На долгой дистанции лидером по надежности остается диск HDD. Флеш-память: MLC, TLC и другая

Безопасно ли хранить файлы на SSD?

Начнём с предыстории. SSD-накопители вышли на сцену в тот момент, когда компания Intel представила новую архитектуру процессоров Nehalem и одновременно объявила о том, что "узким местом" в новых ПК отныне являются не процессоры, а жёсткие диски, производительность которых, в самом деле, практически не прогрессировала. На форуме для разработчиков (IDF, Intel Developer Forum) 2008 года в Сан-Франциско компания Intel показала первые твердотельные диски и указало на те причины, вследствие которых обычные жёсткие диски снижают производительность системы с новым процессором Core i7. Три года спустя многочисленные тесты серийных SSD подтвердили, что твердотельные накопители действительно раскрывают потенциал новых процессоров, существенно повышая производительность системы.

Но производительность - далеко не единственный показатель для устройства хранения данных. Когда дело доходит до ваших данных, даже самый быстрый накопитель в мире ничего не стоит, если вы не можете быть уверены в том, что он может надёжно хранить информацию.

Данная тема ещё более актуальна сейчас, в связи с массовым переходом к техпроцессу 25 нм. Более тонкий техпроцесс предполагает снижение стоимости производства NAND-памяти, поэтому тенденция закономерна, и даже на 25 нм ячейках процесс не остановится.

За последние два года Intel дважды переходила на более тонкий техпроцесс NAND-памяти для SSD-накопителей: с 34 нм на 25 нм и с 25 нм на 20 нм

Вместе с тем, инженерам всё труднее преодолевать проблемы с памятью, произведённой по технологии 25 нм. Но нынешние покупатели всё ещё могут рассчитывать на лучшую производительность и надёжность новых твердотельных накопителей, по сравнению с предыдущим поколением. Снижение количества циклов перезаписи ячеек, обусловленное переходом на более тонкий техпроцесс, приходится как-то компенсировать.

Таким образом, не нужно переживать по поводу количества циклов перезаписи, которые способен выдержать ваш SSD. Для предыдущего поколения твердотельных накопителей, где применялась NAND-память, изготовленная по 34-нм техпроцессу, гарантированное число циклов перезаписи составляло 5000. Иными словами, вы можете записывать и стирать ячейку NAND 5000 раз до тех пор, пока она не начнёт терять способность сохранять данные. Исходя из того, что среднестатистический пользователь пишет, максимум, 10 Гбайт в день, потребуется примерно 31 год, чтобы диск пришёл в негодность.

Для нового поколения SSD с 25-нм памятью продолжительность жизни диска составляет около 18 лет. Конечно, здесь мы очень упрощаем реальное положение вещей. Такие специфические для SSD проблемы, как усиление записи (write amplification), сжатие данных и сборка мусора могут влиять на реальный результат. Тем не менее, понятно, что нет веских причин сразу после покупки SSD-диска начинать отсчитывать часы до того момента, когда ему придёт конец.

С другой стороны, мы точно знаем, что некоторые SSD-накопители уже пришли в негодность. В этом легко убедиться, изучив данный вопрос на форумах или в отзывах интернет-магазинов. Но проблема в данном случае заключается не в исчерпании ресурса ячеек. Как правило, к выходу диска из строя приводит ошибка прошивки. Нам известны случаи, когда производители настоятельно рекомендуют подвергнуть новый диск перепрошивке, что способствует повышению надёжности, а иногда и заметному улучшению производительности накопителя.

Ещё одна причина выхода из строя SSD связана с электронной начинкой. Конденсатор или чип памяти могут прийти в негодность, что приводит к поломке диска. Конечно, мы ожидаем меньшего количества подобных проблем, по сравнению с обычными HDD, имеющими движущиеся детали, которые неизбежно выходят из строя по истечении определённого времени.

Но правда ли, что отсутствие движущихся деталей делает твердотельный накопитель надёжнее диска на магнитных пластинах? Этот вопрос волнует всё большее число компьютерных энтузиастов и IT-специалистов. Именно он заставил нас проанализировать реальную надёжность SSD, чтобы отделить факты от беллетристики.

Что мы знаем о накопителях?

SSD - относительно новая технология (во всяком случае, по сравнению с жёсткими дисками, возраст которых приближается к 60 годам). Таким образом, нам предстоит сравнить новый тип накопителей с технологией, проверенной временем.

Но что мы реально знаем о надёжности обычных жёстких дисков? На этот вопрос проливают свет два важных академических исследования.

В 2007 году компания Google обнародовала исследование надёжности 100 000 дисков потребительского уровня с интерфейсом PATA и SATA, применявшихся в дата-центрах Google.

Примерно в то же время доктор Бианка Шредер (Bianca Schroeder) совместно с экспертом доктором Гартом Гибсоном (Garth Gibson) провели расчёт частоты замены более 100 000 накопителей, которые применялись в одной из крупнейших национальных лабораторий США.

Разница между этими двумя исследованиями лишь в том, что во втором случае в исследовании участвовали накопители с интерфейсом SCSI и Fibre Channel, а не только PATA и SATA.

Тем, кто хочет более детально ознакомиться с результатами академических изысканий, мы советуем прочитать хотя бы второй - в 2007 году этот аналитический отчет был признан лучшим на конференции File and Storage Technologies (FAST ’07) в США. Если чтение подобных источников не входит в ваши планы, мы приводим здесь ключевые моменты, непосредственно затрагивающие интересующий нас вопрос.

Средняя наработка до отказа (MTTF)

Если речь идёт об измерении надёжности накопителя, можно вспомнить о таких двух показателях, как средняя наработка на отказ (MTBF - Mean Time Between Failures), под которой понимается среднее время между отказами, а также средняя наработка до отказа (MTTF - Mean Time To Failure), ключевым отличием которой является допущение, что после отказа система не может быть восстановлена.

Вот что пишет на этот счет Википедия:

В английском языке используется термин MTBF (Mean Time Between Failures) - среднее время между отказами или наработка на отказ, а также MTTF (Mean Time To Failure) - средняя наработка до отказа. Следует заметить, однако, что публикуемые величины MTBF/MTTF часто основываются на результатах ускоренных испытаний - в течение ограниченного времени, позволяющего выявить преимущественно долю производственного брака. В таком случае, заявленное значение MTBF говорит не столько собственно о надёжности, и тем более не о долговечности, сколько о проценте забракованных изделий. Например, MTBF порядка 1 млн/ч для жёсткого диска, очевидно, не означает 114 лет непрерывной безотказной работы - и не только потому, что эксперимент такой продолжительности не мог быть проведён, но и потому, что сам производитель назначает ресурс (срок службы) не более 5-10 лет и гарантийный срок 1-5 лет.

Рассмотрим в качестве примера накопитель Seagate Barracuda 7200.7, который имеет заявленный показатель наработки на отказ 600 000 часов.

В любой крупной выборке накопителей половина этих дисков выйдет из строя в первые 600 000 часов работы. Так как статистика отказов HDD в крупной выборке распределена относительно равномерно, следует ожидать, например, что каждый час будет выходить из строя один диск. При таком значении MTBF можно расчитать частоту отказов за год (Annualized Failure Rate, AFR), которая составит 1,44%.

Но исследования Google и доктора Бианки Шредер выявили совсем иные показатели. Дело в том, что число вышедших из строя накопителей не всегда соответствует количеству дисков, которые подлежали замене. Вот почему Шредер измеряла не рейтинг отказов (AFR), а интенсивность замены накопителей (Annualized Replacement Rate - ARR). Рейтинг ARR основывается на реальном количестве накопителей, заменённых согласно данным сервисных журналов:

В то время, как значение AFR по даташитам варьируются от 0,58% до 0,88%, наблюдаемые показатели замены дисков ARR составляют от 0,5% до 13,5%. Таким образом, наблюдаемый показатель ARR, в зависимости от конфигурации накопителей и их типа, может быть до 15 раз выше, чем значения AFR в соответствии с даташитами.

Производители жёстких дисков определяют число отказов иначе, чем это делаем мы, а потому не удивляет, что данные, которые они приводят, не соответствуют реальной надёжности накопителей. Обычно рейтинг MTBF определяется на основе ускоренного тестирования, информации о возврате винчестеров или с помощью тестирования отобранных дисков. Данные о возврате накопителей - весьма сомнительная информация. Как утверждает Google, "мы сталкивались... с ситуациями, когда тест накопителей давал "зелёный свет" дискам, которые неизбежно отказывали на практике".

