SSD диск: преимущества и недостатки

SSDЗдравствуйте, дорогие друзья!
В этой заметке мы поговорим с вами про SSD диск, какие имеются преимущества и недостатки у диска на основе флеш-памяти. На сегодняшний день прогресс в сфере жестких дисков заметно замедлился, в то время как полупроводниковая память наоборот, начала развиваться все более быстрыми темпами. К чему же это все привело?

Во-первых, скорость работы у винчестеров давно уже прирастает весьма небольшими темпами, «упираясь» именно в механику. Давно уже списан со счетов стандарт АТА100, а винчестеры, которым пропускной способности этой вариации интерфейса SАТА недостаточно, появились относительно недавно.

Причем все они относятся к моделям с форм-фактором 3.5 дюйма, т.е. достаточно громоздким и прожорливым, в то время как все большее распространение портативных компьютеров (объем продаж которых уже примерно равен объему продаж десктопов, а в некоторых странах и превосходит последний) наибольшие требования предъявляли к более компактным накопителям.

Да и хоть какой-то рост производительности можно наблюдать лишь в области линейной скорости записи и чтения — случайные операции продолжают оставаться медленными, ибо не отказываясь от механики что-то путное сделать со временем доступа уже невозможно.

Емкость продолжает расти, однако тоже все медленнее и медленнее. Впрочем, она уже превысила основные требования массового пользователя к рабочему накопителю (разумеется, в области хранения больших объемов информации такого не наблюдается, так что внешние или внутренние массивы, емкостью в несколько терабайт, так и будут долго еще строиться исключительно на базе винчестеров) — сотни гигабайт для этого уже много, а ведь это «стартовый» объем для многих линеек винчестеров, поскольку меньше делать просто невыгодно.

Да, место на диске это ресурс, которого вечно не хватает — чем забить гигабайты свободного пространства всегда найдется, но часто такое «забивание» происходит именно потому, что «лишняя» емкость уже есть. Не будь ее — можно и ограничить свои потребности, либо решить задачу другими способами. Если будет для того стимул — например, более высокая скорость работы и низкое энергопотребление.

SSD диск: преимущества и недостатки.

SSD

Посмотрим на основные преимущества SSD флеш-накопителей (SSD диск).

1. Основные их достоинства проистекают из самой сущности флеш-памяти: это чисто электронный полупроводниковый носитель. Соответственно, чем «тоньше» техпроцессы, тем больше ячеек памяти можно уместить в тот же физический объем, так что рост емкости чипов флеш-памяти может быть вполне линейным.

Емкость одной микросхемы ныне уже исчисляется гигабайтами. Вроде бы немного, однако это одна микросхема. Соответственно, самые компактные флеш-карты, в которые больше одного чипа не вмещается, имеют емкость в те самые несколько гигабайт, более крупные карты типа CompactFlash или флеш-драйвы содержат несколько чипов, так что самые емкие их представители уже могут предложить нам десятки гигабайт доступного места, а уж в корпус винчестера (хотя бы на пластинах диаметром 1.8 дюйма, не говоря уже о более крупных «ноутбучных» моделях на пластинах по 2.5 дюйма) можно вместить очень много чипов флеш-памяти — тут уже счет пойдет на сотни гигабайт.

Но ведь до сих пор массово продаются и покупаются ноутбуки с винчестерами по 160-200 ГБ — значит, в ряде случаев этого достаточно, а такие величины современным флеш-накопителям уже доступны. Завтра же мы получим новые технологии и дальнейший рост емкости в расчете на микросхему, а значит и более емкие накопители.

2. Вторым следствием «электронной сущности» флеш-памяти является крайне низкое время доступа к любому блоку информации. В винчестерах мы вычисляем, где он находится, потом перемещаем блок магнитных головок на нужную дорожку, потом ждем, пока нужный сектор окажется под головкой — вторая и третья операции оптимизации не поддаются, поскольку зависят уже от физических параметров самих дисков: никакие более тонкие технологии их ускорить не могут.

А во флеше все просто — вычисляем адрес нужного блока и сразу же получаем к нему доступ. Никаких механических операций — все время уходит на дешифрацию адреса и, собственно, передачу блока. Чем быстрее контроллер, тем быстрее и доступ к данным.

Причем хаотические запросы к разным областям жесткого диска (а такое в современных многозадачных операционных системах происходит сплошь и рядом — с винчестером работают сразу несколько приложений) еще больше усугубляют ситуацию: для полупроводниковых носителей ничего страшного нет, винчестеры же вынуждены постоянно «гонять» головки по всей поверхности «блинов» и даже переупорядочивание очереди команд спасает не всегда.

3. Третий плюс флеша — это энергопотребление. В винчестере блок дисков сначала нужно раскрутить, а потом поддерживать постоянную скорость его вращения. И даже в те моменты, когда он не совсем нужен, нам все равно требуется подавать энергию электромотору.

Если диски просто остановить, то, во-первых, мы потратим много энергии на последующий их старт, во-вторых, будем наблюдать достаточно длительные задержки как только нам потребуется информация (время выхода в рабочий режим не так уж и мало), а в-третьих, очень может быть, что быстро доведем накопитель до преждевременной кончины.

С флешем все проще: нужен — подаем питание, не нужен — отключаем. «Выход из спячки» практически мгновенный, да и ничего не испортится в отличие от постоянно останавливаемого и запускаемого электродвигателя. Соответственно, имеем более низкое энергопотребление и в работе (не нужно расходовать энергию на вращение дисков) и, в особенности, в состоянии покоя.

4. Быстрый старт, поскольку не требуется раскрутка.

5. Бесшумность, поскольку отсутствуют движущиеся части.

6. Высокая механическая надежность за счет отсутствия движущихся частей. Кроме того, это обуславливает высокую устойчивость к вибрациям, ударам, перепадам давления и температур.

7. Отказы SSD диск в подавляющем большинстве случаев происходят при попытке записи или очистке ячейки, но не в процессе чтения данных, что позволяет просто записать данные в другое место SSD диска.

В случае с традиционными дисками, отказ зачастую происходит именно при попытке чтения данных, и в случае неудачи эти данные восстановить уже будет не возможно.

Но есть у флеш-памяти и недостатки.

Во-первых, общая емкость накопителей уже достаточно велика, но, все же, пока заметно меньше, чем у винчестеров.

Во-вторых, стоимость хранения каждого гигабайта информации в разы выше. Это пока ставит крест на применении флеш-памяти там, где нам реально нужны большие массивы информации. «Пока», поскольку развивается эта технология быстрее винчестеров, так что со временем эти два недостатка сойдут на нет.

В свое время, кстати, подобная история была с оперативной памятью на магнитных сердечниках — остальные схемы компьютеров уже перешли на полупроводниковые элементы, а вот ОЗУ оставалось все таким же архаичным: так получалось дешевле, да и компактнее. И ничего — со временем развитие полупроводниковых технологий позволило от отдельных транзисторов перейти к интегральным микросхемам, которые магнитные сердечники и похоронили.

В-третьих, не все так просто со скоростью работы. Да, доступ к любой ячейке осуществляется почти мгновенно, а вот само по себе ее чтение и передача информации по шине уже занимает достаточно большое количество времени. В частности, на сегодняшний момент, типичные скорости чтения информации с одной микросхемы составляют 20-25 МБ/с, в то время, как многие массовые модели винчестеров шагнули уже за 100 МБ/с.

Еще хуже ситуация с операциями записи. Во-первых, мы не можем просто взять и изменить содержимое любой ячейки — стирание информации происходит достаточно большими блоками. Соответственно, нам нужно этот блок считать, нужное изменить и перезаписать обратно. Соответственно, при реализации записи просто «в лоб» ничего хорошего мы не получим. Во-вторых, даже при последовательной записи больших объемов информации (где нам не обязательно использовать вышеприведенные сложные схемы), скорость записи достаточно невелика — 15-20 МБ/с для микросхем с одноуровневыми ячейками (SLC) и всего 5-10 МБ/с для многоуровневых чипов (MLC).

