+7 (812) 929-8283
SSD Твердотельный накопитель
Твердотельный накопитель (англ. SSD, Solid State Drive, Solid State Disk) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся механических частей. Следует различать твердотельный накопители основанные на использовании энергозависимой (RAM SSD) и энергонезависимой (NAND или Flash SSD) памяти.
Последние являются весьма перспективной разработкой. Многие аналитики считают, что уже в ближайшие годы NAND твердотельные накопители займут достаточно большую долю рынка накопителей, отвоевав её у накопителей на жёстких магнитных дисках. По состоянию на сегодняшний день, твердотельные накопители используются в основном в специализированных вычислительных системах и в некоторых моделях ноутбуков. А также используются на Международной космической станции.
История развития
- Первые накопители подобного типа (на ферритовых сердечниках) были созданы еще для ламповых вычислительных машин. Однако с появлением барабанных, а затем и дисковых накопителей вышли из употребления из-за чрезвычайно высокой стоимости.
- В 1978 компания StorageTek разработала первый твердотельный накопитель современного типа (основанный на RAM-памяти).
- В 1995 компания M-Systems представила первый твердотельный накопитель на flash-памяти.
- 20.06.2008 Южнокорейской компании Mtron Storage Technology удалось создать SSD накопитель со скоростью записи 240 МБ/с и скоростью чтения 260 МБ/с, который она продемонстрировала на выставке в Сеуле. Объём данного накопителя — 128 ГБ.
В настоящее время наиболее заметными компаниями, которые интенсивно развивают SSD-направление в своей деятельности, можно назвать Samsung Electronics, SanDisk и OCZ Technology. Кроме того, свой интерес к этому рынку демонстрируют Intel и Toshiba.
Архитектура и функционирование
В жестких дисках информация хранится на магнитных пластинах, вращающихся с большой скоростью. Операции записи и чтения информации с этих пластин осуществляются при помощи блока головок, перемещением которых относительно поверхности пластин, а также взаимодействием с внешним интерфейсом и операциями с буферной памятью управляет микроконтроллер. Соответственно, скорость передачи данных зависит от скорости вращения пластин и плотности записи данных. Конечно, по-хорошему не стоит забывать и о пропускной способности интерфейса, по которому накопители общаются с другими устройствами, но в настоящее время у жестких дисков скорость интерфейса заведомо превосходит скорость чтения с пластин, так что пропускная способность интерфейса является важным фактором лишь для внешних накопителей, которых мы не будем касаться в данной статье. При работе с большим количеством блоков данных малого размера у жестких дисков большое влияние на быстродействие накопителя начинают оказывать заложенные в прошивку его микропроцессора алгоритмы работы с буферной памятью. От того, насколько эффективно в накопителе сортируются запросы на запись и осуществляется предварительное чтение с диска, в большой мере зависит его производительность. Это происходит из-за того, что данные могут располагаться в самых разных частях пластин, и при близком к случайному типу нагрузки (а именно такая нагрузка характерна для многих приложений, начиная от баз данных и заканчивая любыми большими коллекциями сравнительно малых файлов – как, например, кэш браузера) значительная часть времени тратится уже не на сами операции записи или чтения, а на подвод головки к нужной точке на пластине. Не менее сложной для накопителей является и ситуация со смешанной нагрузкой, когда к диску за короткое время приходит большое количество обращений, направленных к лежащим в разных частях пластин данным – диску приходится очень активно перемещать головки между разными рабочими зонами (именно "стрекот" головок мы обычно и слышим, поскольку шум от вращения пластин гораздо меньше).
В твердотельных накопителях все совсем по-другому: для хранения данных они используют несколько микросхем флэш-памяти, операциями с которыми также заведует микроконтроллер. Тут необходимо вспомнить, что флэш-память относится к памяти типа EEPROM (Electronically Erased Programmable Read Only Memory – Электрически Стираемое Программируемое Постоянное Запоминающее Устройство), то есть она состоит из множества ячеек, построенных на логике "И-НЕ" (флэш-память NAND) или "ИЛИ-НЕ" (флэш-память NOR). Для этого типа запоминающих устройств характерно очень малое время чтения (для этой операции требуется лишь выбрать необходимую ячейку и считать из нее данные) и сравнительно большое время записи, поскольку перед непосредственно записью необходимо произвести стирание существующих в ячейке данных. Время доступа значительно увеличивается в случае многоуровневой организации ячеек (MLC – Multi-Level Cell): в отличие от одноуровневой организации (SLC-Single-Level Cell), при операциях записи во флэш-память с такой организацией приходится предварительно считывать все данные из ячейки, потом их модифицировать, стирать ячейку и лишь затем, собственно, писать данные. Зато MLC-память значительно дешевле в производстве и позволяет достигать больших объемов хранения.
RAM SSD
Эти накопители, построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость (от 80 до 800 долларов США за Гигабайт). Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели — системами резервного и/или оперативного копирования.
Своеобразной разновидностью таких накопителей является RIndMA диск — подключенный быстрым сетевым соединением вторичный ПК с программным RAM-накопителем. Такой компьютер стоит на порядок дешевле специализированных решений, но не рекомендуется для использования в критичных к потере данных приложениях.
NAND SSD
Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD) появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкой стоимостью (от 3 долларов США за Гигабайт) начали уверенное завоевание рынка. До недавнего времени существенно уступали традиционным накопителям в чтении и записи, но компенсировали это (особенно при чтении) высокой скоростью поиска информации (сопоставимой со скоростью оперативной памяти). Сейчас уже выпускаются твердотельные накопители Flash со скоростью чтения и записи, сопоставимой с традиционными и разработаны модели существенно их превосходящие. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением. Уже практически полностью завоевали рынок ускорителей баз данных среднего уровня и начинают теснить традиционные диски в мобильных приложениях.
Преимущества по сравнению с жесткими дисками
- более высокая скорость запуска, переход Power On - Ready 1 с;
- отсутствие движущихся частей;
- латентность в режиме чтения 85 мкс;
- латентность в режиме записи 115 мкс;
- производительность, чтение до 250 МБ/с;
- производительность, запись до 200 МБ/с;
- низкая потребляемая мощность;
- полное отсутствие шума от движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;
- высокая механическая стойкость;
- широкий диапазон рабочих температур;
- практически устойчивое время считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
- малый размер и вес;
Недостатки твердотельных накопителей
- высокая цена за 1 ГБ (от 3 долларов за гигабайт);
- более высокая чувствительность к некоторым эффектам, например, внезапной потере питания, магнитным и электрическим полям;
- ограниченное количество циклов перезаписи: обычная флеш-память позволяет записывать данные до 100 тыс. раз, более дорогостоящие виды памяти — до 5 млн. раз;