Статистика отказов HDD по времени

Большинство пользователей считает, что график кривой отказа HDD имеет форму ванной. Вначале мы ожидаем, что многие диски выходят из строя вследствие так называемой "детской болезни", то есть различного рода заводских недоработок и непосредственно процесса "обкатки". Затем, по завершении начального периода, процент отказа дисков должен быть минимален. Наконец, в конце предполагаемого срока службы, кривая отказа HDD неотвратимо ползёт вверх, так как детали накопителя имеют определённый ресурс. Подобный ход мысли, который представляется вполне логичным, отражён на следующем графике.

Но этот график не соотвествует реальному положению вещей. Исследования Google и доктора Бианки Шредер показали, что отказы HDD с течением времени стабильно увеличиваются.

Надёжность дисков Enterprise-класса

При сравнении двух исследований можно представить, что показатель 1 000 000 MTBF для диска Cheetah намного ближе к заявленным в даташите MTBF 300 000 часов. Это означает, что накопители "потребительского" и Enterprise-класса имеют примерно одинаковый процент ежегодного выхода из строя, особенно когда сравниваются диски примерно равного объёма. Как утверждает директор по техническому планированию компании NetApp Вал Берцовичи (Val Bercovici), "... то, как дисковые массивы справляются с соответствующими отказами жёстких дисков, продолжает создавать в восприятии потребителя точку зрения, что более дорогие диски должны быть более надёжными. Одна из грязных тайн данной индустрии заключается в том, что большинство дисков Enterprise-класса состоит из тех же компонентов, что и накопители потребительского класса. Тем не менее, их внешние интерфейсы (FC, SCSI, SAS и SATA) и, что более важно, специфические особенности firmware, оказывает наибольшее влияние на поведение дисков потребительского и Enterprise-класса в реальных условиях" .

Безопасность данных и RAID

Исследование Шредер охватывает диски Enterprise-класса, задействованные в больших RAID-массивах одной из крупнейших лабораторий по высокопроизводительным вычислениям. Как правило, мы ждём, что хранение данных в RAID-конфигурациях обеспечивает более высокий уровень безопасности, но отчёт Шредер обнаружил нечто удивительное.

Распределение времени между заменами диска показывает снижение частоты отказов, что означает, что ожидаемый промежуток времени до очередной замены диска постепенно увеличивается с тех пор, как был заменён предыдущий диск.

Таким образом, отказ одного накопителя в массиве повышает вероятность отказа другого накопителя. Чем больше времени прошло с последней замены диска, тем больше времени пройдёт до замены другого. Конечно, это имеет последствия с точки зрения реконструкции RAID-массива. После первого отказа в четыре раза возрастает вероятность того, что вы столкнётесь с очередным выходом диска из строя в течение того же часа. В пределах 10 часов вероятность отказа диска увеличивается только в два раза.

Температура

Ещё один неожиданный вывод можно сделать из отчёта Google. Исследователи брали показатели температуры SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) – технологии, которую поддерживает большинство жёстких дисков. И обнаружили, что более высокая температура накопителя никак не коррелирует с более высокой частотой отказов. Судя по всему, температура оказывает воздействие на надёжность старых накопителей, но и в этом случае эффект не столь значителен.

Технология SMART - действительно умна?

SMART по-английски означает "умный", но действительно ли данная технология контроля состояния винчестера справляется со своей функцией? Если ответить кратко, то нет. Технология SMART создавалась для того, чтобы сообщать об ошибках диска достаточно рано для того, чтобы вы могли осуществить резервное копирование данных. Однако, согласно отчёту Google, более трети вышедших из строя накопителей не включили режим тревоги SMART.

