Как выглядит ssd диск

Как устроен SSD — разбираемся в деталях

SSD-накопители стали логичным продолжением эволюции устройств для хранения информации. Новые требования к производительности не могли не сказаться на техническом устройстве SSD-накопителей. Их внутреннее наполнение кардинально изменилось по сравнению с привычным жестким диском.

Корпус

Корпус устройства — неотъемлемая часть накопителя, которая призвана защитить хрупкие внутренние детали. В зависимости от используемого форм-фактора накопителя его внешняя оболочка может кардинально различаться. Так устройства форм-фактора M.2 могут иметь в своем арсенале лишь бумажную или металлизированную наклейку, нанесенную поверх компонентов, или же цельный металлический радиатор как и модели с физическим интерфейсом PCI-E. Основной упор в этом случае возлагается на снижение температуры SSD, а его физическая защита уходит на второй план.

Что касается накопителей форм-фактора 2.5, ситуация диаметрально противоположная. В основном, они поставляются в стандартных пластиковых кейсах, которые защищают внутренности накопителя при неаккуратном обращении. И даже падение устройства не станет для него фатальным в отличие от тех же жестких дисков. Устройствам с интерфейсом SATA свойственен невысокий нагрев, поэтому производители зачастую пренебрегают добавлением каких-либо термопрокладок. Единственным теплоотводом служит непосредственно корпус.

У пользователя, впервые увидевшего разобранный SSD 2.5, может возникнуть резонный вопрос: для чего такой большой корпус, если SSD такой мальенький? Виной тому унификация устройства. Этот формат позволяет устанавливать SSD-накопители в старые ноутбуки или системные блоки, в посадочные места, предназначенные для жестких дисков форм-фактора 2.5. Это позволяет пользователю модернизировать свой ПК минимальными средствами. Также производители получают некоторый «карт-бланш» для размещения внутренних компонентов SSD, так как остается запас пространства для увеличения печатной платы. Различие между разными моделями SSD кроме внутренних компонентов сводится к наклейке, нанесенной на корпус. Она содержит в себе техническую информацию и служит гарантийной пломбой.

Снятие наклейки лишает возможности гарантийного обслуживания.

Интерфейс подключения

HOST Interface — часть накопителя, отвечающая за подключение устройства к системе. SSD-накопители форм-фактора 2.5 имеют стандартные разъемы, свойственные жестким дискам. Для подключения используются два привычных SATA-разъема. Это семиконтактный разъем для подключения шины данных и пятнадцатиконтактный — для подключения питания. Передача данных осуществляется от контроллера к системе и обратно путем использования двух каналов передачи данных. Этот тип подключения имеет ограничение пропускной способности в 6 Гбит/с. Преимущество разъемов SATA — обратная совместимость SATA III и SATA II. Это позволяет подключить современный накопитель к плате, которой уже немало лет.

Для подключения SSD-накопителей форм-фактора M.2 используется современный интерфейс, разработанный как компактная альтернатива SATA-разъему. Все необходимое питание для работы устройства обеспечивается материнской платой. Данный интерфейс имеет в своем распоряжении 75 позиций контактов. В зависимости от конкретной модели часть этих позиций удалена слева, справа или с обеих сторон, образуя соответствующие разрезы. Эти разрезы обозначают ключ, используемый в накопителе: B, M или B&M. Накопители форм-фактора M.2 могут подключаться посредством интерфейса SATA или PCI-Express.

Печатная плата

Печатная плата — базовая основа, на которой располагаются элементы внутренней начинки накопителя. Она представляет собой пластину из диэлектрика с электропроводящими цепями электронной схемы. Компоненты на плате соединены посредством проводящего рисунка и пайки. Размер печатной платы может варьироваться в зависимости от конкретной модели и исполнения. В свою очередь размещение микросхем может быть произведено как лишь на одной стороне платы, так и с обеих сторон.

Контроллер памяти

NAND-controller — «сердце» SSD-накопителя, от которого напрямую зависит производительность устройства. Этот чип — связующее звено между флэш-памятью и непосредственно системой. С помощью него осуществляется обмен данными, операции чтения и записи, шифрование файлов, исправление ошибок и многое другое. Для работы контроллера с завода в него вшита микропрограмма, для которой периодически выпускаются обновления. Служат они для более стабильной и оптимизированной работы устройства. Зачастую производители намеренно не указывают модель установленного контроллера в устройстве, так как он может меняться в зависимости от ревизии. Пользователю остаются лишь программные методы идентификации используемой начинки или снятие наклейки на свой страх и риск.

Флэш-память

Микросхемы флэш-памяти, как правило, занимают подавляющую часть печатной платы и могут иметь разнообразнейшую компоновку. И это неудивительно, ведь они хранят в себе всю информацию, которую пользователь записывает на SSD-накопитель. Самой массовой вариацией флэш-памяти, используемой в накопителях, является 3D NAND с многослойной структурой ячеек памяти. А от типа памяти NAND напрямую зависит долговечность накопителя и его характеристики. Существуют четыре типа NAND памяти: SLC, MLC, TLC и QLC. Различаются они количеством бит информации, хранящихся в одной ячейке, — соответственно от одного до четырех. И правило «чем больше, тем лучше» здесь не работает. Более высокая плотность информации в ячейке ведет к ухудшенным характеристикам памяти и снижению ресурса накопителя.

DRAM кэш и конденсаторы

DRAM кэш представляет собой отдельную микросхему, которая по функционалу напоминает оперативную память компьютера. Она ускоряет работу накопителя, используя некоторый объем памяти для временного хранения данных. Такой подход позволяет ускорить доступ к файлам и стабилизировать износ памяти. Этот чип отсутствует в большинстве бюджетных решений.

Намного реже встречающийся компонент в бытовых SSD-накопителях — конденсаторы. Они призваны помочь в решении проблемы потери электропитания. Неожиданные отключения питания пагубно влияют на информацию, с которой работает SSD-накопитель, а конденсаторы позволяют уменьшить вероятность повреждения и утери данных. Из-за специфичности данной функции используются они в серверных решениях.

Как выбрать SSD

Твердотельные накопители SSD благодаря своим качествам и падению цены стали практически неотъемлемой частью любой компьютерной сборки. Несмотря на то, что SSD-диск выполняет все ту же задачу, что и HDD, при выборе твердотельных накопителей есть свои тонкости и нюансы из-за особенностей конструкции. Подробнее — в нашем материале.

Форм-фактор и интерфейс

От этих характеристик напрямую зависит не только скорость накопителя, но и то, куда вы сможете его подключить.

Форм фактор определяет размеры накопителя:

• 2,5’’ SSD — выпускаются в пластиковом, реже металлическом корпусе, идеально подходят для установки в системные блоки и мини-ПК.

• mSATA — фактически накопитель без внешнего корпуса, благодаря чему его можно устанавливать в ноутбуки. Возможна установка и на десктопные материнские платы при наличии соответствующего разъема.

• М.2 — платы шириной 22 мм и длиной от 30 до 110 мм. Как правило, устанавливаются в соответствующие слоты непосредственно на материнской плате. Длину SSD необходимо согласовывать с пространством на материнской плате.

• PCIe Add-in Card — выполнены в виде полноценной карты расширения, которая обычно занимает весь слот. Как правило, это корпоративные SSD, однако в продаже имеются также платы, которые служат в качестве переходника, позволяя задействовать слот под один или несколько SSD.

В корпоративном сегменте встречаются и другие типоразмеры, например, NGSFF или EDSFF. Они ориентированы уже на установку в 1U/2U серверы.

Форм-фактор нужно рассматривать лишь в рамках места будущей установки SSD.

Интерфейс. Пользователи очень часто путаются в этом понятии, что затрудняет выбор. Интерфейс включает в себя два аспекта: физическое подключение (разъем) и правила взаимодействия (технология). Физическое подключение нужно согласовывать с аналогичным на материнской плате. Выделяют следующие интерфейсы:

• SATA — самый распространенный интерфейс для подключения накопителей HDD и SSD. На материнской плате имеются минимум два разъема SATA. Необходимо использование кабеля.
• U.2 — интерфейс схожий с SATA, но имеет ряд дополнительных контактов. Как правило, используется в накопителях корпоративного сегмента в паре с кабелем.
• mSATA — фактически уменьшенная версия разъема SATA, что позволяет вставлять SSD непосредственно на материнскую плату.
• M.2 — интерфейс, встречающийся на материнских платах и картах расширения под SSD. Самый компактный из всех.
• PCIe — стандартный разъем на материнской плате. Может использоваться в том числе для подключения SSD.

Помимо этого можно выделить и SAS-разъем (подробнее здесь ), который схож с U.2. Однако SAS SSD предназначены для корпоративного сегмента, а на десктопных материнских платах этот интерфейс не встречается.

С точки зрения технологии передачи данных можно выделить две группы. Именно эта характеристика определяет, с какой скоростью будет работать ваш накопитель.

• SATA — стандарт SATA III предлагает скорости до 600 Мб/с. Подойдет для тех, кто хочет ускорить работу системы, запуск программ и игр с минимальными вложениями.
• PCIe (NVMe — использует шину PCIe) — наиболее скоростной интерфейс, который предлагает скорость до 984 Мб/с на одной линии разъема PCI Express. При использовании четырех линий PCIe0 предел скорости доходит до 3,94 Гб/с, а для PCIe 4.0 — до 7,8 Гб/с. Такие скорости будут актуальны для обработки больших объемов данных при работе со специализированным софтом.

Как можно заметить, форм-факторы, физические разъемы и названия интерфейсов перекликаются, но параметры скорости зависят исключительно от последнего.

Накопители SATA (до 600 Мб/с) могут выпускаться в виде 2,5-дюймовых дисков, схем формата mSATA и M.2 накопителей. Все они выглядят по-разному, но имеют одну предельную скорость, ограниченную именно интерфейсом SATA.

Накопители PCIe (NVMe) также могут выпускаться в разных вариантах: 2,5’’ U.2 диск, M.2 микросхема или в виде полноценной платы расширения.

Таким образом, при выборе скорости покупателям нужно выбирать между SATA SSD (недорогие, но и не самые быстрые) и PCIe (NVMe) SSD — самые быстрые и дорогие. Форм фактор диска подбирайте уже исходя из того, куда планируется установка — в ноутбук или материнскую плату ПК, есть ли соответствующие интерфейсы и место под новый SSD.

Ключ M.2 SSD. Как вы могли заметить, накопители форм-фактора M.2 выпускаются как по технологии SATA, так и NVMe (PCIe). Но как их отличить? В первую очередь информация будет указана на наклейке или упаковке.

Знать интерфейс нужно по одной простой причине — согласование с материнской платой. Проблема в том, что если материнка поддерживает только SATA M.2, то работать с NVMe накопителями она не будет. Об этом говорят так называемые «ключи» — особое расположение пинов.

Накопители M.2 NVMe обязательно имеют ключ «M». Диски SATA — обязательно ключ «B». В продаже также встречаются универсальные модели с двумя ключами — их можно вставить в любую материнскую плату, но работать они будут только с тем протоколом, к которому предназначены.

Соответственно, если вы не покупаете SSD с универсальными ключами, то его пины нужно согласовать с аналогичными на материнской плате. Для удобства некоторые производители напрямую указывают, какие SSD подходят в конкретный M.2 интерфейс.

Версия PCIe. Наиболее распространенным сейчас считается PCIe 3.0 x4, который предлагает до 3,94 Гб/с. Новые материнские платы, как и SSD M.2, могут похвастаться уже версией PCIe 4.0, которая дает удвоенный прирост. Однако в большинстве пользовательских задач — скорость загрузки ОС, программ и игр — разницы в скорости загрузки вы не заметите.

Покупать SSD PCIe 4.0 x4 будет актуально только при наличии соответствующей материнской платы и в тех случаях, когда вы часто копируете большие объемы данных. Например, работаете в видеоредакторах и выполняете рендеринг 4К-роликов. Подробный тест провели наши специалисты.

Основные характеристики

Объем накопителя. Подбирается исключительно под ваши требования. Для установки ОС и базовых программ обычно хватает накопителя на 128-256 ГБ. Под игры и тяжеловесный софт вроде Visual Studio рекомендуется брать накопители от 500 ГБ. Если вы планируете в системе только один SSD под все нужды, то есть смысл выбирать среди моделей на 1 ТБ.

Скорость чтения и записи. Предельные значения напрямую зависят от протокола — SATA или NVMe. Конкретные значения обычно отклоняются в меньшую сторону, но насколько именно — зависит от каждой конкретной модели.

Например, SATA SSD в среднем предлагают 480-550 Мб/с на чтение и запись. У накопителей NVMe достаточно большой разброс. Дорогие устройства действительно показывают 2300-3500 Мб/с на последовательные чтение и запись (PCIe 3.0), а SSD PCIe 4.0 — вплоть до 4500 Мб/с. Но у бюджетных моделей фактическая скорость может быть намного ниже заявленной.

Максимальный ресурс записи (TBW). Показывает предельный объем перезаписи в терабайтах, до достижения которого SSD гарантированно не выйдет из строя. Для бюджетных моделей это 40-60 ТБ — достаточно для работы в качестве системного диска более пяти лет.

Если планируется активная перезапись, то ищите модели с TBW на 150-200 ТБ. Этого хватит для активной перезаписи со стороны торрентов, игр или софта. На практике SSD прослужит дольше, подробнее про живучесть твердотельных накопителей мы рассказали здесь.

DWPD (Drive Writes Per Day — записи диска в день). Альтернативный параметр оценки жизни SSD. Выражает долю от общего объема в процентах, на запись которой в день рассчитан накопитель в течение срока службы.

Например, если указан DWPD = 0,47, то для SSD на 2 ТБ вы можете перезаписывать каждый день 47 % его объема в течение заявленного гарантийного срока производителем — обычно это 5 лет. Для домашнего применения вполне хватит диском в DWPD < 1. Если планируется активная работа с софтом или запись больших объемов данных, то стоит искать модели с DWPD >1. Для корпоративного сектора обычно используются SSD c DWPD > 3.

Число бит на ячейку. Можно выделить четкую зависимость: чем больше бит на ячейку, тем дешевле стоит диск, но и имеет меньший ресурс:

• SLC (Single Level Cell) — технология производства памяти предусматривает хранение одного бита информации в одной ячейке. Подобные модели практически не встречаются.
• MLC (Multi-Level Cell) — в одной ячейке хранятся два бита информации. Отличные ресурсные и скоростные показатели, но достаточно высокая цена.
• TLC (Triple-Level Cell) — три бита на ячейку. Относительно недорогие диски, но ресурс перезаписи ниже по сравнению с MLC.
• QLC (Quad-Level Cell) — в основе лежит ячейка с возможностью записи четырех бит информации. Новый тип памяти, как правило, устанавливается в самых дешевых дисках из-за минимального ресурса и невысокой скорости.

На практике у пользователя выбор обычно между TLC и MLC памятью. Ячейки TLC хоть и имеют меньший ресурс перезаписи, но даже бюджетные диски на практике в среднем предлагают до 70 ТБ перезаписи. Если накопитель будет использоваться в качестве системного или под игры, то этого хватит на пять лет и более. Дорогие модели TLC уже могут похвастаться в два раза большим ресурсом.

Ассортимент дисков с MLC-памятью небольшой, да и большая часть из них предназначена для корпоративного сектора. Такой диск имеет куда больший ресурс, но его есть смысл покупать для специфических задач, таких как видеонаблюдение или другие процессы, которые предусматривают частую запись больших объемов.

Структура памяти оказывает влияние на плотность записи (объем накопителя). Память с разной структурой также отличается по быстродействию и ресурсу записи. 2D NAND диски практически не встречаются, большую часть ассортимента заняли 3D NAND — именно на них стоит делать упор. Такие структуры имеют в среднем до 96 слоев, что открывает для производителей возможность выпускать модели сверхвысоких объемов.

Отдельно стоит упомянуть 3D XPoint — технология энергонезависимой памяти, принципиально отличающаяся от NAND. Накопители на их основе — Intel Optane Memory и Intel Optane SSD — характеризуются низкими задержками, высокими скоростями чтения на малых очередях запросов и большим числом циклов перезаписи. Однако это крайне дорогие модели, преимущественно для корпоративного сегмента.

Производитель памяти. Как правило, информация не всегда указывается в технических характеристиках, но от бренда чипов во многом зависят характеристики SSD.

Наилучшей памятью считается Samsung, хорошими производителями также являются Intel и Micron. Помимо этого, в SSD можно встретить память от Kioxia, Western Digital (SanDisk) и SK Hynix. Однако даже наименование бренда не дает каких-либо гарантий. Например, у Micron есть чипы MLC 3D NAND, которые получаются путем отбраковки при производстве TLC 3D NAND. Дополнительно выпускаются ячейки памяти с разным числом слоев. И далеко не факт что, например, 64-слойная память окажется более выносливой, чем 32-слойная.

Контроллер SSD диска также влияет на его ресурс и показатели скорости. Всего есть больше десяти различных производителей: Marvell, Maxiotek, Silicon Motion, Phison, Realtek, Samsung и другие. Начинка одной и той же модели SSD может меняться в ходе производства, а на рынок постоянно выходят новые модели контроллеров, поэтому давать какие-то советы сложно.

Обращайте внимание на число каналов. Среднебюджетные SSD обычно имеют 4-канальные контроллеры, а более дорогие устройства — 8 и 16-канальные, что обеспечивает повышенную производительность. А лучше всего — ищите обзоры на конкретные модели контроллеров.

В большинстве случаев выбрать установленный в SSD контроллер или производителя памяти нельзя, ведь многие бренды не указывают эту информацию в спецификации. Покупатели выясняют начинку только постфактум.

DRAM-буфер фактически исполняет роль оперативной памяти твердотельного накопителя. SSD-накопители, оснащенные DRAM буфером, в подавляющем большинстве случаев превосходят по уровню быстродействия модели без него. Однако польза от буфера зависит также и от конкретных задач — в некоторых случаях его наличие не даст преимуществ.

DRAM-буфер позволяет копировать большие объемы данных с сохранением максимальной скорости. В недорогих контроллерах стоит буфер DDR3 стандарта, в более дорогих — DDR4. Объем буфера обычно выбирается по правилу 1 МБ на 1 ГБ объема SSD.

Наличие DRAM-буфера будет актуально для частых и больших объемов записи. В повседневном использовании SSD-накопителя его отсутствие не критично.

SLC-кэш является своеобразной альтернативой DRAM-буферу. Это специально выделенная область, которая используется при записи данных. Пока SLC-кэш не заполнился, накопитель работает на максимальной скорости, а после — скорость падает. В SSD кэш встречается статический (в среднем до 8 ГБ) и динамический (до 110 ГБ). Чем больше SLC-кэш, тем лучше.

Если вы работаете с большими объемами данных, например, десятками гигабайт, то на этот параметр обязательно стоит обращаться внимание. Иначе при частых операциях записи SSD будет работать на пониженных скоростях из-за быстрого заполнения кэша. Подробнее про SLC-кэш в нашем материале.

Дополнительно

Аппаратное шифрование данных позволяет с помощью установки пароля защитить от несанкционированного доступа информацию, размещенную на SSD. Чаще всего шифрованию подвергается только область, занятая какими-либо данными. После активации режима шифрования часть дискового пространства «расходуется» на хранение служебных данных.

На практике наличие аппаратного шифрования не говорит о том, что оно используется по умолчанию. Гнаться за этой функцией большинству пользователей нет смысла.

Алгоритм коррекции ошибок. Применяются обычно алгоритмы BCH (Bose–Chaudhuri–Hocquenghem) и LDPC (Low Density Parity Check). Исправление ошибок с помощью LDPC-кодов требует от контроллера SSD больших вычислительных ресурсов, но и результаты по сравнению с BCH лучше.

Радиатор охлаждения для NVMe SSD может стать настоящей необходимостью. При долгом копировании накопитель способен разогреваться вплоть до 90 °C. Все усложняется и тем, что слоты M.2 часто располагаются рядом с видеокартой, которая частично перекрывает доступ воздуха.

Если на M.2 SSD планируются большие частые нагрузки, то стоит почитать обзоры относительно нагрева или сразу же искать модели с радиатором.

В крайнем случае, всегда можно докупить отдельный радиатор или даже воспользоваться «кустарными» методами.

Варианты выбора

Если вы просто хотите ускорить систему и избавиться от медленного загрузочного HDD, то подойдет самый просто вариант — 2,5’’ SATA SSD на 128-256 ГБ. Для ПК со старыми материнскими платами его можно подключить через стандартный SATA. Для ноутбуков и более продвинутых плат стоит рассмотреть модели M.2 SATA и mSATA. При этом не стоит брать QLC модели, поскольку из-за высокой плотности у них небольшая скорость.

Покупка NVMe исключительно для системы обычно не имеет смысла, ведь разницу в скорости вы даже не заметите.

Диски M.2 SATA также будут актуальны для пользователей, у которых материнская плата имеет соответствующий разъем, но не поддерживает NVMe. Скорости до 600 Мбайт/с вполне хватит для комфортного использования ОС и даже игр.

Для тех, кто хочет «с запасом», подойдут M.2 NVMe SSD с PCIe 3.0 — объем подбирайте в зависимости от объема игр/софта. Такие накопители стоят незначительно больше SATA-моделей, но предлагают куда большие скорости. Так вы получите гарантированно высокую производительность как в играх, так и тяжеловесных программах, которые активно работают с данными на диске. Обратите внимание, что в продаже уже есть модели с комплектным радиатором.

Для работы с очень большими объемами данных (видеонаблюдение, регулярная запись в NAS и так далее) важна максимальная скорость. Только в таких случаях можно ощутить преимущества M.2 NVMe SSD с PCIe 4.0. Наличие DRAM-буфера будет крайне полезным дополнением. Покупая M.2 SSD, не забудьте согласовать ключи с вашей материнской платой.

Если же по какой-то причине вы не хотите или не можете использовать M.2, то есть пара альтернатив. Первая достаточно редкая — это диски 2,5’’ U.2. В продаже их практически не встретить. Вторая чуть более распространенная — PCIe SSD в виде платы расширения. Большая часть таких моделей выпускаются для серверного сегмента.

Впрочем, намного удобнее купить PCIe внутренний адаптер — в него можно поставить сразу несколько SSD.

Ресурса даже самых дешевых SSD обычно хватает с запасом для работы ОС на пять лет и больше. Однако если вы хотите ресурс с запасом, в том числе для игр, работы программ и торрентов, то ищите модели с TWB от 150 ТБ.

Материал обновлен автором MrUSmith

Дорогой или дешевый SSD — что выбрать?

Рынок твердотельных накопителей обширен. Можно найти модели стоимостью как до 3 000 рублей, так и за десятки тысяч. При этом разница между такими вариантами не всегда очевидна. В этой статье разбираемся, чем именно дорогой SSD отличается от дешевого как в теории, так и на практике.

Емкость (объем)

Начать стоит с очевидной оговорки. Твердотельный накопитель объемом 2 ТБ будет стоить дороже, чем модель того же бренда и линейки на 1 ТБ — как минимум потому, что производитель использовал более емкие чипы памяти или большее их количество. В дальнейшем при сравнении накопителей в материале будет подразумеваться, что речь идет о моделях идентичного объема.

Связь же между емкостью и стоимостью SSD при прочих равных прямая, хотя и не всегда линейная. Например, в большинстве случаев модели емкостью 2 ТБ выгоднее приобретать с точки зрения стоимости одного ТБ, чем модели емкостью 1 ТБ или 4 ТБ.

Форм-фактор

Еще один параметр, о котором следует упомянуть — это форм-фактор SSD. Для внутренних накопителей актуальны три варианта:

M.2. Такие SSD выглядят как планки, похожие на модули оперативной памяти, но меньших габаритов. Иногда оснащены дополнительными радиаторами, а PCI-E 5.0 модели — даже вентиляторами. Это самый распространенный форм-фактор. M.2-накопители используются во многих современных компьютерах и ноутбуках и обеспечивают высокие скоростные показатели в сочетании с интерфейсом PCI-Express четвертой или пятой версии.

2.5 дюйма. Выглядят как боксы небольшой высоты, похожи на жесткие диски. Устаревший форм-фактор — поддерживает только интерфейс SATA III, а потому значительно уступает M.2 PCI-E по скоростным показателям.

PCI-E card. Визуально похожи на видеокарты и устанавливаются в разъем PCI-E (не M.2 PCI-E!). В домашних и игровых конфигурациях не применяются, обычно используются в центрах обработки данных (ЦОД) и высокопроизводительных рабочих станциях.

Важно! M.2 SSD совсем не обязательно будет сверхбыстрым — некоторые модели используют интерфейс SATA III, а не PCI-Express. Выяснить это можно по карточке товара на сайте магазина, а лучше — на сайте производителя. SATA III SSD не может выдавать при последовательном чтении или записи скорость больше 580 МБ/с.

• Накопители SSD 2,5″ и M.2 — противостояние форм-факторов
• SATA M.2 накопители против PCI-E NVME — стоит ли переплачивать при покупке в домашний ПК

Скоростные показатели

Важная группа параметров, влияющих на стоимость SSD — это скоростные показатели. Желательно обращать внимание не только на теоретические характеристики, заявленные производителем, но и на реальные, полученные независимыми лабораториями, обозревателями и блогерами в результате тестов. Например, производитель может сообщать о скорости чтения 7000 МБ/с и скорости записи 5000 МБ/с, на практике же подобные показатели будут достигаться, лишь если накопитель заполнен не более, чем на N процентов, и не перегревается, а длительность операции копирования не превышает X секунд.

1. Скорости последовательного чтения и записи максимальные при коротких операциях и минимальные — при длительных. Измеряются в МБ/с, причем измерения следует проводить в различных условиях: при пустом диске и при частично заполненном. Следует варьировать и объем считываемых или записываемых данных.
2. Скорости случайного чтения и записи. Измеряются в IOPS — операциях ввода-вывода в секунду. Для домашне-игровых конфигураций ПК в большинстве случаев важнее, чем последовательные скорости.
3. Производительность в определенных сценариях использования. Чаще всего измеряется в баллах определенных бенчмарков. Особый интерес представляет производительность мелкоблочных операций, именно от нее в значительной степени зависят впечатления пользователя о том, является SSD быстрым или медленным.
4. Падение скорости при длительных операциях или при высоком проценте заполненности диска. В подобных условиях скоростные показатели падают у всех SSD, но у некоторых, в основном у дешевых — до уровня SATA III или даже жестких дисков. Например, если у Samsung 980 Pro 1 ТБ скорость по мере исчерпания SLC-кэша падает примерно до 1.8 ГБ/с, то у дешевого Noname-SSD может упасть до 400 МБ/с или даже до 30-150 МБ/с.
5. Температурный режим. Качественный дорогой SSD если и перегревается, то при этом не «отваливается», а временно снижает скоростные показатели до нормализации температур, после чего возвращается к стандартному режиму работы.
6. Версия интерфейса. Накладывает свои ограничения на максимальные скорости последовательного чтения и записи. SATA III — не более 580 МБ/с, PCI-E0 x4 — 3.9 ГБ/c, PCI-E 4.0 x4 — 7.9 ГБ/с, PCI-E 5.0 x4 — 15.9 ГБ/с.
7. Контроллер и память. Контроллер — это управляющая SSD микросхема, и информация о ее модели важна в первую очередь для обозревателей и компьютерных энтузиастов, хотя есть один нюанс, но о нем — в следующем пункте. А вот с памятью ситуация принципиально иная. Сейчас в потребительском сегменте производители используют 3D TLC и 3D QLC память — с тремя или с четырьмя битами на ячейку соответственно. 3D TLC память быстрее, надежнее, но и дороже. При этом память памяти рознь — 232-слойные 3D TLC чипы Micron по своим характеристикам сильно отличаются от 64-слойных 3D TLC чипов какого-нибудь малоизвестного китайского производителя. Если сильно упрощать, то при прочих равных, чем больше слоев — тем лучше.
8. DRAM-буфер. У компьютера есть своя оперативная память, а оперативная память твердотельного накопителя, ускоряющая его работу в определенных сценариях использования — это DRAM-буфер. У дорогих накопителей он обычно есть, у дешевых — чаще нет, и производители используют вместо него всевозможные программные костыли.

• Что делать, если SSD не выдает заявленных скоростей
• Особенности работы SSD — что такое SLC-кэш и как он влияет на скорость

Ресурс перезаписи и надежность

Дорогой SSD при равной нагрузке в среднем проработает значительно дольше дешевого, потому что в его контроллере используются продвинутые алгоритмы выравнивания износа различных ячеек памяти, а также потому что сама память более «выносливая». Показатель ресурса перезаписи TBW означает Total Bytes Written, или, в переводе, «всего записанных байт». Ресурс перезаписи дорогих накопителей обычно составляет как минимум сотни ТБ, а иногда — даже тысячи. Ресурс перезаписи дешевых — десятки ТБ, иногда сотни.

После достижения указанного значения работоспособность устройства не гарантируется — операции чтения при исчерпании ресурса все еще будут доступны, а вот операции записи станут невозможны. При этом если у условного Samsung 980 Pro 2 ТБ ресурс перезаписи указан на уровне 1200 ТБ, это не значит, что при достижении такого порога накопитель мгновенно превратится в тыкву. У многих SSD фактический ресурс перезаписи в несколько раз выше заявленного, заявленный же гарантирован производителем.

Бренд

На рынке твердотельных накопителей существуют бренды первого, второго, третьего и четвертого эшелонов. Бренды первого эшелона — это Samsung и Western Digital. Они самостоятельно выпускают для своих SSD как контроллеры, так и память, а также осуществляют программную поддержку выпущенных решений. Брендов второго эшелона много: Kingston, ADATA, GIGABYTE, Patriot и другие. Они используют контроллеры разных производителей (Innogrit, Phison и другие) и память Samsung, Hynix или Micron. Продукция брендов второго эшелона, как и брендов первого, почти всегда достаточно качественная и работает стабильно.

Бренды третьего эшелона отличаются от второго тем, что позволяют себе, например, менять контроллер или память в рамках одной и той же модели SSD, не уведомляя об этом пользователя. Также они могут использовать память YTMC и других фирм. Пример такого бренда — Netac. Бренды четвертого эшелона и ниже, представленные, как правило, на маркетплейсах — это «коты в мешке». Они позволяют себе обман с характеристиками, экономят на всем, чем только можно, и используют компоненты сомнительного качества, иногда — бывшие в употреблении. Пример такого бренда — ShineDisk.

Бренды первого и второго эшелонов заслуживают доверия, но такие SSD в среднем стоят дороже, чем у других производителей. К выбору SSD фирм третьего эшелона следует подходить крайне внимательно — в этом ценовом сегменте можно найти как отличные предложения, так и весьма сомнительные варианты. Продукции же брендов четвертого эшелона по возможности следует избегать.

Важно! Помимо брендов SSD, полезно знать трех главных мировых производителей чипов памяти. Это Samsung, Hynix и Micron.

Прошивка и программное обеспечение

Производители первого-второго эшелонов, как правило, регулярно предоставляют для своих актуальных SSD обновления прошивки, если в этом есть необходимость, а также поддерживают в актуальном состоянии фирменное программное обеспечение. В качестве примера можно привести софт от Samsung под названием Magician, позволяющий как проверить накопитель на подлинность, так и протестировать его скоростные показатели или провести тонкую настройку различных параметров.

Подводим итоги

Дешевый SSD — это в большинстве случаев устройство, значительно или не очень уступающее качественному дорогому SSD по скоростным показателям, особенно при длительной работе. Но дорогой SSD в среднем обладает более высокой надежностью, а также не так сильно теряет скорость при частичном заполнении или длительных операциях — в этом ему помогают продвинутый контроллер, современная многослойная 3D TLC память и наличие DRAM-буфера.

Означает ли это, что дешевые SSD покупать нет никакого смысла? Отнюдь. Все зависит от характера нагрузки и сценариев использования. В качестве системного диска или высоконагруженного рабочего накопителя уместнее будет смотреться дорогой SSD, для игр же разумным выбором нередко будет и более доступный вариант второго или третьего эшелона.

Материал обновлен автором Dmitrox 01.2024

Анатомия накопителей: SSD

Точно так же, как транзисторы совершили революцию в компьютерной области, увеличив скорость переключения и выполнения математических операций, использование полупроводниковых устройств в качестве накопителей привело к такому же результату.

Первые шаги на этом пути были сделаны компанией Toshiba, предложившей в 1980 году концепцию флеш-памяти. Четыре года спустя она создала NOR-память, а в 1987 году — NAND-память. Первый коммерческий накопитель с использованием флеш-памяти (solid state drive, или SSD) был выпущен SunDisk (позже переименованной в SanDisk) в 1991 году.

Большинство людей начало своё знакомство с твердотельными накопителями с так называемых USB-флешек. Даже сегодня их структура в целом напоминает конструкцию большинства SSD.

Слева показан один чип NAND-памяти SanDisk. Как и SRAM, он используется в кэшах ЦП и GPU. Он заполнен миллионами «ячеек», созданных из модифицированных транзисторов с плавающим затвором. В них используется высокое напряжение для записи и стирания заряда в отдельных участках транзистора. При считывании ячейки на участок подается пониженное напряжение.

Если ячейка не заряжена, то при подаче пониженного напряжения ток течёт. Это даёт системе понять, что ячейка имеет состояние 0; в противоположном случае она имеет состояние 1 (т.е. при подаче напряжения ток не течёт). Благодаря этому чтение из NAND-памяти выполняется очень быстро, но запись и удаление данных не так быстры.

Самые лучшие ячейки памяти, называаемые одноуровневыми ячейками (single level cells, SLC), имеют только одну величину заряда, создаваемого на участке транзистора; однако существуют и ячейки памяти, способные иметь несколько уровней заряда. В общем случае всех их называют многоуровневыми ячейками (multi-level cells, MLC), но в отрасли производства NAND-памяти аббревиатурой MLC обозначают 4 уровня заряда. Другие типы имеют похожие названия: трёхуровневые (triple level, TLC) и четырёхуровневые (quad level, QLC) имеют, соответственно, 8 и 16 различных уровней заряда.

Это влияет на то, сколько данных можно хранить в каждой ячейке:

• SLC — 1 уровень = 1 бит
• MLC — 4 уровня = 2 бита
• TLC — 8 уровней = 3 бита
• QLC — 16 уровней = 4 бита

В отличие от SRAM и DRAM, при отключении питания заряд в флеш-памяти сохраняется и его утечка происходит очень медленно. В случае системной памяти ячейки разряжаются за наносекунды, а поэтому постоянно должны обновляться. К сожалению, использование напряжения и подача заряда повреждают ячейки, и поэтому SSD со временем изнашиваются. Чтобы бороться с этим, используются хитрые процедуры, минимизирующие скорость износа; обычно они делают так, чтобы использование ячеек было наиболее равномерным.

Эту функцию контролирует управляющий чип, показанный справа. Ещё он выполняет те же задачи, что и чип LSI, используемый в HDD. Однако в приводах с вращающимися дисками есть отдельные чипы для DRAM-кэша и встроенного ПО Serial Flash, а в USB-флешке оба контроллера встроены. И поскольку они проектируются так, чтобы быть дешёвыми, особой функциональности вы от них не получите.

Но благодаря отсутствию подвижных частей можно с уверенностью ожидать, что производительность флеш-памяти будет выше, чем у HDD. Давайте посмотрим на показатели с помощью CrystalDiskMark:

Поначалу результаты разочаровывают. Скорость последовательного чтения/записи и случайной записи гораздо хуже, чем у протестированного HDD; однако произвольное чтение намного лучше, и это то преимущество, которое обеспечивает флеш-память. Запись и удаление данных выполняются довольно медленно, зато считывание обычно производится мгновенно.

Однако у этого теста есть ещё одна незаметная особенность. Тест USB-памяти обеспечивает подключение только по стандарту USB 2.0, который имеет максимальную скорость передачи всего 60 МБ/с, а HDD использовал порт SATA 3.3, обеспечивающий пропускную способность в 10 раз больше. К тому же использованная технология флеш-памяти довольно проста: ячейки имеют тип TLC и выстроены в длинные параллельные полосы; такая компоновка называется плоской (planar) или двухмерной (2D).

Флеш-память, используемая в лучших современных SSD, имеет тип SLC или MLC, то есть она работает чуть быстрее и изнашивается чуть медленнее, а полосы согнуты пополам и выстроены стоймя, образуя вертикальную или трёхмерную структуру ячеек. Также в них используется интерфейс SATA 3.0, хотя всё чаще применяется более быстрая система PCI Express через интерфейс NVMe.

Давайте взглянем на один такой пример: Samsung 850 Pro, в котором использованы эти хитрости с вертикальным расположением.

В отличие от тяжёлого 3,5-дюймового привода Seagate, этот SSD имеет размер всего 2,5 дюйма и намного тоньше и легче.

Откроем его (спасибо Samsung за использование таких дешёвых болтов Torx, которые чуть не развалились при демонтаже. ) и увидим, почему:

В нём почти ничего нет!

Ни дисков, ни рычагов, ни магнитов — просто одна печатная плата, состоящая из нескольких чипов.

Так что же мы тут видим? Небольшие чёрные чипы — это регуляторы напряжения, а остальные выполняют следующие функции:

• Samsung S4LN045X01-8030: трёхъядерный процессор на основе ARM Cortex R4, занимающийся обработкой инструкций, данными, коррекцией ошибок, шифрованием и управлением износом
• Samsung K4P4G324EQ-FGC2: 512 МБ памяти DDR2 SDRAM, используемой для кэша
• Samsung K9PRGY8S7M: каждый чип — это 64 ГБ 32-слойной вертикальной флеш-памяти NAND типа MLC (в сумме 4 чипа, два расположены на другой стороне платы)

Улучшение оказалось огромным. Скорость и чтения, и записи стала значительно выше, а задержки намного меньше. Что ещё нужно для счастья? Меньше и легче, нет подвижных деталей; к тому же SSD потребляют меньше энергии, чем механические дисковые накопители.

Разумеется, за все эти преимущества имеют свою цену, и здесь слово «цена» используется в буквальном смысле: вы же помните, что за 350 долларов можно купить HDD на 14 ТБ? Если брать SSD, то за эту сумму удастся приобрести только 1 или 2 ТБ. Если вы хотите накопитель такого же уровня, то пока лучшее, что вы можете сделать — это потратить 4 300 долларов на один SSD корпоративного уровня ёмкостью 15,36 ТБ!

Некоторые производители изготавливали гибридные HDD — стандартные жёсткие диски, на печатных платах которых было размещено немного флеш-памяти; она используется для хранения данных на дисках, к которым часто осуществляется доступ. Ниже показана плата из гибридного накопителя Samsung ёмкостью 1 ТБ (иногда называемого SSHD).

В правом верхнем углу платы находятся чип NAND и его контроллер. Всё остальное примерно такое же, как и в модели Seagate, которую мы рассматривали в предыдущем посте.

Мы можем в последний раз воспользоваться CrystalDiskMark, чтобы посмотреть, есть ли какая-то ощутимая выгода от использования флеш-памяти в качестве кэша, но сравнение будет нечестным, так как диски этого накопителя вращаются со скоростью 7200 rpm (а у HDD WD, который мы использовали для аутопсии — всего с 5400 rpm):

Показатели немного лучше, но причиной этого, вероятно, является повышенная скорость вращения — чем быстрее диск перемещается под головками чтения-записи, тем быстрее можно передавать данные. Стоит также заметить, что файлы, сгенерированные тестом бенчмарка, не будут распознаны алгоритмом как активно считываемые, а значит, контроллер скорее всего не сможет правильно использовать флеш-память.

Несмотря на это, более качественное тестирование показало улучшение производительности HDD с встроенным SSD. Однако дешёвая флеш-память, скорее всего, выйдет из строя намного быстрее, чем качественный HDD, поэтому гибридные накопители, вероятно, не стоят нашего внимания — индустрия производства накопителей гораздо сильнее заинтересована в SSD.

Прежде чем мы двинемся дальше, стоит упомянуть, что флеш-память — не единственная технология, используемая в твёрдотельных накопителях. Intel и Micron совместно изобрели систему под названием 3D XPoint. Вместо записи и стирания зарядов зарядов в ячейках для создания состояний 0 и 1, для генерации битов в этой системе ячейки изменяют своё электрическое сопротивление.

Intel рекламировала эту новую память под брендом Optane, и когда мы протестировали её, производительность оказалась выдающейся. Как и цена системы, но в плохом смысле. Накопитель Optane всего на 1 ТБ сегодня стоит более 1 200 долларов — в четыре раза больше, чем SSD такого же объёма на основе флеш-памяти.

Третьим и последним накопителем, который мы исследуем в следующей статье, будут оптические приводы.

• ssd
• твердотельные накопители
• 3d xpoint
• флеш-память
• usb-flash
• nand flash
• solid state drives

• Хранение данных
• Компьютерное железо
• Накопители