Виды подключения ssd дисков
Тему типов подключения всем известных SSD я не затрагивал. Но идёт время, и пора бы о ней поговорить. Сегодня, мы затронем два типа подключения: SATA и PCIe . Давайте начинать.
Подключение через SATA
Данный тип подключения уже хорошо проверен временем, его вы можете встретить практически в любой материнской плате. Все ваши HDD питаются через него. Время идёт, и старый, добрый SATA, уходит на пенсию. Вместо него, готовят куда более прогрессивные типы подключений. Рассмотрим историю поколений данного интерфейса:
- SATA 1.0. Самый первая модификация, частота шины может доходить до 1,5 ГГц , а пропускная способность равна 1,5 Гбит/c . Если переводить в мегабайти, то она равняется 150 Мбайт/c .
- SATA 2.0. Вторая версия интерфейса, частота шины возросла до 3 ГГц. Соответственно и повысилась пропускная способность, она доходит до 3 Гбит/c, в мегабайтах это равно 300 Мбайт/с .
- SATA 3.0. Текущая версия данного интерфейса, здесь частота шины может доходить уже до 6 ГГц . Способность пропускать разную информацию дошла до 6 Гбит/c . В мегабайтах это составляет 550 - 600 Мбайт/c .
Отмечу одну деталь, если вы купили скоростной SSD , но материнская плата может работать только с SATA 2.0 , то вы не сможете раскрыть весь потенциал устройства.
Подключение через PCIe
Максимальный передел скорости SATA интерфейса свыше 600 Мбайт/c на данный момент не преодолён, поэтому нужно смотреть в сторону PCIe девайсов. Они способны разгоняться до внушительных показателей. Рассмотрим более детально SSD , которые базируются на интерфейсе PCIe .
Как известно, даже самый медленный SSD на базе PCIe0 может выдать скорость равную 500 - 985 Мбайт/c , что не плохо, но смотрим дальше. PCIe 3.0 способен достигать пропускной способности в 3,2 ГБ/c . Правда, есть один нюанс, он касается протокола, который использует SSD . Используют ACHI и NVMe . Первый протокол задействован в SSD , которые работают на низких скоростях, примером является SATA интерфейс. А более прогрессивный NVMe уже работает через PCIe , каких - либо ограничений по скоростям он не имеет.
Стоит помнить одну очень важную деталь: твердотельники SATA 2.5" могут работать исключительно с SATA интерфейсом, но SSD M.2 функционируют не только с PCIe , а ещё и с SATA . Пристальное внимание уделяйте физическому ключу, который расположен на самой плате. Рассмотрим три варианта ключей:
- М ключ. Работает с интерфейсом PCIe .
- B ключ . Может функционировать как с SATA , так и с PCIe x2 . Крайне редкий тип, почти не встречается.
- M + B ключ. Работает с SATA , но лучше прикупить себе на SATA 5" .
Подошла к концу статья, я думаю вам был интересен и полезен материал. Вы сможете не ошибиться при выборе SSD накопителя и получите максимальную отдачу от девайса. Буду рад обсудить данную тему в комментариях. Автора желательно не оскорблять, если он где - то ошибся.
Есть желание узнать о высоких технологиях, играх и гаджетах? Тогда смотрим на темы:
Привет, друзья. В этой статье рассмотрим такой вопрос: типы интерфейса SSD. Твердотельные SSD-накопители – новый формат жёсткого диска компьютера, забивающего последние гвозди в крышку гроба жёсткого диска старого формата HDD. Развитие рынка SSD породило массу специфик этого устройства, и в числе этих специфик – интерфейс подключения. Изначально с ним несложно: для внутренних накопителей он бывает SATA и PCI-E. Но интерфейс SSD часто используется в широком понимании, которое включает также такие специфики устройства, как разъём подключения и форм-фактор. Давайте во всём разберёмся основательно: что такое интерфейс, что такое разъём подключения, что такое форм-фактор SSD. И посмотрим, какие существуют интерфейсы, разъёмы подключения и форм-факторы SSD на сегодняшнем рынке этих устройств.
Параллельные и последовательные порты
По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:
Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.
Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:
- сканеры;
- ленточные накопители (стримеры);
- оптические приводы;
- дисковые накопители и прочие устройства.
Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.
В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:
Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:
- на концах шины необходимы специальные устройства — терминаторы;
- пропускная способность шины делится между всеми устройствами;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств ограничено.
Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).
Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:
- Mandatory — должны поддерживаться устройством;
- Optional — могут быть реализованы;
- Vendor-specific — используются конкретным производителем;
- Obsolete — устаревшие команды.
- TEST UNIT READY — проверка готовности устройства;
- REQUEST SENSE — запрашивает код ошибки предыдущей команды;
- INQUIRY — запрос основных характеристик устройства.
Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.
Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.
Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.
В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.
Какой же накопитель выбрать?
Для тех, в чьем ноутбуке есть только разъем mSATA, найти подходящую модель для замены достаточно сложно — на рынке представлено не так много mSATA-накопителей, и единственным вариантом из линейки Kingston является mS200. Если у вас есть разъем M.2 с поддержкой NVMe, то выбор будет намного шире — например, модель KC1000 позволит получить действительно высокую производительность (вы просто не узнаете свой ноутбук), а SSDNow M.2 SATA G2 предлагает хорошую альтернативу в бескорпусном варианте с ключом М.2 через SATA. Отличным решением в форм-факторе 2.5’станет HyperX Savage или модель KC400. Но когда нужна только быстрая загрузка ОС и приложений, достаточно будет более бюджетных накопителей — A400 или UV400. Хотите совет по выбору? Спрашивайте, ответим в комментариях!
Ну а для всех любителей девайсов HyperX сообщаем, что мышь HyperX Pulsefire FPS теперь стоит дешевле. И это не скидка: рекомендованная цена снижена навсегда, поэтому торопитесь, пока не разобрали!
Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании.
AHCI или NVMe?
Чем дальше в лес — тем сложнее спецификации, потому что интерфейс — это еще не все. На одном и том же физическом разъеме могут работать накопители с разным типом контроллеров. В эпоху наибольшей популярности жёстких дисков контроллер AHCI научился прокачивать их за счет работы с очередью команд NCQ (Native Command Queuing). Но сегодня он является узким местом между диском и процессором, а его более современный конкурент NVMe (Non-Volatile Memory) фактически является PCI-устройством и, теоретически, мог бы работать на скорости самой шины PCI Express. Чего стоит один тот факт, что NVMe может обрабатывать до 65536 запросов, когда режим AHCI поддерживает только 32 одновременных запроса.
Правда, накопители, которые используют NVMe контроллер, потребляют в 2-3 раза больше электроэнергии, чем их братья на базе AHCI. Поэтому если речь идет о мобильном ноутбуке с длительным временем автономной работы, использование накопителя с AHCI-контроллером может оказаться предпочтительнее, несмотря на более высокую производительность NVMe. При этом диски с любым из этих контроллеров могут быть установлены в интерфейс M.2.
Впрочем, если вы решили приобретать диск NVMe, необходимо уточнить, поддерживается ли эта спецификация производителем ноутбука. Если нет, то вы не сможете установить операционную систему и загружаться с такого диска.
Форм-фактор SSD
Форм-фактор SSD - это физическая форма устройства. Форм-фактор характеризует форму и габариты SSD, аппаратный разъём подключения, в отдельных случаях определяет наличие «посадочного места» в системном блоке ПК или конструкции ноутбука.
2.5” – это популярный форм-фактор внутренних SSD. Произошёл от форм-фактора 2.5” HDD для ноутбуков, т.е. жёсткий диск в компактной форме, которую можно установить как в системный блок ПК, так и в корпус ноутбука. Форм-фактор 2.5” используют внутренние накопители с интерфейсом SATA, SAS и U.2, а также внешние SSD. Внутренний накопитель с таким форм-фактором можно крепить к стенкам корпуса ПК.
M.2 – это и разъём подключения, и форм-фактор внутренних SSD. И, соответственно, M.2 – это форм-фактор для разъёма M.2. Как упоминалось, имеет разные ключи и размеры, которые должны быть совместимы с конструкцией слота M.2 на материнке ПК или в ноутбуке.
В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.
Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.
Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:
- пропускная способность канала связи;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств;
- количество возникающих ошибок.
Программный уровень
Но просто воткнуть диск в ноутбук недостаточно. Именно поэтому многие сдают ноутбук на апгрейд в сервисный центр. Кстати, если ваша машина еще на гарантии, возможно, чтобы ее сохранить и при этом заменить накопитель, обращение в СЦ будет необходимым условием. Но многие крупные производители не возражают даже против самостоятельной замены диска – вы всегда можете уточнить это в службе технической поддержки вашего ноутбука. Кроме того, важно благополучно скопировать содержимое старого диска. Если вы решите провести эту процедуру самостоятельно, лучше всего использовать специальное ПО для миграции, которое идет в комплекте со многими твердотельными накопителями Kingston.
У ведущих производителей также есть утилиты для настройки оптимальной работы SSD, которые вы сможете использовать после запуска системы на новом диске. Например, Kingston SSD Manager помогает контролировать состояние накопителя, запускать технологии самодиагностики и обновлять встроенное ПО накопителя.
M.2, PCIe, mSATA и SATA
В действительно старых ноутбуках интерфейс для подключения твердотельных накопителей может быть любым, при условии, что это SATA. Практически в каждой модели (кроме самых компактных) речь идёт о классическом-полноразмерном SATA. Он же используется для подключения дисков к стационарным компьютерам, и именно через SATA подключаются наиболее доступные по стоимости SSD. В зависимости от древности ноутбука это может быть версия SATA 1, 2 или 3. В самых доисторических ноутбуках используется SATA 1, и апгрейд на SSD в этом случае будет довольно бессмысленным — этот интерфейс еле-еле дает нужную скорость для обычного диска, а многие модели твердотельных накопителей вообще не поддерживают протокол SATA 1. Впрочем, в абсолютном большинстве современных ноутбуков используется контроллер именно третьей версии.
Скорость передачи данных через SATA 3 — до 6 Гбит/с. Это значит, что с ним можно использовать довольно современный SSD. Твердотельные накопители за последние годы развивались аки стартапы и не раз прыгнули выше головы, в результате чего они уперлись и в предел пропускной способности интерфейса SATA 3.
В некоторых ноутбуках также имеется интерфейс mSATA. Он позволяет установить твердотельный накопитель без корпуса — плоскую плату с припаянными к ней чипами. Это практически тот же SATA 3, только с новым банановым вкусом в другом форм-факторе, так что он тоже подходит для установки SSD в ноутбук. В некоторых ноутбуках уже есть интерфейс mSATA, но он либо не используется, либо в него установлен уже устаревший SSD. Также нередко в системе может быть предусмотрен интерфейс mini-PCI, который предназначен для установки карт расширения (таких как Wi-Fi, Bluetooth-модули, 3G-модемы и так далее). Он здорово похож на mSATA, но путать их все же не стоит. В любом случае установка нового накопителя позволит качественно увеличить скорость работы системы, а какой использовать для этого порт можно выяснить у производителя ноутбука или воспользовавшись конфигуратором на нашем сайте.
Самый перспективный вариант — разъем M.2. Если вы используете современный ноутбук, то именно M.2 позволит работать системе с максимальной скоростью. M.2 — это и есть то светлое будущее, которое ожидали от mSATA. Новый стандарт распространился в ноутбуках до того, как mSATA набрал популярность, а за счёт снижения цен на накопители он почти сразу раскрутился, а mSATA превратился в малопопулярный «legacy-storage», для которого производители сегодня выпускают одну-две модели накопителей — так, на всякий случай. На практике M.2 — это вариант вывода шины PCI Express 3.0 с поддержкой сразу 4 линий. Таким образом, M.2 позволяет достичь скорости передачи данных до 4 ГБ/с, что намного больше, чем в любой из версий SATA.
Но не стоит особенно радоваться раньше времени — даже если накопитель установлен в разъём M.2, он может по-прежнему использовать интерфейс SATA, а значит — работать в том же скоростном режиме, что и с более старыми разъемами. Тем не менее, преимущество все равно будет, так как носитель сможет раскрыть весь свой скоростной потенциал.
Типы интерфейса SSD
Примечание: друзья, если хотите больше знать о твердотельных SSD-накопителях, смотрите все имеющиеся о них статьи у нас на сайте.
Итак, друзья, типы интерфейса SSD. На некоторых торговых площадках в Интернете в фильтрах характеристик твердотельных накопителей иногда сваливается в кучу их форм-фактор, интерфейс и разъём подключения, и всё это обобщённо называется интерфейсом. Вот, например, как на сайте НИКС.
На других торговых площадках в фильтрах есть разделение по всем этим спецификам – отдельно интерфейс, отдельно форм-фактор, отдельно разъём подключения. Как вот, например, на сайте E-Katalog.
С технически-дотошной точки зрения фильтры правильно организованы на E-Katalog. Такая организация носит полезный образовательный характер: она расширяет наши грани познания в плане обустройства SSD и наглядно демонстрирует все возможные их специфики. Но с позиции удобства покупателя фильтры правильно организованы на сайте НИКС. Они сразу содержат интерфейс или сочетание интерфейса и разъёма подключения накопителя, что по условию определяет форм-фактор. Ведь отдельные разъёмы, интерфейсы, а тем более форм-факторы несовместимы. Некоторые интерфейсы являются одновременно и разъёмом подключения. А некоторые разъёмы одновременно являются форм-факторами SSD. Видя упрощённые фильтры, человек, выбирающий конкретно свой тип накопителя, меньше заморачивается. Такие фильтры, впрочем, также образовывают нас, наглядно демонстрируя сразу возможные конфигурации специфик.
Но давайте всё же разберёмся, что такое интерфейс, что такое разъём подключения, а что такое форм-фактор SSD.
ATA / PATA
Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.
Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.
ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.
На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».
Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.
Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.
Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.
Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:
- шлейф обязательно должен быть плоским;
- максимальная длина шлейфа 18 дюймов (45.7 сантиметров).
Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:
- параллельный порт заменен последовательным;
- широкий 80-жильный шлейф заменен 7-жильным;
- топология «общая шина» заменена на подключение «точка-точка».
Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).
Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.
Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.
Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.
Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.
Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.
Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.
Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.
«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).
Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:
- последовательный интерфейс;
- 29-ти жильный кабель с питанием;
- подключение «точка-точка»
Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).
Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).
Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.
Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.
PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.
Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:
- прием+ и прием-;
- передача+ и передача-;
- четыре жилы заземления.
«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.
Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.
Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.
Удаленные накопители
При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.
Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.
У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.
Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.
Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.
С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:
- вынос шины PCI Express за пределы сервера;
- создание протокола NVMe over Fabrics.
Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.
Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.
Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.
Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.
Интерфейс SSD
Интерфейс SSD – это логический интерфейс его подключения к компьютеру в контексте механизма обмена данными с устройствами компьютера. Внутренние SSD подключаются к компьютеру по интерфейсам SATA, PCI-E, SAS. Внешние устройства – по интерфейсам USB и Thunderbolt.
Работая с SATA, все твердотельные накопители используют только его последнее поколение SATA III с пропускной способностью до 600 Мб/с. Но могут поддерживать разные ревизии SATA III - SATA Revision 3.0, 3.1, 3.2. Каждая более новая ревизия несколько улучшает производительность SSD. Ревизию SATA, кстати, можно узнать с помощью программы Smarthdd.
Но в любом случае все SSD совместимы с прежними поколениями SATA, и они будут работать на компьютерах, где материнки поддерживают, например, только SATA II. Но, конечно, будут работать в рамках пропускной способности до 300 Мб/с. Типичный SSD с SATA-интерфейсом существует в форм-факторе 2.5”. Такие SSD появились первыми. И такой накопитель можно установить в любой ПК или ноутбук.
SSD SATA также может быть в форм-факторах mSATA и M.2. SATA-накопители работают со старым протоколом передачи данных AHCI.
Позднее появились SSD с интерфейсом PCI-E – более скоростным интерфейсом, обеспечивающим, соответственно, большую скорость передачи данных. Разные SSD поддерживают разные поколения этого интерфейса - PCI-E 3.0 и PCI-E 4.0. Интерфейс PCI-E 3.0 может быть с двумя линиями передачи данных - PCI-E 3.0 2х, такой обеспечивает скорость немногим менее 2 Гб/с. Но интерфейс PCI-E 3.0 может быть с четырьмя линиями передачи данных - PCI-E 3.0 4х, и тогда он может обеспечить скорость максимум 3,9 Гб/с. Интерфейс PCI-E 4.0 предусматривает 4 линии передачи данных - PCI-E 4.0 4х, и он может обеспечить скорость максимум 7,88 Гб/с. SSD PCI-E работают через разъёмы M.2 и U.2. Все современные высокоскоростные накопители PCI-E поддерживают технологию NVMe – самый быстрый протокол передачи данных. Но некоторые старые накопители PCI-E (как правило, PCI-E 2.0) NVMe не поддерживают и работают со старым протоколом AHCI.
SAS — это и интерфейс, и разъём подключения внутренних накопителей класса серверных, о нём поговорим позднее.
USB и Thunderbolt
USB и Thunderbolt – это и интерфейсы, и разъёмы подключения внешних SSD, о них также подробнее будем говорить далее.
