Последовательная запись ssd что это
Медленно, но верно старые добрые «винты» вытесняются с рынка. Жесткие диски теперь если для чего и нужны, так только для специфических задач вроде хранения крупных массивов данных. Вот только зачем это обычному пользователю с каналом хотя бы 25 Мбит/с? Не удивительно, что все больше людей выбирают твердотельные накопители, намного более быстрые и бесшумные по сравнению с HDD. Сегодня расскажем, на что стоит обратить внимание при выборе SSD.
При покупке винчестера надо было лишь определиться с емкостью, выбрать модель со скоростью вращения шпинделя повыше (в большинстве случаев 7200 оборотов в минуту) да буферной памятью побольше (обычно 64 МБ). У SSD есть превеликое множество нюансов, о которых многие пользователи даже не подозревают. Вот о них-то в том числе и расскажем. Знали вы, например, что скорость твердотельного накопителя очень часто связана с его объемом?
Содержание
Куда втыкать?
Как было с жестким диском? Берешь и подключаешь к нему кабель от блока питания, SATA-шнурком соединяешь с материнской платой, и готово! При выборе SSD вам обязательно надо определиться, как вы будете интегрировать его в компьютер, а также выяснить, какие способы интеграции поддерживает ваша машина.
Самый простой вариант — пойти по пути HDD. Можно выбрать твердотельный накопитель в формфакторе ноутбучного винчестера 2,5″. Внешне это будет маленькая плоская коробочка, которую точно так же, как и винчестер, можно подключить к ноутбуку или настольному компьютеру с помощью кабеля питания и SATA-шнурка.
Есть SSD в виде платы расширения, которая вставляется в слот PCI Express материнки точно так же, как, например, Wi-Fi-приемники, контроллеры USB и т. д. В силу особенностей, о которых мы поговорим дальше, такие накопители почти всегда будут быстрее тех решений, о которых шла речь абзацем выше.
Впрочем, накопители в виде плат расширения высоким спросом не пользуются. Вместо них настоящую конкуренцию 2,5-дюймовым моделям с SATA-подключением составляют устройства, предназначенные для формфактора M.2. Это относительно новый стандарт, который уже широко используется в современных комплектующих. Главное — проверить на сайте производителя вашей материнской платы или ноутбука, есть ли у вас нужный слот.
Накопитель в формфакторе M.2 выглядит как компактная плата размером чуть больше зажигалки. Здесь не нужны никакие кабели — плата вставляется прямо в миниатюрный разъем, расположенный на материнке, и прижимается винтом. Но есть нюанс: такие носители могут быть разной длины — 42, 60, 80 или 110 мм. Впрочем, особо переживать по этому поводу не стоит, потому что большинство потребительских SSD и, соответственно, «железо» под них адаптированы под длину 80 мм.
В случае с SSD формата M.2 обмениваться данными с системой накопитель может как через интерфейс SATA, так и через PCI Express. По первому пути, как мы уже говорили, пошло большинство моделей формфактора 2,5″, а по второму — твердотельные накопители в виде плат расширения. Практичнее выбирать те SSD формата M.2, которые «дружат» с PCI Express, потому что этот интерфейс обеспечивает скорость передачи данных в несколько раз выше, чем SATA.
Что ж, определились: выбираем SSD в формфакторе M.2 с поддержкой PCI Express. Часто вы можете видеть надпись вроде «PCI Express 3.0 х4». Страшно? На деле все просто: 3.0 — это версия PCI Express, а 4 — количество линий передачи данных, которые подведены к коннектору SSD. Если коротко, то чем их больше, тем потенциально выше скорость обмена информацией. Лучшее, что вы сегодня можете встретить, это поддержка PCI Express 3.1 x4 и PCI Express 3.0 x8. Но таких накопителей пока очень мало, делает их Intel, стоят они дорого. Оптимально с точки зрения цены и производительности — PCI Express 3.0 x4.
Бывают еще накопители формфактора 3,5″, 1,8″, mSATA, DOM, однако почти все они — штуки редкие и для большинства «домашних» пользователей неинтересные.
Коротко о главном: если позволяет «железо», лучше брать SSD в формфакторе M.2 и с подключением по шине PCI Express. Если система старовата, покупайте SATA-накопитель 2,5″ — выйдет медленнее, но и дешевле.
Помни о памяти!
Твердотельные накопители — штуки очень технологичные и развиваются постоянно. Особенно важно то, какой тип флеш-памяти используется в SSD. Фактически это и есть та первооснова, на которой будет храниться вся ваша информация.
С ходу типов памяти можно назвать штук шесть, хотя по сути их три (ну или четыре). Давайте разбираться. О флеш-памяти типа SLC можете сразу забыть. Она очень крутая, долговечная и невероятно быстрая, но дорогая. Ее характеристики даже избыточны для пользователей. Какая, в конце концов, разница, проживет ваш SSD тысячу лет или семьдесят?
Поэтому сегодня распространены накопители с памятью MLC и TLC. Если в случае с SLC одна ячейка флеш-памяти вмещает в себя 1 бит информации, то MLC содержит 2 бита, а TLC — уже 3 бита. Увы, вместе с повышением плотности падают остальные потребительские характеристики. Считается, что MLC выдерживает в 20 раз меньше циклов перезаписи информации, чем SLC, к тому же этот тип памяти примерно вдвое медленнее. У TLC, в свою очередь, с долговечностью и скоростью все еще хуже.
Вроде бы выбор очевиден: раз уж накопителей с памятью SLC днем с огнем не сыщешь, бери MLC и радуйся. Однако в дело вступают технологии, маркетинг и цена, которые все вместе дают шанс TLC. Во-первых, несмотря на имеющиеся скоростные различия, пользователь не заметит разницы в производительности похожих SSD с разными типами памяти. Во-вторых, на скорость работы накопителя помимо типа флеш-памяти влияют и другие параметры, о которых поговорим ниже. В-третьих, поколения MLC и TLC постоянно сменяются, техпроцесс совершенствуется, потребительских отличий между двумя технологиями становится все меньше и меньше.
Погодите-ка, а что за TLC 3D V-NAND и MLC 3D V-NAND? Очередные новые типы памяти? И да, и нет. Типы остаются теми же — TLC и MLC. Другое дело, что 3D V-NAND указывает на взаимное расположение ячеек памяти в несколько слоев вместо обычного плоского массива. Это значительно увеличивает емкость накопителя, а также, говорят, заметно повышает скорость его работы и долговечность.
И еще кое-что. В давно устоявшееся положение вещей, где фактически есть только TLC 3D V-NAND и MLC 3D V-NAND, нагло вмешалась Intel, совсем недавно выпустившая на рынок накопители с принципиально новым типом памяти 3D XPoint. Это самая настоящая инновация, о полном строении и функционировании которой сегодня нет общедоступной информации. Но даже без этого тесты показывают, что накопители Optane от Intel в разы шустрее флагманских решений, построенных на TLC 3D V-NAND или MLC 3D V-NAND. Из-за новизны разработки говорить о надежности и долговечности новой памяти рано, но Intel обещает чуть ли не вечную работу SSD на 3D XPoint. Будущее уже здесь! Но будущее очень дорогое — как вам идея заплатить за 375 ГБ почти три тысячи рублей?
Коротко о главном: если у вас денег куры не клюют, обратите внимание на Intel Optane с памятью 3D XPoint. Если же вы не готовы отдать больше тысячи рублей за 280 ГБ, поищите модели с памятью 3D MLC V-NAND. Нужно сэкономить и при этом нет необходимости ежедневно перегонять терабайты информации? Тогда спокойно берите 3D TLC V-NAND — ничего не потеряете.
Тише едешь — недалеко от HDD уедешь
«Ну уж со скоростью-то все понятно! Бери то, где написано побольше, и все дела», — наверняка думает большинство покупателей SSD. Ха, если бы все было так просто! Однако твердотельные накопители — это как целая жизнь, здесь все непросто.
Мы уже знаем, что на скорость памяти влияют интерфейс подключения, тип памяти и даже расположение ячеек относительно друг друга. Сейчас ко всему этому добавим еще пару переменных.
Контроллер — не менее важная часть SSD, чем тип памяти. Плохой контроллер может загубить весь потенциал 3D MLC V-NAND, подключенного через скоростную шину PCI Express. Хороший же раскроет TLC так, что 3D XPoint обзавидуется. Утрируем, но в теории как-то так.
Контроллер представляет собой чип с вычислительными ядрами и программой-прошивкой. Все вместе они отвечают за управление операциями записи и чтения информации в ячейках памяти, за обмен данными с SATA или PCI Express, обслуживание накопителя и т. д. Беда в том, что производителей контроллеров очень много, к тому же у каждого в портфолио есть несколько моделей.
Сегодня выбирать SSD по контроллеру вряд ли кто-то будет. Все-таки современные накопители получают, как правило, «допиленные» чипы, которые не сдерживают потенциал памяти. Традиционно хороши Samsung Polaris и Phoenix, Silicon Motion SM2262, актуальные представители Marvell и Phison. Но, повторимся, уделять особое внимание выбору контроллера стоит только в том случае, если вы знаете, что ищете и зачем (а такие пользователи читать эту статью вряд ли будут).
Также на скорость работы накопителя влияет… его объем! Не напрямую, а косвенно. А вы думали, что между моделью на 250 ГБ и 1 ТБ в рамках одной линейки нет разницы, кроме емкости и цены? О нет, разница бывает, да еще какая.
