Преимущества и недостатки SSD накопителей на основе флеш-памяти.


SSDЗдравствуйте, дорогие друзья!
В этой заметке мы поговорим с вами о том, какие имеются преимущества и недостатки SSD накопителей 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.

Преимущества и недостатки SSD накопителей.

SSD

Посмотрим на основные преимущества SSD флеш-накопителей.

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 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 накопителя.

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 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 «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-накопителям 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.




Вам понравилось? Поделитесь со своими друзьями в социальных сетях, нажав по этим кнопкам!

0
This entry was posted in Железо, Компьютеры, Полезное and tagged , , . Bookmark the permalink.

9 Responses to Преимущества и недостатки SSD накопителей на основе флеш-памяти.

  1. ekuprienko says:

    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.

    • Ильдар Мухутдинов says:

      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. 🙂

      • ekuprienko says:

        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.

        • Ильдар Мухутдинов says:

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

    • Александр says:

      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.

  2. Николай Дмитриевич says:

    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!

  3. Николай Дмитриевич says:

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

  4. Александр says:

    «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!!!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


*