Тонкости установки
Но, если вы хотите установить в свой ноутбук твердотельный накопитель, необходимо первым делом убедиться в том, что на плате имеется разъем для его установки. Эту информацию можно узнать у производителя, найти в видеообзорах с инспекцией внутренностей, при помощи конфигуратора на нашем сайте или спросить о возможности апгрейда у специалистов технической поддержки Kingston. Можно и самому вскрыть ноутбук, чтобы проверить требуемые размеры монтажных отверстий. Рядом с интерфейсом M.2 обычно наносится маркировка, которая говорит о наличии крепежных отверстий. Например, 2260 означает, что поддерживаются носители 22 мм в ширину и 60 в длину, 2280 — 22 в ширину и 80 в длину, ну и так далее.
Интерфейс M.2 универсальный, но, чтобы жизнь не казалась мёдом, у него есть несколько разновидностей с разными ключами для установки плат расширения. Разъем с ключом B отличается отсутствующими контактами с 12 по 19 и называется M.2 Socket 2. Он может работать с интерфейсами SATA, USB 3.0, PCIe ×2, PCM, IUM, SSIC и I2C. При установке ключа M с отсутствующими контактами с 59 по 66 разъем именуется в документации M.2 Socket 3. Такая версия поддерживает уже только PCIe x4 и SATA.
При этом в продаже имеются разные SSD — предназначенные для установки в M.2 Socket 2, M.2 Socket 3 и универсальные, у которых есть контакты для обоих ключей. Если вы не уверены, какой именно разъем M.2 имеется в ноутбуке, лучше всего приобретать именно универсальный накопитель. В частности, в линейке Kingston модели M.2 SATA содержат сразу два ключа и могут быть установлены в любой ноутбук с поддержкой М.2.
Разъёмы подключения SSD
Разъём подключения – это тип аппаратного подключения SSD через определённый интерфейс, это физический интерфейс.
Львиную долю рынка внутренних твердотельных накопителей занимают таковые и с интерфейсом SATA, и с разъёмом подключения SATA, если быть точным, то с разъёмом SATA III. Это упомянутый выше типичный SATA SSD в форм-факторе 2.5”, который можно установить в любой компьютер, подключив к порту SATA III (если такого нет, то к порту SATA II) на материнской плате ПК или ноутбука.
Тогда как SATA – это и интерфейс подключения, и непосредственно аппаратный разъём подключения SSD, M.2 – это не интерфейс, но это аппаратный разъём подключения и форм-фактор. Через разъём M.2 могут подключаться SSD с интерфейсом SATA и PCI-E. И чтобы мы могли подключить к компьютеру SSD с нужным интерфейсом, материнка ПК или ноутбук должны иметь соответствующий слот M.2. В слот M.2 на некоторых материнках ПК и ноутбуках может подаваться либо шина SATA, либо шина PCI-E, т.е. у таких устройств слот либо M.2 SATA, либо M.2 PCI-E. Ноутбуки обычно, если имеют слот M.2, то это либо слот M.2 SATA, либо слот M.2 PCI-E. А вот на отдельных материнках ПК слоты M.2 могут работать в обоих режимах - и в режиме M.2 SATA, и в режиме M.2 PCI-E. И, соответственно, к таким материнкам можно подключать хоть накопители M.2 SATA, хоть накопители M.2 PCI-E. А конкретный режим работы слота M.2 (его конфигурация SATA или PCI-E) выставляется в настройках BIOS таких материнок.
Но слот M.2 на материнке или в ноутбуке ещё имеет разные ключи, обуславливающие конструкционные отличия слота:
Ключи слота M.2 на материнке и в ноутбуке должны совпадать с ключами на SSD-накопителе. Также слот M.2 и накопитель M.2 должны совпадать по размерам. Слот M.2 (или даже несколько) для подключения накопителей M.2 предусматривается сегодня практически всеми современнейшими материнскими платами ПК и ноутбуками. Устанавливается накопитель M.2 в материнку ПК очень просто. Равно как и просто его установить в ноутбук.
При покупке накопителя с разъёмом подключения M.2 важно предельно точно понимать, что за слот у нас имеется на материнке ПК или в ноутбуке – для какого он интерфейса, какой у него ключ, и какие размеры накопителей поддерживает. Внимательно изучаем свои материнку ПК или ноутбук, юзаем их спецификации на официальном сайте, юзаем инструкции устройств.
У старых компьютеров и относительно таковых (даже поколения оперативной памяти DDR4, выпущенных ранее 2015 года) слота M.2 PCI-E для установки высокоскоростных накопителей PCI-E NVMe нет. Установить такой высокоскоростной SSD на старый ПК можно только с помощью специального переходника-адаптера PCI-E-M.2.
Но, чтобы с такого накопителя загружалась Windows, нужно модифицировать BIOS компьютера под поддержку NVMe, а это возможно не для каждой материнки. И, естественно, сам процесс модификации несёт риски.
mSATA
mSATA (mini-SATA) – это и форм-фактор, и разъём для подключения накопителей небольшого размера в ноутбуках, и, соответственно, ноутбуки в своей конструкции должны предусматривать слот mSATA. Невооружённым глазом накопитель mSATA можно спутать с накопителем M.2.
Разъём mSATA на ноутбуках сегодня практически вытеснен с рынка разъёмом M.2. И самих накопителей mSATA на рынке крайне мало.
USB и Thunderbolt
USB и Thunderbolt – это и интерфейсы, и разъёмы подключения внешних SSD. В зависимости от поколений интерфейсов у их разъёмов имеются конструкционные отличия, но эти разъёмы совместимы с разъёмами прежних поколений интерфейсов. Внешние USB-SSD сейчас выпускаются с разъёмами:
Но, конечно, если мы подключим такой накопитель к обычным портам USB 3.0 или даже 2.0 на компьютере, то никакого толку от реализованного в самом накопителе поколения интерфейса не будет, передача данных будет ограничена портами USB на компьютере. Есть USB-SSD с разъёмом USB C (он же USB Type-C, чуть крупнее microUSB), и есть разные поколения интерфейса этого типа разъёма - USB C 3.2 gen1 и USB C 3.2 gen2.
Внешние накопители с интерфейсом и разъёмом Thunderbolt в его версии 3 могут работать на уровне высокоскоростных внутренних SSD PCI-E M.2. Накопители с реализацией Thunderbolt v3 могут читать данные со скоростью до 2800 Мб/с, записывать – со скоростью до 2100 Мб/с. Внешние накопители с Thunderbolt в его версии 2 могут читать и записывать данные со скоростью до 950 Мб/с. Такие SSD поддерживают NVMe. Но Thunderbolt реализован преимущественно на компьютерах компании Apple.
Есть высокоскоростные внешние накопители с интерфейсом Thunderbolt, но с разъёмом USB C, т.е. подключаемые, соответственно, через USB. Однако для подключения такого накопителя к компьютеру он должен поддерживать режим Thunderbolt.
U.2 — современный разъём для дорогостоящих внутренних накопителей премиум-сегмента, устройств класса серверных, предусматривающий их горячую замену. Работает через интерфейс PCI-E, обеспечивая высокие скорости передачи данных, большинство таких накопителей поддерживают NVMe. Для работы SSD с разъёмом U.2 его должна предусматривать материнская плата компьютера.
SAS — старый интерфейс и разъём подключения внутренних накопителей класса серверных, имеет современную реализацию с пропускной способностью до 2,8 Гб/с. SAS-накопители также могут быть подключены к компьютеру, если его материнская плата предусматривает такой разъём.
Заключение
Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.
Точно так же, как транзисторы совершили революцию в компьютерной области, увеличив скорость переключения и выполнения математических операций, использование полупроводниковых устройств в качестве накопителей привело к такому же результату.
Первые шаги на этом пути были сделаны компанией Toshiba, предложившей в 1980 году концепцию флеш-памяти. Четыре года спустя она создала NOR-память, а в 1987 году — NAND-память. Первый коммерческий накопитель с использованием флеш-памяти (solid state drive, или SSD) был выпущен SunDisk (позже переименованной в SanDisk) в 1991 году.
Большинство людей начало своё знакомство с твердотельными накопителями с так называемых USB-флешек. Даже сегодня их структура в целом напоминает конструкцию большинства SSD.
Слева показан один чип NAND-памяти SanDisk. Как и SRAM, он используется в кэшах ЦП и GPU. Он заполнен миллионами «ячеек», созданных из модифицированных транзисторов с плавающим затвором. В них используется высокое напряжение для записи и стирания заряда в отдельных участках транзистора. При считывании ячейки на участок подается пониженное напряжение.
Если ячейка не заряжена, то при подаче пониженного напряжения ток течёт. Это даёт системе понять, что ячейка имеет состояние 0; в противоположном случае она имеет состояние 1 (т.е. при подаче напряжения ток не течёт). Благодаря этому чтение из NAND-памяти выполняется очень быстро, но запись и удаление данных не так быстры.
