Чем больше количество микросхем памяти в ssd тем

Анатомия накопителей: SSD

Твёрдый, как камень

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:

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:

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.

Источник

Твердотельные накопители. Внутреннее устройство и принципы их построения

Наши клиенты часто интересуются внутренним устройством твердотельных накопителей. Чем определяется надежность накопителей? Почему нельзя хранить важные данные на флешках, и бывают ли надежные флешки? Зачем в контроллеры SSD-накопителей ставят многоядерные процессоры? Почему флешки больших объемов пишут быстро, а малых объемов медленно? Многие вопросы требуют длительного погружения в тему, а некоторые отпадают сами собой после небольшого ликбеза по внутреннему устройству твердотельных накопителей, о том и пойдет речь.

USB-флеш-накопитель, карта памяти microSD/SD, SSD-накопитель представляют собой, на первый взгляд, разные устройства, хотя на самом деле являются «близкими родственниками». Все три типа устройств относятся к твердотельным накопителям на основе NAND флеш-памяти. Забавный факт, именуемые в быту «SSD-диски» не являются дисками в прямом смысле. Название «диск» исторически унаследовано от жестких магнитных дисков (Hard Disk Drive — HDD).

Несмотря на разницу в применении, архитектура всех твердотельных накопителей в общем виде выглядит одинаково.

В состав твердотельных накопителей входят:

Для понимания задач, выполняемых контроллером, необходимо иметь базовые представления об организации NAND флеш-памяти. Микросхемы NAND флеш-памяти достаточно специфичны в использовании, начиная от интерфейса подключения и заканчивая достоверностью хранения информации.

NAND флеш-память

Микросхема NAND флеш-памяти – хранилище для информации пользователя (фотографии, фильмы, документы, системные файлы операционной системы и т.п.).

Остановимся на вопросах интерфейса доступа к данным и актуальных для твердотельных накопителей проблемах сохранности информации в NAND флеш-памяти.

Микросхему NAND флеш-памяти можно сравнить с архивом бумажных документов. Наподобие того, как бумаги хранятся в архиве, также электронные документы хранятся в памяти микросхем.

Важнейшими функциями любой системы хранения данных и архива являются:

Однако система хранения данных во флеш-памяти имеет следующие особенности:

Целью технологии разработки микросхем памяти является создание флеш-памяти с максимальным соотношением «качество/цена». Для хранения данных в накопителях
NAND флеш-память является весьма достойным решением по этому соотношению, о чем говорит рост рынка накопителей. Но соотношение «качество/цена» не то же самое, что «качество». От площади кристалла микросхемы прямым образом зависит стоимость микросхемы. Поэтому производители флеш-памяти постоянно стремятся увеличить плотность хранения данных в микросхемах памяти. Увеличение плотности ячеек памяти достигается за счет уменьшения размера самих ячеек, так и за счет объединения цепей записи и чтения зарядов ячеек. Причем, второе, в свою очередь, создаёт некоторые сложности в доступе к хранимым данным.

Понятия интерфейса доступа и правила доступа к NAND флеш-памяти:

Контроллер

Контроллер обеспечивает подключение к хосту, и, собственно, представляется накопителем. В общем виде архитектура любого контроллера любого накопителя выглядит типично: имеются аппаратные блоки интерфейсов для обмена данными с хостом (EXT_IF) и NAND-памятью (FLASH_IF). Между блоками интерфейсов в обязательном порядке присутствует буферная оперативная память (MEM_BUF), предназначенная для оперативного кэширования данных и сглаживания потока записи/чтения данных. В контроллерах USB-накопителей буферная память составляет десятки килобайт и размещается непосредственно в самом контроллере. В высокопроизводительных системах, таких как SSD-накопители, используются внешние микросхемы памяти. Данные между интерфейсными блоками и буферной памятью передаются без непосредственного участия процессора по каналам прямого доступа к памяти (DMA, direct memory access). Участие процессора в передаче данных заключается в настройке каналов DMA и синхронизации работы блоков.

Любой из подключаемых накопителей является «блочным устройством». Блочное устройство – это устройство, в котором данные хранятся в виде последовательной цепочки логических блоков, обращение к которым возможно по адресу Logical Block Address (LBA). Большинство устройств поддерживает размер блока в 512 байт, который называется «сектор». Сектор является минимальной дискретной информацией, которая может быть перезаписана на блочном устройстве. То есть для замены одного байта хост должен передать целиком сектор на устройство хранения.

Для программистов, работающих с накопителями на физическом уровне (запись/чтение по физическим адресам), вполне очевидно, что запись и чтение одного сектора не должны затрагивать ни коим образом данные других секторов. Также это очевидно для пользователя блочного устройства, но NAND флеш-память, как было сказано ранее, не предоставляет такой возможности. Для того, чтобы заменить один сектор в массиве памяти NAND, необходимо перезаписать весь блок NAND флеш-памяти, размер которого составляет мегабайты. Такой метод решения задачи крайне неэффективен, так как приводит к недопустимому снижению скорости записи в NAND флеш-память относительно ее потенциальных возможностей. К тому же так как операционная система часто пишет в одни и те же адреса устройства (например, записи FAT), то блоки NAND флеш-памяти быстро придут в негодность из-за ограниченного ресурса на стирание. Чтобы увеличить скорость записи/чтения данных и продлить срок службы NAND флеш-памяти, применяются более хитрые методы адресации, переводящие логические адреса (LBA) накопителя в физические адреса NAND флеш-памяти. Алгоритм трансляции адресов NAND флеш-памяти в зарубежной литературе называется Flash Translation Layer (FTL). Если посмотреть описание контроллеров SSD (например, компании Marvell), то можно увидеть, что в состав контроллера входит до 4 процессорных ядер. Такая высокопроизводительная система в SSD необходима в первую очередь для расчета адресов трансляции.

FTL, логическая и физическая адресация

Не существует единого универсального алгоритма FTL, удовлетворяющего все запросы пользователя, в которые входят:

Суть FTL – преобразование логических адресов устройства в физичеcкие адреса NAND флеш-памяти.

Каждому логическому LBA ставится область памяти в NAND. Это называется Logical Unit Number Table (LUN table). Для перезаписи логического блока стираются данные свободного физического блока, после чего происходит замена в LUN table, что создает для пользователя видимость перезаписи. От того, какого размера выбираются логические блоки, зависит размер LUN table (не во всех устройствах целесообразно иметь большие объемы памяти). Существуют два принципиально разных подхода в реализации FTL: блочная адресация и страничная адресация.

Блочная адресация

В блочной адресации размер логического блока соответствует размеру физического блока. В свою очередь в массиве LUN table с индексом, равным адресу логического блока, указывается значение, соответствующее адресу физического блока. Для изменения части блока необходимо переписать весь блок целиком.

Преимуществом блочной адресации является малый размер LUN table, что актуально для устройств с малым объемом оперативной памяти, таких как USB-флеш-накопитель или карта памяти microSD. Недостатком является то, что размер блока довольно большой (порядка мегабайтов), и для перезаписи малых объемов данных (например, 512 байт) приходится переписывать весь блок.

Страничная адресация

В страничной адресации в LUN table сохраняются адреса физических страниц. Размер логического блока при этом составляет порядка десятков килобайт.

Преимуществом страничной адресации является высокая скорость перезаписи данных, как последовательно, так и в случайном порядке. Недостатком является большой размер LUN table. Поэтому в состав большинства SSD входит микросхема оперативной памяти, объемом более 100 Мбайт.

На практике в основном применяются гибридные алгоритмы, сочетающие в себе оба варианта адресации. Например, в компактных накопителях (USB-флеш-накопитель, карта памяти SD) основная часть объема адресуется блочным методом, в то время, как часть объема, к которой часто производится обращение, адресуется постранично.

Такова структура и принципы работы накопителей на NAND флеш-памяти. О методах адресации FTL написано большое количество научных статьей и запатентовано множество решений. Производители контроллеров непрерывно работают над совершенствованием ПО даже после выхода продукта на рынок. В целом, программное обеспечение является неотъемлемой частью контроллера, и его описание заслуживает отдельной статьи.

Источник

Как выбрать SSD диск

Рекомендации по выбору оптимального по соотношению цена/качество SSD диска для компьютера или ноутбука, его основные параметры – скорость, тип памяти, производитель.

Если вы еще не решили нужен ли вам SSD диск, хотите узнать чем и на сколько он отличается от обычного и гибридного диска, может ли его полностью заменить, то рекомендуем сперва прочитать нашу статью «Как выбрать диск (HDD,SSD,SSHD)».

Содержание

Содержание

1. Рекомендуемые модели SSD

Для тех у кого нет времени, чтобы прочитать всю статью, я сразу же даю рекомендуемые модели SSD дисков с кратким пояснением.

Рекомендую приобретать SSD диск с оптимальной по соотношению скорость/надежность памятью типа MLC или 3D NAND. Достаточно высокой считается скорость чтения/записи ближе к 500/500 Мб/с. Минимально рекомендуемая скорость для более бюджетных SSD — 450/300 Мб/c.

Лучшими брендами считаются: Intel, Samsung, Crucial и SanDisk. В качестве более бюджетного варианта можно рассматривать: Plextor, Corsair и A-DATA. Среди других производителей чаще встречаются проблемные модели.

Для рабочего или мультимедийного компьютера (видео, простые игры) будет достаточно SSD объемом 120-128 Гб и здесь прекрасным выбором будет A-Data Ultimate SU900 на памяти MLC.
SSD A-Data Ultimate SU900 128GB

Для игрового компьютера среднего класса необходим объем не менее 240-256 Гб, также подойдет SSD из серии A-Data Ultimate SU900 или Samsung 860 EVO.
SSD A-Data Ultimate SU900 256GB

Для профессионального или мощного игрового компьютера лучше взять SSD на 480-512 Гб, например Samsung SSD 860 EVO.
SSD Samsung MZ-76E500BW

Для компьютеров и ноутбуков с разъемом M.2 неплохим вариантом будет установка сверхбыстрого SSD (1500-3000 Мб/с) в соответствующем формате.
SSD Samsung MZ-V7E500BW

При выборе объема руководствуетесь вашими потребностями, но не стоит им пренебрегать в угоду более высокой скорости. Если вы сомневаетесь в правильности вашего выбора, рекомендуем почитать обзоры конкретных моделей.

Если вы хотите понять почему я рекомендую именно эти модели, разобраться во всех нюансах и технических характеристиках SSD дисков, то читайте статью дальше.

2. Чем отличаются дорогие и дешевые SSD

Неопытных пользователей может ввести в недоумение почему SSD диски одного и того же объема, с такими же заявленными скоростными характеристиками так сильно различаются в цене, порой в несколько раз.

Дело в том, что в разных SSD дисках могут использоваться разные типы памяти, что кроме скоростных показателей влияет еще на надежность и долговечность. Кроме того, чипы памяти разных производителей также отличаются качеством. Естественно, в дешевые SSD ставят самые дешевые чипы памяти.

Кроме чипов памяти в SSD диске есть так называемый контроллер. Это микросхема, управляющая процессами чтения/записи данных в чипы памяти. Контроллеры также производят разные компании и они могут быть как бюджетными с более низкой скоростью и надежностью, так и более качественные. В дешевые SSD, как вы понимаете, также устанавливают наихудшие контроллеры.

В качестве буфера обмена для еще большего повышения быстродействия во многих современных SSD имеется DRAM-кэш на основе быстрой памяти (DDR3 или DDR4). Наиболее бюджетные SSD не имеют такого кэша, что делает их незначительно дешевле, но еще медленнее.

Но это еще не все, доходит дело даже до экономии на таких важных компонентах SSD диска как конденсаторы, необходимые для предотвращения нарушения целостности и потери данных. В случае внезапного отключения электричества, электроэнергия накопленная в конденсаторах используется для завершения записи из буфера в основную флеш-память. К сожалению, не все даже качественные SSD оснащаются резервными конденсаторами.

Сама компоновка и качество распайки печатной платы так же отличаются. Более дорогие модели имеют более продуманную схемотехнику, качество элементной базы и распайки. Инженерные решения самых бюджетных SSD основываются на устаревших схемах и оставляют желать лучшего. Количество брака в дешевых SSD также выше, что обусловлено сборкой на более дешевых фабриках и более низким уровнем контроля производства.

Ну и конечно цена зависит от бренда, чем он более именитый, тем SSD дороже. Отсюда бытует мнение, что не стоит переплачивать за бренд. Но дело в том, что часто именно имя бренда определяет качество SSD диска. Большинство именитых производителей, дорожащих репутацией, не позволят себе выпустить низкокачественную продукцию. Однако и здесь есть исключения, в виде хорошо известных и популярных брендов, которые тем не менее не покупать.

В основных различиях SSD, на которые нужно ориентироваться, мы кратко разберемся в этой статье и вы легко сможете выбрать подходящую вам модель.

3. Объем SSD диска

Объем является самым главным параметром SSD диска.

Если SSD диск нужен вам только для ускорения загрузки Windows, программ и повышения отзывчивости системы, то хватит объема 120-128 Гб (гигабайт).

Для игрового компьютера необходимо приобретать SSD объемом не менее 240-256 Гб, а если вы заядлый геймер и хотите держать на диске много игр, то на 480-512 Гб.

В дальнейшем ориентируйтесь на ваши потребности (сколько нужно места для ваших программ, игр и т.д.) и финансовые возможности. Использовать SSD для хранения данных не целесообразно, для этого нужен более емкий и дешевый жесткий диск (HDD) объемом 1-6 Тб.

4. Скорость чтения/записи SSD

Основными показателями скорости SSD диска является скорость чтения, скорость записи и время доступа.

По данным статистики количество операций чтения на обычных компьютерах пользователей в 20 раз преобладает над количеством операций записи. Поэтому для нас скорость чтения является гораздо более важной характеристикой.

Скорость чтения большинства современных SSD находится в пределах 450-550 Мб/с (мегабайт в секунду). Чем выше это значение, тем лучше, но 450 Мб/с в принципе вполне достаточно, а брать SSD с более низкой скоростью чтения нецелесообразно, так как разница в цене будет незначительна. Но не стоит слепо верить представителям бюджетных брендов, так как скорость дешевых SSD может значительно падать по мере записи и заполнения дискового пространство. Скорость той или иной модели SSD диска в реальных условиях можно узнать из тестов в интернете.

Скорость записи большинства SSD колеблется в диапазоне 300-550 Мб/с. Опять же чем быстрей, тем лучше, это понятно. Но в связи с тем, что операции записи производятся в 20 раз реже, чем операции чтения, этот показатель не так критичен и разница не будет сильно заметена для большинства пользователей. А вот цена дисков с более высокой скоростью записи будет заметно выше. Поэтому за минимальную планку скорости записи можно взять 300 Мб/с. Приобретение SSD с еще более низкой скоростью записи не принесет существенной экономии, поэтому нецелесообразно. Учтите, что некоторые производители указывают скорость записи для всей линейки SSD дисков, в которой имеются разные объемы. Например, у компании Transcend в линейке SSD370S есть диски объемом от 128 до 1024 Гб. Скорость записи для всей линейки указана 460 Мб/с. Но на самом деле такой скоростью обладают только модели емкостью 512 и 1024 Гб. На фото ниже фрагмент упаковки Transcend SSD370S емкостью 256 Гб с реальной скоростью записи 370 Мб/с.

Есть и более быстрые SSD на шине PCI-E, скорость которых может достигать 2500-3500 МБ/с, но стоят они значительно дороже и в реальности не дают обычному пользователю каких-то преимуществ. Раскрыться они могут только в профессиональных задачах (например, тяжелых дизайнерских проектах в Photoshop).

5. Время доступа

Время доступа определяет с какой скоростью диск находит требуемый файл после получения запроса от какой-либо программы или операционной системы. У обычных жестких дисков этот показатель находится в диапазоне 10-19 мс (миллисекунд), значительно влияет на отзывчивость системы и скорость копирования мелких файлов.

У SSD дисков, в связи с отсутствием движущихся частей, скорость доступа в 100-300 раз выше.

Поэтому на этом параметре обычно не заостряют внимание, любой SSD обеспечивает невероятно высокую скорость доступа и даже самый недорогой SSD показывает себя лучше любого HDD, значительно увеличивая отзывчивость системы.

6. Типы памяти и ресурс SSD

В дисках SSD используется флеш-память нескольких типов – MLС, TLC, QLC. В одной ячейке MLC может хранится 2 бита данных, в ячейке TLC – 3 бита, а в QLC – 4 бита. Чем больше данных хранится в одной ячейке, тем дешевле оказывается память, но в тоже время существенно снижается ее скорость и количество циклов перезаписи.

Так TLC можно перезаписывать примерно в 3 раза меньше раз, чем MLC, а память QLC можно перезаписывать еще в 3 раза меньше раз, чем TLC. Таким образом MLC является наиболее долговечной, TLC менее долговечной (но стоит дешевле), а QLC еще менее долговечной (но стоит еще дешевле).

Помимо этого MLC является самой быстрой памятью, TLC работает несколько медленнее, а QLC еще медленнее, что ощутимо сказывается на производительности SSD дисков, использующих ту или иную память. Даже если максимальные значения скорости указаны одинаковые, в реальности будет разница.

