичных файлов (например, фильмов, музыкальных коллекций и других мультимедийных файлов).

Инвестировать в память: по сравнению с затратами на твердотельные накопители, ОЗУ дешевое. Чем больше оперативной памяти у вас будет установлено, тем меньше будет циклов записи на диск. Вы сможете продлить жизнь вашему дорогому SSD-накопителю, гарантируя, что в вашей системе установлена адекватная оперативная память.

Твёрдотельный накопитель для меня?

На данный момент у вас есть урок истории, поточечное сравнение, и некоторые советы для поддержания вашего SSD в отличной форме, но нужен ли SSD диск Вам? Отметьте все подходящие варианты и подготовьтесь к следующему:

• Почти мгновенное время загрузки: Вы можете перейти от холодной загрузки для просмотра веб-страниц в считанные секунды с SSD; в это же окно часто вы могли попасть больше чем через минуту с традиционным жестким диском.
• Вы хотите быстрый доступ для общих приложений и игр: мы много раз это уже говорили, но твердотельные накопители являются сверхскоростными.
• Вы хотите более тихий и менее прожорливый компьютер: как подчеркивалось выше, SSD-накопители молчат и потребляют значительно меньше энергии.
• Вы сможете использовать два диска: один для ОС и один для файлов: если Вы храните лишь несколько семейных фотографий и CD-Rip или два, вам потребуется более доступный традиционный HDD для хранения больших файлов.
• Вы готовы заплатить значительную сумму за SSD-накопитель: это самая большая на сегодняшний день сумма за гигабайт, но тоже время прирост производительности огромен в 3000% .
• Если ваш список выглядит более полным, чем пустым, и вы хотите получить скорость при работе, то SSD - это для вас!

Сегодня мы с Вами разберем основные моменты и принципы функционирования технологии твердотельных SSD дисков. Как Вы помните, в мы проводили сравнительное тестирование одного SSD и двух HDD дисков. Рассматривали, как он выглядит изнутри и из каких основных блоков состоит.

Также - перечислили основные достоинства данной технологии, а сейчас рассмотрим недостатки, которые присущи ей на данный момент. Представим основные из них в виде списка:

1. Высокая (относительно HDD дисков) стоимость хранения данных, т.е. - меньшую емкость диска мы получаем за большие деньги
2. Большая уязвимость (относительно устройств с магнитным принципом записи) к электрическим помехам и проблемам энергоснабжения (внезапное отключение энергии, магнитные поля, статическое электричество)
3. Нельзя полностью заполнять диск (15-20% пространства должно быть свободным)
4. Срок службы носителя ограничен определенным количеством циклов записи его ячеек

Но давайте - по порядку! Начнем с того, что такое SSD диск и каков принцип его работы?

Это - твердотельный накопитель, в котором вместо традиционных пластин , покрытых ферромагнитным слоем, используются чипы NAND флеш памяти.

NAND память это - эволюция флеш-памяти, чипы которой имели намного меньшее быстродействие, долговечность и конструктивно выглядели более массивными.

Возможно Вам будет интересно, что флеш-память были разработана в одном из подразделений компании «Toshiba» в 1984-ом году. Первый же коммерческий чип на основе данной разработки в 1988-ом году выпустила «Intel». А уже через год (в 1989-ом) та же «Toshiba» представила новый тип флеш-памяти - NAND.

На данный момент есть три основных варианта (модификации) NAND памяти:

• SLC (одноуровневая - Single Level Cell)
• MLC (двухуровневая - Multi Level Cell)
• TLC (трехуровневая - Three Level Cell)

Самыми дорогими и надежными решениями являются устройства на SLC чипах. Почему? Они позволяют в каждой ячейке памяти хранить только один бит информации. В отличие он них, MLC и TLC чипы могут хранить два и три бита соответственно. Это стало возможным за счет использования разных уровней электрического заряда на затворах ячеек памяти.

Схематично это можно изобразить вот так:

Подобная многоуровневая структура позволяет резко увеличить емкость чипов при том же их физическом объеме (в итоге каждый гигабайт получается дешевле). НО! Ничего бесплатно не дается! Поэтому у MLC и TLC чипов резко сокращается срок их "жизни", который напрямую связан с количеством циклов перезаписи их ячеек.

Для SLC это - 100 000 циклов стирания/записи, для MLC - 10 000, а для TLC - всего 5 000. Такое снижение надежности связано с постепенным разрушением диэлектрического слоя плавающего затвора ячейки из за малого резерва изменения его состояния под действием электрического тока. Плюс в силу того, что с каждым новым уровнем усложняется задача безошибочного распознавания уровня электрического сигнала, а значит - увеличивается общее время поиска нужной ячейки с данными, повышается вероятность возникновения ошибок чтения.

Для борьбы с описанными выше явлениями, производителям приходится разрабатывать специализированные высокоинтеллектуальные микроконтроллеры управления для SSD дисков, которые, кроме процедур ввода-вывода, должны записывать информацию на носитель так, чтобы микросхемы его флеш-памяти изнашивались равномерно и контролировать этот износ, балансируя нагрузку, также - проводить коррекцию ошибок и т.д.

Именно контроллер является слабым местом , так как он более чувствителен к проблемам с питанием и повреждение микропрограммы (прошивки), находящейся в нем, может привести к полной потере всех данных пользователя. А их корректное восстановление - еще более трудозатратная операция, чем в случае с HDD дисками. В силу того, что данные разбросаны по разным чипам памяти и необходимо корректно восстановить первоначальную их структуру, а это бывает не просто.

Поэтому производители SSD накопителей регулярно обновляют прошивки своих дисков и выкладывают их для свободного скачивания, дорабатывая и улучшая алгоритмы работы устройства и предупреждая потерю данных в случае аварийной ситуации.

С износом MLC ячеек памяти производители борются еще и методом, хорошо зарекомендовавшим себя в дисках с магнитным принципом записи: резервируя часть их объема (10-20%) для динамической замены изношенных ячеек. В случае HDD эта область служит для замены .

Но и мы, как пользователи, можем помочь нашему SSD накопителю в холостую не растрачивать свой ограниченный ресурс "жизни" и настроить операционную систему таким образом, чтобы минимизировать ненужные обращения к диску.

Я покажу общие принципы того, что нужно делать и чего стараться избегать, а Вы уже сами настроите свою систему на оптимальную работу с твердотельным диском.

Например: мы знаем, что операционная система «Windows» во время своей работы активно использует файл подкачки (скрытый системный файл «pagefile.sys»). Что это значит, применительно к износу ячеек SSD накопителя и всему тому, о чем мы говорили выше? А то, что отдельная область системного флеш-диска интенсивно используется (часто перезаписывается какими-то служебными и не нужными нам данными и, по факту, - активно изнашивается)!

Что можно сделать? Правильно! Перенести файл подкачки на другой (не SSD диск), как сделал я, или же, при большом объеме оперативной памяти, вовсе от него отказаться (выставить в «0»)?

Идем дальше: процедура дефрагментации не только не нужна данному типу устройств (скорость доступа у них одинакова для любой ячейки не зависимо от того, где находится конечный файл), но и попросту вредна. По той же причине, что описана выше. Лишние (холостые) обращения к диску только дополнительно снижают его ограниченный ресурс. Значит - выключаем соответствующую службу дефрагментации. Также не лишним будет отключить индексирование файлов, которое нужно для более быстрого поиска, но так ли часто мы им пользуемся?

Принцип, я думаю, Вы уловили. А сейчас я бы хотел показать Вам небольшую программу «SSD Mini Tweaker» (твикер - оптимизатор), которая подобным образом оптимизирует работу SSD накопителя. В ней достаточно проставить нужные нам галочки напротив соответствующих пунктов и нажать кнопку "Применить изменения".

Компьютер перезагрузится и изменения вступят в силу. Программа замечательна тем, что имеет русский интерфейс и подробную справку на русском же. Так что, в любой момент Вы можете подробно ознакомиться с той функцией, которую собираетесь отключить или оставить задействованной.

Загрузить утилиту можно . В архиве - версии для 32-х и 64-х разрядных систем и файл справки на русском.

Коль скоро мы так много времени уделили вопросу оптимального использования диска и износу ячеек его памяти, то не могу не представить Вам еще одну интересную разработку. Программа «SSD Life Pro», основная задача которой - вести учет времени работы диска и сообщать приблизительную дату выхода его из строя.

Что мы тут видим? Запись «FW: 1.00» это - версия прошивки (firmware) диска, ниже показано занятое и свободное место на нем, общее время работы с первого включения и количество пусков. Также обратите внимание на строку TRIM (должен быть активным), это говорит о том, что производительность SSD диска будет оптимальной.

Ниже представлен скриншот работы той же программы, но взятый с сайта ее разработчика. На нем видно, что диск от компании «Intel» корректно передал утилите свои SMART параметры и на основе них утилита отобразила расширенный прогноз его состояния.

Как видите, выход накопителя из строя "назначен" на седьмое ноября 2020-го года:)

Если мы нажмем в верхней части окна программы на ссылку «Как вы это считаете?», то перейдем на сайт разработчика и сможем ознакомиться (на русском), каким именно образом производится подобный расчет?

