SSD диск
SSD диск
Твёрдотельные накопители (Solid State Drive)
На замену магнитным жёстким дискам приходят твёрдотельные накопители, сокращённо – SSD (Solid State Drive). И хоть в сокращении упоминается слово drive – "диск", новые устройства хранения информации трудно назвать дисками, так как в них нет ничего напоминающего диск.Давайте разберёмся в том, чем хороши твёрдотельные накопители (SSD) и чем они отличаются от всем нам знакомых жёстких магнитных дисков – HDD.
Преимущества SSD перед HDD.
- Самым главным преимуществом SSD перед HDD является то, что их быстродействие куда выше, чем "классических" винчестеров. Дело в том, что SSD используют совсем иную технологию записи, хранения и считывания информации. Технология позаимствована у флэш-памяти, поэтому SSD можно назвать специализированой флэшкой большой ёмкости.
- Второе преимущество SSD – это отсутствие движущихся частей и деталей. Ни для кого не секрет, что магнитные жёсткие диски очень чувствительны к вибрационным нагрузкам, особенно в рабочем состоянии. Случайное падение и с HDD можно распрощаться навсегда. Также нередок выход из стоя привода, который крутит те самые магнитные "блины". Механические детали – это ахиллесова пята любого высокотехнологичного устройства.
Так как в SSD попросту нет движущихся частей и деталей, то устойчивость их к вибрации и ударам значительно выше, чем обычных HDD. - Третьим и немаловажным для портативной техники качеством SSD является их малый вес. Если на одну ладонь положить 2,5” SSD, ёмкостью, например, 128 Gb, а на другую ладонь 2,5” HDD на 180Gb, то твёрдотельный накопитель покажется вам просто "пушинкой". Они невероятно лёгкие.
- Четвёртым преимуществом SSD перед HDD является то, что они расходуют меньше энергии, а рабочая температура их намного ниже.
Устройство SSD-диска.
Вот так выглядит среднестатистический SSD-диск. Естественно, в продаже имеются модели в бескорпусном исполнении. Наиболее распространены SSD-накопители форм-фактора 2,5".Рядовой твёрдотельный накопитель представляет собой печатную плату с установленным на ней набором микросхем. Этот набор состоит из микросхемы NAND-контроллера и, собственно, микросхем NAND-памяти.
Площадь печатной платы твёрдотельного накопителя используется по-полной. Большую её часть занимают микросхемы NAND-памяти.
Как видим, в SSD-накопителе нет никаких механических частей и дисков — только микросхемы.
Типы памяти в SSD.
Теперь, когда мы разобрались с устройством SSD-накопителей, давайте поговорим о них более детально. Как уже говорилось, рядовой SSD состоит из двух взаимосвязанных частей: памяти и контроллера.Начнём с памяти.
Для хранения информации в SSD используются ячейки памяти, которые состоят из огромного количества MOSFET-транзисторов с плавающим затвором. Ячейки объединяются в страницы по 4 кБайта (4096 байт), затем в блоки по 128 страниц, а далее в массив по 1024 блока. Один массив имеет объём 512 Мбайт и управляется отдельным контроллером. Такая многоуровневая модель устройства накопителя наносит определённые ограничения на его работу. Так, например, стирать информацию можно только блоками по 512 кБайт, а запись возможна только по 4 кБайт. Всё это приводит к тому, что записью и чтением информации с микросхем памяти руководит специальный контроллер.
Тут стоит отметить, что от типа контроллера зависит многое: скорость чтения и записи, устойчивость к сбоям, надёжность. О том, какие контроллеры используются в SSD, мы поговорим чуть позднее.
В SSD применяется 2 типа NAND-памяти: SLC и MLC. В памяти типа SLC (Single-Level Cell) используются одноуровневые транзисторы (их ещё называют ячейками). Это значит, что один транзистор может хранить 0 или 1. Одним словам такой транзистор может запомнить только 1 бит информации. Маловато будет, не так ли?
Тут головастые мужики "почесали репу" и придумали, как транзистор-ячейку сделать 4-ёх уровневым. При этом каждый уровень представляет 2 бита информации. То есть на одном транзисторе можно записать одну из четырёх комбинаций 0 и 1, а именно: 00, 01, 10, 11. То есть 4 комбинации, против 2 у SLC. В два раза больше, чем на SLC-ячейках! И назвали они их многоуровневыми ячейками – MLC (Multi-Level Cell). Таким образом, на одном и том же количестве транзисторов (ячеек) можно записать в 2 раза больше информации, чем, если бы применялись SLC-ячейки. Это существенно удешевляет конечный продукт – SSD.
Но у MLC-ячеек есть существенные недостатки. Срок жизни таких ячеек меньше, чем у SLC и составляет в среднем 100 000 циклов. У SLC-ячеек этот параметр составляет 1 000 000 циклов. Также стоит отметить, что время чтения и записи у MLC-ячеек больше, что уменьшает быстродействие твёрдотельного накопителя.
Также рассматриваются варианты применения в SSD трёхуровневых ячеек (Triple-Level Cell), которые имеют 8 уровней, а, следовательно, каждая ячейка TLC может хранить 3 бита информации (000, 001, 011, 111, 110, 100, 101, 010).
Сравнительная таблица типов флэш-памяти: SLC, MLC и TLC.
| Характеристика NAND | SLC | MLC | TLC |
| Битов в ячейке | 1 | 2 | 3 |
| Циклов перезаписи | 100 000 | 3000 | 1000 |
| Время чтения | 25 мкс. | 50 мкс. | ˜75 мкс. |
| Время программирования | 200 — 300 мкс. | 600 — 900 мкс. | ˜900 — 1350 мкс. |
| Время стирания | 1,5 — 2 мс. | 3 мс. | ˜4,5 мс. |
Да, кстати, в USB-флэшках уже давно используется TLC-память, которая хоть и быстрее «изнашивается», но и стоит гораздо дешевле. Именно поэтому стоимость USB-флэш и карт памяти неуклонно снижается.
Несмотря на то, что SSD-диски выпускают различные компании под своим брендом, NAND-память многие покупают у небольшого количества её производителей.
Производители NAND-памяти:
- Intel/Micron;
- Hynix;
- Toshiba/SanDisk;
- Samsung.
Контроллеры SSD накопителей.
На момент написания статьи наибольшее распространение получили следующие контроллеры:- Контроллеры SandForce.
Один из самых распространённых контроллеров SandForce – SF2281. Данный контроллер поддерживает интерфейс SATA-3 и встречается в SSD-накопителях Silicon Power, OCZ Vertex 3, OCZ Agility 3, Kingston, Kingmax, Intel (серии Intel 330, 520, 335). - Контроллеры Marvell.
Marvell 88SS9174. Используется в SSD-дисках марки Crucial C300, M4/C400, а также Plextor M5. Данный контроллер зарекомендовал себя как один из самых недорогих, надёжных и быстрых.
Marvell 88SS9187. Данный контроллер используется в твёрдотельных накопителях Plextor серии M5 Pro, M5M, а также обновлённых M5S. Из новых особенностей можно отметить DRAM-контроллер с поддержкой до 1 Gb DDR3. Также реализована современная система коррекции ошибок ECC и снижено энергопотребление. - Контроллеры LAMD (Hynix).
Компания LAMD (Link A Media Devices) является подразделением Hynix. Контроллеры LM87800 от LAMD используются в накопителях Corcair серии Neutron и Neutron GTX. Сам контроллер LM87800 является восьмиканальным и поддерживает интерфейс SATA 6Gb/s. - Контроллеры Indilinx.
Everest. Так как компания Indilinx – это дочернее предприятие OCZ, то не удивительно, что контроллер Everest2 входит в основу таких SSD, как OCZ Vertex 4, OCZ Agility 4. Преимуществом контроллера Indilinx является высокая производительность записи. Также стоит отметить хорошую сбалансированность – скорости чтения и записи практически одинаковы.
Barefoot 2. Основа контроллера – ядро ARM Cortex-M0. Этот SATA II контроллер имеет поддержку восьми каналов доступа к памяти типа MLC и SLC. В качестве буферной памяти может использоваться память LPDDR, а также DDR. Ёмкость твёрдотельного носителя на базе данного контроллера может достигать 512 Гб.
Barefoot 3. Новейший чип, выполненный по техпроцессу 65 нм и самостоятельно разработанный фирмой OCZ. Основа контроллера – ARM ядро и со-процессор Aragon (32-бит, 400 МГц). Благодаря поддержке специальных RISC-команд для работы с твёрдотельными накопителями, этот контроллер является лидером по быстродействию. Контроллер Barefoot 3 является восьмиканальным и поддерживает интерфейс SATA 6 Гбит/с. На базе этого контроллера фирма OCZ выпускает линейку SSD-дисков под маркой OCZ Vector. - Контроллеры Samsung.
В своих твёрдотельных накопителях Samsung использует контроллер Samsung MDX. Для дисков Samsung 840 Pro и Samsung 840 применяется восьмиканальный MDX контроллер на базе 3-ёх ядерного чипа ARM Cortex-R4 (300 МГц).