Первые чипы MLC и TLC были планарными (однослойными), сейчас же практически везде применяются трехмерные (многослойные) чипы MLC 3D NAND, TLC 3D NAND и QLC. Это позволяет увеличить емкость чипа и в тоже время такая память оказывается несколько долговечнее своих планарных предшественников, которые стали анахронизмом, но все еще встречаются в продаже.

Итак, к основным типам памяти SSD сегодня относятся:

MLC 3D NAND – наиболее дорогая, долговечная и быстрая память с ориентировочным ресурсом 10000 циклов перезаписи, рекомендуется для очень нагруженных профессиональных систем, где SSD диск может перезаписываться полностью в течение суток.

TLC 3D NAND – более дешевый тип памяти со средней скоростью и ресурсом перезаписи около 3000 циклов, встречающийся в большинстве SSD среднего класса с оптимальным соотношением цена/долговечность, рекомендуется для обычных домашних ПК.

QLC – самая дешевая и медленная память с ресурсом перезаписи около 1000 циклов, встречающаяся в самых бюджетных SSD, которые можно рекомендовать лишь для дешевых офисных ПК, чтобы ускорить загрузку программ и общую отзывчивость системы.

В общем мы бы рекомендовали не приобретать SSD на устаревшей планарной памяти MLC и TLC, а также на слишком медленной и ненадежной QLC памяти. В большинстве случаев стоит отдать предпочтение TLC 3D NAND.

Также существует миф о том, что SSD диски очень быстро изнашиваются. Поэтому нужно выбирать модели с максимально возможным ресурсом и использовать всяческие ухищрения в настройках операционной системы для продления службы SSD диска, иначе он быстро отработает свой ресурс и выйдет из строя.

На самом деле ресурс современных SSD имеет значение только при установки их в сервера, где диски работают на износ в круглосуточном режиме. В таких условиях, из-за колоссального количества циклов перезаписи, SSD действительно служат на порядок меньше, чем их старшие собратья – механические жесткие диски. Но мы то с вами уже знаем, что в компьютерах обычных пользователей количество операций записи, из-за которых и происходит износ, в 20 раз ниже операций чтения. Поэтому, даже при сравнительно большой нагрузке, ресурс любого современного SSD позволит проработать ему 10 и больше лет.

Несмотря на то, что данные о быстром износе весьма преувеличены, не стоит приобретать SSD на основе самой дешевой памяти QLC. На сегодня самым оптимальным вариантом будет SSD диск с памятью типа TLC 3D NAND. А действительный срок службы SSD диска будет больше зависеть от качества производства и блока питания компьютера. Обратите больше внимания на бренд и срок гарантии.

7. Буфер обмена

Буфер обмена (кэш) на основе памяти DDR3 или DDR4 ускоряет работу SSD диска, но делает его несколько дороже. DRAM-буфер используется преимущественно для хранения таблицы трансляции адресов, что увеличивает скорость доступа ко флеш-памяти и записи файлов.

На каждый 1 Гб объема SSD должно приходиться 1 Мб кэша. Таким образом SSD объемом 120-128 Гб должен иметь 128 Мб, 240-256 Гб – 256 Мб, 500-512 Гб – 512 Мб, 960-1024 Гб – 1024 Мб кэша.

Самые дешевые SSD без буфера имеют проблему существенного снижения производительности при длительных операциях записи мелких файлов (например, при установке игры). При чем скорость может стать в несколько раз ниже, чем у обычного жесткого диска. Поэтому лучше приобретать SSD с буфером на основе памяти DDR3 или DDR4.

8. Контроллеры SSD

Контроллер представляет собой микропроцессор, обрабатывающий все запросы к SSD, управляющий операциями чтения/записи во флеш-память, кэшированием и множеством внутренних служебных операций. Соответственно, чем он мощнее, тем быстрее работает SSD.

К основным характеристикам контроллера относится количество ядер (1-4) и каналов (2-8). Контроллер с большим количеством ядер обеспечит более высокую производительность при одновременной нагрузке на SSD от нескольких приложений. А контроллер с большим количеством каналов обеспечит более высокий уровень параллелизма при работе с большим объемом флеш-памяти (500-1000 Гб) и как следствие более высокую реальную скорость записи.

Существует множество производителей контроллеров для SSD дисков. К наиболее популярным относятся – Marvell, SandForce, Phison, JMicron, Silicon Motion, Indilinx (OCZ, Toshiba). Однако многие из них (SandForce, JMicron, Indilinx) уже практически не используются в современных SSD, так как их последние модели обновлялись достаточно давно, морально устарели и были вытеснены другими производителями.

Традиционно топовые контроллеры производил Marvell, но сейчас у них появились и довольно слабые бюджетные решения. Многие SSD начального и среднего класса построены на контроллерах от Silicon Motion. А у Phison есть как высокопроизводительные (S10), так и довольно слабые (S11) решения.

Компания Samsung использует свои собственные высокопроизводительные контроллеры (MJX, Phoenix). Также в последнее время появились SSD с новыми контроллерами от Realtek от слабых до весьма быстрых.

Так что сейчас сложно выделить какого-то производителя (кроме Samsung) и сказать, что его контроллер будет лучшим. Нужно учитывать конкретную модель контроллера и ее возможности. Кроме скорости чтения/записи от контроллера зависит еще и поддержка различных технологий, призванных улучшить работу SSD диска.

9. Скрытая область SSD

Каждый SSD диск имеет довольной большой объем памяти в скрытой (недоступной пользователю) области. Эти ячейки используются взамен выходящих из строя, благодаря чему объем диска со временем не теряется и обеспечивается сохранность данных, которые предварительно переносятся диском из «больных» ячеек в «здоровые». Также скрытая область используется в качестве кэша и различных нужд контроллера.

В качественных SSD этот скрытый объем может достигать 30% от заявленного объема диска. Некоторые производители с целью экономии и получения конкурентного преимущества делают скрытый объем диска меньше (до 10%), а доступный пользователю больше. Благодаря этому пользователь получает больший доступный объем за те же деньги, но может немного потерять в скорости.

У такой уловки производителей есть и другая негативная сторона. Дело в том, что скрытая область используется не только как неприкосновенный резерв, но и для работы функции TRIM. Слишком маленький объем скрытой области приводит к недостатку памяти, необходимой для фонового переноса данных (очистки мусора) и скорость SSD диска при высоком заполнении (80-90%) сильно деградирует, порой в несколько раз. Такова цена «халявного» дополнительного объема и именно поэтому качественные SSD диски имеют большую скрытую область.

10. SLC-кэш

Это один из наиболее важных показателей, сильно влияющий на реальную скорость записи SSD. Технология SLC-кэширования заимствует принцип записи у флеш-памяти типа SLC, которая уже практически не используется из-за дороговизны.

Дело в том, что флеш-память SLC позволяет хранить лишь 1 бит данных в одной ячейке памяти, но имеет высокую скорость записи. MLC позволяет хранить 2 бита в одной ячейке, но из-за этого работает медленнее, а TLC – 3 бита и еще медленнее.

При использовании SLC-кэширования в ячейку флеш-памяти MLC или TLC записывается лишь 1 бит данных. Получается, что флеш-память работает в режиме псевдо-SLC, что значительно ускоряет скорость записи. Затем контроллер выполняет уплотнение ячеек до 2 бит (MLC) или 3 бит (TLC), что также происходит достаточно быстро.

В результате более медленная память MLC или TLC может записывать данные практически со скоростью более быстрой и дорогой SLC. Именно эта скорость обычно и фигурирует в заявленной производителем максимальной линейной скорости записи.

Однако, в качестве SLC-кэша может использоваться ограниченный объем флеш-памяти. У некоторых бюджетных SSD вообще нет SLC-кэша. Другие имеют совсем небольшой статический SLC-кэш порядка 2 Гб на каждые 250 Гб объема, расположенный в скрытой области. Накопители с поддержкой динамического SLC-кэша умеют использовать с этой целью свободное пространство SSD, но его размер может существенно отличаться (от 3% до всего свободного объема).

Таким образом, на максимальной заявленной скорости данные можно записывать до исчерпания SLC-кэша. Затем скорость падает до скорости записи флеш-памяти в ее родном режиме (MLC или TLC). Если SSD не самый дешевый и в нем установлена достаточно быстрая флеш-память, то скорость может упасть в 2-3 раза (с 450 до 150-200 Мб/с). Но в бюджетных моделях с дешевыми чипами падение скорости может быть катастрофическим (с 450 до 20-60 Мб/с) и SSD будет записывать со скоростью в разы меньше, чем обычный жесткий диск (HDD).

