Гибридный накопитель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гибридный накопитель (SSHD) от Seagate на 1000 Гб

Гибридный накопитель (также известен под аббревиатурой SSHD, англ. solid-state hybrid drive[1]) — это логическое или физическое устройство хранения данных, которое сочетает в себе технологии хранения данных на жёстком диске (НЖМД, HDD) и в NAND-памяти (SSD-накопитель)[2]. В результате увеличивается производительность накопителя при большом доступном объёме хранения информации. Твердотельная память гибридного диска используется как кэш данных, хранящихся на жёстком диске, к которым идёт наиболее частое обращение. Тем самым повышается общая производительность системы.

Существуют две основные технологии, используемые для реализации гибридных накопителей:

  • системы с двумя накопителями,
  • гибридные накопители.

В системе с двумя накопителями используется два физических устройства, SSD и HDD, установленных в одном компьютере; оптимизация размещения данных производится либо вручную пользователем, либо автоматически с помощью операционной системы через создание «гибридных» логических устройств.
В гибридных накопителях SSD и HDD объединены одним микроконтроллером, и, как правило, одним корпусом. Функциональные возможности кэширования реализованы путём добавления небольшого количества флэш-памяти к жёсткому диску и копирование туда наиболее часто используемых секторов; решения о размещении принимаются либо целиком устройством (режим self-optimized), либо путём размещения «подсказок» операционной системой (режим host-hinted).

История[править | править код]

В 2007 году Seagate и Samsung представили первые гибридные диски: Seagate Momentus PSD и Samsung SpinPoint MH80[3]. Обе модели были 2,5-дюймовыми c флэш-памятью на 128 или 256 МБ. Передача данный между магнитными дисками и флеш-памятью осуществлялась посредством технологии ReadyDrive[en] операционной системы Windows Vista. Однако продукты не получили широкого распространения[4], в том числе из-за отсутствия существенного прироста скорости[5] и недостатков технологии ReadyDrive[2].

В мае 2010 года компания Seagate представила новый гибридный накопитель Momentus XT[6], использовав термин «твёрдотельный гибридный диск» (SSHD). Он уже не имел программной зависимости от операционной системы и состоял из жёсткого диска на 500 ГБ с интегрированной SLC флеш-памятью объёмом 4 ГБ[2] (позже был выпущен Momentus XT второго поколения на 750 и 8 ГБ соответственно). Вместе с тем, компания представила технологию F.A.S.T. (англ. Flash-Assisted Storage Technology), отвечающую за хранения данных на флеш-памяти, которая в свою очередь имела три составляющих: FAST Management, Adaptive Memory и FAST Boot. FAST Management обеспечивала совместимость гибридного накопителя с любыми операционными системами, без необходимости использования дополнительных драйверов, а также выполняла функцию аналогичную Trim для обычных SSD. Адаптивная память (Adaptive Memory) отвечала за распределения информации между жёстким диском и флеш-памятью, а FAST Boot ускоряла загрузку операционной системы[5].

В апреле 2013 года компания Western Digital представила 2,5-дюймовые накопители WD Black SSHD, в том числе SSHD толщиной в 5 мм с 500 ГБ обычной памяти и флэш-памяти размером в 8 ГБ, 16 ГБ или 24 ГБ.

Типы[править | править код]

Cравнение гибридного накопителя и двух накопителей FCM (Flash Cache Module) конструкции

Существует две основных «гибридных» технологии хранения данных, которые сочетают в себе NAND флэш-память (SSD) с HDD технологией: Dual-привода гибридных систем и гибридных твердотельных накопителей.

Гибридная система с двумя накопителями[править | править код]

Гибридные системы с двумя накопителями сочетают в себе использование отдельных SSD и HDD устройств, установленных в одном компьютере. В целом, оптимизация производительности управляется либо с помощью пользователя компьютера (ручное размещение наиболее часто используемых данных на SSD), либо с помощью программного обеспечения операционной системы компьютера (путём объединения SSD и HDD в гибридные тома (разделы), незаметные для конечных пользователей). Примерами реализации гибридных разделов в операционных системах являются bcache[en] и dm-cache в Linux[7], и Fusion Drive от Apple.

В ноутбуках, как правило, такая система использует флэш-кэш модули (FCM). FCM использует отдельный SSD-накопитель (обычно mSATA SSD-модуль) и HDD, в то время как управлением оптимизацией занимается либо ПО компьютера, драйверы устройства или комбинации обоих. Технология SRT (Smart Response, "умный отклик") от Intel[8] — наиболее распространённая реализации FCM для гибридных систем на сегодня.

Существуют также системы для ноутбуков, которые также используют отдельные SSD и HDD в одном 2.5-дюймовом корпусе, но заодно предоставляют (в отличие от SSHD) в то же время (в отличие от гибридных твердотельных накопителей) раздельный доступ к обоим накопителям. Таким образом, можно использовать накопители на своё усмотрение[9].

Также всё чаще гибридный жёсткий диск SSHD используется в серверах, что позволяет существенно снизить их стоимость, в отличие от чистых SSD.

Гибридный твердотельный диск[править | править код]

Понятие Гибридный твердотельный накопитель (SSHD) относится к продукции, которая включает значительное количество NAND флэш-памяти в жёсткий диск[10].

Основополагающим отличием является интегрированная система кэширования наиболее часто используемых секторов. Микроконтроллер устройства сам копирует в быструю кэш-память наиболее часто используемые области данных.

Режимы работы[править | править код]

Принятие решения о том, какие элементы данных являются приоритетными для флэш-памяти, лежит в основе технологии гибридных твердотельных накопителей.

SSHD могут работать в двух основных режимах:

Автоматический (self-optimized) режим
В этом режиме SSHD работает независимо от операционной системы и принимает все решения, относящиеся к распределению данных, самостоятельно.
Хост-Оптимизированный (host-hinted режим) режим
В этом режиме работы, SSHD включает расширенный набор команд SATA «Hybrid Information», включённый в версию 3.2 Serial ATA International Organization (SATA-IO). Используя эти SATA команды, решения о том, какие элементы данных размещаются в NAND флэш-памяти, принимаются операционной системой и драйвером устройства с учётом структуры файловой системы[11].

Поддержка в операционных системах[править | править код]

Некоторые специфичные особенности SSHD-накопителей, такие как host-hinted режим, требуют программной поддержки в операционной системе. Microsoft добавила поддержку host-hinted операции в ОС Windows 8.1[12], в то время как патчи для ядра Linux доступны с октября 2014, ожидается их включения в основную ветвь ядра Linux[13][14].

Тесты производительности[править | править код]

В конце 2011 года и начале 2012 года тесты на скорость показали, что гибридные твердотельные накопители объёмом в 750 ГБ HDD и 8 ГБ кэш-памяти медленнее SSD при произвольном чтении/записи и последовательном чтении/записи, но быстрее, чем жёсткие диски, при запуске приложений и выключении[15][16].

По производительности, гибридные накопители находятся в позиции между жёсткими и твёрдотельными дисками[2]. Тестирование скорости гибридного накопителя в сравнении с HDD и SSD[5]:

HDD: Seagate Momentus (ST9750420AS) SSHD: Seagate Momentus XT (ST750LX003) SSD: Plextor PX-256M2S
PCMark 7 (жёсткий диск) 1733 балла 3575 баллов 5059 баллов
Максимальная/минимальная/средняя скорость последовательного чтения 119,7/60,7/96,7 Мб/с 112,7/55,5/89,8 Мб/с 349,4/325,6/337,2 Мб/с
Максимальная/минимальная/средняя скорость последовательной записи 118,6/60,2/94,2 Мб/с 114,8/47,9/86,9 Мб/с 276,6/122,3/266,8 Мб/с
Пропускная способность интерфейса: чтение/запись 142,8/142,8 Мб/с 181,3/332,2 Мб/с 348,0/342,0 Мб/с
Время доступа: чтение/запись 15,4/15,4 мс 0,2/1,1 мс 0,3/0,3 мс
Запись файла на диск (2 Гб) 11 с 12 с 4 с
Чтение файла с диска (2 Гб) 26 с 14 с 5 с
Копирование файла из папки в папку (2 Гб) 22 с 24 с 7 с

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Dong Ngo. WD Black SSHD (1TB) Preview - CNET. CNET. CBS Interactive (9 January 2013). Дата обращения: 22 мая 2015.
  2. 1 2 3 4 Поколение гибридных дисков // Chip : журнал. — 2011. — 20 января (№ 2 (143)). — С. 74—75. — ISSN 1609-4212.
  3. Perenson, Melissa Tested: New Hybrid Hard Drives from Samsung and Seagate (англ.). PCWorld (8 октября 2007). Дата обращения: 31 мая 2021.
  4. Гибридные твердотельные накопители: естественная эволюция систем хранения данных. Seagate Technology LLC. Дата обращения: 2 сентября 2017. Архивировано 2 сентября 2017 года.
  5. 1 2 3 Михаил Дьяков. Не вполне твёрдотельный // Computer Bild : журнал. — 2012. — 9 апреля (№ 7 (159)). — С. 42—43. — ISSN 2308-815X.
  6. Seagate Momentus XT (англ.). Seagate Technology (сентябрь 2010). Дата обращения: 31 мая 2021.
  7. Petros Koutoupis. Advanced Hard Drive Caching Techniques. linuxjournal.com (25 ноября 2013). Дата обращения: 2 декабря 2013.
  8. Технология Intel® Smart Response. Intel. Дата обращения: 31 мая 2021.
  9. Peter Paul. WD Black2 Dual Drive 120GBSSD + 1TB HDD Gets Discounted, $60 Off Its Price. The Best Laptops. Дата обращения: 22 мая 2015.
  10. How to Choose Between SSD, SSHD and HDD Storage for Your Laptop. seagate.com. Дата обращения: 22 мая 2015.
  11. SATA-IO FAQ: What else is new in SATA specification v3.2?. SATA-IO. Дата обращения: 3 октября 2013.
  12. Andy Herron. Advancements in Storage and File Systems in Windows 8.1 (PDF). SNIA. Дата обращения: 11 января 2014. Архивировано 10 января 2014 года.
  13. Michael Larabel. Linux Kernel Finally Being Optimized For SSHDs. Phoronix (29 октября 2014). Дата обращения: 26 февраля 2015.
  14. Jason B. Akers. Enable use of Solid State Hybrid Drives. LWN.net (29 октября 2014). Дата обращения: 26 февраля 2015.
  15. Patrick Schmid and Achim Roos. Momentus XT 750 GB Review: A Second-Gen Hybrid Hard Drive (8 февраля 2012). Дата обращения: 7 ноября 2013.
  16. Anand Lal Shimpi. Seagate 2nd Generation Momentus XT (750 GB) Hybrid HDD Review (with 8 GB NAND cache) (13 декабря 2011). Дата обращения: 7 ноября 2013.