Во-первых, для быстродействия важен объем буферной DRAM-памяти — фактически это аналог оперативной памяти компьютера, который нужен для сверхбыстрой обработки данных. Объем DRAM-памяти почти всегда зависит об объема накопителя. Так, в новой линейке Samsung 970 EVO модели объемом 250 и 500 ГБ имеют буфер емкостью 512 МБ, а «терабайтник» может похвастаться уже гигабайтом оперативной памяти. Относительно недавно в моду стали входить безбуферные SSD — недорогие, но заметно теряющие в производительности.
Но и это еще не все. Многие современные SSD имеют SLC-кеш. Знакомая аббревиатура? Помните, когда мы говорили о типах памяти, то упоминали SLC? Нынешние накопители умеют имитировать работу этого типа памяти. В таком случае в одну ячейку записывается только 1 бит информации, а не 2 или 3. За счет этого повышается скорость работы.
Обычно под SLC-кеш зарезервирована часть емкости SSD, также под него может выделяться дополнительный объем памяти в зависимости от потребностей и оставшегося свободного пространства. В целом, чем меньше объем накопителя, тем меньше у него объем SLC-кеша. Например, у популярной модели Samsung 960 EVO на 250 ГБ объем SLC-кеша может достигать примерно 13 ГБ, а у модели на 500 ГБ — уже 22 ГБ. Счастливчики с терабайтом могут рассчитывать на 42 ГБ кеша.
Те скорости, которые вы видите в описании накопителя, частенько как раз указываются с учетом сверхбыстрого SLC-кеша. Но что случится, когда он заполнится? При заполнении буфер сбрасывает записанную в него информацию в стандартно функционирующую, но более медленную память TLC или MLC. В большинстве случаев это никак не сказывается на впечатлениях от работы. Но если вы надумали записать огромный файл, например 40-гигабайтный фильм BDRemux, то непременно почувствуете падение производительности, как только заполнится кеш. Так, накопитель емкостью 250 ГБ первые 12—13 ГБ запишет в SLC-кеш на скорости около 1500 МБ/с, после чего она упадет раз в пять. А вот терабайтный SSD за раз «переварит» ваши 40 ГБ.
В основном производительность диска измеряется двумя различными типами операций с данными - последовательными и случайными. Таким образом, с помощью "Последовательных/случайных скоростей" можно легко вычислить производительность любого диска, которую можно использовать для сравнения с другими дисками, что даст точный выбор при покупке.
Как мы все знаем, все данные, которые мы сохранили в компьютере, записываются блоками. Последовательная скорость чтения/записи" просто означает, как быстро этот накопитель может записывать или считывать данные из серии блоков. С другой стороны, когда включаем компьютер, он начинает обрабатывать количество файлов из нескольких мест, что просто означает, что диск должен снова и снова обращаться к данным из случайных блоков.
И вот тут появляется "Скорость произвольного чтения".
Чтобы понять «Скорость произвольной записи» , предположим , что мы устанавливаем программное обеспечение или обновление операционной системы. Можно заметить, что незначительное обновление или установка, несомненно, займет небольшое время, однако видео весом 40ГБ 4К легко загрузится для воспроизведения или поиска. Как правило, обновление или установка занимает много времени, потому что программное обеспечение должно записывать несколько файлов в несколько мест, что требует времени по сравнению с записью большого файла в серию блоков.
Таким образом, в последовательных операциях главным образом большие блоки данных обрабатываются коллективно без повторных поисков. Последовательные операции работают для больших и последовательно управляемых блоков данных, тогда как случайные операции работают с небольшими и случайно расположенными, разбросанными блоками данных, что приводит к увеличению времени задержки.
Чтобы понять «скорость последовательного и случайного чтения/ записи», сначала нужно понять «IOPS».
IOPS - это широко используемая техническая аббревиатура для фразы «Операции ввода/вывода в секунду», это шкала для измерения производительности устройства хранения или сети;
Большее значение в IOPS означает возможность выполнения большего количества операций в секунду. Проще говоря, скорость операций с данными пропорциональна значению IOPS накопителя. Больше операций чтения и записи в секунду позволяет приводу работать быстрее.
В твердотельных накопителях или, можно сказать, SSD, IOPS всегда намного выше, чем у обычных жестких дисков. Жесткие диски работают на основе оборотов в минуту ( это круглые диски, в которых движется головка диска ), что обычно составляет 7200 об/мин при значении 90 IOPS, но твердотельные накопители состоят из твердотельных банков флэш-памяти и могут обеспечивать IOPS более 400 000
С помощью простого уравнения можно легко преобразовать цифры IOPS в МБ/с для лучшего понимания.