Поэтому для бюджетного SSD так важен объем SLC-кэша, чем он будет больше, тем реже вы будете сталкиваться с большим падением скорости записи. Желательно, чтобы он был порядка 30% от емкости накопителя и более.

Для более дорогих SSD с более быстрой флеш-памятью объем SLC-кэша не так критичен. К примеру, хорошим показателем для SATA накопителя емкостью 250 ГБ будет SLC-кэш порядка 30-50 ГБ со скоростью записи около 450 МБ/с и 200 МБ/с за его пределами.

Для хорошего SSD с интерфейсом SATA объемом 500 ГБ, за счет большего количества чипов (параллелизма), эти показатели должны составлять порядка 450 и 400 МБ/с соответственно. Тут уже объем SLC-кэша не играет особой роли, так как прямая запись во флеш-память и так идет довольно быстро.

К сожалению, производители редко указывают объем SLC-кэша и скорость записи за его пределами. Эту информацию нужно искать в обзорах с тестами и графиками на подобие приведенного выше.

11. Производители флеш-памяти

Чипы флеш-памяти NAND для потребительских SSD-дисков производят в основном Toshiba, Micron и Samsung. На самом деле не имеет значение кто является производителем флеш-памяти. Главное какие скоростные параметры они обеспечивают в связке с тем или иным контроллером, в конкретной модели накопителя определенного объема.

12. Защита от обесточивания

Желательно, чтобы диск с кэш-памятью DDR3 или DDR4 имел защиту от внезапного отключения энергии (Power Protection), которая обычно построена на основе танталовых конденсаторов и позволяет сохранить данные из буфера на микросхемы памяти в случае обесточивания SSD.

Но если у вас есть источник бесперебойного питания или накопитель планируется использовать в ноутбуке, то защитой от обесточивания можно пренебречь. SSD не имеющие DRAM-буфера не требуют дополнительной защиты от обесточивания.

13. Поддерживаемые технологии и функция TRIM

SSD диск, в зависимости от модели и установленного в нем контроллера, может поддерживать различные технологии, призванные улучшить его работу. Многие производители разрабатывают свои фирменные технологии, которые приносят больше пользы в плане маркетинга, чем реальной пользы пользователям. Я не буду их перечислять, эта информация есть в описаниях конкретных моделей.

Самой важной функцией, которая должна поддерживаться любым современным SSD является TRIM (уборка мусора). Ее работа заключается в следующем. SSD диск может записывать данные только в свободные ячейки памяти. Пока свободных ячеек достаточно, SSD диск записывает данные в них. Как только свободных ячеек становится мало, SSD диску нужно очистить ячейки, данные из которых уже не нужны (файл был удален). SSD без поддержки TRIM производит очистку этих ячеек непосредственно перед записью новых данных, что значительно увеличивает время операций записи. Получается, что по мере заполнения диска скорость записи деградирует.

SSD с поддержкой TRIM, получив уведомление от операционной системы об удалении данных, также помечает ячейки в которых они были как неиспользуемые, но производит их очистку не перед записью новых данных, а заранее в свободное время (когда диск используется не очень активно). Это и называется уборкой мусора. В результате скорость записи всегда поддерживается на максимально возможном уровне и сейчас это умеют все SSD.

14. Производители SSD

Лучшим производителям SSD дисков является компания Samsung, но и стоят они дороже всех остальных. Зато являются самыми быстрыми, надежными, имеют длительную и беспроблемную гарантию.

Следующий лидер в плане технологичности компания Intel. Их SSD стоят в среднем выше, чем все остальные, но отличаются хорошим качеством. Но среди них встречались и проблемные модели, так что стоит внимательно изучить обзоры и отзывы.

Лучшими по соотношению цена/качество можно назвать SSD брендов Crucial и Plextor, они почти также хороши как Samsung или Intel, но стоят несколько дешевле.

Также в качестве компромиссного варианта в плане цена/качество можно рассматривать SSD зарекомендовавшего себя бренда A-DATA.

Не рекомендую к приобретению SSD, продающиеся под брендом Kingston, так как большинство из них не отвечают заявленным характеристикам и их скорость по мере заполнения сильно деградирует. Но у этого производителя также есть SSD из топовой серии HyperX, которые отличаются более высоким качеством и их вполне можно рассматривать в качестве альтернативы топовым дорогим брендам.

Также не рекомендую SSD брендов OCZ и Transcend, так как среди них замечен ряд моделей с различными проблемами (не видит компьютер, низкая скорость, внезапные отключения).

Некоторое время назад известный производитель жестких дисков Western Digital приобрел компанию SanDisk, которая занималась разработкой и производством SSD. Сейчас накопители обоих брендов WD и SanDisk можно рассматривать к приобретению. При этом у WD сохранилось удобное цветовое разделение: Green (бюджетные медленные SSD), Blue (средний класс) и Black (быстрые накопители). У SanDisk это серии: Plus (бюджетные), Ultra (средний класс) и Extreme (топовые).

В общем случае бюджетные и непопулярные бренды – как лотерея, может повезет, а может нет. Поэтому рекомендую по возможности отказаться от их приобретения. А на модели рекомендованных брендов все равно лучше поискать обзоры, так как «и на старуху бывает проруха».

15. Форм-фактор и интерфейс SSD

Наиболее популярными на сегодня являются SSD форм-фактора 2.5″ с интерфейсным разъемом SATA3 (6 Гбит/с).

Такой SSD можно установить в компьютер или ноутбук. Материнская плата или ноутбук должны иметь разъем SATA3 (6 Гбит/с) или SATA2 (3 Гбит/с). Корректная работа при подключении к разъему первой версии SATA (1.5 Гбит/с) возможна, но не гарантируется.

При подключении к разъему SATA2 скорость чтения/записи SSD будет ограничена на уровне около 280 Мб/с. Но вы все равно получите значительный прирост производительности в сравнении с обычным жестким диском (HDD).

Плюс ко всему никуда не денется время доступа, которое в сотни раз ниже, чем у HDD, что также значительно повысит отзывчивость системы и программ.

Более компактным форм-фактором SSD является mSATA, основанный на шине SATA, но имеющий другой разъем.

Использование такого SSD оправдано в сверхкомпактных компьютерах, ноутбуках и мобильных устройствах (планшетах), имеющих разъем mSATA, установка обычного SSD в которых невозможна или нежелательна.

Основными компактными SSD сегодня являются модели под слот M.2 форм-фактора 2280 (22×80 мм).

Накопители M.2 бывают с интерфейсом SATA 3, PCI-E x2 и PCI-E x4 с поддержкой протокола NVMe. Накопители M.2 SATA просто удобнее, так как ставятся в слот на материнке и не требуют проводов, а PCI-E (NVMe) еще и значительно быстрее. Разъем М.2 на материнке или в ноутбуке должен поддерживать соответствующий интерфейс.

Ну и еще один тип SSD представлен в виде платы расширения PCI-E.

Такие SSD обладают очень высокой скоростью, но стоят значительно дороже и поэтому используются в основном в очень требовательных профессиональных задачах.

16. Материал корпуса

Корпус SSD формата 2.5″ обычно выполнен из пластика или алюминия. Считается, что алюминий лучше, так как имеет более высокую теплопроводность. Но поскольку SATA SSD греются не сильно, то при установке в нормально вентилируемый корпус ПК это не имеет особого значения. Однако, для установки в ноутбук, лучше предпочесть SSD с металлическим корпусом.

17. Комплектация

Если вы приобретаете SSD для компьютера и в корпусе нет креплений для дисков формата 2.5″, то обратите внимание на наличие в комплекте крепежной рамки.

Большинство SSD не комплектуются крепежной рамкой и даже винтиками. Но крепление с винтиками в комплекте можно приобрести отдельно.

Наличие крепления не должно быть весомым критерием при выборе SSD, но иногда более качественный SSD в комплекте с креплением можно приобрести за те же деньги, что и бюджетный SSD с отдельным креплением.

Что касается SSD для ноутбуков, то сейчас все делаются толщиной 7 мм, иногда в комплекте есть утолщающая рамка на 9 мм (зависит от ноутбука), но ее можно приобрести и отдельно.

18. Выбор в интернет-магазине

Таким образом, вы получите оптимальный по объему и скорости SSD диск, отвечающий высоким критериям качества, за минимально возможную стоимость.

19. Ссылки

Ниже вы найдете ссылки на технические порталы и форумы с обзорами SSD, технические характеристики и ресурс SSD, а также подробное описание контроллеров, используемых в SSD.

Если вам понравилась статья, пожалуйста поддержите наш сайт и поделитесь ссылкой на нее в соцсетях

SSD Samsung MZ-76E250BW
SSD A-Data Ultimate SU650 240GB
SSD A-Data Ultimate SU650 120GB

Источник