Причем при массовом применении о первых цифрах нам можно сразу забыть, ориентируясь на вторые: SLC-чипы банально дороже и объем их ниже, так что для массовых решений подходит только MLC. Но даже если с первыми двумя проблемами мы что-то сделать можем, то встает в полный рост третья — операции стирания не полностью обратимы, так что со временем ячейки флэш-памяти банально разрушаются. Ресурс достаточно высок, но далеко не бесконечен.

А самое неприятное то, что изнашиваться будут разные области неравномерно. Это фотографам с флеш-картами хорошо — обычно карта отснимается целиком, потом целиком же и очищается. В данном случае обещанных теорией 10000 операций стирания/записи для ML-ячейки хватает как раз примерно на те же 10000 раз полного заполнения карты. Даже если делать это по три раза в день без выходных, проработает 10 лет: скорее всего, ненужной окажется раньше, чем физически «отбросит копыта». Ресурс же SL-ячеек в 10 раз выше, так что тут поводов для волнений вообще особых нет.

А у рабочего накопителя на базе флеш-памяти все гораздо хуже: некоторые блоки будут перезаписываться редко, зато некоторые — постоянно. Например, возьмем такую «милую» файловую систему, как FAT, до сих применяемую в индустрии. В ней большинство операций изменения файлов приводит к необходимости что-либо поменять и в самой таблице размещения файлов, которая достаточно компактна и легко может вместиться в несколько блоков. В результате через некоторое время мы рискуем получить следующую картину: все блоки флеш-накопителя выработали ресурс дай боже на 5%, а те, куда попадала сама FAT, уже умерли смертью храбрых из-за постоянного стирания и записи. И не стоит думать, что более современные файловые системы этой напасти лишены в принципе — активно используемые системные области есть всегда.

Все эти проблемы в полный рост встали перед пользователями SSD диск первого поколения.

Дело в том, что сама по себе идея использования флеш-накопителей не только в качестве устройств сменной памяти особой новизной не отличается — компактные DOM (Disk On Module)-накопители (устанавливаемые прямо на плату), либо в более «традиционных» корпусах винчестерного форм-фактора применялись давно. Но, в основном, для специфических применений — например, в терминальных или встроенных решениях.

Фактически все, что от них требовалось — это хранение специальных версий операционных систем, оптимизированных именно на такую работу. Большая емкость не требовалась — нередко обходились и накопителями, емкостью в несколько сотен или даже десятков мегабайт. Соответственно, и цена была относительно невысокой. Большая скорость тоже не нужна — загрузка выполняется один раз за весь сеанс работы. Ну а об операциях записи вообще и думать не требовалось — разве что, обновление прошивки раз в несколько месяцев и все: остальное время накопитель использовался только для чтения.

Однако по мере снижения цен и роста объемов, данные накопители начали потихоньку проникать на массовый рынок, поскольку некоторые их характеристики (в частности, бесшумность и низкое энергопотребление) весьма импонировали пользователям. Плюс добавился еще один недорогой вариант создания SSD диск «своими руками», основанный на совместимости CompactFlash с Parallel ATA, что позволяло использовать эти карты совместно с весьма простыми переходниками (нередко даже полностью самодельными).

И вот тут-то все и началось! Оказалось, что типовые «настольные» операционные системы даже загружаются с флеш-накопителей очень неторопливо, не говоря уже о постоянной работе. Ну, основанные на SLC еще куда ни шло, а вот массовые MLC оказались совсем неудобными для постоянного использования. Да и в последующем желательно было подвергать систему специальной настройке.

И, несмотря на это, иногда флешки выходили из строя достаточно быстро. В общем-то ничего удивительного, что доверие к SSD диск вскоре оказалось достаточно сильно подорвано, причем как раз в рядах энтузиастов, призвание которых обычно нести новые идеи в массы.

На этом все! Надеюсь, что вы нашли в этой заметке что-то полезное и интересное для себя. Если у вас имеются какие-то мысли или соображения по этому поводу, то, пожалуйста, высказывайте их в своих комментариях. До встречи в следующих заметках! Удачи!  😎

C уважением,
Ильдар Мухутдинов и Евгений Куприенко.

Понравилось? Поделитесь с друзьями!