Программу можете . Если она точно покажет время "жизни" Вашего диска - отпишитесь, думаю, всем читателям будет интересно!

В завершении этой темы, прислушаемся к рекомендации всеми уважаемой фирмы «Intel», которая говорит, что идеальными условиями работы SSD твердотельного диска является его заполненность данными меньше чем на 75% с соотношением статической (редко изменяемой) и динамической (изменяемой часто) информации - 3 к 1 . Не следует использовать последние 10-20% пространства диска, так как они нужны для корректной работы команды «TRIM». Для работы ей нужно свободное пространство для перегруппировки данных (так же, как для функции дефрагментации). Общее правило такое - чем больше свободного места - тем быстрее работает устройство.

На данный момент SSD диск идеально подходит в роли системного раздела, на котором установлена операционная система и программы и - все. Данные и вся работа над ними должна (по возможности) проходить на втором (HDD) диске. Также твердотельные диски могут эффективно использоваться на серверах для кеширования статичных данных.

А сейчас, давайте кратко рассмотрим, почему более дорогие модели SSD твердотельных дисков имеют такие превосходные скоростные качества и чем еще отличаются от своих "младших" собратьев?

Во первых: это - тот же интеллектуальный чип контроллера накопителя, который может быть сконструирован, как многоканальный т.е. - может записывать данные одновременно в каждый чип флеш-памяти диска. В итоге - общая производительность устройства будет равна скорости одной микросхемы памяти, умноженной на количество каналов контроллера. Ну, это если немного упростить ситуацию:)

Также в более дорогих моделях используются дополнительные элементы, напаиваемые на плату. Это может быть, к примеру, ряд конденсаторов, расположенных возле чипа оперативной памяти диска, которые обеспечивают гарантированное сохранение данных из кеш-памяти при сбое в электропитании.

При достижении критической массы сбойных ячеек накопителя, качественно выполненная прошивка чипа может полностью заблокировать SSD диск для функций записи и перевести его в режим "только чтение", что гарантирует сохранность данных пользователя (возможность ) до полного выхода устройства из строя.

И в завершении нашей статьи давайте коснемся еще одной интересной разновидности твердотельный дисков. Это - «RAM SSD» накопители. Что же это такое?

Подобные гибридные устройства используют для хранения информации энергозависимые чипы, полностью идентичные тем, что используются в модулях . Они обладают сверхбыстрой скоростью доступа к данным, скоростью чтения и записи и могут с успехом применяться для ускорения работы больших баз данных и там, где нужно пиковое быстродействие.

Подобные системы оснащаются аккумуляторами для поддержания функционирования при отсутствии электроэнергии, а более дорогие модели - системами резервного копирования, когда данные копируются на HDD носитель.

Вот как может выглядеть подобное устройство, которое определяется операционной системой, как жесткий диск.

А вот - более простой вариант, выполненный в виде платы PCI Express X1

Как видите, принцип работы здесь - тот же самый, но функцию чипов флеш-памяти или "блинов" HDD здесь выполняют обычные модули RAM.

Теперь, как и обещал, пару слов хочу сказать о субъективных ощущениях после использования твердотельного накопителя. Операционная система (Windows 7) загружается и выключается ощутимо быстрее. Это же можно сказать и об установке и запуске программ. Некоторые приложения просто удивляют: «Microsoft Word 2003» "выстреливает" меньше, чем за секунду! Не успеваешь мысленно подготовиться к работе с ним:) Да, быстро, но не ожидайте чего-то феноменального, все таки это не "революция", а - "эволюция" :)

На этом у меня на сегодня - все. До встречи в следующих статьях!

И в самом конце - как выглядит производство чипов NAND памяти:

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

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

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

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

История возникновения и дальнейшего развития SSD

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

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

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

Преимущества SSD

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

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

Также SSD характеризует более широкий диапазон температур и низкое электропотребление.

Недостатки современных SSD

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

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

Невозможность восстановления информации

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

SSD и выбор операционной системы Windows

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

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

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

Настройка Windows 7 для работы с SSD

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

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

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

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

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

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

SSD и альтернативные операционные системы

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

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

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

SSD или HDD: что выбрать?

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

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

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

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

Производительность

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

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

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

Сравнение производительности HDD и SDD

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Объем и возможность хранения файлов

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

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

Надежность и стойкость к ударам и вибрации

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

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

Долговечность SSD и HDD

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

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

Физические размеры обоих носителей

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

Стоимость SDD и HDD в сравнении

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

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

На чем же остановить свой выбор?

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

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

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