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.
mSATA SSD

Твердотéльный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространенный вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создается на базе DRAM-памяти, снабженной дополнительным источником питания — аккумулятором[1].

В настоящее время твердотельные накопители используются не только в компактных устройствах — ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах, планшетах, но могут быть использованы и в стационарных компьютерах для повышения производительности.

По сравнению с традиционными жёсткими дисками (HDD), твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, но в несколько раз (6—7) большую стоимость за гигабайт и значительно меньшую износостойкость (ресурс записи).

Небольшие твердотельные накопители могут встраиваться в один корпус с магнитными жёсткими дисками, образуя гибридные жёсткие диски (англ.)русск. (SSHD, Solid-state hybrid drive)[2][3][4]. Флеш-память в них может использоваться либо в качестве буфера (кэша) небольшого объёма (4—8 ГБ), либо, реже, быть доступной как отдельный накопитель (Dual-drive hybrid systems). Подобное объединение позволяет воспользоваться частью преимуществ флеш-памяти (быстрый случайный доступ) при сохранении небольшой стоимости хранения больших объёмов данных.

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.[5]
  • 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.

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.

В 2013 году на рынке были представлены SSD-накопители с объёмами 64, 80, 120, 256, 512 гигабайт, отдельные модели имеют ёмкость 0.7, 0.8, 1, 1.6 терабайт. Основными интерфейсами подключения стали SATA III (до 600 МБ/с), набирали популярность интерфейсы на базе PCI Express (до 0.5, 1 или 2 ГБ/с для PCIe Gen.2, 1-4 ГБ/с для PCIe Gen.3). Компактные накопители для ноутбуков начали переход от mSATA на NGFF (M.2). За 2012 год поставки SSD составили около 34 миллионов устройств, основные рынки: потребительский, серверный, индустриальные применения. Цены на 128 ГБ SSD в 2013 году находились в пределах 70—85 долларов США[6].

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.

Преимущества[править | править вики-текст]

  • Отсутствие движущихся частей, отсюда:
    • Полное отсутствие шума ( 0 дБ);
    • Высокая механическая стойкость (кратковременно выдерживают порядка 1500 g);
  • Стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации; более того, блоки, идущие подряд с точки зрения операционной системы, из-за выравнивания износа (wear leveling) будут расположены в случайном порядке.
  • Скорость чтения/записи выше, чем у распространенных жёстких дисков, и близка к пропускной способности интерфейсов (SAS/SATA II 300 МБайт/с, SAS/SATA III 600 МБайт/с). Для твердотельных накопителей были разработаны более быстрые интерфейсы: mSATA, NGFF (M.2), SATA Express, NVM Express (стандарт на подключение SSD по шинам PCI Express)
  • Количество случайных операций ввода-вывода в секунду (IOPS) у SSD на несколько порядков выше, чем у жёстких дисков.
  • Низкое энергопотребление
  • Широкий диапазон рабочих температур;
  • Намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;
  • Малые габариты и вес.

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 3000—10000 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] При выработке ресурса накопитель перейдет в режим «только для чтения», что позволит скопировать данные[10][11]. Данный недостаток отсутствует у RAM SSD, а также у нескольких перспективных технологий, которые к концу 2010-х могут заменить флеш-память, например, FRAM, где ресурс может составлять десятки лет в режиме непрерывной перезаписи.
  • Цена гигабайта SSD-накопителей в несколько раз (6—7 для наиболее дешевой флеш-памяти) выше цены гигабайта HDD (по состоянию на октябрь 2014 — 35 центов за гигабайт). 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 может сильно осложнить или сделать невозможным восстановление удалённой информации recovery-утилитами.
  • 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 потерей информации. Напротив, в жёстких дисках чаще сгорает только плата контроллера, что делает возможным восстановление информации с приемлемой трудоёмкостью.

Поддержка в различных ОС[править | править вики-текст]

Microsoft Windows и твердотельные накопители[править | править вики-текст]

В ОС Windows 7 была 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 ресурс.

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.[12]

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.[13] По данным J.P. Morgan, с момента представления было продано 420 000 компьютеров этой серии полностью на твердотельной Флеш-NAND памяти.[14]

11 июня 2012 года на основе флеш-памяти был представлен обновленный модельный ряд профессиональных ноутбуков MacBook Pro с дисплеем Retina, в котором опционально можно было установить 768 Гб флеш-памяти.[источник не указан 183 дня]

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 на базе флеш-памяти — ограниченное число циклов перезаписи — при развитии технологий изготовления энергонезависимой памяти, возможно, будет устранён путём изготовления носителя информации по другим физическим принципам, например, FeRam, ReRAM (resistive random-access memory) и др.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. «Solid State Storage 101: An introduction to Solid State Storage». SNIA. January 2009.  (англ.)
  2. WD shows off its first hybrid drive, the WD Black SSHD. Cnet. Проверено 26 марта 2013.
  3. Patrick Schmid and Achim Roos. Momentus XT 750 GB Review: A Second-Gen Hybrid Hard Drive (8 февраля 2012). Проверено 7 ноября 2013.
  4. Anand Lal Shimpi. Seagate 2nd Generation Momentus XT (750GB) Hybrid HDD Review (13 декабря 2011). Проверено 7 ноября 2013.
  5. Cray-1 and Cray X-MP computer systems solid-state storage device (SSD) reference manual HR-0031 1982
  6. NAND Flash related application market - SSD storage product (англ.). 2013 NAND Flash market annual report. Industry analysis report. ChinaFlashMarket.com (10 January 2014). Проверено 9 января 2015.
  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, 2011-10-13
  10. What Happens when SSDs Fail? | The SSD Guy
  11. http://www.anandtech.com/show/4902/intel-ssd-710-200gb-review/2 «After you’ve exceeded all available p/e cycles on standard MLC, JEDEC requires that the NAND retain your data in a power-off state for a minimum of 12 months. For MLC-HET, the minimum is reduced to 3 months. In the consumer space you need that time to presumably transfer your data over.»
  12. Mac OS X Lion has TRIM support for SSDs, HiDPI resolutions for improved pixel density? (англ.)
  13. Apple (Россия) — MacBook Air — Сравнение 11-дюймового и 13-дюймового MacBook Air.
  14. J.P. Morgan sees the MacBook Air as a $3 billion business — Apple 2.0 — Fortune Tech. (англ.)
  15. ssd — How to enable TRIM? — Ask Ubuntu. (англ.)

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]