У этой записи 9 комментариев

  1. Александр

    «Изоляция кармана неидеальна, заряд постепенно изменяется. Срок хранения заряда, заявляемый большинством производителей для бытовых изделий, не превышает 10—20 лет, хотя гарантия на носители дается не более чем на 5 лет» (Википедия). Ничего не написали о том что память — электронная, исчезает со временем, даже при использовании лишь для ЧТЕНИЯ. Лучше магнитной или механической памяти ничего НЕТ!!!

  2. Николай Дмитриевич

    Ильдар, спасибо, что впервые информация бесплатная. И как всегда, полезная. Будь здоров и счастлив!

    1. Ильдар Мухутдинов

      Всегда пожалуйста, Николай! 🙂

  3. Николай Дмитриевич

    полезная информация даже для «чайников», к коим себя причисляю и собираюсь как раз купить внешний диск для хранения библиотек и музыки. Рад, что впервые ты не просишь КУПИТЬ. Спасибо, здоровья тебе!

  4. ekuprienko

    Ильдар привет! ты людей в заблуждение не вводи, я пользуюсь уже 3-й год SSD, и скажу прямо, что это великолепно, т.к. скорость передачи данных => высокая, если использовать данный диск по систему, то кто его поставит горя знать не будет. Просто набираешь в поисковике после установки «Винды» «Настройка SSD по Windows 7, и там тебе с максимальным описанием и скринами все публично написано, тут даже 5 летний ребенок поймет. Я использую на 2-х серверах такие фирмы как «VECTOR» на 128Gb и «PLEXTOR» M5Pro на 128Gb, можешь проверить их на оф.сайте. Тут главное настройка данных дисков, и желательно их использовать только под систему.

    1. Ильдар Мухутдинов

      Привет, Женя! Никого в заблуждение я не ввожу! 🙂 Ты правильно заметил, в SSD самое главное это правильная настройка и желательно их использовать только под систему. Так что даже и у SSD накопителей есть свои плюсы и минусы, как ни крути. 🙂

      1. ekuprienko

        Согласен!, но если кто с головой его решил ставить себе именно под систему (хоть они и дорогие), то он выигрывает много, но а если под всякий хлам типа игрушек, то тут да!, есть свой минус, т.к. SSD имеет ограниченное кол-во файлов на перезапись. Хотя если при установке игр существует направление (запрос при загрузке или путь куда игру пихнуть), то вполне можно его использовать.
        И еще раз повторюсь, для SSD обязательно нужны свои настройки для правильной работы, это не шпиндельный HDD, хотя и на него существуют настройки для правильной работы.

        1. Ильдар Мухутдинов

          Да, Женя! Здесь я полностью с тобой согласен! 🙂 Если использовать SSD по-умному, то система будет просто летать.

    2. Александр

      Прочитал статью, понравилось. Лично я приобрел не так давно Sdd накопитель емкостью 120 гб за 100$. Брал новый, с гарантией. Хоть я и не сторонник столь известного производлителя как KINGSTON ( предыдущий HDD на 750 гб посыпался уже через пол года работы), но вот уже месяца четыре данный винт работает на отлично. Установлен он как основной, стоит windows 7 64x. Ноут работает практически сутками и в приличной нагрузке. В паре стоит накопитель на TOSHIBA на 500 гб. Ноут средненький Asus k73 c 8 Гб ОЗУ и четырех ядерным AMD процом. Вот пример для сравнения: TOSHIBA MK5076GSX-Интерфейс SATA-II, Скорость данных буфер-контроллер 300 МБ/с; Kingston — Интерфейс SATA-III, Скорость передачи данных по интерфейсу 600 МБ/с. То есть SDD превосходит HDD в 2 раза. По собственным наблюдениям могу добавить что скорость обмена чтение — запись между дисками составляет порядка 120 гб в сек. Мало того, она практически остается неизменной на протяжениии всего процесса копирования или перемещения файлов как малого так и большого обьема. На HDD скорость обмена в начале копирования была высокой, но через секунды падала в разы. Вывод: SDD диск стоит своих денег.

Добавить комментарий