Главная страница ПубликацииТвердотельные накопители SSD

Твердотельные накопители SSD

Производительность современных центральных процессоров, определяющих вычислительные возможности ПК, существенно превосходит производительность традиционных жестких дисков (HDD). В результате, именно подсистемы хранения данных во многих случаях становятся узким местом, сдерживающим рост производительности компьютеров в целом. Использование дорогостоящих решений на основе RAID-массивов лишь отчасти позволяет решить проблему дисбаланса в производительности процессоров и подсистем хранения данных на основе HDD. В дальнейшем дисбаланс производительности процессоров и HDD-дисков будет только увеличиваться, и мы неизбежно придем к тому, что производительность компьютера во многих приложениях уже перестанет определяться производительностью процессора, а будет упираться в самое слабое звено — подсистему хранения данных. Так, с 1996 года усредненная производительность процессоров выросла в 175 раз, в то время как производительность HDD-дисков (имеется в виду выборочное чтение блоков размером 20 Кбайт) — всего в 1,3 раза [1].

Сегодня единственным способом решения этой проблемы является переход от HDD к твердотельным дискам SSD (Solid State Drive) на основе флэш-памяти. Такие диски способны обеспечить уровень производительности, который в полной мере отвечает производительности современных многоядерных процессоров.

ssd_1.jpg


Твердотельные накопители или SSD (solid-state drive) по сравнению с классическими жёсткими дисками предлагают заметно более высокие скорости передачи данных и на порядки более низкое время отклика. В результате ПК, в котором используется твердотельный накопитель, предлагает пользователю по-настоящему стремительную реакцию на обычные действия вроде загрузки операционной системы, запуска приложений или открытия файлов.

Высокая производительность — это не единственное преимущество SSD-дисков. Они также абсолютно бесшумны, поскольку не содержат движущихся частей, и потребляют гораздо меньше электроэнергии по сравнению с HDD-дисками. Так, энергопотребление обычного 2,5-дюймового HDD-диска в режиме активности составляет порядка 2,5-3 Вт и порядка 0,85-1 Вт в режиме простоя (Idle). Если HDD-диск не активен, то через некоторое время (в зависимости от настроек) он переходит в режим пониженного энергопотребления (Standby или Sleep) и при выходе из этого режима ему требуется порядка 1-2 с для раскрутки. Типичное энергопотребление SSD-диска (не серверного) в режиме активности составляет порядка 0,15 Вт, а в режиме простоя — 0,06 Вт. Переход из режима активности в режим пониженного энергопотреб­ления происходит автоматически, если диск не активен в течение 25 мс. Отметим, что для автоматического перехода SSD-диска в режим пониженного энергосбережения необходимо активировать функцию Device Initiated Power Management (DIPM) в реестре, поскольку по умолчанию задана функция Host Initiated Power Management (HIPM), когда переходом в режим пониженного энергопотребления управляет не сам диск, а операционная система.

Появление столь прорывной технологии было по достоинству оценено многими пользователями. Спрос на твердотельные накопители потребительского уровня лавинообразно вырос, а к производству SSD стали присоединяться всё новые и новые компании. Десятки производителей предлагают сотни различающихся между собой по характеристикам SSD, и найти в таком многообразии подходящее решение для каждого конкретного случая становится очень непросто, особенно без досконального знания всех тонкостей. 

Форм-факторы и интерфейсы

Первое и самое заметное различие между имеющимися на рынке твердотельными накопителями заключается в том, что они могут иметь различное внешнее исполнение и подключаться в систему по разным интерфейсам, использующим для передачи данных принципиально различные протоколы.

Наиболее распространены SSD, обладающие интерфейсом SATA. Это ровно тот же интерфейс, что применяется в классических механических жёстких дисках. Поэтому большинство SATA SSD и выглядят похожим на мобильные HDD.

SSD накопители, использующие интерфейс SATA, стали своего рода правопреемниками HDD, и это обуславливает их повсеместное распространение и широчайшую совместимость с существующими платформами. Однако современная версия SATA-интерфейса рассчитана на максимальную скорость передачи данных лишь на уровне 6 Гбит/с, которая кажется запредельной для механических жёстких дисков, но не для SSD. Поэтому производительность наиболее мощных моделей SATA SSD определяется не столько их возможностями, сколько пропускной способностью интерфейса. Это не особенно мешает массовым твердотельным накопителям раскрывать свою высокую скорость, но наиболее производительные модели SSD для энтузиастов интерфейс SATA стараются обходить стороной. Тем не менее, именно SATA SSD является самым подходящим вариантом для современной общеупотребительной системы.

В тех же случаях, когда пропускной способности, предлагаемой SATA-интерфейсом, кажется недостаточно, обратить внимание можно на SSD накопители с интерфейсом PCI Express. В зависимости от того, какая версия протокола и сколько линий используется накопителем для передачи данных, пропускная способность этого интерфейса может доходить до значений, впятеро превосходящих возможности SATA. В таких накопителях обычно используются самая производительная начинка, и они существенно обходят по скорости более привычные SATA-решения. Необходимо отметить, что SSD накопители с интерфейсом PCI Express существенно дороже, поэтому чаще всего они попадают в наиболее высокопроизводительные системы высшей ценовой категории.

В последнее время популярны накопители c интерфейсом PCI Express, работающие по протоколу NVMe. Это – новый программный протокол работы с устройствами хранения данных, который дополнительно увеличивает быстродействие системы при взаимодействии со скоростной дисковой подсистемой. За счёт сделанных в нём оптимизаций этот протокол действительно обладает лучшей эффективностью, но сегодня к NVMe-решениям нужно относиться с осторожностью: они совместимы лишь с самыми новыми платформами и работоспособны только в новых версиях операционных систем.

В то время как пропускной способности интерфейса SATA становится недостаточно для скоростных моделей SSD, а PCIe-накопители громоздки и требуют для своей установки отдельного полноразмерного слота, на сцену постепенно выходят накопители, выполненные в форм-факторе M.2. Похоже, что именно M.2 SSD имеют шанс стать следующим общепринятым стандартом, и они будут не менее популярны, чем SATA SSD. Однако, нужно иметь в виду, что M.2 – это не ещё один новый интерфейс, а лишь спецификация типоразмера карт и разводки необходимого для них разъёма. Работают же M.2 SSD по вполне привычным интерфейсам SATA, либо PCI Express: в зависимости от конкретной реализации накопителя допускается как один, так и другой вариант.

Карты M.2 представляют собой небольшие платы с напаянными на них элементами. Необходимые для них слоты M.2 сегодня можно найти на большинстве современных материнских плат, а также во многих новых ноутбуках. Учитывая, что M.2 SSD могут работать в том числе и через интерфейс PCI Express, наиболее интересны с практической точки зрения как раз именно такие M.2-накопители. Однако, на данный момент ассортимент подобных моделей не слишком велик. 

Типы Flash-памяти и надежность накопителей

Flash-память определяет основные потребительские характеристики SSD: их производительность, надёжность и цену.

Разница между различными типами Flash-памяти состоит лишь в том, сколько бит данных хранится в каждой ячейке NAND, и это подразделяет память на три разновидности: SLC (Single Level Cell), MLC (Multi Level Cell) и TLC (Three Level Cell). Однако, теперь производители осваивают в своих полупроводниковых технологиях новые подходы к компоновке ячеек и к повышению их надёжности, и ситуация стала значительно сложнее.

Рассмотрим основные варианты Flash-памяти, которые можно встретить в современных твердотельных накопителях для обычных пользователей.

ssd_2.jpg

SLC NAND. Это самый старый и самый простой тип памяти. Он предполагает хранение одного бита данных в каждой ячейке Flash-памяти и, благодаря этому, имеет высокие скоростные характеристики и заоблачный ресурс перезаписи. Проблема лишь в том, что хранение по одному биту информации в каждой ячейке активно расходует транзисторный бюджет и Flash-память такого типа получается очень дорогой. Поэтому SSD на базе такой памяти уже давно не выпускаются, и на рынке их попросту нет.
Разумной альтернативой SLС-памяти с более высокой плотностью хранения данных в полупроводниковых NAND-кристаллах и с более низкой ценой является MLC NAND. В такой памяти в каждой ячейке хранится уже по два бита информации. Скорость работы логической структуры MLC-памяти остаётся на достаточно хорошем уровне, но выносливость снижается примерно до трёх тысяч циклов перезаписи. Тем не менее, MLC NAND используется сегодня в подавляющем большинстве высокопроизводительных твердотельных накопителей, а уровень её надёжности вполне достаточен для того, чтобы производители SSD не только давали на свои продукты пятилетнюю или даже десятилетнюю гарантию, но и обещали возможность перезаписи полной ёмкости накопителя несколько сотен раз.

Для тех же применений, где интенсивность операций записи очень высока, например, для серверов, производители SSD собирают решения на базе специальной eMLC NAND. С точки зрения принципов работы это – полный аналог MLC NAND, но с повышенной устойчивостью к постоянным перезаписям. Такая память изготавливается из самых лучших, отборных полупроводниковых кристаллов и может без проблем переносить примерно втрое большую нагрузку, чем ординарная MLC-память.

В то же время стремление к снижению цен на свою массовую продукцию заставляет производителей переходить на более дешёвую по сравнению с MLC NAND память. В бюджетных накопителях последних поколений нередко встречается TLC NAND – Flash-память, в каждой ячейке которой хранится по три бита данных. Эта память примерно в полтора раза медленнее, чем MLC NAND, а её выносливость такова, что перезаписать в ней информацию до деградации полупроводниковой структуры удаётся около тысячи раз.

Тем не менее, даже такую хлипкую TLC NAND в сегодняшних накопителях можно встретить достаточно часто. Число моделей SSD на её основе уже перевалило далеко за десяток. Секрет жизнеспособности таких решений заключается в том, что в них производители добавляют небольшой внутренний кеш, основанный на скоростной и высоконадёжной SLC NAND. Именно таким образом решается сразу обе проблемы – как с производительностью, так и с надёжностью. В результате, SSD на базе TLC NAND получают скорости, достаточные для насыщения SATA-интерфейса, а их выносливость позволяет производителям давать на конечные продукты трёхлетнюю гарантию.

ssd_3.jpg

В погоне за снижением себестоимости продукции производители стремятся к уплотнению данных внутри ячеек Flash-памяти. Именно этим был обусловлен переход на MLC NAND и начавшееся теперь распространение в накопителях TLC-памяти. Индустрия в настоящее время нашла другой путь повышения плотности хранения данных в полупроводниковых кристаллах, а именно – их перевод на трёхмерную компоновку.

В то время как в классической NAND-памяти ячейки расположены исключительно планарно (в виде плоского массива), в 3D NAND в полупроводниковой структуре введено третье измерение, и ячейки располагаются не только по осям X и Y, но и в несколько ярусов друг над другом. Этот подход позволяет решить главную проблему – плотность хранения информации в такой структуре можно наращивать не увеличением нагрузки на имеющиеся ячейки или их миниатюризацией, а простым добавлением дополнительных слоёв. Успешно решается в 3D NAND и вопрос выносливости Flash-памяти. Трёхмерная компоновка позволяет применять производственные технологии с увеличенными нормами, которые с одной стороны дают более устойчивую полупроводниковую структуру, а с другой – устраняют взаимное влияние ячеек друг на друга. В результате, ресурс трёхмерной памяти по сравнению с планарной удаётся улучшить примерно на порядок.

ssd_4.jpg

Иными словами, трёхмерная структура 3D NAND готова совершить настоящую революцию. Проблема лишь в том, что изготавливать такую память несколько сложнее, чем обычную, поэтому старт её производства значительно растянулся по времени. В итоге, на данный момент налаженным массовым выпуском 3D NAND занимается лишь компания Samsung. Остальные производители NAND пока лишь готовятся к запуску серийного производства трёхмерной памяти.

Если же говорить о трёхмерной памяти Samsung, то на сегодняшний день она использует 32-слойный дизайн и продвигается под собственным маркетинговым именем V-NAND. По типу организации ячеек в такой памяти она подразделяется на MLC V-NAND и TLC V-NAND. И то, и другое – это трёхмерная 3D NAND, но в первом случае каждая отдельная ячейка хранит по два бита данных, а во втором – по три. Хотя принцип действия в обоих случаях схож с обычной MLC и TLC NAND, за счёт использования зрелых техпроцессов её выносливость выше, а значит, SSD на базе MLC V-NAND и TLC V-NAND несколько лучше по надёжности, чем SSD с обычной MLC и TLC NAND.

Говоря о надёжности твердотельных накопителей, необходимо иметь в виду, что от ресурса применяемой в них Flash-памяти она зависит лишь опосредовано. Как показывает практика, современные потребительские SSD, собранные на качественной NAND-памяти любого типа, в реальности способны перенести запись сотен терабайт информации. И это с лихвой покрывает потребности большинства пользователей персональных компьютеров. Выход же накопителя из строя при исчерпании им ресурса памяти может быть связан лишь с тем, что SSD используется при слишком интенсивной нагрузке, для которой он на самом деле не предназначался изначально. В большинстве случаев поломки SSD происходят по совершенно другим причинам, например, от перебоев питания или ошибок в их микропрограмме.

Поэтому вместе с типом Flash-памяти очень важно обращать внимание и на то, какая компания изготовила конкретный накопитель. Крупнейшие производители имеют в своём распоряжении более мощные инженерные ресурсы и лучше заботятся о своей репутации, чем небольшие фирмы, вынужденные конкурировать с грандами, используя в первую очередь ценовой аргумент. Вследствие этого SSD крупных производителей, в целом, более надёжны: в них используются заведомо качественные компоненты, а доскональная отладка микропрограммы является одним из важнейших приоритетов. Это подтверждаются и практикой. Частота обращений по гарантии (по общедоступной статистике одного из европейских дистрибуторов) меньше у тех SSD, которые произведены более крупными компаниями.

Контроллер SSD [6]

Очевидно, что SSD требуют более совершенных механизмов управления, чем жесткие диски. Это не просто предрассудки, а HDD действительно заслуживают большего уважения, чем они сейчас имеют. Есть механические проблемы, которые связаны с балансировкой множественного чтения-записи головками всего на нанометр от пластины, вращающейся с достаточно большой скоростью. Тот факт, что HDD выполняют сложную задачу по внедрению новых методов записи на магнитные носители и при этом продают гигабайт памяти всего за 3-5 центов - просто невероятно.

SSD контроллеры представляют свой класс. Они часто снабжены пулом DDR3 памяти, чтобы помочь NAND разбираться самой с собой. Много дисков также включают одноуровневые ячейки кэша, которые действуют как буферы, повышая производительность диска путем выделения быстрой NAND-памяти для чтения/записи циклов. Из-за того, что NAND память в SSD очень часто связана с контроллером посредством серии параллельных каналов памяти, контроллер диска выполняет функции балансира в высокопроизводительном массиве памяти. SSD не развертывают RAID внутренне, но технология выравнивания износа, накопление мусора и управление кэшем SLC имеет аналоги c HDD.

Некоторые диски также используют алгоритмы сжатия данных для уменьшения общего числа операций записи и улучшения продолжительности жизни привода. Контроллер SSD производит коррекцию для однобитных ошибок и алгоритмы обработки со временем становятся все более сложными.

Большая часть производительности NAND памяти определяется базовым контроллером, и компании не готовы слишком уж срывать завесу таинственности со своей техники, чтобы не вручить конкуренту преимущество прямо в руки.

ssd_5.jpg

Типичный контроллер SDD


Рынок потребительских SSD очень молод, и на нём ещё не успела произойти консолидация. Поэтому число производителей твердотельных накопителей очень велико – как минимум их не меньше сотни. Но большинство из них – это мелкие компании, которые не имеют ни собственных инженерных команд, ни полупроводникового производства, а фактически занимаются лишь сборкой своих решений из закупаемых на стороне готовых компонентов и их маркетинговой поддержкой. Естественно, SSD накопители, выпущенные такими «сборщиками», уступают продукции настоящих производителей, которые инвестируют в разработку и производство огромные средства. Поэтому, при рациональном подходе, к выбору твердотельных накопителей обращать внимание стоит лишь на решения, выпускаемые лидерами рынка.

В числе таких «столпов», на которых держится весь рынок твердотельных накопителей, можно назвать лишь несколько имён. И в первую очередь это – Samsung, которая на этот момент владеет весьма внушительной 44-процентной рыночной долей. Иными словами, почти каждый второй проданный SSD сделан именно Samsung. И такие успехи совсем не случайны. Компания не только самостоятельно делает Flash-память для своих SSD, но и обходится вообще без какого-либо стороннего участия в проектировании и производстве. В её твердотельных накопителях используются аппаратные платформы, от начала и до конца сконструированные собственными инженерами и производимые на собственных мощностях. В результате, передовые накопители Samsung нередко отличаются от конкурирующих продуктов своей технологической продвинутостью – в них можно встретить такие прогрессивные решения, которые в продукции других фирм появляются существенно позже. Например, накопители, основанные на 3D NAND, в настоящее время присутствуют исключительно в ассортименте компании Samsung. Поэтому на SSD этой компании следует обратить внимание энтузиастам, которым импонирует техническая новизна и высокая производительность.

Второй по величине производитель SSD потребительского уровня – Kingston, владеющий примерно 10-процентной рыночной долей. В отличие от Samsung эта компания не занимается самостоятельным выпуском Flash-памяти и не ведёт разработок контроллеров, а опирается на предложения сторонних производителей NAND-памяти и решения независимых инженерных команд. Однако, именно это позволяет Kingston конкурировать с гигантами вроде Samsung: умело подбирая партнёров в каждом конкретном случае, Kingston предлагает весьма разностороннюю линейку продукции, хорошо отвечающую потребностям разных групп пользователей.

Другая группа производителей SSD накопителей - компании SanDisk и Micron, использующей торговую марку Crucial. Обе эти фирмы имеют собственные мощности по выпуску Flash-памяти, что позволяет им предлагать высококачественные и технологичные SSD с отличным сочетанием цены, надёжности и быстродействия. Немаловажно и то, что при создании своих продуктов эти производители опираются на сотрудничество с компанией Marvell – одним из лучших и крупнейших разработчиков контроллеров. Такой подход позволяет SanDisk и Micron стабильно добиваться достаточно высокой популярности их продукции – их доля на рынке SSD достигает 9 и 5 процентов соответственно.

Также необходимо отметить компанию Intel, которая самостоятельно производит Flash-память и имеет в своём распоряжении отличную инженерную команду, способную проектировать весьма интересные SSD. Однако, Intel сосредоточена в первую очередь на разработках твердотельных накопителей для серверов, которые рассчитаны на интенсивные нагрузки.  

Поддержка TRIM

Функция TRIM специально разработана для поддержания производительности SSD накопителей на максимальном уровне в течение всего их срока эксплуатации. TRIM была включена в стандартный функционал операционной системы.

TRIM – исключительно полезная функция (одна из команд протокола SATA), которая сообщает ОС об уже ненужных блоках данных на SSD (вследствие удаления файла или форматирования носителя) и о том, что они могут быть использованы для записи. TRIM осуществляет сбор и утилизацию «мусора», при этом ускоряет операции записи и обеспечивает более равномерный износ ячеек памяти.

Различие обработки файлов между обычными HDD и SSD накопителями.

Все современные файловые системы разрабатывались для хранения данных на HDD. Процесс их обработки здесь происходит следующим образом: Допустим, нам нужно записать на диск файл. Система сохраняет его в кластере (ячейке) на диске и записывает координаты этого файла в специальной таблице адресов "MFT" (которая тоже хранится на этом диске) и при необходимости получает доступ к файлу. MFT сообщает системе точное местоположение кластеров с требуемыми данными. Если необходимо удалить этот файл, система попросту стирает его адрес из этой таблицы, не трогая источник. При последующей записи данных, новые файлы сохраняются в кластерах поверх старых (удаленных).

Такая схема не подходит для современных SSD, потому что они основаны на Flash-памяти, которая не допускает запись новых данных в ячейку, где уже находится какой-то файл (даже если запись о нем была удалена в таблице MFT). То есть, при сохранении данных в занятую ячейку, системе приходится выполнять процедуру в несколько этапов: 

Первый – копирование старых данных из ячейки в кэш;

Второй – очистка ячейки; 

Третий - замена старых данных новыми; 

Четвертый - запись данных в ячейку SSD.

Если же ячейка пустая – выполняется только один, последний этап (запись). Исходя их этого, видим, что скорость записи данных в пустые ячейки SSD намного выше, чем в занятые. 

Вывод: При таких условиях скорость работы SSD будет со временем существенно снижаться из-за необходимости предварительной очистки ячеек с устаревшими данными непосредственно перед записью новых.

Команда TRIM удаляет данные из ячейки памяти, когда запись о них стирается из MFT.

Если операционная система и SSD-диск поддерживают команду TRIM, то при удалении некоторого файла с диска ОС посылает команду TRIM диску и дает ему знать, что данные из определенного набора страниц могут быть перезаписаны, то есть соответствующие страницы памяти помечаются к удалению и могут применяться в процедуре Garbage Collection. Важно отметить, что сама по себе команда TRIM не приводит к физическому удалению данных. Преимущество команды TRIM заключается в том, что с ее помощью можно увеличить количество блоков, содержащих страницы, отмеченные к удалению, и тем самым повысить эффективность процедуры Garbage Collection при выборе блока с наибольшим количеством страниц, отмеченных к удалению. Тем самым, команда TRIM способствует увеличению производительности диска, минимизируя избыточную запись при перемещении данных. Кроме того, использование команды TRIM позволяет снизить число перемещений данных в процедуре Wear Leveling.

Условия, необходимые для работы TRIM

  • Наличие SSD с поддержкой этой функции
  • Операционная система, начиная с Windows 7, Linux. Необходимо наличие ядра версии 2.6.33 и выше
  • Активный режим взаимодействия: AHCI
  • Установленный драйвер Microsoft Storage (MSAHCI)
  • Работа TRIM не поддерживается в конфигурациях RAID
  • Иногда TRIM не работает при включенной функции «Восстановление системы»

SSD хранят данные в ячейках  Flash-памяти, сгруппированных (в MLC SSD) в «страницы» (обычно по 4 Кбайт каждая), которые, в свою очередь, сгруппированы в блоки (обычно 128 страниц или 512 Кбайт суммарно) [3, 4].  ЯчейкиNAND-Flash-памяти могут быть непосредственно записаны лишь в том случае, когда они чисты. В случае, когда они хранят данные, содержимое ячеек должно быть очищено, прежде чем в них будут записаны новые данные. В SSD накопителях операция записи может быть проделана только для страниц, однако, из-за аппаратных ограничений команда удаления всегда выполняется на весь блок [4]. В результате, запись на SSD-носитель выполняется очень быстро до тех пор, пока существуют чистые страницы, но значительно замедляется, если необходимо очищать предварительно записанные страницы. Процесс перезаписи инициирует цикл чтение-очистка-модификация-запись: содержимое целого блока должно быть сохранено в кэше перед тем, как оно может быть удалено с накопителя, перезаписываемые данные модифицируются в кэше и только после этого целый блок (с обновленной страницей) записывается на накопитель. Это явление известно как усиление записи [5].

Способы повышения производительности SSD-дисков

«Слабость» SSD-диска заключается в том, что его производительность (скорость записи) со временем снижается. Напомним, что происходит это из-за того, что по мере заполнения диска уменьшается количество свободных блоков, которые можно использовать для перемещения данных.

Однако скорость записи можно повысить путем принудительного увеличения размера резервной области (за счет сокращения области диска, доступной для записи), то есть путем принудительного увеличения количества блоков памяти, применяемых для перемещения данных.

Компания Intel приводит следующие данные для своих новых дисков X25-M размером 160 Гбайт. Если использовать диск (уже применявшийся) для случайных операций (чтение, запись) с блоками данных размером 8 Кбайт при соотношении операций чтения и записи 2:1 и использовать для записи всё доступное пространство, то есть все 160 Гбайт (размер резервной области по умолчанию), то мы получим производительность примерно 1400 IOPS. Если же сократить размер доступного для записи пространства до 96 Гбайт, тем самым увеличив размер резервной области, то производительность возрастет до 8300 IOPS. При сокращении используемого пространства до 128 Гбайт производительность увеличится до 5500 IOPS, а при сокращении до 144 Гбайт — до 3500 IOPS.

Размер резервной области с целью повышения производительности случайной записи можно регулировать, если  создать на диске логический раздел (partition) меньше физического размера диска. В этом случае не применяемое для логического раздела пространство автоматически станет резервной областью диска. Следует отметить, что данный способ годится только для нового диска, на котором до этого не создавалось логических разделов. Если же на диске первоначально был создан логический раздел по размеру всего диска, и он ранее использовался, то создание нового логического раздела не приведет к ожидаемым результатам. В этом случае диск нужно прежде почистить, то есть принудительно очистить все блоки памяти. Обычная операция форматирования при этом помогает не всегда (это зависит от операционной системы, модели SSD-диска и версии прошивки диска), поэтому для очистки дисков иногда приходится применять специальные утилиты.

Другой способ повышения производительности SSD-дисков в операциях записи заключается в том, чтобы периодически производить процедуру очистки диска от «мусора», то есть время от времени очищать блоки памяти от страниц, помеченных к удалению, увеличивая тем самым количество пустых блоков.

Для такой процедуры можно использовать специализированные утилиты (например, wiper.exe, которая поставляется с некоторыми моделями SSD-дисков или может быть просто скачана из Интернета, или фирменную утилиту для оптимизации производительности диска), которые сканируют диск и очищают его от страниц, помеченных к удалению.

Можно также вообще очистить все блоки диска от данных и фактически вернуть диск к своему первоначальному состоянию, то есть сделать из уже использованного диска новый диск (ранее не применявшийся). Для этого можно использовать утилиту HDD Eraser (запускается под DOS).

Другой подход заключается в том, чтобы переложить задачу очистки диска от «мусора» на операционную систему и сам диск. Для этого предназначена специальная команда TRIM.

Быстродействие и цены

Совершенно очевидно, что выбирать следует из основанных на V-NAND или MLC NAND моделей SSD, предлагаемых лучшими производителями  (Crucial, Kingston, Samsung или SanDisk).

На сегодняшнем рынке SSD произошла чёткая сегментация: предлагаемые продукты относятся к нижнему, среднему или верхнему уровню и от этого прямо зависит их цена, производительность, а также и условия гарантийного обслуживания. Наиболее дорогие твердотельные накопители основываются на самых производительных аппаратных платформах и используют самую качественную и быструю Flash-память, более же дешёвые – базируются на урезанных платформах и NAND-памяти попроще. Накопители же среднего уровня характеризуются тем, что в них производители пытаются соблюсти баланс между производительностью и ценой.

В результате, продающиеся в магазинах бюджетные накопители предлагают удельную цену на уровне $0,3-0,35 за каждый гигабайт. Модели среднего уровня подороже – их стоимость составляет $0,4-0,5 за каждый гигабайт объёма. Удельные же цены флагманских SSD вполне могут доходить до $0,8-1,0 за гигабайт.

Решения верхней ценовой категории, которые в первую очередь ориентированы на аудиторию энтузиастов, – это высокопроизводительные SSD, использующие для своего включения в систему шину PCI Express, которая не ограничивает максимальную пропускную способность при передаче данных. Такие накопители могут быть выполнены в виде форм-фактора M.2 или PCIe-карт и обеспечивают скорости, в разы превышающие быстродействие любых SATA-накопителей. При этом в их основе используются специализированные контроллеры Samsung, Intel или Marvell и самая качественная и быстродействующая память типов MLC NAND или MLC V-NAND.

В среднем ценовом сегменте играют SATA-накопители, подключаемые по SATA-интерфейсу, однако, способные при этом задействовать (почти) всю его пропускную способность. Такие SSD могут использовать разные контроллеры разработки Samsung или Marvell и различную качественную MLC либо V-NAND память. Однако, в целом их производительность примерно одинакова, поскольку больше зависит от интерфейса, чем от мощности начинки накопителя. Выделяются такие SSD на фоне более дешёвых решений не только производительностью, но и расширенными условиями гарантии, срок которой устанавливается в пять или даже десять лет.

Бюджетные накопители – самая многочисленная группа, в которой находят место совершенно разношёрстные решения. Однако находятся у них и общие черты. Так, контроллеры, которые применяются в недорогих SSD, обычно имеют урезанный уровень параллелизма. Кроме того, чаще всего это процессоры, созданные небольшими тайваньскими инженерными командами вроде Phison, Silicon Motion или JMicron, а не командами разработчиков с мировым именем. По своей производительности бюджетные накопители до решений более высокого класса, естественно, не дотягивают, что бывает особенно заметно при случайных операциях. Кроме того, попадающая в накопители нижнего ценового диапазона Flash-память тоже к самому высокому уровню, не относится. Обычно здесь встречается либо дешёвая MLC NAND, выпущенная по «тонким» производственным нормам, или вообще TLC NAND. Вследствие этого сроки гарантии на такие SSD сокращены до трёх лет, существенно ниже бывает и декларируемый ресурс перезаписи..

Заключение 

Самое слабое место SSD-дисков — это операции случайной записи и снижение производительности SSD-диска по мере его эксплуатации, то есть производительность нового диска (еще не применявшегося) и уже заполненного диска (удаление файлов не всегда означает их физическое удаление из блоков памяти диска) могут существенно различаться.

Частично решить проблему снижения производительности при случайной записи можно за счет применения команды TRIM, для чего необходимо использовать операционную систему Windows 7 или Linux с ядром версии 2.6.28 и выше, а также SSD-диски, контроллеры которых поддерживают команду TRIM.

Кроме того, повысить производительность SSD-дисков можно путем принудительного увеличения резервной области, то есть количества резервных блоков памяти, используемых для операций перемещения данных. Сделать это можно, если создать логический раздел диска (партицию) с размером меньше физического размера диска. Тогда всё неиспользуемое пространство автоматически будет применяться как резервная область диска.

Ссылки на используемые источники

Вернуться к публикациям