Твердотельный накопитель SSD: для компьютера

Благодаря новейшим технологиям механические магнитные носители информации сдают свои позиции и заменяются электронными. Наряду с одинаковым назначением, устройство твердотельных накопителей SSD принципиально отличается от жестких дисков HDD. Благодаря высокой производительности, малым габаритам и энергопотреблению они затребованы в компьютерах и ноутбуках.

Магнитные носители данных в течение длительного промежутка времени применяются в вычислительных средствах и по сей день не утратили свою актуальность. С 50-х годов прошедшего столетия емкость таких представителей, в частности, жесткого диска HDD, увеличилась в 200000 раз. За этот же период скорость преобразования информации процессором возросла в не меньшей степени. Однако ее существенное превышение над медленной скоростью доступа к данным, содержащимся на носителе, создало тупиковую ситуацию.

Так, например, использование оптоволоконных линий позволило повысить скорость обмена информацией до 1000 Мбит/с. Поэтому, не исключено, что медленнодействующие накопители данных компьютера могут быть причиной тупиковой ситуации при согласовании его с современными беспроводными роутерами.

Твердотельный накопитель SSD для компьютера в состоянии сгладить обострившуюся проблему, потому что он позволяет работать с информацией на повышенной скорости, нежели магнитный носитель. По своему предназначению твердотельные носители информации ничем не отличаются от HDD поэтому, несмотря на громадную пропасть между ними, твердотельные накопители по укоренившейся традиции нередко также называют жесткими дисками.

Сегодня благодаря высоким скоростным свойствам этих накопителей, они наилучшим образом зарекомендовали себя в работе операционных систем (ОС), программ и игр, а HDD идеально выполняют роль хранилища больших последовательностей данных. Эти две спецтехнологии не относятся к конкурирующим, они гармонично развиваются и пополняют одна другую, устраняя обоюдные недочеты.

Содержание

УСТРОЙСТВО ТВЕРДОТЕЛЬНОГО НАКОПИТЕЛЯ

Начальная попытка создания запоминающего устройства, как альтернативы HDD, предпринята в 1985 году. Но тогда высокая стоимость и слабая элементная база не позволили этой технологии закрепиться, а также в подобных устройствах не испытывалась острая необходимость, так как периферийные составляющие персональных компьютеров (ПК) работали на медленных скоростях. Ситуация кардинально изменилась в начале 2010 годах с прогрессом технологий и возрастанием скорости работы интерфейсов и оконечного оборудования.

Устройство внутреннего твердотельного накопителя для ПК исключает наличие механических составляющих, вследствие чего он обладает высокой производительностью. Основу SSD (solid-state dive) составляет флэш-память вида NAND, то есть энергонезависимая. В разрез со съемным USB-носителя, твердотельный накопитель содержит намного больший размер памяти, но принцип работы остается таким же.

Разница между твердотельным накопителем для компьютера или ноутбука фактически отсутствует. По внешнему виду он имеет похожий на HDD корпус либо имеет конструкцию в виде платы для установки в специальный разъем M.2 или PSI Express ПК. Согласующим звеном между элементами памяти и системой является контроллер, который включает процессор, отвечающий за быстродействие носителя.

В некоторых разновидностях присутствует буфер или кэш, использующий DRAM-память для хранения небольшого объема информации. Так, например, в линейке Samsung 960 EVO емкостью 250 и 500 Гб размер SLC буфера составляет 13 и 22 Гб соответственно, а «терабайтник» имеет уже 42 Гб.

Главное отличие видов памяти в быстродействии, сроке службы и стоимости. Наиболее производительная и быстродействующая с длительным сроком службы считается SLC (до 100 тысяч циклов), но она занимает большой объем и самая дорогая. Отсюда очевидно, что срок службы флэш-памяти зависит от операций перезаписи информации, число которых в памяти eMLC колеблется от 20 до 30 тысяч. Она заимствовала часть преимуществ от SLC, поэтому обладает улучшенной производительностью и приемлемой долговечностью, но значительно дешевле.

Принцип работы внутреннего твердотельного накопителя, по сравнению с традиционным, существенно отличается, особенно при записи информации. Если для записи данных в жестком диске HDD не требовалась предварительная подготовка места, то в твердотельном накопителе эта операция не может выполняться, пока освободившиеся ячейки флэш-памяти не будут очищены. Проблема состоит в том данные записываются блоками по 4 Кб, а стирание возможно только, когда их размер достигнет 512 Кб.

Решение этой задачи возлагается на контроллер по специальной команде, поступающей из операционной системы. По команде Trim ячейки памяти обнуляются, после чего в них записывается новая информация, но не мгновенно и занимает немало времени. Поэтому по мере заполнения твердотельного накопителя данными заметно снижает его производительность, так как к процедуре Trim приходится прибегать чаще.

Форм-фактор SSD

В отношении всего вычислительного оборудования такая характеристика, как форм-фактор, а попросту говоря перечень требований при его производстве (внешние размеры, отверстия для крепления, вид и расположение контактов) играет решающую роль. Форм-фактор SSD отличается немалым диапазоном, чтобы твердотельные накопители по габаритам и конфигурации не конфликтовали с имеющимся оборудованием. К форм-факторам твердотельного накопителя относятся следующие:

2.5 дюйма — спецформат, как у малогабаритных HDD, с протоколом SATA, для настольных компьютеров и лэптопов;

mSata — спецформат низкопрофильной платы, имеющий интерфейс SATA, применялся ранее в лэптопах, планшетах и малоформатном оборудовании;

M.2 — поздний спецформат низкопрофильной карты с протоколом SATA и PCI-Express, использующий соединение посредством специального гнезда M.2 на системной оснастке;

PCI-Express AIC — расширяемая плата для разъемов PCI-Express, серверов, рабочих станций и стационарных ПК;

U.2 — спецформат 2.5-дюймовых носителей с протоколом PCI-Express, подключаемый с помощью соединителя малого формата обычно в серверах.

К самыми распространенным форматам SSD относятся 2.5 дюйма и M.2, нашедшие широкое практическое применение, как в ПК, так и в лэптопах. Они способствуют согласованию новейшего накопителя с устаревшим устройством без замены основных комплектующих. Правда носители 2,5 дюйма поставляются без «салазок» для 3.5-дюймовых мест, поэтому при их размещении в стационарном ПК эту деталь приходится приобретать отдельно.

Стандарт M.2 относится к продвинутым, и его пропорции на рынке заметно возрастают. Такие внутренние твердотельные накопители для ПК способны подключаться к разъемам SATA и PCIe. Номенклатура форм-фактора SSD второго варианта довольно разнообразна. Не вдаваясь в детали, следует отметить, что среди них наиболее популярными с шириной 22 мм, но различной длиной являются:

2280 — 80 мм;
2260 — 60 мм;
2242 — 42 мм;
2230 — 30 мм.

Интерфейс SSD

Взаимодействие составных частей вычислительного устройства, как и человека с ним, осуществляется с помощью интерфейсов, то есть по определенным правилам, которые закреплены в специальных протоколах. Взаимодействие любого слота с системой в компьютере или ноутбуке определяется одним или несколькими интерфейсами. Поэтому одного физического подключения носителя к физическому разъему недостаточно, чтобы носитель начал функционировать. Интерфейс SSD оказывает непосредственное влияние на максимальную его производительность.

По величине скорости обмена информацией различают следующие интерфейсы SSD:

SATA/mSATA — до 6 Гб/с (SATA III);
M.2 SATA — до 6 Гб/с (SATA III);
M.2 NVMe — до 31.5 Гб/с (при четырех PCI-Express 3.0);
AIC NVMe — до 31.5 Гб/с (также при 4-х PCI-Express 3.0).

В последних моделях ПК и ноутбуков наиболее затребованным является стандарт M.2, использующий интерфейс NVM Express. Протокол NVMe обозначает работу с энергонезависимой памятью. В подавляющем большинстве системных плат гнездо M.2 с протоколом NVMe присутствует в их составе, а некоторые модификации позволяют размещение твердотельных носителей даже длиной 110 мм. Этот же протокол используется в SSD, представляющих собой плату расширения PCI Express (AIC) или стандарт U.2. Следует иметь в виду, что интерфейс PCIe многоканальный, и с увеличение числа каналов возрастает скорость обмена информацией.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ SSD

При выборе внутреннего твердотельного накопителя главные параметры SSD имеют превалирующее значение. К ним следует причислить:

1. Емкость накопителя напрямую зависит от его стоимости, и из расчета гигабайт/рубль в несколько раз больше, нежели у НDD. По этой причине у пользователей востребованы обычно твердотельные накопители емкостью до 500 Мб.
2. Скорость накопителя понятие не однозначное. Ее значение часто указывается с учетом сверхбыстрого кэша SLC. Первый параметр связан с чтением, и он почти в 2 раза больше, нежели запись информации. К тому же, более 90 % времени занимают случайные операции записи-чтения, выполнение которых в 15 раз ниже, чем последовательных. Поэтому производители указывают скорость работы не в Мб/c, а в единицах IOps. Тогда 300 000 IOps смотрятся намного впечатляюще, нежели 50 Мб/с.
3. Буфер обмена хранит данные о запущенных приложениях и чем объем его больше, тем выше скорость обработки информации.
4. Используемые типы памяти от SLC до QLC. Первый вариант обладает наивысшим быстродействием, но меньшей емкостью, поэтому используется в профессиональных устройствах. Поэтому с увеличением емкости при меньших габаритах сокращается срок жизни носителя.

5. Контроллер играет главную роль в показателе скорости других параметров, поэтому за эталон принят компонент от компании Samsung, как наиболее надежный, содержащий многоядерный процессор.

6. Надежность твердотельного накопителя зависит от типов ячеек памяти, но в гораздо в большей степени от контроллера. В носителе отсутствуют механически части и ломаться как будто нечему, но нарушения в электропитании и другие неблагоприятные факторы сказываются и на электронике.

К физическим нарушениям добавляются логические, когда ячейки памяти не читаются или баги в прошивке контроллера приводят к полной потере данных. Поэтому от общей емкости носителя, как и в HDD, до 20% отводится для резерва и рекомендуется периодически обновлять его прошивку.

7. Безопасность информации в SSD ниже, чем в HDD, у которых отсутствует потеря способности записи-считывания. Эта процедура доступна и через пять лет как в самом начале, но в SSD накопителе полное стирание данных наступает, когда их доля сравняется с объемом свободного места + резерв, что составляет, к примеру, 4 Гб для 60 Гб. По этой причине, а также при «размазывании» информации по всему объему флэш-носителя процесс восстановления данных чрезвычайно сложен.

8. Для защиты в твердотельном накопителе используется набор конденсаторов, позволяющих поддерживать его работы в течение некоторого времени, что является обязательным. Тогда после отключения электропитания создается возможность корректно записать информацию без риска повреждения файлов или флэш-памяти.

В дополнение следует подчеркнуть, что оптимизация SSD позволяет повысить срок его службы. С этой целью рекомендуется:

периодически сохранять важные сведения на сторонних носителях, например, в облаке;

всю информацию, подлежащую частому обновлению, например, временные файлы, индексация, кэш браузера и другую переносить на жесткий диск HDD;

отключить обновление времени последнего доступа к папкам, а в операционной системе дефрагментацию файлов; в начале установи ОС Windows ниже 7 версии при форматировании осуществить «выравнивание» разделов кратным степени двойки c помощью утилиты diskpart;

обновить прошивку контроллера, еcли прежней версии не доступна команда Trim:

установить свежие драйвера для SATA контроллеров

не задействовать более последних 10 % свободного пространства раздела от обшей емкости накопителя.

ОТЛИЧИЕ SSD ОТ HDD

Жесткие диски и твердотельные накопители в вычислительной системе выполняют одну и ту же функцию. Несмотря на устройство и разный принцип работы, ранние модели вторых по внешнему виду схожи с традиционными носителями. Если жесткие диски представлены только в двух форм-факторах, то их набор в твердотельных накопителях значительно шире. Отличие SSD от HDD будет более понятным, если коснуться позитивных и негативных сторон.

Преимущества SSD

Внутренние твердотельные накопители SSD для ПК имеют следующие преимущества:

1. Вследствие отсутствия подвижных деталей они работают бесшумно и потребляют минимум электроэнергии, что экономически выгодно до 10 раз, особенно для тонких ноутбуков.

2. Меньше уязвимы от встрясок и механических повреждений, выдерживая кратковременно до 1500 g.

3. Высокая скорость обработки (свыше 200 Мб/с) любого блока данных, независимо от физического его размещения. Показатель произвольных операций ввода-вывода в секунду (IOPS) у SSD отличается на порядок, по отношению к HDD.

4. Скорость считывания информации стабильная и не зависит от ее расположения и фрагментации, как в HDD, к примеру, на разных дисках и доступ к ней составляет миллионные доли секунды.

5. Меньший вес и габариты, а также низкая чувствительность к внешним электромагнитным излучениям.

6. Пониженное выделение тепла, что на 12 градусов меньше, чем у HDD и не требуется дополнительный его отвод с помощью вентиляторов. В крайнем случае достаточно радиатора устройства.

Недостатки SSD

Наряду с позитивными сторонами, недостатки SSD тоже заявляют о себе:

Количество циклов при перезаписи ограничено. В дешевых моделях задействованы более емкие TLC ячейки памяти с ресурсом не более 1000 циклов (механический ресурс HDD — до миллиона циклов). Срок эксплуатации повышается за счет алгоритмов выравнивания износа памяти и использования резерва, но внедрение вместо флэш-памяти новых технологий, например, FRAM позволит сохранять ресурс десятки лет.
Стоимость 1 Гб памяти SSD в среднем в 5-7 раз выше, нежели HDD, и нарастает линейно с увеличением емкости. Цена HDD размером 1 Тб эквивалентна стоимости твердотельного накопителя на 240 Гб. К тому же, SSD накопители небольшого объема иногда существенно дешевле, потому что не требуют точных механических устройств, что выгодно использовать в домашних и офисных ПК, недорогих лэптопах и вспомогательных средствах.
Производительность носителя нередко резко временно уменьшается при записи громоздких файлов, исчерпании резервов буфера, когда приступает к работе «сборщик мусора» или во время обращения к наиболее медлительным фрагментам флэш-памяти.

4. Алгоритм работы команды Trim не позволяет восстановить удаленные данные и отсутствует возможность удаления разобщенных фрагментов файлов с твердотельного накопителя, так как доступен только полное стирание содержимого носителя по причине принятия решения прошивкой контроллера.
5. Непредсказуемый отказ работы твердотельного накопителя на протяжении начального периода эксплуатации в результате электрических повреждений.

Для наглядности отличие SSD от HDD отображает следующая таблица

Из приведенной информации следует, что применение SSD для ПК и лэптопов, в виде системного носителя, бесспорно и во всяком случае от него хуже не станет. Дополнительно в ноутбуках возрастает время работы от одной зарядки аккумулятора, а опыт эксплуатации лэптопов показывает, что жесткий диск HDD приходит к преждевременному износу и выходит из строя даже чаще, чем твердотельный накопитель SSD. Работа ноутбука осуществляется в экстремальных условиях, поэтому его случайные падения неизбежны, при которых устройство остается визуально невредимым, но при записи информации на HDD велика вероятность повреждения накопителя.

КАК ВЫБРАТЬ SSD ДЛЯ КОМПЬЮТЕРА

Комплектация стационарного ПК или ноутбука в зависимости от выполняемых задач может резко отличаться. Линейка готовых изделий включает обычно вполне определенные модели, удовлетворяющие в той или иной степени интересы пользователей. Наравне с ними, некоторые поставщики предоставляют услугу сборки устройств на заказ. Тогда появляется возможность включения в их состав комплектующих на свой вкус.

С целью сокращения издержек многие пользователи осуществляют сборку компьютеров самостоятельно, когда неоценимым подспорьем является способность в море огромного наплыва комплектующих чувствовать себя, как «рыба в воде». Модернизация устаревших устройств своими руками также не обходится без аналогичных навыков. Поэтому вопрос как выбрать SSD для компьютера или ноутбука в любой ситуации становится актуальным.

В первую очередь для подключения того или иного внутреннего твердотельного накопителя для ПК определяется наличие слотов на материнской плате и поддерживающих их протоколов. В существующих устройствах такой выбор может быть ограничен, например, лишь разъемами SATA. Отсутствие слотов PCIe или M.2 не позволяет использовать наиболее скоростной и популярный вариант SSD с интерфейсом NVMe. Немаловажная деталь заключается в наличии места его размещения, имеющегося ключа и согласовании размеров, особенно в лэптопах.

Различают три разновидности ключа, обозначаемые как: В, М, М+В. Первый ключ встречается очень редко, и он несовместим с ключом типа М. Гибридный ключ M+B чаще можно встретить на носителях SSDcконнектором SATA

Следующий этап выбора твердотельного накопителя упирается в его основные параметры и характеристики. Так по величине емкости накопители производятся для:

домашнего использования (120-500 Мб), как наиболее дешевые и распространенные модели;

удовлетворения нужд геймеров (500-1000 Мб), отличающиеся повышенной стоимостью;

профессионалов (от 1 Тб), как самые дорогие, но эффективные при работе с графикой, видео, анимацией и другими процессами, требующими больших затрат ресурсов.

На заметку. Значения указанных емкостей не соответствуют степени двойки, так как остающийся «хвост» предназначен для резерва ячеек памяти.

Выбор SSD для ПК, как правило, учитывает наличие внутреннего или внешнего жесткого диска HDD для хранения большого объема информации. Исходя из этого, следует учитывать, что объем твердотельного накопителя находится в прямой зависимости от его стоимости. Поэтому для повышения производительности ПК и установки нескольких операционных систем достаточно иметь твердотельный накопитель SSD емкостью 240 Mб. Если позволяет финансовый бюджет, то увеличение его размера памяти только приветствуется, но SSD окажется в 2-3 раза дороже.

При выборе производительности следует обращать внимание на минимальные скорости при линейной записи, так как в недорогих накопителях SSD она после заполнения буфера может снижаться до 100-200 Мб/с, что соответствует HDD. Эта характеристика для твердотельных носителей SSD, как отмечалось, измеряется в IOps. Если эта величина ни о чем не говорит, то следует иметь в виду, что SSD, по крайней мере, в 3 раза быстрее, чем HDD. В то же время, этот параметр позволяет сравнивать несколько моделей, и тогда предпочтение нужно отдавать тем, у которых показатель выше.

В данный момент наилучшим твердотельным накопителем считается Intel Optane с памятью 3D XPoint. Если бюджетные средства ограничены, то надо заострить внимание на моделях с памятью 3D MLC V-NAND, которые тоже неплохо себя зарекомендовали или, в крайнем случае, остановиться на флэш-памяти 3D TLC V-NAND.

Одинаковые по характеристикам SSD накопители отличаются по своим возможностям и стоимости вследствие используемого контроллера. Он может включать одно- или многоядерный процессор и выполнять разный набор функций. Лидерство в этой области принадлежит компании Samsung, но «ноздря в ноздрю» с ней идут Intel, Western Digital и другие «наступают на пятки». Так, Toshiba выпускает собственные контроллеры, отличающиеся добротностью и надежностью.

В ряде случаев для отвода тепла на устройства устанавливаются радиаторы, а некоторые производители ноутбуков накопитель припаивают к материнской плате. Такая технология не позволяет обновлять прошивку контроллера, что также надо учитывать при эксплуатации устройства.

Таким образом, твердотельный накопитель SSD для компьютера зарекомендовал себя с лучшей стороны. Внутренний SSD накопитель для ПК по производительности в несколько раз превышает скорость работы жестких дисков HDD. Благодаря не высокому энергопотреблению, весу, компактным габаритам и механической прочности эта модель носителя в состоянии потеснить традиционные устройства.

Cм. также

Подарок для семьи

Перенос сайта

Комплектующие и электроизделия

Партнерки