Самые лучшие ячейки памяти, называаемые одноуровневыми ячейками (single level cells, SLC), имеют только одну величину заряда, создаваемого на участке транзистора; однако существуют и ячейки памяти, способные иметь несколько уровней заряда. В общем случае всех их называют многоуровневыми ячейками (multi-level cells, MLC), но в отрасли производства NAND-памяти аббревиатурой MLC обозначают 4 уровня заряда. Другие типы имеют похожие названия: трёхуровневые (triple level, TLC) и четырёхуровневые (quad level, QLC) имеют, соответственно, 8 и 16 различных уровней заряда.
Это влияет на то, сколько данных можно хранить в каждой ячейке:
- SLC — 1 уровень = 1 бит
- MLC — 4 уровня = 2 бита
- TLC — 8 уровней = 3 бита
- QLC — 16 уровней = 4 бита
В отличие от SRAM и DRAM, при отключении питания заряд в флеш-памяти сохраняется и его утечка происходит очень медленно. В случае системной памяти ячейки разряжаются за наносекунды, а поэтому постоянно должны обновляться. К сожалению, использование напряжения и подача заряда повреждают ячейки, и поэтому SSD со временем изнашиваются. Чтобы бороться с этим, используются хитрые процедуры, минимизирующие скорость износа; обычно они делают так, чтобы использование ячеек было наиболее равномерным.
Эту функцию контролирует управляющий чип, показанный справа. Ещё он выполняет те же задачи, что и чип LSI, используемый в HDD. Однако в приводах с вращающимися дисками есть отдельные чипы для DRAM-кэша и встроенного ПО Serial Flash, а в USB-флешке оба контроллера встроены. И поскольку они проектируются так, чтобы быть дешёвыми, особой функциональности вы от них не получите.
Но благодаря отсутствию подвижных частей можно с уверенностью ожидать, что производительность флеш-памяти будет выше, чем у HDD. Давайте посмотрим на показатели с помощью CrystalDiskMark:
Поначалу результаты разочаровывают. Скорость последовательного чтения/записи и случайной записи гораздо хуже, чем у протестированного HDD; однако произвольное чтение намного лучше, и это то преимущество, которое обеспечивает флеш-память. Запись и удаление данных выполняются довольно медленно, зато считывание обычно производится мгновенно.
Однако у этого теста есть ещё одна незаметная особенность. Тест USB-памяти обеспечивает подключение только по стандарту USB 2.0, который имеет максимальную скорость передачи всего 60 МБ/с, а HDD использовал порт SATA 3.3, обеспечивающий пропускную способность в 10 раз больше. К тому же использованная технология флеш-памяти довольно проста: ячейки имеют тип TLC и выстроены в длинные параллельные полосы; такая компоновка называется плоской (planar) или двухмерной (2D).
Флеш-память, используемая в лучших современных SSD, имеет тип SLC или MLC, то есть она работает чуть быстрее и изнашивается чуть медленнее, а полосы согнуты пополам и выстроены стоймя, образуя вертикальную или трёхмерную структуру ячеек. Также в них используется интерфейс SATA 3.0, хотя всё чаще применяется более быстрая система PCI Express через интерфейс NVMe.
Давайте взглянем на один такой пример: Samsung 850 Pro, в котором использованы эти хитрости с вертикальным расположением.
В отличие от тяжёлого 3,5-дюймового привода Seagate, этот SSD имеет размер всего 2,5 дюйма и намного тоньше и легче.
Откроем его (спасибо Samsung за использование таких дешёвых болтов Torx, которые чуть не развалились при демонтаже. ) и увидим, почему:
В нём почти ничего нет!
Ни дисков, ни рычагов, ни магнитов — просто одна печатная плата, состоящая из нескольких чипов.
Так что же мы тут видим? Небольшие чёрные чипы — это регуляторы напряжения, а остальные выполняют следующие функции:
- Samsung S4LN045X01-8030: трёхъядерный процессор на основе ARM Cortex R4, занимающийся обработкой инструкций, данными, коррекцией ошибок, шифрованием и управлением износом
- Samsung K4P4G324EQ-FGC2: 512 МБ памяти DDR2 SDRAM, используемой для кэша
- Samsung K9PRGY8S7M: каждый чип — это 64 ГБ 32-слойной вертикальной флеш-памяти NAND типа MLC (в сумме 4 чипа, два расположены на другой стороне платы)
Улучшение оказалось огромным. Скорость и чтения, и записи стала значительно выше, а задержки намного меньше. Что ещё нужно для счастья? Меньше и легче, нет подвижных деталей; к тому же SSD потребляют меньше энергии, чем механические дисковые накопители.
Разумеется, за все эти преимущества имеют свою цену, и здесь слово «цена» используется в буквальном смысле: вы же помните, что за 350 долларов можно купить HDD на 14 ТБ? Если брать SSD, то за эту сумму удастся приобрести только 1 или 2 ТБ. Если вы хотите накопитель такого же уровня, то пока лучшее, что вы можете сделать — это потратить 4 300 долларов на один SSD корпоративного уровня ёмкостью 15,36 ТБ!
Некоторые производители изготавливали гибридные HDD — стандартные жёсткие диски, на печатных платах которых было размещено немного флеш-памяти; она используется для хранения данных на дисках, к которым часто осуществляется доступ. Ниже показана плата из гибридного накопителя Samsung ёмкостью 1 ТБ (иногда называемого SSHD).
В правом верхнем углу платы находятся чип NAND и его контроллер. Всё остальное примерно такое же, как и в модели Seagate, которую мы рассматривали в предыдущем посте.
Мы можем в последний раз воспользоваться CrystalDiskMark, чтобы посмотреть, есть ли какая-то ощутимая выгода от использования флеш-памяти в качестве кэша, но сравнение будет нечестным, так как диски этого накопителя вращаются со скоростью 7200 rpm (а у HDD WD, который мы использовали для аутопсии — всего с 5400 rpm):
Показатели немного лучше, но причиной этого, вероятно, является повышенная скорость вращения — чем быстрее диск перемещается под головками чтения-записи, тем быстрее можно передавать данные. Стоит также заметить, что файлы, сгенерированные тестом бенчмарка, не будут распознаны алгоритмом как активно считываемые, а значит, контроллер скорее всего не сможет правильно использовать флеш-память.
Несмотря на это, более качественное тестирование показало улучшение производительности HDD с встроенным SSD. Однако дешёвая флеш-память, скорее всего, выйдет из строя намного быстрее, чем качественный HDD, поэтому гибридные накопители, вероятно, не стоят нашего внимания — индустрия производства накопителей гораздо сильнее заинтересована в SSD.
Прежде чем мы двинемся дальше, стоит упомянуть, что флеш-память — не единственная технология, используемая в твёрдотельных накопителях. Intel и Micron совместно изобрели систему под названием 3D XPoint. Вместо записи и стирания зарядов зарядов в ячейках для создания состояний 0 и 1, для генерации битов в этой системе ячейки изменяют своё электрическое сопротивление.
Intel рекламировала эту новую память под брендом Optane, и когда мы протестировали её, производительность оказалась выдающейся. Как и цена системы, но в плохом смысле. Накопитель Optane всего на 1 ТБ сегодня стоит более 1 200 долларов — в четыре раза больше, чем SSD такого же объёма на основе флеш-памяти.
Третьим и последним накопителем, который мы исследуем в следующей статье, будут оптические приводы.
Привет, GT! Качественный SSD раскрывает потенциал любого ноутбука. Хорошо, если он установлен сразу, а если нет? Разбираемся с разными вариантами твердотельных накопителей и определяем, какой из них лучше подходит для апгрейда мобильного компьютера.
Массовое использование твердотельных накопителей в ноутбуках началось, когда компания Intel представила концепцию Ultrabook. Даже небольшие ультрабуки, укомплектованные SSD, были намного быстрее устройств с HDD. И это стало лучшей мотивацией апгрейдиться для пользователей ноутбуков с тех пор, как съёмные процессоры и графические ускорители в мобильных компьютерах исчезли как класс.
Причин для выбора SSD сегодня немало — это и иммунитет к вибрации и ударам, и быстродействие, и низкое энергопотребление. До недавнего времени главным препятствием для перехода на твердотельные накопители была высокая цена, но сегодня она заметно снизилась, а уровень отказов ячеек памяти стал настолько низким, что SSD можно использовать для повседневной работы, совершенно не переживая за свои данные.
И всё же покупать первый попавшийся под руку SSD не стоит: накопитель следует подбирать со знанием дела и учитывать особенности системы. На рынке представлено множество продуктов в разных ценовых категориях, и не исключено, что накопитель за 5 тысяч рублей даст вам такой же результат, что и его аналог за 15. Так стоит ли тратить лишние средства? Чтобы лучше разобраться в этом вопросе, рассмотрим разные виды SSD.
Читайте также: