Недоверие к SSD необходимо оставить в прошлом

Полезные статистические данные

Общие сведения о SSD

Ключевые технологии в SSD

Как использовать SSD?

Заключение

Недоверие к SSD необходимо оставить в прошлом

Сотрудники Компьютерного Супермаркета НИКС не раз сталкивались с недоверием покупателей к надежности и долговечности твердотельных накопителей (SSD). Это недоверие отчасти понятно, ведь в процессе быстрого эволюционного развития SSD не раз «всплывали» некоторые недоработки, которые, в конечном счете, сказывались и на скорости работы накопителя и на времени его жизни.

Здесь следует отметить также, что технологии того времени часто просто-напросто не позволяли создать столь же быстрые, емкие и надежные твердотельники, коими сегодня может побаловать себя любой покупатель.

   Другим сдерживающим фактором, разумеется, была несоразмерно высокая цена на малоемкие, лишь слегка более скоростные (сравнивали их, естественно, с HDD) накопители с недоказанной временем надежностью. Кстати, считается, что именно высокая цена стала основной причиной недоверия к новому типу накопителей, ведь если человек не может себе позволить что-то новое, то он пытается доказать себе и всему окружению, что ему это не нужно. Отсюда рождаются всевозможные небылицы про то, что SSD совершенно не надежны, что скоро эти накопители канут в небытие, что SSD вредны для здоровья и так далее и тому подобное. При этом, зачастую, данные были абсолютно необоснованны, поскольку невозможно обосновать несостоятельность SSD, если нет возможности им воспользоваться.
Благо в самом начале, до того как SSD вышли на потребительские рынки, их довольно успешно использовали в серверном оборудовании промышленных масштабов, где они применяются и по сей день.

   Проблема в том, что именно первое впечатление об SSD и отпечаталось в памяти большинства интересующихся компьютерными новинками, и доказать им, что современный SSD гораздо более высокотехнологичны и надежны, чем первые экземпляры этого типа накопителей, реально сложно. Но мы все же попытаемся это сделать. Мы покажем, насколько доступными стали твердотельные накопители, насколько увеличились их надежность и быстродействие. Также мы постараемся объяснить за счет чего производители SSD смогли достигнуть таких впечатляющих результатов.

Полезные статистические данные

   Для начала давайте ознакомимся с некоторыми статистическими данными, подготовленными департаментом маркетинговых исследований Компьютерного Супермаркета НИКС.

Первый график демонстрирует стабильное снижение цены на SSD-накопители, начиная с 2009 года и заканчивая сегодняшним днем. Естественно, использовался общепринятый показатель - цена за гигабайт. В каждом году было найдено по три максимально дешевых SSD разной емкости и вычислена цена за каждый гигабайт объема этих накопителей. Вот что получилось:



   Из графика становится понятно, что практически всегда, кроме, пожалуй, 2009 года, было выгоднее покупать более емкий SSD. Но если в далеком 2009 году вы могли купить один гигабайт самого медленного (особенно по сегодняшним меркам) накопителя, емкостью 256 ГБ по цене около 64 руб, то сегодня, есть возможность купить один гигабайт не самого быстрого (зато доступного) SSD той же емкости всего лишь за 22 руб. То есть, вместо 64 x 256 = 16384 рублей, за целый накопитель вы заплатите 22 x 256 = 5632 рублей, а это почти в три раза дешевле! Разумеется, если вы хотите получить максимально быстрый, современный и надежный SSD придется платить за это несколько больше. К примеру, каждый гигабайт быстрого и, безусловно, современного SSD Crucial M4 емкостью 256 ГБ обойдется вам в 30 рублей. Для сравнения, цена за гигабайт современных "быстрых" жестких дисков может достигать 42 рублей.

   Следующий график показывает на сколько выросли максимальные скорости на чтение и запись современных SSD:



   На графике отчетливо видно, что уже в 2010 году SSD практически достигли максимального значения пропускной способности интерфейса SATA 3 Gb/s (в простонародье SATA II), а уже в 2011 году очень вовремя появился новый интерфейс с вдвое большей пропускной способностью, которым тут же воспользовались производители SSD. Современные SSD, за счет использования более совершенных, чем год назад контроллеров, подбираются к порогу пропускной способности SATA 6 Gb/s.

   Ну и, напоследок, в качестве окончательного подтверждения эволюционного развития твердотельных накопителей, был подсчитан рост максимальной емкости SSD с интерфейсом SATA:



Видите? В 2008 году даже при сильном желании и возможности, пользователи не могли найти SATA SSD емкостью более 120 ГБ. Зато сегодня можно купить маленький 2.5" SSD, вместимостью в 600 ГБ, при этом, сравнительно недорого.

Общие сведения о SSD

   Пробежимся по всем понятиям, связанным с SSD, чтобы вы смогли понять, чем друг от друга могут отличаться современные твердотельные накопители.

   Думаю, не для кого не секрет, что основным «активным» элементом в SSD является контроллер памяти, который «общается» по определенному интерфейсу (SAS/SATA/PCIe/mSATA) с контроллером компьютера. Это и есть один из главных компонентов, которым могут отличаться между собой SSD. Самыми современными, на сегодняшний день, являются контроллеры SandForce SF-2281, Marvell 88SS9174 и Indilinx Everest 2. Наличие одного из таких контроллеров в SSD означает, что скорость на чтение и запись этих накопителей однозначно превышает пропускную способность интерфейса SATA II, значит, они предназначены именно для SATA 6 Gb/s (или SAS 2.0) интерфейса.
   Например, на основе контроллера Marvell 88SS9174 созданы все современные накопители Crucial. Посмотрите, как высока производительность одного из представителей SSD Crucial M4 серии (см. график ниже). Естественно, такая высокая производительность, это заслуга не только контроллера - остальные компоненты и микропрограммное обеспечение твердотельного накопителя Crucial M4 играют далеко не последнюю роль.
   Далее, чипы памяти, которые подключены к контроллеру посредством специфического интерфейса по нескольким каналам (количество каналов подключения, опять таки, зависит от контроллера), то есть к контроллеру параллельно подключается несколько чипов памяти. Такое подключение позволяет поднять скорость чтения и записи за счёт одновременного задействования нескольких микросхем флеш-памяти. Обычно, в быстрых SSD устанавливаются 8-ми канальные контроллеры. Ярким примером такого контроллера является Marvell 88SS9174 - "сердце" твердотельных накопителей Crucial M4. Заметьте, принцип работы многоканального подключения чипов памяти к контроллеру очень похож на работу RAID контроллера с массивом из нескольких накопителей в режиме RAID0.

   Еще одним возможным отличием между твердотельными накопителями может стать тот самый специфический интерфейс подключения флэш-памяти к контроллеру, который долгое время не был стандартизирован, поэтому производители использовали различные нестандартные асинхронные интерфейсы. Стандартизация началась только в 2006 году с подачи Intel. Интерфейс был назван ONFI (Open NAND Flash interface), а первой его спецификацией стал ONFI 1.0 – скорость работы интерфейса 50 МБ/с. В 2007 году появился новый синхронный интерфейс – ONFI 2.0, скорость которого увеличилась до 133-200 МБ/с. В 2011 году появился еще более скоростной интерфейс, вобравший в себя разработки параллельного стандарта Toogle DDR – его назвали Toggle DDR 2.0/ONFi 3.0, но как показывает практика применение этого интерфейса пока что не очень целесообразно - нужны более скоростные контроллеры и новый интерфейс подключения накопителя к компьютерной системе, чтобы получить прирост производительности от новинки.

   Информацию о типе интерфейса NAND-Flash памяти найти очень трудно – но у нас она указана для каждого SSD, даже если данные взяты из неофициальных источников информации. Кстати, Crucial, один из немногих производителей, которые предоставляют официальную информацию о типе вышеуказанного интерфейса, ну и, разумеется, применяют только синхронный ONFI 2.0.

   Что касается самих чипов NAND-Flash памяти – в современных SSD используется в основном MLC (Multi Level Cell) микросхемы, способные хранить несколько бит информации в каждой ячейке. Ранее использовалась и SLC (Singl Level Cell) память, которая считалась быстрее и долговечнее. Однако такой тип памяти был слишком дорог и, по понятным причинам, не позволял наращивать объем накопителя без существенного увеличения количества микросхем в накопителе, поэтому для бытового применения, накопители на основе этого типа микросхем делать перестали.
Здесь же следует отметить тот факт, что упомянутые SSD Crucial M4 комплектуются только самыми современными чипами от Micron, известнейшего производителя NAND памяти. И это не с проста - Crucial является частью Micron, поэтому всегда получает самое "вкусное".



   Всеми внутренними операциями в SSD (это мы уже выяснили) занимается контроллер, посредством специальной прошивки – программной составляющей накопителя. Каждый производитель разрабатывает собственное микропрограммное обеспечение контроллера, оптимизирующую работу накопителя, поэтому накопители разных производителей при одних и тех же аппаратных составляющих (контроллер, память, интерфейс памяти, кэш) могут показывать разный уровень производительности. При этом не совсем честные производители могут указывать такую же высокую скорость на чтение и запись, как и другого идентичного накопителя с более совершенной прошивкой.
   Дело здесь не в том, что недобросовестные производители кого-то обманывают – это не так. Существует два типа читаемых/записываемых данных – сжимаемые и несжимаемые. Так вот, несжимаемые данные считывать и записывать гораздо сложнее сжимаемых. В свою очередь оптимизировать прошивку для более быстрой передачи сжимаемых данных гораздо проще, чем улучшить процедуру передачи несжимаемых данных. Некоторые контроллеры, например Marvell 88SS9174, вообще не занимаются сжатием данных, то есть работают "по честному" с любым типом информации и несмотря на это (а может быть и благодаря этому) показывают впечатляющие результаты.
   В любом случае, большинство производителей указывают в описании своих устройств результаты тестирования из ATTO Disk Benchmark – тестового приложения, которое генерирует массив сжимаемых данных, с которым будет работать накопитель. Именно в этом случае достигается максимальная скорость чтения/записи накопителя, хотя с реальными показателями работы SSD с массивом произвольных данных, содержащим, в том числе, несжимаемые данные, они не имеют ничего общего.

   Поскольку узнать, на сколько хорошо/плохо работает микропрограммное обеспечение того или иного производителя, можно только с помощью специального тестирования, при выборе аппаратно идентичных SSD мы рекомендуем вам ознакомиться нашими сводными таблицами результатов тестирования в различных приложениях или хотя бы с рейтингом, составленным с учетом результатов тестирования, того или иного SSD. То же самое мы рекомендуем делать всем, кто по каким-либо причинам не хочет изучать всех тонкостей устройства современных SDD, а просто хочет выбрать реально быстрый SSD.

Ключевые технологии в SSD

   В современных SSD применяется целая «куча» всевозможных технологий и это неспроста. Подумайте сами – для того, чтобы SSD работал быстро весь срок его эксплуатации, нужны не только соответствующие контроллер, NAND flash память и интерфейс подключения к компьютерной системе. Нужно, чтобы были правильно оптимизированы процессы чтения, записи, хранения и перезаписи данных. От эффективности этих процессов зависит также срок жизни накопителя. Давайте выясним какую именно функцию выполняют ключевые технологии, используемые в современных SSD.

   В большинстве случаев все технологии пользуются мощностями контроллера и оптимизируются с помощью модификации микропрограммного обеспечения твердотельного накопителя. Но существуют исключения, отсутствие которых может привести к непоправимым последствиям - речь, конечно же, о TRIM. TRIM, это команда, позволяющая операционной системе сообщать SSD-накопителю, какие блоки данных более не используются, например, заняты уже удалёнными файлами. TRIM пока что является самой необходимой технологией, без которой практически полностью аннигилируется полезность остальных технологий по продлению срока жизни и сохранению скоростных показателей SSD. Подробнее об ограничениях, связанных с этой командой, вы сможете прочитать в нашем FAQ.

   Технология Garbage collection (GC) . Несмотря на название (дословный перевод сбор мусора) отвечает за процесс сохранения используемых данных во время удаления ненужных. Все дело в том, что данные записываются на SSD определенными «порциями», назовем их юнитами, а удалить с накопителя можно только определенный блок данных, содержащий несколько юнитов. Таким образом, в процессе работы накопителя, блоки данных могут содержать в себе одновременно помеченные на удаление юниты и все еще используемые юниты данных. Это значит, что полностью очистить такой блок данных накопитель не может. Как раз в этом месте приходит на помощь Garbage Collection, которая в отсутствии команды TRIM занимается логистикой – собирает и перетаскивает разбросанные данные. Если бы не было TRIM, то GC продолжала бы перетаскивать и уже удаленные системой данные, а это, по меньшей мере, не логично.

   Отметим, что GC это внутренний процесс в SSD и исполняется он непосредственно контроллером. С одной стороны это хорошо, но с другой стороны, производительность накопителя может снижаться, когда процесс GC запущен, ведь контроллеру приходится одновременно «разгребать» очередь на чтение/запись и «наводить порядок» внутри себя.
   Именно поэтому следующим эволюционным шагом технологии стал Backgroung GC, то есть работа в фоновом режиме, когда накопитель практически ничем не занят. В итоге мы получаем абсолютно не занятый посторонними делами контроллер во время активного чтения/записи и эффективную очистку и порядок во время простоя накопителя.
   Ярким примером контроллера, который получил BGC является Marvell 88SS9174, используемый во всех современных твердотельных накопителях Crucial.
Контроллерам Marvell приписывают также возможность использования еще более совершенной технологии - File-system aware Garbage Collection. Эта технология позволила бы накопителям стать полностью независимыми от TRIM – информация об удалении некой информации отслеживалась бы самим контроллером SSD на уровне файловой системы. Пока эти данные официально не подтверждены, но, возможно, в скором времени Crucial (или сам Marvell) объявит о поддержке данной технологии, что, скорее всего, будет сопровождаться выпуском новой прошивки.

   Итак, как работает GC более-менее понятно, но для чего это нужно? Все просто – если не перераспределять данные в правильном порядке со временем снизится скорость чтения/записи. Если заранее не избавляться от данных, помеченных на удаление, то при следующей записи, контроллеру придется сначала освободить указанное место и только после этого загрузить искомые данные, а это, как вы понимаете, лишнее время или, проще говоря, серьезное снижение скорости.

   Какая же технология позволяет продлить срок жизни накопителя? Известно, что самым уязвимыми в этом плане компонентами SSD являются чипы памяти, каждая ячейка которых способна выдержать строго определенное количество циклов записи/перезаписи. Конечно, современная NAND flash память обладает большей надежностью, но все равно нельзя допускать, чтобы данные все время записывались и перезаписывались в определенные ячейки, а остальные оставались нетронутыми.
За этим следит технология Wear leveling. В идеале, эта технология должна распределять нагрузку на всю возможную память, чтобы максимально продлить срок жизни накопителя, но это очень сложный процесс. Wear leveling, разумеется, тесно взаимодействует с технологией GC, которая только и делает, что постоянно стирает и записывает. По сути дела, посредством Wear leveling, контроллер выбирает место, куда в каждый конкретный момент нужно записать данные во избежание преждевременного износа определенных ячеек памяти, а также дает аналогичные инструкции GC.
   Дело осложняется тем, что существуют, так называемые, динамические и статические данные – одни постоянно перезаписываются (к примеру, кэш браузера), а другие лежат на одном месте (фильм, который вы собираетесь посмотреть через пол годика). Современные контроллеры уже оснащены усовершенствованной технологией Wear leveling, которая способна отслеживать такие данные и давать указания GC о периодическом переносе таких данных с места на место – что позволяет вновь использовать «залежавшиеся» ячейки памяти.

   Теперь вы понимаете насколько сложные и переплетающиеся манипуляции происходят внутри SSD, хотя снаружи абсолютно ничего не слышно (камень в сторону жестких дисков).

Как использовать SSD?

   Изначально, SSD использовали в качестве накопителя под систему и ключевое программное обеспечение – это позволяло добиться максимального прироста производительности и укоряло загрузку и работы в самых необходимых приложениях. Остальной контент хранился на отдельных жестких дисках или массивах в целях экономии.

   Со временем, с целью повышения производительности всего дискового массива были разработаны технологии совместного использования SSD и HDD, где твердотельный накопитель выступал в качестве кэш памяти. Такой принцип позволял получить высокие скорости на чтение (в основном, часто используемых данных) и его создание не требовало достаточно больших денежных вливаний.

   Сегодня, емкости SSD позволяют полностью заменить механические жесткие диски высокотехнологичными твердотельными накопителями, однако, для тех, кому нужны десятки терабайт для хранения необходимой информации или тех, кто просто хочет сэкономить по прежнему существуют решения для ускорения HDD c помощью SSD. К примеру, компания Crucial вывела на рынок свое решение под названием Adrenaline, которое включает в себя, собственно, SSD и проверенное программное обеспечение Dataplex. Работает это также как и большинство подобных решений - специальное программное обеспечение отслеживает наиболее часто используемые пользователем и системой данные и переносит их на SSD, при последующих обращениях эти данные будут доступны практически мгновенно. Основным плюсом Crucial Adrenaline, по мнению автора, является внушительная скорость твердотельного накопителя, который будет являться кэшем. Другие производители практически никогда не предоставляли пользователям использовать в качестве кэша действительно быстрый SSD и это, почему-то, стало традицией.



   Если вы думаете, что сказанное выше нельзя подтвердить, то вы ошибаетесь. Наш департамент независимого тестирования оборудования с самого начала разработал уникальную методику тестирования твердотельных накопителей, не зависящую от предназначения, интерфейса и других особенностей SSD. И они, разумеется, решили сравнить производительность накопителей, позиционируемых производителем как кэш для ускорения дискового массива.

   В настоящее время на рынке представлены три идентичных по назначению и принципу работы решения, поэтому на графике ниже сравнению подвергнуты скоростные показатели именно этих решений. Для простоты восприятия, мы представили результаты собственного рейтинга производительности SSD, а не результаты отдельных тестовых приложений:

   Использование SSD в ноутбуках имеет ряд ограничений, связанных с особенностями конструкции данного класса устройств. Понятно, что место под несколько накопителей в ноутбуках бывает редко, поэтому применение технологий совместного использования HDD и SSD, в большинстве случаев затруднено. Некоторые производители ноутбуков, конечно, находят выход и иногда создают ноутбуки с гибридной подсистемой хранения данных, но апгрейдить такую систему доволно сложно, но, что называется, можно. К примеру, SSD Crucial M4 серии выпускаются, в том числе, в форм-факторе mSATA. Если в ноутбуке есть соответствующий разъем, то такой SSD легко можно будет использовать в качестве второго накопителя или кэша для HDD. Также, mSATA SSD можно использовать в совместимых материнских платах для организации гибридного массива, посредством технологии Intel Smart Response.

С другой стороны, всегда можно заменить установленный в ноутбуке HDD на новенький быстрый SSD и, конечно, многие уже воспользовались этой возможностью и счастливы безмерно.
Кстати, в устаревшие модели ноутбуков, также как и в старые модели настольных компьютеров, резонно устанавливать SSD с интерфейсом SATA II, поскольку новый интерфейс SATA 6Gb/s они все равно не поддерживают, значит, самые быстрые SSD с новым интерфейсом не смогут реализовать весь свой скоростной потенциал. Зато сравнительно недорогие SSD с интерфейсом SATA II, такие как Crucial V4, все равно обеспечат существенный прирост производительности по скоростям на запись и чтение (в пределах пропускной способности второй версии SATA), и, главное, вам не нужно будет переплачивать за ту скорость, которую вы все равно не получили бы!

   Вы знаете, что именно владельцы ноутбуков получают от SSD максимальную выгоду. Подумайте сами: SSD оказывается гораздо быстрее медленных 2.5" HDD для ноутбуков, в нем нет подвижных частей (шпиндель, пластины и головки), а ведь самым уязвимым местом переносных ноутбуков был именно HDD. Кроме того, SSD несколько легче даже небольшого жесткого диска и это плюс, ведь вес ноутбука - одна из его ключевых характеристик.

   К выбору SSD для ноутбука нужно подходить с умом - необходимо выбрать не только быстрый, легкий и надежный твердотельник, но и учесть его энергопотребление, ведь если накопитель потребляет меньше энергии, ноутбук сможет проработать дольше от одного заряда аккумулятора. К примеру, быстрые SSD Crucial M4 в среднем потребляют меньше 85 мВт в режиме простоя и всего лишь 160 мВт в режиме активного чтения/записи. Для сравнения, решения конкурентов аналогичной конфигурации могут потреблять больше 1 Вт в режиме простоя и до нескольких Ватт в активном режиме. Напомним, энергопотребление SSD зависит от многих факторов, но очевидно одно - чем более совершенные чипы памяти и контроллер используются, тем ниже энергопотребление накопителя.

Заключение

Смогли ли мы доказать, что за SSD будущее, решать нашему уважаемому читателю. К сожалению, в данной статье мы лишь вскользь упомянули основные преимущества SSD над HDD, но мы исправимся - эти плюсы являются настолько весомыми, особенно после избавления от минусов, что было бы просто кощунством их не перечислить. Мы уверены, что прочтение всего вышесказанного, а также "закрепление материала" прочтением списка преимуществ твердотельных накопителей поможет Вам сделать правильный выбор - выбор в пользу покупки современного SSD Crucial в надежном Компьютерном Супермаркете НИКС. Итак....

Преимущества SSD над HDD.

• Более быстрый запуск от включения до перехода в рабочее состояние, поскольку не требуется раскрутка шпинделя.
• Очень быстрый случайный доступ к данным (особенно для чтения), из-за отсутствия необходимости перемещать блок головок, и, вследствие этого, более быстрые загрузка системы и запуск приложений, поскольку лимитирующим фактором времени выполнения этих операций, как правило, является время поиска данных на диске.
• Отсутствие шума, хотя большие промышленные SSD могут иметь внутренние вентиляторы для охлаждения.
• Более низкое энегопотребление (и следовательно, тепловыделение) для SSD небольших объёмов, твердотельные накопители большой ёмкости таким преимуществом перед жёсткими дисками не обладают.
• Высокая механическая надёжность - отсутствие движущихся частей полностью устраняет вероятность отказа по причине поломки механики.
• Лучшая способность переносить экстремальные внешние условия - перегрузки, вибрации, перепады давления и температуры, что, помимо специальных областей применения, очень хорошо для применения в ноутбуках и прочей мобильной электронике.
• Относительно предсказуемая производительность - в отличие от жёстких дисков, производительность SSD практически постоянна и одинакова по всему объёму хранения данных. Подобное объясняется постоянным временем доступа поиска и ничтожным влиянием фрагментации на производительность.
• Относительно низкий вес и размеры для SSD низкой ёмкости - несмотря на то, что удельная ёмкость на единицу веса и объёма лучше у "традиционных" HDD, для накопителей объёмом менее 256Гб преимущество в весе и габаритах остаётся за SSD.