Ssd самый большой объем
Медленно, но верно старые добрые «винты» вытесняются с рынка. Жесткие диски теперь если для чего и нужны, так только для специфических задач вроде хранения крупных массивов данных. Вот только зачем это обычному пользователю с каналом хотя бы 25 Мбит/с? Не удивительно, что все больше людей выбирают твердотельные накопители, намного более быстрые и бесшумные по сравнению с HDD. Сегодня расскажем, на что стоит обратить внимание при выборе SSD.
При покупке винчестера надо было лишь определиться с емкостью, выбрать модель со скоростью вращения шпинделя повыше (в большинстве случаев 7200 оборотов в минуту) да буферной памятью побольше (обычно 64 МБ). У SSD есть превеликое множество нюансов, о которых многие пользователи даже не подозревают. Вот о них-то в том числе и расскажем. Знали вы, например, что скорость твердотельного накопителя очень часто связана с его объемом?
Что в итоге
Вообще, в последние годы после освоения NVME и PCIe 4.0 рынок потребительских SSD немножко застыл на месте. Бенчмарки топовых моделей вроде 980Pro и SN850 не слишком отличаются от моделей двух-трёхлетней давности. Максимальный объём массовых SSD упёрся в 2–4 ТБ и дальше особо не растёт. Причин много, в том числе дефицит микросхем.
Если нет особого прогресса по техническим характеристикам, то на первый план выходит надёжность как ключевой фактор. И вот здесь прогресс виден. Некоторые SSD уже обогнали отдельные HDD по заявленной надёжности (объём записи 1200–2500 ТБ на 5 лет). Хотя до рекодсменов типа WD Ultrastar DC SN840 им ещё далеко. Там вообще 35 040 ТБ на 5 лет.
Интересно, что «закон Мура» в широком смысле (то есть возрастание некоего технического параметра в геометрической прогрессии) оживает и затихает в разных местах. В конце 20 века он был явно виден у CPU, потом начался бурный прогресс HDD (2000-е), потом SSD (2010-е), а сейчас заметен в области аккумуляторов. Создаётся впечатление, что интенсивное развитие начинается в разных отраслях по очереди, после чего затихает. Но иногда случается неожиданный технологический прорыв, как было с ядром Zen от AMD — и закон Мура снова просыпается… И так продолжается снова и снова: научно-технический прогресс не остановить.
Мы протестировали множество SSD с форм-фактором 2.5" и выбрали для вас накопители на 1 Тб с лучшим сочетанием цены, производительности и объема дискового пространства за небольшие деньги.
С SSD (Solid State Disk, твердотельный накопитель) любой компьютер заработает быстрее. Тем не менее, между собой модели отличаются как по производительности, так и по стоимости. Цены на быстрые диски в нашем обновленном рейтинге по соотношению цены и качества начинаются всего лишь от 2500 рублей и заканчиваются на уровне около 45-50 тысяч рублей за 2-терабайтный SSD от компании Samsung. Найти во всем этом множестве SSD тот, который стоит своих денег, действительно тяжело. Именно потому мы протестировали различные SSD, оценили их, сравнили и отсортировали по соотношению цены и качества. Всегда актуальный список Топ-6 по соотношению «цена-качество» вы найдете в этой статье.
Сбор статистики с конкретного SSD
Для просмотра показателей SMART существует ряд специализированных утилит. В частности, под Linux это консольные утилиты smartctl, smartd и др. (см. статью про мониторинг SSD под Linux).
Для разных атрибутов SMART утилиты показывают статус типа OLD_AGE, PRE-FAIL или FAILING_NOW. Это значит, что некий атрибут соответствует количеству аномальных ситуаций, и для этих аномалий установлено граничное значение (threshold). Если значение приближается к граничному, это означает PRE-FAIL, а если превышает его — FAILING_NOW. Но это лишь косвенные параметры, которые напрямую не говорят о физическом повреждении ячеек памяти. Некоторые специалисты предпочитают игнорировать показатели типа Wear_Leveling_Count . Один из разработчиков сделал форк стандартной утилиты мониторинга etbe-mon, которая умеет отслеживать данные SMART и подавлять бесполезные уведомления типа FAILING_NOW от Wear_Leveling_Count .
Самый важный их показатель — объективная нагрузка на диск и количество записанной информации, то есть реальные DWPD и TBW, вот их желательно учитывать в первую очередь.
Под Windows есть несколько хороших инструментов для сбора статистики. Например, программа Hard Disk Sentinel отслеживает объём информации, записанной на каждый накопитель за всё время эксплуатации, и рассчитывает прогноз оставшегося срока жизни.
Hard Disk Sentinel
Есть ещё программа CrystalDiskInfo и др.
CrystalDiskInfo
Многие производители предлагают собственные инструменты для обслуживания своих SSD-накопителей. Например, для накопителей Kingston есть Kingston SSD Manager, для накопителей Samsung — Samsung Magician и так далее.
Эти программы не только собирают статистику с накопителя, но и оповещают о выходе новых прошивок. Производители рекомендуют держать SSD в актуальном состоянии и обновлять прошивку.
Как продлить срок жизни SSD
Логика подсказывает: если ресурс SSD ограничен количеством циклов перезаписи, то для увеличения срока жизни нужно уменьшить объём записи .
Разумеется, при этом мы не хотим жертвовать производительностью или чем-то другим.
Что можно сделать?
- поставить больше RAM, чтобы уменьшить использование файла подкачки во время работы операционной системы (некоторые рекомендуют вовсе отключить файл подкачки, но это, по сути, плохой совет, хотя его логика понятна);
- отключить неиспользуемые функции ОС (см. статью о том, что нужно отключить в Windows 11, по мнению бывшего разработчика Microsoft) и лишние элементы автозагрузки (см. «Ускорение загрузки Windows for fun and profit» на Хабре);
- отключить ненужную дефрагментацию SSD;
- использовать утилиты вроде PowerToys для оптимизации ОС;
- под Linux можно перейти на более продвинутую файловую систему: например, ZFS со встроенным сжатием, которое снижает количество операций записи, при этом увеличивая скорость, вместительность и срок жизни накопителя (см. «Основы ZFS: система хранения и производительность»), или Btrfs, во многом не уступающую ZFS по функциям.
Что нам предлагает технология QLC?
Количество битов, записанных в одной ячейке NAND, определяется тем, сколько уровней заряда находится в транзисторе с плавающим затвором. Чем их больше, тем больше битов может хранить один транзистор. В этом и заключается главное отличие технологии QLC от «предыдущей» TLC — количество битов в одной ячейке выросло с трёх до четырёх.
С увеличением количества уровней заряда очень сильно меняются характеристики накопителя: падает скорость доступа, уменьшается надежность хранения информации, но при этом возрастает ёмкость, а соотношение цена/объем становится привлекательнее для покупателей. Соответственно, чипы, построенные по технологии QLC, дешевле, чем предыдущее поколение TLC, в которых хранится по три бита в одной ячейке. В то же время QLC менее надежны, потому что вероятность выхода ячейки из строя существенно увеличивается с каждым новым уровнем.
3D NAND
Еще одна новинка, используемая в накопителях нового поколения А-брендов — перенос управляющей и питающей обвязки под массив ячеек. Благодаря этому уменьшилась площадь кристаллов и стало возможно размещать по четыре банка памяти там, где раньше помещалось только два. А это, в свою очередь, позволило распараллелить запросы и увеличить скорость работы с памятью. Кроме того, меньшая площадь кристаллов позволила увеличить емкость накопителей.
Возросшая плотность ячеек помогает бороться и с более быстрой деградацией памяти. С этой задачей разобрались «в лоб», с помощью еще большей избыточности массива ячеек.
Прототипы QLC-чипов показали прошлым летом, а первые обещания о выпуске SSD по новой технологии прозвучали в начале этого года. Летом практически все фирмы производящие накопители, сообщили о том, что они уже готовы к массовому выпуску, озвучили названия новых моделей, их цены и характеристики. Сейчас уже можно приобрести SSD с QLC-чипами. Большинство моделей выпускается в форм-факторе M.2 и 2.5", с емкостями 512 гигабайт, 1 и 2 терабайта.
Позиционирование QLC-накопителей
Для начала стоит честно признать, что накопители, созданные по новой технологии QLC, категорически не годятся для серьёзных/критических задач. И причиной тому целый ряд технических трудностей, которые приходится решать инженерам как крупных корпораций-изобретателей, так и китайских «последователей».
К примеру, на сайте Intel новые SSD предлагаются только в сегменте для домашних компьютеров среднего уровня. Особенно оправдано их применение в малопроизводительных нетбуках, в чьи задачи не входят игры или работа с базами данных, а стоимость, наоборот, очень важна. Подобные «печатные машинки» становятся всё более востребованы. Для работы в сегменте «энтерпрайз» предлагаются исключительно накопители с чипами MLC и TLC.
Если сравнивать характеристики брендовых SSD (дешёвые китайские рассматривать нет смысла, недорогие контроллеры убивают все характеристики), то средняя цена QLC-накопителей примерно на 20-30 % ниже MLC, при одинаковом форм-факторе и объёме.
Скорость доступа. Для модели с чипами QLC она составляет: на чтение до 1500 Мб/сек, на запись до 1000 Мб/сек. Для модели на чипах TLC — 3210 Мб/сек и 1625 Мб/сек соответственно. Скорость записи у QLC-накопителя в полтора раза ниже, а чтения — в два. Разница существенная, но для серфинга в инете и редактирования текстов — более чем достаточная.
TBW (Total Bytes Written). Критичный параметр, характеризующий ресурс SSD. Он говорит о том, какое максимальной количество терабайтов можно записать на накопитель. Чем TBW выше, тем более живучий диск и тем дольше он сможет проработать без сбоев. У всех моделей серии 760p ресурс составляет 288 TBW, а у 660p — всего 100 TBW. Практически трехкратная разница.
DWPD (Drive Writes Per Day). Этот показатель надёжности говорит о том, сколько раз в день можно перезаписать весь накопитель целиком, и рассчитывается по формуле:
DWPD = TBW / 0,512 * 365 * 5
где 0,512 — объем накопителя в терабайтах;
365 — количество дней в году;
5 — количество лет гарантии.
DWPD более объективен, потому что при расчете учитывается время, в течение которого производитель обязуется бесплатно решать проблемы с накопителем. Для QLC-модели DWPD равен 0,1, а для TLC-моделей — 0,32. Другими словами, в данном примере каждый день QLC может полностью перезаписывать 50 Гб — это его штатный режим работы. Учитывая, что при той же цене ёмкость QLC-накопителей выше MLC, то средний пользователь «печатной машинки с интернетом» вряд ли успеет выработать этот ресурс.
Эти два устройства — яркий пример того, как инженерам приходится решать множество технических сложностей, которые в QLC проявились ярче, чем в TLC. В частности, у QLC ниже скорость доступа на запись и чтение, ниже ресурс, выше коэффициент WAF (подробнее о нём — ниже). Давайте рассмотрим подробнее основные трудности и методы их решения.
Помни о памяти!
Твердотельные накопители — штуки очень технологичные и развиваются постоянно. Особенно важно то, какой тип флеш-памяти используется в SSD. Фактически это и есть та первооснова, на которой будет храниться вся ваша информация.
С ходу типов памяти можно назвать штук шесть, хотя по сути их три (ну или четыре). Давайте разбираться. О флеш-памяти типа SLC можете сразу забыть. Она очень крутая, долговечная и невероятно быстрая, но дорогая. Ее характеристики даже избыточны для пользователей. Какая, в конце концов, разница, проживет ваш SSD тысячу лет или семьдесят?
Поэтому сегодня распространены накопители с памятью MLC и TLC. Если в случае с SLC одна ячейка флеш-памяти вмещает в себя 1 бит информации, то MLC содержит 2 бита, а TLC — уже 3 бита. Увы, вместе с повышением плотности падают остальные потребительские характеристики. Считается, что MLC выдерживает в 20 раз меньше циклов перезаписи информации, чем SLC, к тому же этот тип памяти примерно вдвое медленнее. У TLC, в свою очередь, с долговечностью и скоростью все еще хуже.
Вроде бы выбор очевиден: раз уж накопителей с памятью SLC днем с огнем не сыщешь, бери MLC и радуйся. Однако в дело вступают технологии, маркетинг и цена, которые все вместе дают шанс TLC. Во-первых, несмотря на имеющиеся скоростные различия, пользователь не заметит разницы в производительности похожих SSD с разными типами памяти. Во-вторых, на скорость работы накопителя помимо типа флеш-памяти влияют и другие параметры, о которых поговорим ниже. В-третьих, поколения MLC и TLC постоянно сменяются, техпроцесс совершенствуется, потребительских отличий между двумя технологиями становится все меньше и меньше.
Погодите-ка, а что за TLC 3D V-NAND и MLC 3D V-NAND? Очередные новые типы памяти? И да, и нет. Типы остаются теми же — TLC и MLC. Другое дело, что 3D V-NAND указывает на взаимное расположение ячеек памяти в несколько слоев вместо обычного плоского массива. Это значительно увеличивает емкость накопителя, а также, говорят, заметно повышает скорость его работы и долговечность.
И еще кое-что. В давно устоявшееся положение вещей, где фактически есть только TLC 3D V-NAND и MLC 3D V-NAND, нагло вмешалась Intel, совсем недавно выпустившая на рынок накопители с принципиально новым типом памяти 3D XPoint. Это самая настоящая инновация, о полном строении и функционировании которой сегодня нет общедоступной информации. Но даже без этого тесты показывают, что накопители Optane от Intel в разы шустрее флагманских решений, построенных на TLC 3D V-NAND или MLC 3D V-NAND. Из-за новизны разработки говорить о надежности и долговечности новой памяти рано, но Intel обещает чуть ли не вечную работу SSD на 3D XPoint. Будущее уже здесь! Но будущее очень дорогое — как вам идея заплатить за 375 ГБ почти три тысячи рублей?
плата расширения, PCI Express 3.0 x4 (NVMe), контроллер Intel SLL3D, микросхемы 3D XPoint, последовательный доступ: 2500/2000 MBps, случайный доступ: 550000/500000 IOps
плата расширения, PCI Express 3.0 x4 (NVMe), контроллер Intel SLL3D, микросхемы 3D XPoint, последовательный доступ: 2500/2000 MBps, случайный доступ: 550000/500000 IOps
2.5", PCI Express 3.0 x4 (NVMe), микросхемы 3D XPoint, последовательный доступ: 2400/2000 MBps, случайный доступ: 550000/500000 IOps
Коротко о главном: если у вас денег куры не клюют, обратите внимание на Intel Optane с памятью 3D XPoint. Если же вы не готовы отдать больше тысячи рублей за 280 ГБ, поищите модели с памятью 3D MLC V-NAND. Нужно сэкономить и при этом нет необходимости ежедневно перегонять терабайты информации? Тогда спокойно берите 3D TLC V-NAND — ничего не потеряете.
Тише едешь — недалеко от HDD уедешь
«Ну уж со скоростью-то все понятно! Бери то, где написано побольше, и все дела», — наверняка думает большинство покупателей SSD. Ха, если бы все было так просто! Однако твердотельные накопители — это как целая жизнь, здесь все непросто.
Мы уже знаем, что на скорость памяти влияют интерфейс подключения, тип памяти и даже расположение ячеек относительно друг друга. Сейчас ко всему этому добавим еще пару переменных.
Контроллер — не менее важная часть SSD, чем тип памяти. Плохой контроллер может загубить весь потенциал 3D MLC V-NAND, подключенного через скоростную шину PCI Express. Хороший же раскроет TLC так, что 3D XPoint обзавидуется. Утрируем, но в теории как-то так.
Контроллер представляет собой чип с вычислительными ядрами и программой-прошивкой. Все вместе они отвечают за управление операциями записи и чтения информации в ячейках памяти, за обмен данными с SATA или PCI Express, обслуживание накопителя и т. д. Беда в том, что производителей контроллеров очень много, к тому же у каждого в портфолио есть несколько моделей.
Сегодня выбирать SSD по контроллеру вряд ли кто-то будет. Все-таки современные накопители получают, как правило, «допиленные» чипы, которые не сдерживают потенциал памяти. Традиционно хороши Samsung Polaris и Phoenix, Silicon Motion SM2262, актуальные представители Marvell и Phison. Но, повторимся, уделять особое внимание выбору контроллера стоит только в том случае, если вы знаете, что ищете и зачем (а такие пользователи читать эту статью вряд ли будут).
Также на скорость работы накопителя влияет… его объем! Не напрямую, а косвенно. А вы думали, что между моделью на 250 ГБ и 1 ТБ в рамках одной линейки нет разницы, кроме емкости и цены? О нет, разница бывает, да еще какая.
Во-первых, для быстродействия важен объем буферной DRAM-памяти — фактически это аналог оперативной памяти компьютера, который нужен для сверхбыстрой обработки данных. Объем DRAM-памяти почти всегда зависит об объема накопителя. Так, в новой линейке Samsung 970 EVO модели объемом 250 и 500 ГБ имеют буфер емкостью 512 МБ, а «терабайтник» может похвастаться уже гигабайтом оперативной памяти. Относительно недавно в моду стали входить безбуферные SSD — недорогие, но заметно теряющие в производительности.
Но и это еще не все. Многие современные SSD имеют SLC-кеш. Знакомая аббревиатура? Помните, когда мы говорили о типах памяти, то упоминали SLC? Нынешние накопители умеют имитировать работу этого типа памяти. В таком случае в одну ячейку записывается только 1 бит информации, а не 2 или 3. За счет этого повышается скорость работы.
Обычно под SLC-кеш зарезервирована часть емкости SSD, также под него может выделяться дополнительный объем памяти в зависимости от потребностей и оставшегося свободного пространства. В целом, чем меньше объем накопителя, тем меньше у него объем SLC-кеша. Например, у популярной модели Samsung 960 EVO на 250 ГБ объем SLC-кеша может достигать примерно 13 ГБ, а у модели на 500 ГБ — уже 22 ГБ. Счастливчики с терабайтом могут рассчитывать на 42 ГБ кеша.
Те скорости, которые вы видите в описании накопителя, частенько как раз указываются с учетом сверхбыстрого SLC-кеша. Но что случится, когда он заполнится? При заполнении буфер сбрасывает записанную в него информацию в стандартно функционирующую, но более медленную память TLC или MLC. В большинстве случаев это никак не сказывается на впечатлениях от работы. Но если вы надумали записать огромный файл, например 40-гигабайтный фильм BDRemux, то непременно почувствуете падение производительности, как только заполнится кеш. Так, накопитель емкостью 250 ГБ первые 12—13 ГБ запишет в SLC-кеш на скорости около 1500 МБ/с, после чего она упадет раз в пять. А вот терабайтный SSD за раз «переварит» ваши 40 ГБ.
Компания Fixstars, занимающаяся созданием носителей информации на основе flash-памяти, решила затмить все предыдущие рекорды, установленные производителями SSD-накопителей. Эта компания выпустила самый емкий SSD в мире, с объемом в 13 ТБ. С ним идет и менее емкая модель, с объемом памяти в 10 ТБ.
Таким образом, компания поставила еще и второй рекорд, оторвавшись даже от производителей традиционных HDD. К примеру, компания Seagate, как и несколько других производителей жестких дисков, выпускает HDD с максимальным объемом памяти в 10 ТБ. А здесь SDD с 13 ТБ.
Производительность устройства также на высоте, во всяком случае, так заявляет сам производитель.
Как и в случае с гелиевыми HDD, этот SSD не предназначен для обычных потребителей с их домашними персональными компьютерами. Эти накопители предназначены, в первую очередь, для дата-центров, поддерживающих работу облачных сервисов. Накопители идеально походят в условиях получения и передачи огромных объемов информации, включая стриминг, создание CG/VFX, обработку видео. Как можно догадаться, стоимость таких SSD равна цене небольшой яхты. За модель объемом в 13 ТБ придется выложить $19000. Стоимость ГБ в этом случае составляет около $1.46 — это гораздо больше, чем в потребительских моделях.
В 2,5 дюймовом SSD используется собственный контроллер, а также память Toshiba MLC NAND. Скорость последовательного чтения — 580 МБ/с, записи — 540 МБ/с. Энергопотребления 3 ВТ в состоянии простоя и 6,5 ВТ при пиковых нагрузках.
Интересно, что технически это 2,5 дюймовый накопитель, но его высота составляет 15 мм. В ноутбук такой SSD вряд ли поместится.
Вероятно, позволить приобрести такой накопитель позволят себе только достаточно богатые организации. Для того, чтобы цена такого SSD составила примерно $1000, стоимость ГБ должна опуститься до отметки в 7-8 центов. Это вряд ли случится в ближайшем обозримом будущем.
SSD-накопители уже давно вышли из разряда дорогой и ненадежной экзотики и стали привычным компонентом компьютеров всех уровней, от бюджетных офисных «печатных машинок» до мощных серверов.
В этой статье мы хотим рассказать о новом этапе эволюции SSD — очередном повышении уровня записи данных в NAND: о четырехуровневых ячейках, хранящих по 4 бита, или QLC (Quad-Level Cell). Накопители, сделанные по этой технологии имеют большую плотность записи, это упрощает увеличение их объема, а стоимость оказывается меньше, чем у SSD с «традиционными» ячейками MLC и TLC.
Как и следовало ожидать, в процессе разработки потребовалось решить множество задач, связанных с переходом на новую технологию. Компании-гиганты успешно с ними справляются, а небольшие китайские фирмы ещё отстают, их накопители менее технологичны, но дешевле.
Как это происходило, появился ли новый «убийца HDD» и надо ли бежать в магазины, меняя все HDD и SSD прошлых поколений на новые — расскажем ниже.
В процессе эволюции накопителей менялся способ хранения информации, техпроцесс становился всё более тонким, увеличивалась плотность записи как в единичную ячейку, так и на чип. В контроллерах совершенствовались алгоритмы, скорость записи приближалась к скорости чтения, а затем они стали быстро расти. Сегодня равномерность распределения обращений к ячейкам памяти NAND достигла некоего оптимума, надежность хранения информации многократно выросла и почти сравнялась с этим показателем у традиционных HDD. В процессе стремительного развития технологий, SSD стали выпускаться в самых разных форм-факторах.
Сейчас на рынке представлен огромный выбор накопителей от самых разных компаний, как первого эшелона А-брендов, так и от китайских фирм, которые постарались, чтобы SSD хватило на всех
Содержание
SSD+HDD
Один из известных лайфхаков — связка SSD+HDD. Условно говоря, вместо одного большого SSD можно купить NVMe маленького размера, только для операционной системы, рабочих приложений и избранных игр, а все остальные файлы, дистрибутивы и резервные копии хранить на дешёвом медленном SATA HDD. По цене получится примерно одинаковая сумма, а места больше на несколько терабайт.
Хотя так делают скорее для экономии и увеличения объёма хранилища, но у лайфхака есть и дополнительный бонус — некоторое снижение нагрузки на SSD. То есть увеличение его срока жизни.
Кроме того, в более свободных SSD больше размер кэша и выше производительность, чем в заполненных.
Изменение размера кэша SLC в зависимости от объёма свободного места в Intel SSD 665p, источник
Да и игры всё растут. Дистрибутивы по 200 ГБ уже почти норма… Так что полностью переходить на модель «один большой SSD» немного опасно, места может не хватить для всего. С другой стороны, всё больше игр рекомендуют SSD для установки. Тут особо не забалуешь, потому что при использовании HDD страдает производительность.
Скорость доступа
Начнём с одной из наиболее заметных для пользователя особенностей QLC SSD — снижения скорости записи при заполнении кэша накопителя. Поскольку скорость доступа у QLC и так сравнительно невысокая, то производители стараются увеличить её с помощью кэширования. В SSD для этого используется собственный массив ячеек диска, которые переводятся в однобитный режим работы — SLC.
Существует несколько алгоритмов кэширования. Зачастую под кэш выделяется небольшая часть ёмкости самого накопителя — в среднем, от 2 до 16 Гб, в некоторых моделях может быть до нескольких десятков гигабайтов. Недостаток метода в том, что если при работе компьютера идет интенсивный обмен данными, то небольшой объем кэша может быстро заполнится и скорость чтения/записи резко упадет.
Более технологичные компании используют продвинутые контроллеры, которые умеют динамически переводить часть ячеек в быстрый режим SLC, в этом случае объем кэша зависит от общего объема накопителя и может достигать 10 %. В современных SSD используются оба метода: сравнительно небольшое количество статического кэша дополняется динамически выделяемым объемом, который получается в разы больше. Чем больше свободного места, тем больше размер кэша и тем сложнее исчерпать его объем. Логично, что более объемный накопитель имеет кэш большего размера, а значит в нем динамический кэш будет работать эффективнее.
Наглядная зависимость размера SLC-кэша от объема накопителя и свободного места на нем.
Надёжность SSD и HDD в первый год работы
Самым известным источником данных по надёжности накопителей в практическом использовании остаётся статистика хостера Backblaze, которая периодически обновляется. У них тысячи серверов и девять лет статистики по разным моделям HDD и SSD (в последние годы загрузочные диски серверов перевели на SSD).
В сентябре 2021 года Backblaze впервые сравнила SSD и HDD по надёжности, получилось любопытно.
В целом оказалось, что в начале работы (в среднем до 14 месяцев в данном случае) SSD выходят из строя немножко реже, чем HDD.
Годовая частота сбоев (AFR)
Количество дисков | Средний возраст (месяцев) | Дней работы | Всего сбоев | AFR | |
---|---|---|---|---|---|
SSD | 1666 | 14,2 | 591 501 | 17 | 1,05% |
HDD | 1607 | 52,4 | 3 523 610 | 619 | 6,41% |
Что будет дальше — непонятно. На интервале в несколько лет достоверная статистика пока не собрана. Вполне возможно, что там преимущество SSD будет не таким очевидным, как раз из-за ограниченного ресурса на количество циклов перезаписи.
Выводы
Главное преимущество QLC перед накопителями на TLC- и MLC-чипах заключается в том, что в тот же физический объём удалось поместить ещё больше памяти. Так что QLC не вытеснят с рынка предыдущие технологии, и уж тем более не станут конкурентами для HDD.
Разница между QLC и TLC по скорости будет заметна при запуске тяжелых программ и при интенсивном обмене данными. Но обычный пользователь этого может не заметить, потому что в компьютерах того уровня, для которых рекомендуются QLC-накопители, программа дольше ожидает действий пользователя, чем работает с данными.
Можно смело сказать, что ниша недорогих накопителей для компьютеров небольшой производительности, когда не имеет смысла переплачивать за повышенную надежность или максимальные скорости записи и чтения, успешно занята. В таких компьютерах QLC SSD может быть единственным накопителем, на котором будут установлены система и необходимые программы, а также храниться данные пользователя. А в энтерпрайзе — революции не произошло, здесь по прежнему пока будут отдавать предпочтение более надёжным TLC и медленным, но неприхотливым HDD.
Однако технологии не стоят на месте, уже в этом году производители обещают начать переход на техпроцесс в 7 нм, а в перспективе, в 2021 году и позже — грядут техпроцессы 5 и 3 нм. Совершенствуются алгоритмы контроллеров, некоторые фирмы обещают «умные» SSD-накопители, которые будут в несколько раз быстрее, при некоторых специфичных сценариях использования, планируется развитие технологий 3D NAND.
Так что, подождем пару лет и посмотрим, что ещё смогут нам предложить производители.
Для получения дополнительной информации о продукции Kingston обращайтесь на официальный сайт компании.
У каждого SSD есть ресурс на количество циклов перезаписи, то есть объём записанной информации в течение всей жизни. Физика и механика SSD очень сложные, но долговечность накопителя в итоге сводится к простому правилу — чем больше на него пишешь, тем меньше он проживёт.
У одних SSD критический сбой происходит через несколько месяцев, другие работают годами. Это зависит от качества комплектующих, условий эксплуатации и везения. В общем, как у людей.
Срок жизни SSD ограничен, потому что ячейки флеш-памяти NAND выдерживают ограниченное количество циклов перезаписи (циклы P/E, "program / erase"). По мере перехода производителей флеш-памяти с технологии Multi Level Cell (MLC/DLC, 2 бита на ячейку) на Triple Level Cell (TLC, 3 бита), Quad-level cell (QLC, 4 бита) и Penta-level cell (PLC, 5 бит, пока находится в разработке) ресурс P/E уменьшается из-за увеличения сложности производства. Причём уменьшается кратно.
Например, древняя однобитная SLC на этапе анонса технологии NAND выдерживала 100 тысяч циклов перезаписи, двухбитная MLC/DLC — уже 10 тысяч. С увеличением плотности записи и ёмкости накопителей снижается цена гигабайта, но увеличивается сложность и уменьшается ресурс ячеек памяти.
Уменьшение ресурса P/E с увеличением технологической сложности производства флеш-памяти, источник
Производители пытаются увеличить срок жизни SSD разными способами: интеллектуальное распределение нагрузки (прошивка SSD, контроллер), отслеживание и коррекция ошибок, резервный кэш накопителя.
Куда втыкать?
Как было с жестким диском? Берешь и подключаешь к нему кабель от блока питания, SATA-шнурком соединяешь с материнской платой, и готово! При выборе SSD вам обязательно надо определиться, как вы будете интегрировать его в компьютер, а также выяснить, какие способы интеграции поддерживает ваша машина.
Самый простой вариант — пойти по пути HDD. Можно выбрать твердотельный накопитель в формфакторе ноутбучного винчестера 2,5″. Внешне это будет маленькая плоская коробочка, которую точно так же, как и винчестер, можно подключить к ноутбуку или настольному компьютеру с помощью кабеля питания и SATA-шнурка.
Есть SSD в виде платы расширения, которая вставляется в слот PCI Express материнки точно так же, как, например, Wi-Fi-приемники, контроллеры USB и т. д. В силу особенностей, о которых мы поговорим дальше, такие накопители почти всегда будут быстрее тех решений, о которых шла речь абзацем выше.
Впрочем, накопители в виде плат расширения высоким спросом не пользуются. Вместо них настоящую конкуренцию 2,5-дюймовым моделям с SATA-подключением составляют устройства, предназначенные для формфактора M.2. Это относительно новый стандарт, который уже широко используется в современных комплектующих. Главное — проверить на сайте производителя вашей материнской платы или ноутбука, есть ли у вас нужный слот.
Накопитель в формфакторе M.2 выглядит как компактная плата размером чуть больше зажигалки. Здесь не нужны никакие кабели — плата вставляется прямо в миниатюрный разъем, расположенный на материнке, и прижимается винтом. Но есть нюанс: такие носители могут быть разной длины — 42, 60, 80 или 110 мм. Впрочем, особо переживать по этому поводу не стоит, потому что большинство потребительских SSD и, соответственно, «железо» под них адаптированы под длину 80 мм.
В случае с SSD формата M.2 обмениваться данными с системой накопитель может как через интерфейс SATA, так и через PCI Express. По первому пути, как мы уже говорили, пошло большинство моделей формфактора 2,5″, а по второму — твердотельные накопители в виде плат расширения. Практичнее выбирать те SSD формата M.2, которые «дружат» с PCI Express, потому что этот интерфейс обеспечивает скорость передачи данных в несколько раз выше, чем SATA.
Что ж, определились: выбираем SSD в формфакторе M.2 с поддержкой PCI Express. Часто вы можете видеть надпись вроде «PCI Express 3.0 х4». Страшно? На деле все просто: 3.0 — это версия PCI Express, а 4 — количество линий передачи данных, которые подведены к коннектору SSD. Если коротко, то чем их больше, тем потенциально выше скорость обмена информацией. Лучшее, что вы сегодня можете встретить, это поддержка PCI Express 3.1 x4 и PCI Express 3.0 x8. Но таких накопителей пока очень мало, делает их Intel, стоят они дорого. Оптимально с точки зрения цены и производительности — PCI Express 3.0 x4.
Бывают еще накопители формфактора 3,5″, 1,8″, mSATA, DOM, однако почти все они — штуки редкие и для большинства «домашних» пользователей неинтересные.
M.2, PCI Express 3.0 x4, контроллер Samsung Polaris, микросхемы 3D TLC NAND, последовательный доступ: 3200/1500 MBps, случайный доступ: 330000/300000 IOps
M.2, PCI Express 3.0 x4 (NVMe 1.3), контроллер Silicon Motion SM2262EN, микросхемы 3D TLC NAND, последовательный доступ: 3050/1200 MBps, случайный доступ: 200000/240000 IOps
M.2, PCI Express 3.0 x4 (NVMe 1.3), контроллер Silicon Motion SM2262, микросхемы 3D TLC NAND, последовательный доступ: 3210/1315 MBps, случайный доступ: 205000/265000 IOps
Коротко о главном: если позволяет «железо», лучше брать SSD в формфакторе M.2 и с подключением по шине PCI Express. Если система старовата, покупайте SATA-накопитель 2,5″ — выйдет медленнее, но и дешевле.
Оценка своего DWPD
Для предварительной оценки нагрузки на SSD в продакшне на основе рекомендаций производителей можно составить такую небольшую шпаргалку с указанием типичных вариантов использования:
Сценарий использования | Описание | Примерный DWPD |
Загрузочный диск | Загрузка сервера. Нечастые обновления. Логи и постоянные файлы хранятся на другом накопителе. | 0,1 ~ 1,0 |
Раздача контента | Фронтенд CDN. Кэш для самых популярных медиафайлов | 0,5 ~ 2,0 |
Видеонаблюдение | Запись трансляции с нескольких камер 24/7, периодическая перезапись содержимого диска. | кратно Nкамер |
Виртуализация и контейнеры | Хранилище Tier-0 для контейнеров и VM в гиперконвергентной системе. Всё локальное хранилище в кластере работает на SSD. | 1,0 ~ 3,0 |
Транзакционная система (OLTP) | Нагрузки с интенсивным использованием данных. Частое обновление журналов БД и файлов, до тысячи операций в секунду. | от 3,0 |
Высокопроизводительное кэширование | Кэш для локальных HDD. Максимальные нагрузки. | от 3,0 и гораздо выше |
Таким образом, из реального DWPD и P/E для своего SSD можно примерно оценить приблизительный срок его жизни: общий и сколько осталось.
Оставшийся срок можно ориентировочно спрогнозировать, если вычесть реальный срок эксплуатации из общего срока жизни SSD.
Или другой вариант — посчитать максимальный TBW для своего SSD исходя из его технических характеристик, а потом отслеживать реальный TBW в процессе эксплуатации.
Ошибки чтения
Усложнение архитектуры QLC по сравнению с TLC привело и к росту количества ошибок чтения данных. Для их исправления потребовалось внедрить принудительное использование алгоритмов ECC (Error correction code, коды коррекции ошибок). С их помощью контроллер самостоятельно исправляет почти все ошибки чтения данных. И разработка эффективных алгоритмов коррекции — одна из сложнейших задач при создании QLC-накопителей, поскольку требуется не только обеспечить высокую эффективность коррекции (выражается в количестве исправленных битов на 1 Кб данных), но и как можно меньше обращаться к ячейкам памяти, чтобы экономить их ресурс. Для этого производители внедряют более производительные контроллеры, но главное — задействуют мощные научно-статистические аппараты для создания и совершенствования алгоритмов.
Показатели DWPD и TBW
Обычно производитель указывает два параметра, которые позволяют рассчитать срок эксплуатации накопителя: DWPD и TBW. Например, для NVMe SSD 980 PRO заявлен гарантийный показатель 150 TBW для накопителя на 250 ГБ и 600 TBW для модели 1 ТБ.
- Terabytes Written (TBW) = количество терабайт, которые можно записать на SSD в течение срока эксплуатации.
- Drive Writes Per Day (DWPD или DW/D) = расчётная нагрузка на SSD (в день) во время срока эксплуатации, который составляет три-пять лет.
Если в технических характеристиках 4-терабайтного SSD указано «пять лет, 1 DWPD», то накопитель рассчитан на 4 терабайта записи в день в течение 365*5 = 1825 дней, то есть:
Такой объём записи должен выдержать накопитель в течение гарантийного срока.
Для разных накопителей количество TBW кратно отличается при одинаковом DWPD. То есть 1 DWPD для 15-терабайтного диска означает в 15 раз больший объём записи, чем 1 DWPD для терабайтного.
То еcть даже изначально при покупке SSD можно рассчитать, сколько лет отработает SSD с конкретным DWPD, если вы заранее знаете объём записи на диск в своей системе.
Соответственно, в случае интенсивной нагрузки 24/7 типа майнинга Chia можно выбрать более дорогую модель с более высоким показателем DWPD — и всё равно она долго не проживёт. А для нормальной работы нет смысла переплачивать, если расчёт по формуле покажет вам срок эксплуатации более 100 лет. Тут явно накопитель выйдет из строя раньше и по другим причинам.
Рекомендация CHIP: Crucial MX500 1TB (CT1000MX500SSD1)
Лучший SSD на данный момент твердотельный диск по результатам наших испытаний — Crucial MX500 емкостью 1 Тбайт. Дешевой покупкой этот диск не назовешь, но и емкость данного накопителя сопоставима с HDD. Это означает, что вы можете устанавливать данный SSD в качестве системного диска и хранилища данных, в том числе для установки игр.
В накопителе Crucial MX500 1TB установлен тип памяти 3D ТСХ, который обеспечивает самую высокую скорость записи среди недорогих устройств из всех протестированных нами дисков с подключением по шине SATA III — 489 МБ/с. Скорость чтения у данной модели составляет 549 МБ/с. При этом, у данного диска одна из лучших стоимость мегабайта хранилища данных — 7,62 рубля / ГБ.
Достаточный как для операционной системы, так и файлового хранилища и нескольких игр, этот SSD-накопитель в настоящее время находится на 7 месте нашего рейтинга, предлагая (при стоимости около 9 000 рублей) лучшее соотношение цены и качества.
Если вам нужен не очень дорогой SSD, но примерно такой же емкости, то обратите внимание на более дешевую модель ADATA Ultimate SU630 960GB, которая по скорости чуть уступает Crucial, но с ней вы сэкономите около 3 000 рублей.
Ресурс
Особенности архитектуры QLC не только снижают надёжность, но и приводит к явлению «усиления записи» (Write amplification, WA). Хотя корректнее было бы говорить «умножение записи», однако вариант «усиление» пока что больше распространён в Рунете.
В чём суть WA? В SSD физически с ячейками выполняется гораздо больше операций чтения/записи, чем требуется для того объёма данных, непосредственно принятого от операционной системы. В отличие от традиционных HDD, у которых очень небольшой «квант» перезаписываемых данных, данные на SSD хранятся довольно большими «страницами», обычно по 4 КБ каждая. Также есть понятие «блок» — минимальное количество страниц, которые могут быть перезаписаны. Обычно блок содержит от 128 до 512 страниц.
Например, цикл перезаписи в SSD состоит из нескольких операций:
- переместить страницы из стираемого блока в место временного хранения,
- очистить место занимаемое блоком,
- переписать временный блок, добавив новые страницы,
- записать обновленный блок на старое место,
- очистить место, используемое для временного хранения.
Степень «усиления записи» выражается коэффициентом WAF (Write amplification factor): отношение фактически перезаписываемого объёма данных к объёму, который требуется перезаписать. В идеале, когда не используется компрессия, WAF равен 1. Реальные же значения очень сильно зависят от разных факторов, например, от размера перезаписываемых блоков и алгоритмов используемых в контроллерах.
А поскольку ячейки QLC гораздо чувствительнее к количеству циклов перезаписи, то размер WAF стал намного важнее, чем для TLC и MLC.
Какие ещё факторы негативно влияют на WAF в QLC-накопителях?
-
Алгоритм «сборки мусора», который ищет неравномерно заполненные блоки, которые одновременно содержат пустые и заполненные страницы, перезаписывая их таким образом, чтобы блоки содержали только пустые или только заполненные страницы, что, в дальнейшем, уменьшает количество операций, приводящих к WA.
Вот пример «усиления записи» из-за работы механизмов wear leveling и сборки мусора:
Например, с помощью over-provisioning (OP) — выделяя для служебных нужд часть объёма, который не доступен пользователю.
OP = (физическая ёмкость — доступная пользователю ёмкость) / доступная пользователю ёмкость
Чем больше выделяемая область, тем больше свободы у контроллера и быстрее работа его алгоритмов. Например, раньше под OP выделяли разницу между «реальным» и «маркетинговым» гигабайтом, то есть между 10 9 = 1 000 000 000 байтов и 2 30 = 1 073 741 824 байтов и, что равняется 7,37 % от общего объёма накопителя. Есть и ряд других ухищрений для выделения служебного пространства. Например современные контроллеры позволяют динамически задействовать под OP весь текущий свободный объём накопителя.
Примерная зависимость WAF от размера OP:
Позволяет снизить WAF и алгоритм разделения статических и динамических данных (Separating static and dynamic data). Контроллер вычисляет, какие данные перезаписываются часто, а какие преимущественно читаются, или вообще не изменяются, и соответствующим образом группирует блоки данных на диске.
К прочим инструментам уменьшения WAF в QLC-накопителях относятся методики последовательной записи (очень примерно это можно сравнить с привычной нам дефрагментацией HDD). Алгоритм определяет блоки, которые могут принадлежать одному большому файлу и не требуют обработки сборщиком мусора. Если операционная система даст команду на удаление или изменение этого файла, то его блоки будут стираться или перезаписываться целиком, не включаясь в цикл WA, что повышает скорость и меньше изнашивает ячейки памяти. Наконец, свой вклад в борьбу с WA вносит компрессия данных перед записью и дедупликация.
Как вы уже поняли, надёжность и ресурс QLC-накопителей зависит далеко не только от используемых чипов памяти, но и от производительности контроллера, а главное — от продвинутости всевозможных алгоритмов, заложенных в контроллер. Многие компании, даже крупные, покупают контроллеры у других фирм, специализирующихся на их выпуске. Небольшие китайские фирмы пользуются недорогими и простыми контроллерами прошлых поколений, руководствуясь не качеством и новизной алгоритмов, а ценой. Крупные компании не экономят на железе для своих SSD и выбирают контроллеры, обеспечивающие накопителю долгую жизнь и бо̒льшую скорость работы. Лидеры среди производителей контроллеров для SSD постоянно меняются. А ведь кроме сложных контроллеров огромную роль играют и алгоритмы прошивок, которые крупные производители разрабатывают самостоятельно, не доверяя это важное дело сторонним компаниям.
Читайте также: