Реклама

Твердотельный накопитель

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 накопи́тель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, которое пришло на смену HDD. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространённый вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создаётся на базе DRAM-памяти, снабжённой 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 и большую скорость, 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. 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 (англ. dual-drive hybrid systems). Подобное объединение позволяет воспользоваться частью преимуществ флеш-памяти (быстрый произвольный доступ) при сохранении небольшой стоимости хранения больших объёмов данных.

История развития

В настоящее время наиболее заметными компаниями, которые интенсивно развивают направление SSD-накопителей в своей деятельности, можно назвать Samsung Electronics, SanDisk, Lite-on, Kingston, Intel,[6] Toshiba, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial и ADATA.

В начале 2010-х годов 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 терабайта или более. 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[7].

Архитектура и функционирование

NAND SSD

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

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD), появились относительно недавно, во второй половине 90-х годов прошлого века, но начали уверенное завоевание рынка в связи с прогрессом в микроэлектронике и улучшением основных характеристик, в том числе стоимости за гигабайт. До середины 2000-х годов уступали традиционным накопителям — жёстким дискам — в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью доступа к произвольным блокам информации (скорость поиска, скорость начального позиционирования). С 2012 года уже выпускаются твердотельные накопители со скоростью чтения и записи, во много раз превосходящими возможности жёстких дисков[8]. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

RAM SSD

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 за единицу объёма. 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. Примерами таких накопителей являются I-RAM и ACARD ANS-9010 / 9010BA.

Пользователи, обладающие достаточным объёмом оперативной памяти, могут организовывать имитацию подобных устройств за счёт технологии диск в ОЗУ (RAM drive), например, для оценки быстродействия виртуальных машин.

Другие

В 2015 году компании Intel и Micron заявили о выходе новой энергонезависимой памяти 3D XPoint[9]. Intel планировала выпустить SSD-накопители на основе 3D XPoint с использованием интерфейса PCI Express в 2016 году, которые были бы быстрее и выносливее, чем накопители на основе NAND. В марте 2017 года Intel выпустила первый SSD-накопитель с использованием технологии 3D XPoint — Intel Optane P4800X.

Преимущества

Недостатки

Поддержка в различных ОС

Microsoft Windows и твердотельные накопители

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 отключёнными, 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

Операционная система Mac OS X, начиная с версии 10.7 (Lion), полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти.[28]

С 2010 года компания Apple представила компьютеры линейки Air, полностью комплектуемые только твердотельной памятью на основе флеш-NAND памяти. До 2010 года 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 128 ГБ до 512 ГБ.[29] По данным J. P. Morgan, с момента представления до июня 2011 года было продано 420 тысяч компьютеров этой серии полностью на твердотельной флеш-NAND памяти[30].

11 июня 2012 года на основе флеш-памяти был представлен обновлённый модельный ряд профессиональных ноутбуков MacBook Pro с дисплеем Retina, в котором опционально можно было установить 768 ГБ флеш-памяти.[источник не указан 1445 дней]

GNU/Linux и компьютеры данной платформы с твердотельными накопителями

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[31].

Перспективы развития

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

Примечания

  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. http://www.anandtech.com/show/10348/q1-2016-market-trends-ssds Market Shared of Leading SSD Manufacturers 2015—2016
  7. 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.
  8. Стоит ли переходить с жёсткого диска на SSD?. thg.ru. Проверено 13 декабря 2012. Архивировано 16 декабря 2012 года.
  9. IDF 2015: Intel анонсировала продукты на базе 3D XPoint (рус.), 3DNews - Daily Digital Digest. Проверено 21 марта 2017.
  10. MLC vs. SLC NAND Flash in Embedded Systems
  11. Нелёгкий выбор: HDD или SSD // Дай драйвер, 2011-10-13
  12. What Happens when SSDs Fail? | The SSD Guy
  13. 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.»
  14. Investigation: Is Your SSD More Reliable Than A Hard Drive?
  15. https://www.pcmag.com/article2/0,2817,2404258,00.asp «Price: SSDs are more expensive than hard drives in terms of dollar per gigabyte. „
  16. Consumer SSDs and hard drive prices are nearing parity / ComputerWorld, Dec 1, 2015 «The per-gigabyte pricing of hard disk drives and SSDs.»
  17. Notebook hard drives are dead: How SSDs will dominate mobile PC storage by 2018 / PCWorld, Dec 3, 2015 [1] «Right now, SSDs aren’t anywhere close to the same price as a hard drive: On a dollars-per-gigabyte basis, SSDs are six times the price of a comparable hard drive, according to Taiwan’s TrendForce.»
  18. Market Views: HDD Shipments Down 20% in Q1 2016, Hit Multi-Year Low / AnandTech, May 12, 2016 «Average Selling Prices of Hard Disk Drives in $USD .. average HDD from either Seagate of Western Digital costs approximately $60.»
  19. SSD Pricing Vs. HDD Costs, 2015-10-28 "systems such as PCs and embedded systems ..can use a cheaper SSD"
  20. http://www.pcworld.com/article/2038511/the-care-and-feeding-of-ssds-what-makes-these-speedy-drives-hum.html «Buy the highest capacity you can afford. You’ll get better performance, although the benefit declines rapidly beyond 256GB.»
  21. https://www.usenix.org/system/files/conference/fast16/fast16-papers-hao.pdf "«For example, SSD garbage collection, a well-known culprit, can increase latency by a factor of 100 .. The notion of „fast“ and „slow“ pages exists within an SSD; programming a slow page can be 5-8x slower compared to .. fast page»
  22. Alastair Nisbet; Scott Lawrence, Matthew Ruf. A Forensic Analysis And Comparison Of Solid State Drive Data Retention With Trim Enabled File Systems (англ.). Australian Digital Forensics Conference (2013). Проверено 8 ноября 2016.
  23. A Peek Into SSD Reliability — Investigation: Is Your SSD More Reliable Than A Hard Drive?
  24. http://www.pcworld.com/article/2038511/the-care-and-feeding-of-ssds-what-makes-these-speedy-drives-hum.html "solid-state storage in general, have a disturbing tendency toward binary functionality. An SSD failure typically goes like this: One minute it’s working, the next second it’s bricked. "
  25. http://www.pcworld.com/article/2038511/the-care-and-feeding-of-ssds-what-makes-these-speedy-drives-hum.html «Whether the failure lies with the controller or the NAND itself, the company has a good, though not perfect, success rate.»
  26. Extreme SSD Error Correction | The SSD Guy
  27. How Controllers Maximize SSD Life — Improved ECC | The SSD Guy
  28. Mac OS X Lion has TRIM support for SSDs, HiDPI resolutions for improved pixel density? (англ.)
  29. Apple (Россия) — MacBook Air — Сравнение 11-дюймового и 13-дюймового MacBook Air.
  30. J.P. Morgan sees the MacBook Air as a $3 billion business — Apple 2.0 — Fortune Tech. (англ.)
  31. ssd — How to enable TRIM? — Ask Ubuntu. (англ.)

Литература

Ссылки


Реклама