IOPS = (МБ/с пропускная способность/КБ на IO) * 1024
Допустим, есть твердотельный накопитель с заявленной скоростью произвольной 4K записи 40000 IOPS, и он достигает 155 МБ/с в программе CrystalDiskMark с тестом записи QD32 . Таким образом, чтобы преобразовать 155 МБ/с в IOPS, выполняем следующий расчет:
- IOPS = (155/4) * 1024
- IOPS = 38,75 * 1024
- IOPS = 39 680
Чтобы увидеть, какую пропускную способность нам нужно достичь, чтобы соответствовать фактической заявке на 40 000 IOPS, мы можем выполнить этот расчет в обратном порядке:
- МБ/с = (40000 * 4) / 1024
- МБ/с = 160 000/1024
- МБ/с = 156,25
Последовательные и случайные операции в SSD
В SSD операции всегда выполняются быстрее, поскольку нет движущихся головок дисков для операций с данными. Все ячейки данных находятся в твердом состоянии и работают одновременно с молниеносной скоростью. Для этих флешек все зависит от логики внутреннего контроллера устройства и скорости интерфейса памяти.
В последовательных и случайных операциях пакет NAND SSD выполняет поиск и последовательное расположение данных для выполнения задачи без поиска, что в основном преобразует операции, выглядящие последовательными и более плавными.
Последовательные и случайные операции на жестких дисках
На жестких дисках обе операции идут медленно из-за движущихся головок дисков, когда самый быстрый жесткий диск может развить скорость вращения 15 000 об/мин, а во время операций чтения и записи диск продолжает вращаться. IOPS жестких дисков зависят от времени случайного поиска. Работая последовательно, сначала он ищет место хранения на диске, а затем последовательно обрабатывает блоки данных, в противном случае при случайных операциях он ищет и снова и снова выполняет задачу для выполнения поставленной ему задачи.
Сравнение максимальной производительности
В нашей реальной деятельности это никогда не проявляется значительно, но твердотельные накопители намного быстрее выполняют задачи с меньшими блоками данных, чем жесткие диски. При последовательной записи данных SSD сектора могут работать примерно в 3,4 раза быстрее, тогда как в секторе чтения они быстрее примерно в 3,5-5 раз.
Но когда речь идет о случайных операциях, единственное время задержки, которое требуется твердотельным накопителям, - это перепрограммирование контроллера, что делает обработку запросов на чтение более чем в 50 раз быстрее, а запросы на запись - почти в 100 раз быстрее.
При выполнении операций переноса SSD всегда читают и записывают на основную единицу страниц. В противном случае он потребляет меньше энергии и работает более эффективно как запоминающее устройство.
Десять лет назад выбор компьютерного накопителя ограничивался одним условием — количеством гигабайт. Теперь же пользователь задает сразу несколько параметров: какой объем, какую модель и какой тип памяти выбрать? Дополнительную путаницу внесли твердотельные накопители — характеристик тьма тьмущая, и каждый тянет одеяло на себя. Как избежать ошибок при выборе SSD — кратко, но с расстановкой.
Каждый, кто занимался сборкой компьютера, знает, что выбор комплектующих занимает больше времени и нервов, чем покупка, подключение и настройка всей системы. К этому относится и подбор накопителей — начинающие сборщики часто игнорируют их, что потом выливается в проблемы с производительностью. Виной тому экономия или неосведомленность. Исправим это.
На кого будем работать?
Первый шаг и первая ошибка — необходимо определиться, для чего нужен твердотельный накопитель. Если раньше выбор был ограничен лишь объемом винчестера, то с появлением памяти NAND критерии выбора изменились. Теперь нужно сразу решить, под какие задачи приобретается устройство. В домашнем или офисном компьютере спектр работы не слишком широк:
- под систему
- под игры
- под файлопомойку
- под работу
Рецепт успеха прост — «система» и «работа» чувствительны к качеству диска или накопителя. Операционная система может записать/прочитать несколько гигабайт больших и мелких файлов за один подход, и для этого необходима высокая скорость во всех режимах. Объем накопителя в этом случае играет второстепенную роль — подбирается по необходимости, без излишка. То же самое в рабочих задачах — например, загрузки Adobe Photoshop с обычного HDD можно и вовсе не дождаться, а время запуска программы с SATA SSD снижается до 20-30 секунд. В то же время с твердотельным накопителем с высокой скоростью чтения и записи мелких файлов фоторедактор готов к работе менее, чем через 10 секунд. Конечно, процессор и ОЗУ играют в этом не последнюю роль.
Режимы «игры» и «файлопомойка» зеркальны предыдущим — здесь подойдет объемный диск со средней производительностью. Практически любой игре достаточно скорости обычного SATA SSD, а некоторые все еще спокойно чувствуют себя на устаревших винчестерах. Домашнее файлохранилище и подавно. Если хочется заменить HDD на SSD, то лучше заморочиться с максимальным объемом, а скорость работы и отклика будут бонусом.
Совет: не путаем работу с играми, а объем — с показателями производительности. Системе — скорость, а развлечениям — терабайты.
По Сеньке и шапка (объем)
Из первого пункта следует второй — сколько гигабайтов будет нормой для выбранной задачи? Или терабайтов? Конечно, памяти много не бывает, но за объемом накопителя следует такая досадная характеристика, как стоимость устройства. Тем более, если это твердотельный накопитель, да еще и NVMe. Поэтому смотрим на пальцы и загибаем:
- Система. Максимальная версия Windows 10 занимает до 20 ГБ после установки и настройки.
- Драйверы и библиотеки — до 10 ГБ.
- Рабочий софт. Набор джентльмена в виде офиса, фоторедактора, просмотрщика фотографий, браузера и различных утилит может потребовать от 10 до 20 ГБ.
- Место для обновлений системы. Для верности добавим еще 10 ГБ на обновления системы и софта.
- Файлы и мультимедиа. Фотографии и видео со смартфона, загруженные файлы из сети и браузерный кэш после просмотра YouTube — еще 10 ГБ. А лучше 20 ГБ — современные смартфоны снимают видео в высоком качестве, поэтому один небольшой ролик может отобрать у накопителя до нескольких гигабайт.
Итого, для актуальной системы и небольшого набора программ будет достаточно 60-80 ГБ — без игр, фильмов и таких тяжеловесов, как Visual Studio, которая после всех обновлений и загрузки библиотек может потребовать до 210 ГБ.
Совет: под современные системные и рабочие задачи домашнего пользователя можно использовать твердотельные накопители объемом 120-250 ГБ. Обращаем внимание на скоростные показатели и максимальный ресурс.
Быстрей и еще быстрее
Рынок компьютерного железа живет не только законами физики, но и уловками маркетологов. Поэтому в описании к устройству можно встретить максимальные характеристики устройства, а на деле получить кирпичик со скоростью пишущей машинки. Смотрим на скриншоты.
Тестирование различных накопителей в CrystalDiskMark указывает на то, что скорость чтения и записи может различаться в зависимости от задачи. В данном случае программа показывает секвентальные значения и значения для работы с мелкими блоками размером 4 КБ. Соответственно, при последовательной записи файлов большого размера все три устройства имеют неплохие результаты. Топовый SSD с NVMe ожидаемо вырывается вперед, а обычный SATA SSD и древний винчестер отстают по максимальным показателям в несколько раз.
Если запросить у накопителей несколько тысяч мелких файлов, все три устройства покажут более низкие результаты. Так, скорость чтения составит 50 мегабайт в секунду для NVMe, 34 МБ/с для SATA SSD и невозможные 0,72 МБ/с для древнего винчестера.
В результате при установке Cyberpunk 2077 вместо заявленных производителем 3600 МБ/с, пользователь видит жалкие 100-150 МБ/с. При этом обычный SSD не сильно отличается от M2-накопителя и будет так же отлично работать в игровых и повседневных задачах.
Совет: изучаем независимые тестирования и выбираем тот накопитель, который быстрее всех работает с мелкими файлами. На максимальную скорость смотрим для справки.
M2 быстрее SATA (нет)
Пользователи заблуждаются, думая, что накопители с разъемом типа М2 должны быть обязательно быстрее SATA. На самом деле, это не так. Названия отражают лишь способ подключения, а не скоростные показатели. В SATA используются классические провода, а в М2 сигнал идет по дорожкам материнской платы. Наглядно:
Другое дело, если говорить о максимальных характеристиках самого устройства. В случае, если скоростные показатели твердотельного накопителя не превышают лимиты SATA, то подключение этой же модели через М2 дополнительной производительности не даст. Но если SSD поддерживает NVMe, то при подключении через M2 он волен использовать весь потенциал интерфейса PCIe. А это уже не сотни, а тысячи МБ/с.
Что такое NVMe? Это способ работы диска, в котором контроллер раздает тысячи команд параллельно, а не последовательно, как в обычных SSD без NVMe. Это влияет на скорость как секвентальных операций, так и случайного чтения.
Совет: не стоит гнаться за накопителем в формате М2, если это противоречит аспектам сборки. Подходит по характеристикам и внешнему виду вариант с SATA — смело забираем. Другое дело удобство: SSD с разъемом М2 не требует дополнительной прокладки проводов и мирно существует в недрах материнской платы.
PCIe vs PCIe
С появлением скоростного стандарта PCI Express 4.0 производители переехали на производство соответствующих устройств. В теории производительность дисковой подсистемы на новой версии шины может достигать двукратной разницы. Однако на практике ситуация, как всегда, отличается.
Если сравнить один и тот же накопитель Gen4 сначала в системе с PCIe 3.0, а затем с PCIe 4.0, то получатся практически одинаковые цифры. Вот отрывок из тестирования Samsung 980 Pro 1TB — на обоих поколениях шины накопитель чувствует себя идентично.
При этом изначальный накопитель PCIe 3.0 в лице Samsung 970 EVO Plus 1 TB показывает схожие в пределах погрешности скоростные показатели. Все еще не верите? Тогда смотрите видео:
Вывод: PCIe Gen4 не всегда оказывается быстрее и лучше своих предшественников. Конечно, в профильных задачах новинка покажет себя эффективнее, но общий уровень производительности звезд с неба не хватает.
Качество или количество?
Насмотревшись рекордных показателей у накопителей NVMe, пользователи кидаются в крайности и приобретают высокоскоростные устройства под все задачи. Но хотя материнская плата располагает несколькими разъемами М2 и даже поддерживает их одновременную работу, в деталях кроется хитрость.
За работу интерфейса PCIe отвечают линии. Чем больше активных линий на один разъем, тем выше пропускная способность. При установке видеокарты, накопителя и других устройств PCIe система делит количество линий поровну или в заданном производителем порядке. Поэтому при использовании всех разъемов М2 одновременно, скорость может быть ниже, чем если бы в системе был установлен один скоростной NVMe.
Помимо самих разъемов PCIe, на линиях могут находиться интерфейсы USB и SATA. В таком случае приходится выбирать — много М2 или много SATA. Подробно о распределении линий PCIe мы уже говорили ранее.
SLC, MLC, TLC, QLC, PLC — ох!
Если пользователь проникся разницей интерфейсов и даже разобрался в скоростных характеристиках накопителей, то здесь он споткнется пять раз — именно столько типов памяти можно встретить на рынке твердотельных накопителей.
Single LC — одноуровневая или однобитная ячейка памяти. Расчет простой — на одну ячейку в микросхеме приходится один бит информации. Он может существовать — «1», или не существовать — «0». Такие микросхемы считаются самыми надежными и быстрыми. Их производство заменили на более продвинутые и дешевые технологии. Правда, технологию SLC еще используют в современных накопителях с SLC-кэшем.
Multi LC — то же самое, только ячейки содержат два бита и четыре возможных состояния: 00, 01, 10, 11. Соответственно, плотность компоновки таких микросхем выше, а значит, и результирующий объем устройства будет выше. Производительность MLC ниже, чем SLC, также эти микросхемы менее устойчивы к перезаписи.
Triple LC — три бита, восемь состояний. Самая ходовая память для современных твердотельных накопителей. Позволяет масштабировать объемы до нескольких терабайт, но обладает средней производительностью. Производительность и долговечность таких микросхем сильно зависят от качества контроллера и размера SLC-кэша.
Quad LC — четыре бита и 16 возможных состояний. Больше гигабайт под капотом — ниже производительность и устойчивость к износу. Сейчас QLC можно найти в накопителях с большим объемом и приемлемой стоимостью — это единственное преимущество нового типа ячеек.
Penta LC — пять битов и 32 электрических состояния ячейки. Технология находится в разработке и обещает увеличить плотность компоновки ячеек до 25% по сравнению с QLC. Но есть и минус — совсем низкая производительность и минимальный ресурс работы. Предполагается, что накопители с таким типом памяти смогут заменить диски CD-R, DVD-R, BD-R, основная задача которых — это хранение информации, а не перезапись.
Ячейка — это своего рода батарейка. Если она заряжена, то отдает «1» бит. Если разряжена, то «0». Чтобы обратиться к информации на одном из уровней микросхемы, компьютер считывает заряд и понимает: попал по адресу или ошибся дверью. Соответственно, чем больше бит и состояний может предоставить одна ячейка, тем больше информации в ней содержится, и тем сложнее системе разобраться, что где находится. Отсюда невысокая производительность и низкая надежность многоуровневых микросхем.
Совет: не теряемся в типах памяти — чем меньше уровней, тем быстрее, надежнее и дороже. Чем больше состояний, тем медленнее и дешевле накопитель. Смотрим в золотую середину — TLC/SLC гибриды.
Мифы о выносливости TLC
В начале разработки TLC сообщество отрицательно высказывалось по поводу технологии. Тем не менее, современные микросхемы получаются довольно неплохими. И уж тем более, несмотря на миф о низкой выносливости, достаточно надежные, чтобы работать в качестве системного накопителя в домашнем компьютере. Например, у автора устройство начального уровня емкостью 120 ГБ спокойно функционирует с 2016 года под управлением Windows. Диск пережил полное заполнение играми, подключенный SWAP-раздел и многочисленные полные форматирования и перезаписи.
Да, это пресловутые микросхемы TLC, причем размер SLC-кэша в этом устройстве равен 3 ГБ — не самый лучший вариант исполнения, который почти не ощущается в работе системным накопителем.
Шесть лет ежедневной работы под системой и играми — еще 15 ТБ запаса прочности и приемлемые скорости во всех режимах. Вопрос о надежности и качестве TLC можно считать закрытым.
Совет: выбираем накопитель не только по типу микросхем и объему, смотрим также на производителя и модель контроллера — то, что задает качество работы устройства и отвечает за его долговечность. Как правило, это контроллеры Samsung, Phison и Marvell.
QLC? Дайте флешку!
Чтобы верно считать биты с поверхности, контроллер может несколько раз опросить ячейку с помощью подачи напряжения. В случае с многоуровневой технологией это происходит дольше, чем если бы контроллер опрашивал однобитную ячейку, которая сдает информацию уже с первой попытки. Это снижает эффективную скорость и надежность — теперь количество перезаписей на одну ячейку снижается со 100 000 до 1000.
Конечно, современные системы следят за этим и не позволяют одной и той же банке перезаписываться слишком часто. Этот процесс называется выравниванием — контроллер распределяет информацию плавно по всей поверхности, а не затирает один и тот же угол микросхемы до дыр. Более того, чтобы повысить надежность четырехбитной ячейки, производители подкидывают в начало накопителя SLC-кэш — некоторый объем надежной и быстрой памяти, которая работает на износ и оставляет QLC-ячейкам работу с редко используемыми данными. Поэтому начальная скорость накопителя соответствует старшим решениям с MLC/TLC и располагает хотя бы минимальным запасом прочности.
После исчерпания объема SLC-кэша накопители снижают скоростные показатели. И если последовательное чтение из QLC-ячеек еще держится на приемлемом уровне, то прямая запись в массив оказывается даже ниже, чем у современных HDD.
Фактически такой накопитель быстро превращается в быструю флешку USB 3.0. Хотите работать с тысячами библиотек среды Visual Studio с флешки? И мы не хотим.
Совет: QLC не подходит под ОС и ресурсоемкие задачи. Из-за низкой скорости доступа ко всему массиву снижается скорость чтения и записи мелких блоков, необходимые для работы программ. Другое дело — домашнее файлохранилище. Можно со спокойной совестью оставить на QLC фильмотеку и семейные фотографии.
Бездумная экономия и переплата
Резюмируя вышесказанное выведем «на коленке» формулу, которая поможет определиться с выбором накопителя под различные задачи.
С целью усовершенствования предыдущего поколения SSD серии 840, для серии 840 EVO компания Samsung разработала эволюционную технологию TurboWrite. Эта новая технология прошивки значительно увеличивает скорость последовательной записи (которая в задачах перемещения больших файлов является критическим параметром) – более чем в три раза у дисков емкостью 120 ГБ и более чем в два раза у дисков емкостью 250 ГБ.
| Сравнение характеристик | 840 | 840 EVO | ||||
| Ёмкость | 120 ГБ | 250 ГБ | 500 ГБ | 120 ГБ | 250 ГБ | 500 ГБ/ 750 ГБ/ 1 ТБ |
| Последовательное чтение, МБ/с | 530 | 540 | 540 | 540 | ||
| Последовательная запись, МБ/с | 130 | 250 | 330 | 410 | 520 | 520 |
Для достижения столь заметного прогресса разработчикам пришлось в корне пересмотреть путь данных, записываемых во флэш-память NAND.
Что представляет собой технология TurboWrite?
Как известно, запись в 3-битные ячейки памяти MLC NAND происходит достаточно медленно, потому что дополнительные «биты» требуют больше времени для обработки сигнала и программируемой коррекции ошибок при записи. В SSD 840 EVO эта проблема решается путем имитации на выделенном участке накопителя более быстрой памяти SLC NAND, благодаря чему достигается намного более высокая производительность.
Рисунок ниже иллюстрирует принцип работы технологии TurboWrite.
В области накопителя, где имитируется быстрая память SLC, технология TurboWrite создает буфер для быстрой записи. При ускоренной записи данные сначала перемещаются из хоста в высокопроизводительный буфер, а затем, во время периодов простоя, данные перемещаются из буфера в основное хранилище. Данная технология позволяет пользователю «почувствовать» высокую начальную скорость записи.
В таблице ниже приведены размеры буфера в зависимости от емкости SSD. Минимальный размер буфера составляет 3 ГБ – это значение получено по результатам всестороннего тестирования, проведенного Samsung, и признано достаточным для выполнения повседневных задач. Обратите внимание, что размеры буфера указаны в масштабе SLC, то есть в 3-битной памяти MLC физическая емкость будет в 3 раза больше.
| Ёмкость SSD | 120 ГБ | 250 ГБ | 500 ГБ | 750 ГБ | 1 ТБ |
| Размер буфера (в масштабе SLC) | 3 ГБ | 3 ГБ | 6 ГБ | 9 ГБ | 12 ГБ |
При последовательной записи без периодов простоя буфер в конце концов заполняется. В этот момент процесс передачи данных переключается из режима TurboWrite в режим записи непосредственно в основное хранилище накопителя с обычной для 3-битной MLC скоростью.
Размер буфера также определяет максимальное время работы в режиме TurboWrite, т.е. наибольшую продолжительность непрерывной записи с повышенной скоростью. В таблице ниже приведены значения времени миграции (необходимого периода простоя), требуемые для полного опорожнения буфера.
| Ёмкость SSD | 120 ГБ | 250 ГБ | 500 ГБ | 750 ГБ | 1 ТБ |
| Время миграции, с | 28,2 | 18,5 | 32,5 | 44,9 | 55 |
Еще один возможный вопрос – где физически располагается буфер TurboWrite, поскольку резервная область (Over-Provisioning) недостаточно велика для того, чтобы вместить этот буфер целиком. Для понимания этого необходимо познакомиться со стандартами емкости IDEMA (International Disk Drive Equipment and Material Association). В IDEMA разработан численный метод для определения фактических значений емкости накопителя и соответствующего количества адресов LBA (Logical Block Address), которые немного отличаются от значений, доступных пользователю. Это общераспространенное явление, и вы не раз могли убедиться, что значение емкости, указанное на этикетке, отличается от того, которое показывает операционная система при отображении доступного пространства на диске. Таким образом, буфер TurboWrite формируется за счет: а) – емкости резервной области, и б) – «остаточной» емкости, определяемой по стандартной методике IDEMA.
Количество LBA = 97 696 368 + 1 953 504 * (Ёмкость SSD [ГБ] - 50)
| Ёмкость SSD | Ёмкость резервной области (OP), ГБ | Количество LBA | Ёмкость области пользователя, ГБ | Остаточная ёмкость, ГБ | OP + Остаточная ёмкость = Ёмкость для буфера TurboWrite, ГБ |
| 120 ГБ | 8 | 234441648 | 111,8 | 8,2 | 16,2 |
| 250 ГБ | 6 | 488397168 | 232,9 | 17,1 | 23,1 |
| 500 ГБ | 12 | 976773168 | 465,8 | 34,2 | 46,2 |
| 750 ГБ | 18 | 1465149168 | 698,6 | 51,4 | 69,4 |
| 1 ТБ | 24 | 1953525168 | 931,5 | 68,5 | 92,5 |
Практическое значение технологии TurboWrite
Технология TurboWrite значительно повышает скорость последовательной записи и делает работу на компьютере более приятной и удобной. Хотя размер буфера ограничен, в Samsung внимательно подошли к вопросу выбора оптимального размера буфера, который гарантирует возможность ускоренной записи при выполнении большинства повседневных сценариев. Для исследования характеристик TurboWrite при работе с реальными приложениями в Samsung провели предварительный анализ данных об объемах пользовательских нагрузок. Результаты анализа показали, что пользователи ПК в среднем записывают 1,17 ГБ данных в час, при этом более чем в 90% случаев объем пользовательской нагрузки находится в пределах 3 ГБ, что соответствует минимальному размеру буфера (у SSD емкостью 120/250 ГБ). Таким образом, в большинстве случаев пользователь получает высокую скорость записи.
Приведенная ниже диаграмма показывает выигрыш в производительности при использовании технологии TurboWrite – видно, что скорость последовательной записи значительно возрастает. Данные были получены в результате тестирования по программе CrystalDiskMark, которая наиболее часто используется для исследования характеристик SSD.
Тест PCMark7, который имитирует работу с реальными приложениями, показывает, что технология TurboWrite дает прибавку 7% в части общей производительности системы и 15% в части производительности накопителя SSD (показатель Raw Score). Этот результат означает, что технология TurboWrite повышает производительность не только при последовательной записи, но и при выполнении различных практических сценариев.
Например, и при копировании больших файлов, и при работе с фоторедактором осуществляются сценарии, состоящие в основном из операций последовательной записи. SSD 840 EVO (с TurboWrite) выполняет эти задачи быстрее, чем SSD серии 840 (без TurboWrite): копирование файлов занимает почти на 52% меньше времени, а редактирование фото – на 27% при использовании диска емкостью 120 ГБ и на 12% при использовании диска емкостью 250 ГБ.
Новая технология Samsung – Intelligent TurboWrite
Благодаря эволюционной технологии Samsung TurboWrite диски 840 EVO вышли за пределы производительности, характерные для традиционных SSD с 3-битной памятью MLC. Следующая технология Samsung – Intelligent TurboWrite – позволяет увеличить скорость последовательного чтения и записи до 3200 и 1900 МБ/с соответственно (максимальные значения). 1, 3
Эта технология впервые применена в серии SSD 960 EVO. Диски 960 EVO выпускаются в трех версиях – емкостью 250 ГБ, 500 ГБ и 1 ТБ 2 , каждая из которых предлагает пользователю ПК уровень производительности следующего поколения. Скорость случайного чтения и записи у SSD 960 EVO достигает соответственно 380000 и 360000 IOPS. 3 Гарантийный срок SSD 960 EVO – 3 года, ресурс – 400 TBW (впервые среди SSD емкостью 1 ТБ).
1 Скорость последовательной записи определялась для технологии Intelligent TurboWrite. После заполнения буфера Intelligent TurboWrite скорость последовательной записи составляла 300 МБ/с у SSD емкостью 250 ГБ, 600 МБ/с у SSD емкостью 500 ГБ и 1200 МБ/с у SSD емкостью 1 ТБ.
2 1 ГБ = 1 000 000 000 байт согласно стандартам IDEMA. Некоторая часть емкости может использоваться системой, поэтому величина доступной емкости может отличаться от указанной на этикетке.
Читайте также: