Твердотельный накопитель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Твердотельный накопитель 2,5" и карандаш
Современный 2,5" SSD-накопитель использующийся в ноутбуках и компьютерах.
SSD с переходником для установки в отсек 3.5" для жёстких дисков

Твердотéльный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер.

Различают два вида твердотельных накопителей: основанных на оперативной памяти, и основанных на флеш-памяти.

В настоящее время твердотельные накопители используются не только в компактных устройствах: ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах, но могут быть использованы и в стационарных компьютерах для повышения производительности. Некоторые известные производители переключились на выпуск твердотельных накопителей уже полностью, например, Samsung продал бизнес по производству жёстких дисков компании Seagate.[1]

Существуют и так называемые гибридные жёсткие диски[2], 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).

История развития[править | править вики-текст]

  • 1978 год — американская компания StorageTek разработала первый полупроводниковый накопитель современного типа (основанный на RAM-памяти).
  • 1982 год — американская компания Cray представила полупроводниковый накопитель на RAM-памяти для своих суперкомпьютеров Cray-1 со скоростью 100 МБит/с и Cray X-MP со скоростью 320 МБит/с, объёмом 8, 16 или 32 миллиона 64 разрядных слов.[3]
  • 1995 год — израильская компания M-Systems представила первый полупроводниковый накопитель на flash-памяти.
  • 2007 год — Компания ASUS выпустила нетбук EEE PC 701 с SSD-накопителем объёмом 4ГБ.
  • 2008 год — Южнокорейской компании Mtron Storage Technology удалось создать SSD накопитель со скоростью записи 240 МБ/с и скоростью чтения 260 МБ/с, который она продемонстрировала на выставке в Сеуле. Объём данного накопителя — 128 ГБ.
  • 2009 год — Super Talent Technology выпустила SSD объёмом 512 гигабайт[4]; OCZ представляет SSD объёмом 1 терабайт.[5]
  • 2011 год — Компания Dell заявила о первой на рынке комплектации ноутбуков Dell Precision твердотельной памятью объёмами 512Гб одним накопителем и 1Тб двумя накопителями для моделей компьютеров M4600 и M6600 соответственно. Производитель установил цену за один 512Гб SATA3 накопитель на момент объявления в $1120 долларов США.[6]

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[править | править вики-текст]

NAND SSD[править | править вики-текст]

Сравнение: компоненты разобранного HDD (слева) и разобранный SSD (справа)

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD), появились относительно недавно[когда?], но в связи с гораздо более низкой стоимостью (от 1 доллара США за гигабайт[когда?]) начали уверенное завоевание рынка. До недавнего времени[когда?] существенно уступали традиционным накопителям — жёстким дискам — в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью поиска информации (начального позиционирования). С 2012 года уже выпускаются твердотельные накопители со скоростью чтения и записи, во много раз превосходящие возможности жёстких дисков[7]. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

RAM SSD[править | править вики-текст]

Эти накопители построены на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) наподобие RAM drive, и 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[править | править вики-текст]

Недостатки[править | править вики-текст]

  • Главный недостаток NAND SSD — ограниченное количество циклов перезаписи. Обычная (MLC, Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) флеш-память позволяет записывать данные примерно 10 000 раз. Более дорогостоящие виды памяти (SLC, Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) — около 100 000 раз.[8] Для борьбы с неравномерным износом применяются схемы балансирования нагрузки. Контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались и при необходимости «меняет их местами».[9] Данный недостаток отсутствует у RAM SSD, а также у относительно новой технологии FRAM, где ресурс хоть и ограничен, но практически недостижим в реальной жизни числом циклов перезаписи (до 40 лет в режиме непрерывного чтения/записи).
  • Подпроблема совместимости SSD накопителей с устаревшими и даже многими актуальными версиями ОС семейства Microsoft Windows, которые не учитывают специфику SSD накопителей и дополнительно изнашивают их. Использование операционными системами механизма свопинга (подкачки) на SSD также, с большой вероятностью, уменьшает срок эксплуатации накопителя;
  • Цена гигабайта SSD-накопителей существенно выше цены гигабайта HDD. К тому же, стоимость SSD прямо пропорциональна их ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит не только от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма накопителя.
  • Применение в SSD-накопителях команды TRIM делает невозможным восстановление удалённой информации recovery-утилитами. С другой стороны, это может быть и преимуществом. К примеру: если на диске хранится конфиденциальная информация которую в экстренной ситуации можно быстро удалить без возможности восстановления.
  • Невозможность восстановить информацию при перепаде напряжения. Так как контроллер и носитель информации в SSD находятся на одной плате, то при превышении или перепаде напряжения чаще всего сгорает весь SSD носитель, с безвозвратной гибелью информации. Напротив, в жёстких дисках чаще сгорает только плата контроллера, что делает возможным восстановление информации с приемлемой трудоёмкостью. Вообще, если произошёл аппаратный отказ SSD из-за выхода из строя чипа контроллера или флеш-памяти, это делает процесс восстановления информации практически неосуществимым.

Преимущества[править | править вики-текст]

  • Отсутствие движущихся частей, отсюда:
  • Полное отсутствие шума (уровень шума — 0 дБ);
  • Высокая механическая стойкость (порядка 1500 g);
  • Стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации; более того, секторы, идущие подряд с точки зрения операционной системы, из-за выравнивания износа (wear leveling) будут расположены в случайном порядке.
  • Высокая скорость чтения/записи, нередко превосходящая пропускную способность интерфейса жёсткого диска (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6,5Gb/s, SCSI, Fibre Channel и т. д.) и ещё более высокая скорость нелинейного чтения/записи относительно недорогих распространенных жёстких дисков. Но, отметим, что некоторые жёсткие диски по скорости случайной и последовательной записи намного быстрее SSD[10]
  • IOPS выше в десятки тысяч раз, чем у жёсткого диска.
  • 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[править | править вики-текст]

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.

Предыдущие версии Microsoft Windows такой специальной оптимизации не имеют и рассчитаны на работу только с обычными жёсткими дисками. Поэтому, например, некоторые файловые операции Windows Vista, не будучи отключенными, могут уменьшить срок службы SSD-накопителя. Операция дефрагментации должна быть отключена, так как она практически никак не влияет на производительность SSD-носителя и лишь дополнительно изнашивает его.

Mac OS X и компьютеры Macintosh с твердотельными накопителями[править | править вики-текст]

Операционная система Mac OS X начиная с версии 10.7 (Lion) полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти.[11]

С 2010 года компания Apple представила компьютеры линейки Air, полностью комплектуемые только твердотельной памятью на основе Флеш-NAND памяти. До 2010 г. покупатель мог выбрать для данного компьютера обычный жёсткий диск в комплектации, но дальнейшее развитие линейки в пользу максимального облегчения и уменьшения корпуса компьютеров данной серии потребовало полного отказа от обычных жёстких дисков в пользу твердотельных накопителей.

Объём комплектуемой памяти в компьютерах серии Air составляет от 128Гб до 512Гб.[12] По данным J.P. Morgan, с момента представления было продано 420 000 компьютеров этой серии полностью на твердотельной Флеш-NAND памяти.[13]

11 июня 2012 года на основе флеш-памяти был представлен новый MacBook Pro с дисплеем Retina 15 дюймов, в котором опционально можно установить 768 Гб флеш-памяти.[14]

GNU/Linux и компьютеры данной платформы с твердотельными накопителями[править | править вики-текст]

Операционная система Linux начиная с версии ядра 2.6.33 полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти при указании опции «discard» в настройках монтирования накопителя.[15]

Перспективы развития[править | править вики-текст]

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 2014 году компания HP планирует запустить в розничную продажу накопители, построенные по технологии ReRAM (resistive random-access memory).[16]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Seagate покупает бизнес по производству жёстких дисков у Samsung radeon.ru
  2. Momentus XT компании http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BD:%D0%A0%D0%B5%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%B0Seagate
  3. Cray-1 and Cray X-MP computer systems solid-state storage device (SSD) reference manual HR-0031 1982
  4. 512-гигабайтный SSD-накопитель запущен в серийное производство, Lenta.ru
  5. OCZ представляет SSD накопитель ёмкостью 1Тб
  6. Maximum PC | Dell First to Offer 1TB of SATA 6Gbps Solid-State Storage in Mobile Workstations. (англ.)
  7. Стоит ли переходить с жёсткого диска на SSD?. thg.ru. Проверено 13 декабря 2012. Архивировано из первоисточника 16 декабря 2012.
  8. .)MLC vs. SLC NAND Flash in Embedded Systems
  9. Нелёгкий выбор: HDD или SSD // Дай драйвер!
  10. WD VelociRaptor WD6000HLHX — 10 000 оборотов и 600 гигабайт / Offсянка / 3DNews — Daily Digital Digest. (англ.)
  11. Mac OS X Lion has TRIM support for SSDs, HiDPI resolutions for improved pixel density? (англ.)
  12. Apple (Россия) — MacBook Air — Сравнение 11-дюймового и 13-дюймового MacBook Air.
  13. J.P. Morgan sees the MacBook Air as a $3 billion business — Apple 2.0 — Fortune Tech. (англ.)
  14. Configure — Apple Store (U.S.). (англ.)
  15. ssd — How to enable TRIM? — Ask Ubuntu. (англ.)
  16. Пора привыкать к новому названию – ReRAM. Проверено 21 февраля 2012. Архивировано из первоисточника 4 июня 2012.

Ссылки[править | править вики-текст]