Данный факт особо не удивляет, так как многие специалисты годами подозревали нечто подобное. В действительности, технология SMART оптимизирована на обнаружение механических неполадок, в то время как основную часть функциональности жёсткого диска обеспечивает электронная начинка. Вот почему некорректная работа HDD и неожиданные проблемы, вроде внезапного отключения питания, остаются незаметными для SMART до тех пор, пока не возникают ошибки, связанные с целостностью данных. Если вы рассчитываете на то, что SMART сообщит вам о грядущем выходе диска из строя, всё равно необходимо обеспечить дополнительный уровень защиты, если вы хотите быть уверены в сохранности данных.

Теперь посмотрим, как в противостоянии с жёсткими дисками ведут себя SSD-накопители.

Кратко о надёжности SSD

К сожалению, ни один из производителей жёстких дисков не публикует данные о возврате, но это же относится и к производителям SSD. Тем не менее, в декабре 2010 сайт Hardware.fr представил отчёт по частоте отказов HDD, полученный от родительской компании LDLC, являющийся одним из лидеров компьютерного ритейла во Франции. На сайте имелся следующий комментарий относительно того, как они рассчитывали данный показатель:

Частота возврата охватывает накопители, проданные между 1 октября 2009 и 1 апреля 2010, возвраты которых состоялись до октября 2010, то есть период эксплуатации составлял от 6 месяцев до года. Статистика по производителям основана на минимальной выборке от 500 экземпляров, а по моделям - на минимальной выборке от 100 экземпляров.

Как можно понять, речь идёт не об интенсивности отказов, а о количестве возвратов. Возможно, языковой барьер ответственен за то, как интерпретировали данный факт англоязычные IT-издания. Такие сайты, как Mac Observer и ZDNet недостаточно корректно обозначили эти данные как "частоту отказов", вероятно, основываясь на автоматическом переводе Google.

Отказ диска подразумевает, что устройство больше не функционирует. Но возврат может предполагать множество причин. Это создаёт определённую проблему, ведь у нас нет никакой дополнительной информации по причинам возврата дисков: они могли быть мертвы ещё при поступлении в магазин, сломаться в течении срока эксплуатации или всего лишь имела место некая несовместимость с железом, помешавшая покупателю использовать накопитель.

Эта информация лишь преумножает количество вопросов. Если основная часть продаж осуществлялась через интернет-магазин, то существенное влияние на статистику отказов могла оказать плохая упаковка или повреждения в ходе доставки. Более того, мы также не имеем никакой возможности выяснить, как покупатели использовали эти диски. Существенный разброс в частоте отказов лишь подчёркивает данную проблему. Например, число возвратов для Seagate Barracuda LP увеличилось с 2,1% до 4,1%, в то время как для Western Digital Caviar Green WD10EARS она упала с 2,4% до 1,2%.

Так или иначе, эти данные действительно ничего не говорят нам о надёжности. Но для чего, в таком случае, они вообще нужны? Вывод заключается лишь в том, что во Франции большинство покупателей были более чем удовлетворены покупкой Intel SSD и не возвращали их, в отличие от накопителей других брендов. Удовлетворение потребителя – тема интересная, но она намного менее интересна, чем реальная частота отказов. Так что продолжим наш анализ.

Отзывы дата-центров

Стоимость за гигабайт продолжает оставаться барьером, мешающим даже крупным организациям использовать тысячи SSD одновременно. Но даже с учётом того, что мы не имеем доступа к полноценным массивам твердотельных накопителей, не означает, что мы не можем осветить вопрос надёжности SSD в реальных условиях, основываясь на опыте небольших организаций. Мы решили связаться с нашими знакомыми, работающими в сфере IT, и получили довольно интересные отзывы нескольких дата-центров.

NoSupportLinuxHosting.com: меньше 100 SSD

Зеркалирование загрузочного раздела на основе двух SSD-дисков Intel X25-V

Хостинг "No Support Linux" не приводит точное число установленных накопителей, но компания сообщает, что использует "немалое количество" SSD. Мы знаем, что они применяют менее сотни твердотельных дисков, которые задействованы следующим образом:

• Intel X25-V объёмом 40 Гбайт используются как зеркалируемые загрузочные диски для тонких серверов и серверов хранения данных ZFS;
• Intel X25-M объёмом 160 Гбайт используются в качестве кэша L2ARC в серверах ZFS;
• Intel X25-E объёмом 32 Гбайт используются как зеркалируемые ZIL-тома в серверах ZFS.

Все эти диски используются не менее одного года, а некоторым из них недавно исполнилось два года. С учётом сказанного необходимо отметить, что компания не сталкивалась ни с одним фактом выхода из строя SSD-накопителя.

Когда мы спросили, какие преимущества даёт применение твердотельных дисков в серверах, мы получили следующий ответ:

В сочетании с ZFS и гибридными системами хранения, применение SSD-накопителей позволяет получить существенный прирост производительности, по сравнению с традиционными дисками на магнитных пластинах. Мы по-прежнему используем жёсткие диски в качестве основного хранилища, так что мы можем сохранить их преимущество в цене, одновременно извлекая преимущество от SSD по скорости. Рано или поздно, мы планируем полностью перевести наши сервера SAN на SSD-накопители. Но в течение 2011 году мы будем придерживаться гибридной системы хранения, используя ZFS.

InterServer.net

InterServer использует твердотельные диски лишь на серверах баз данных. В частности, на серверах с процессором Xeon используются накопители Intel X25-E (SSDSA2SH032G1GN), что позволяет извлечь максимальный результат от высокой пропускной способности накопителя. О каких значениях производительности здесь идёт речь? InterServer говорит нам о достижении 4514 запросов в секунду для сервера MySQL. На старом сервере Xeon, оснащённом IDE-винчестерами, количество запросов MySQL в секунду составляет 200-300. Нам известно, что твердотельные диски применяются в InterServer с 2009 года и с тех пор не было ни одного выхода диска из строя.

Итак, компания InterServer сообщила нам следующую информацию в контексте использования SSD:

Intel SSD - день и ночь в отношении надёжности, когда речь заходит о сравнении с некоторыми другими накопителями. Например, диски SuperTalent SSD имеют весьма высокий показатель отказов, включая модели FTM32GL25H, FTM32G225H и FTM32GX25H. По нашим оценкам, около двух третей этих дисков вышли из строя с начала эксплуатации. Причём, после выхода из строя информацию с этих дисков практически нельзя было восстановить. То есть накопитель просто исчезал из системы и его больше невозможно было прочитать. Жёсткие диски "умирают" более благородно и в большинстве случаев информацию с них легко восстановить. Но мы не можем сравнить их с Intel SSD, так как до сих пор ещё не сталкивались с выходом из строя последних.

Steadfast Networks: более 100 SSD

Steadfast Networks применяет около 150 SSD Intel, что делает данную компанию несколько более крупным пользователем SSD, чем две предыдущие. Применяются модели линейки X25-E (32 Гбайт и 64 Гбайт) и X25-M (80 Гбайт и 160 Гбайт). В меньшем количестве представлены накопители Intel X25-V40 объёмом Гбайт, а также установленные клиентами компании твердотельные диски других марок, такие как OCZ Vertex 2, SuperTalent и MTron Pro. Независимо от марки, все эти SSD применяются только в серверах баз данных либо в качестве кэша.

Steadfast Networks - почти 150 SSD в работе

За два года использования твердотельных накопителей Steadfast Networks лишь дважды имела опыт отказа дисков, потребовавших их замены, причём оба случая привели к необходимости восстановления данных с SSD. Возможность восстановления данных с вышедшего из строя твердотельного диска зависит от взаимодействия между контроллером и firmware. Сценарий, описанный представителем InterServer относительно дисков SuperTalent, является худшим из возможных - данные вообще не удалось восстановить. Но этот случай не является общим правилом для SSD.

Имея большую выборку, мы, наконец, нашли случаи отказов SSD. Но по сравнению с накопителями на магнитных пластинах их процент по-прежнему достаточно низок. Тем не менее, президент компании Steadfast Networks Карл Циммерман (Karl Zimmerman) считает, что это всё же занижает преимущества SSD и поясняет это следующим образом:

Просто мы получаем заметно более высокую производительность операций ввода/вывода [при использовании SSD] по меньшей цене, чем могли бы получить то же самое, используя обычные жёсткие диски. У нас много клиентов, которым нужна большая производительность I/O, чем могут дать четыре SAS-диска со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин в конфигурации RAID 10, не говоря уже о том, что сам по себе подобный апгрейд требует перехода на сервера с большим шасси, поддерживающим более четырёх дисков, оснащённые крупной платой RAID и т. д. Другим конфигурациям необходимо больше 16 дисков со скоростью шпинделя 15 000 об/мин, чтобы обеспечить требуемый уровень производительности операций I/O. Переход на один SSD (или пары штук в RAID-конфигурации) значительно упрощает конфигурацию сервера и, в целом, делает её ощутимо дешевле. Достаточно сказать лишь о том, что обычно достаточно одного SSD, чтобы заменить не меньше четырёх жёстких дисков, причём показатель AFR для четырёх HDD составляет около 20%, в то время как для одного SSD он равен 1,6%.

Softlayer: около 5000 SSD!

Softlayer: свыше 1000 SSD!

Люди из Softlayer - наши давние друзья, а ещё они создали крупнейшую в мире хостинг-компанию. Так что, о хранении данных они знают немало. Используя около 5000 SSD-накопителей, они предоставили нам впечатляющий объём данных для анализа. Вот отчёт, предоставленный компанией Softlayer.

Опыт Softlayer в отношении частоты отказов дисков SAS и SATA соотвествует отчёту Google, о которым мы говорили в начале данной статьи. Проще говоря, частота выхода из строя жёстких дисков прямо пропорциональна возрасту накопителя и на практике результаты очень близки к тому, что доказали исследования Google и Шрёдер. В первом году жизни процент отказов накопителей (AFR) составляет 0,5-1% и постепенно возрастает до 5-7% к пятому году жизни.

Частота выхода из строя жёстких дисков не удивляет, но показатель выхода из строя твердотельных накопителей оказался достаточно близок к результатам AFR по HDD. Конечно, SSD-диски эксплуатируются пока всего два года и нужно подождать, пока пройдёт 3-4 года с начала эксплуатации, чтобы узнать, сохранится или нет в отношении к SSD-дискам тенденция увеличения частоты отказов, характерная для магнитных накопителей.

Softlayer использует почти полностью SSD-накопители на основе SLC-памяти, чтобы избежать проблем с износом ячеек при многократных операциях перезаписи. Если основываться на сценариях использования компанией накопителей, то мы знаем, что ни один из дисков не вышел из строя по причине износа ячеек. Но многие из отказавших SSD вышли из строя без соответствующего предупреждения SMART. Это именно то, о чём мы уже неоднократно слышали от сотрудников дата-центров. Как отмечали специалисты компании InterServer, жёсткие диски имеют склонность выходить из строя более "благородно". SSD зачастую "умирают" внезапно, независимо от причины поломки, что отмечают многие конечные пользователи по всему миру. Опыт Softlayer более разнообразный, по сравнению с InterServer: некоторые накопители удалось восстановить, а другие - нет. Ни один из 11 накопителей Intel серии X25-M в Softlayer не вышел из строя, но дисков этой линейки слишком мало, чтобы на основе этого делать какие-либо выводы, да и эксплуатируются они менее года.

Так ли важна надёжность накопителя?

Несмотря на то, что твердотельные диски на SLC-памяти занимают всего лишь часть рынка SSD, мы получили намного больше информации по данному типу накопителей, чем по моделям, в которых используется более дешёвая память типа MLC. Даже с учётом того, что выборка накопителей в нашем обзоре составляет 1/20 от количества жёстких дисков в предыдущих обзорах, имеющаяся информация позволяет считать, что твердотельные диски на SLC-памяти нельзя назвать более надёжными, чем жёсткие диски с интерфейсом SAS и SATA.

Если вы потребитель, данный факт позволяет сделать важные выводы. Производители SSD пытаются акцентировать внимание на двух основных преимуществах данной технологии: лучшей производительности и надёжности. Однако, если хранить данные на SSD не более безопасно, чем на обычном жёстком диске, то производительность становится единственной реальной причиной для приобретения твердотельного диска.

Мы не утверждаем здесь, что производительность SSD не важна (или не впечатляет). Тем не менее, сама по себе технология SSD в данный момент имеет узкую специфику. Если бы вы собрались противопоставить твердотельные накопители против жёстких дисков по скоростным характеристикам, то обнаружили бы интересный факт: по производительности SSD-накопитель бюджетного класса превосходит HDD примерно на 85%. Твердотельный диск класса Hi-End обеспечивает преимущество над жёстким диском на 88%, что также не слишком впечатляет.

Эта достаточно тонкая разница объясняет, почему такие компании, как Intel, акцентируют внимание именно на надёжности твердотельных накопителей. На недавней презентации новой линейки SSD 320 компания Intel вновь попыталась обыграть этот мотив, используя информацию по возвратам дисков с сайта Hardware.fr в качестве доказательства надёжности своих изделий. Несомненно, именно отличная репутация SSD-накопителей Intel является ответом на вопрос, почему у нас так много информации по твердотельным дискам данной марки. Но данные Hardware.fr, которые приводит Intel, похоже, не соотвествуют реальному положению вещей.

Производительность SSD-накопителей будет лишь расти, в то время как наиболее продвинутые производители будут снижать стоимость таких дисков. Вместе с тем, это означает, что производителям придётся искать иные способы дифференцировать свои изделия.

До тех пор, пока в новых SSD - даже hi-end класса - продолжают выявляться явные баги с прошивками и прочие недоработки, потребители, заинтересованные, в первую очередь, в надёжности хранения данных, будут рассматривать технологию SSD как недостаточно зрелую. Поэтому мы полагаем, что на сегодняшний день именно надёжность должна стать основной мишенью эволюции SSD.

Intel дал потребителям серьёзный запас уверенности, несколько месяцев назад подняв срок фирменной гарантии для новой линейки SSD 320 с трёх до пяти лет. Конкурирующие модели SSD mainstream-класса, основанные на контроллерах SandForse первого и второго поколения, а также контроллере Marvell с интерфейсом SATA 6 Гбит/с, продолжают продаваться с трёхлетней гарантией. Накопители Enterprise-класса также, в основном, поставляются с пятилетней гарантией. Понятно, что это стимулирует вендоров продавать системы, оснащённые более надёжными накопителями, чтобы снизить расходы на гарантийное обслуживание в течение трёх или пяти лет. Но, конечно, трудно закрыть глаза на "детские болезни" технологии SSD, вроде необходимости обновления прошивки, которые, по большому счёту, затрагивают и производительность твердотельных накопителей.

Пояснения к вопросу о надёжности

Жёсткие диски и накопители на основе NAND-памяти иногда выходят из строя и это связано с различными факторами, обусловленными их уникальной архитектурой и конструкцией. Когда мы говорим о надёжности жёстких дисков, на ум приходит тот факт, что они основаны на механических деталях, часть из которых во время работы диска находится в движении. И хотя конструктивно жёсткие диски соответствуют очень строгим допускам, тем не менее, каждая деталь имеет определённый срок службы.

Мы также знаем, что SSD-накопители лишены подобных проблем. Их "твердотельная" природа в принципе исключает риск повреждения считывающей головки или выхода из строя шпинделя.

Но хранение данных на SSD неотъемлемо связано с виртуализацией, так как здесь нельзя физически разметить статическое LBA-пространство, как на жёстком диске. Поэтому возникают другие факторы, определяющие надёжность накопителя. Прошивка - это самый существенный из них, мы видим воздействие данного фактора всякий раз, когда слышим о неполадках в работе SSD.

За последние три года все баги в SSD-накопителях Intel всегда решались обновлением прошивки. Проблемы Crucial с управлением энергосбережением модели m4 были решены выходом новой прошивки. И мы видели, что самый известный партнёр SandForce, - компания OCZ - ответила на многочисленные жалобы потребителей выходом сразу нескольких прошивок. Фактически, случай SandForce наиболее показателен. Поскольку производители SSD-дисков могут использовать различные прошивки в качестве средства дифференциации моделей, диски на основе контроллеров SandForce от разных производителей, очевидно, могут иметь различные баги, свойственные конкретной прошивке. Данный факт, несомненно, только усложняет задачу повышения надёжности твердотельных накопителей.

Если оставить специфику SSD в стороне, то теперь нам необходимо определить надёжность дисков различных производителей. Проблема здесь заключается в том, что способы, при помощи которых каждый вендор, реселлер или потребитель измеряет данный показатель, несколько различается, что делает объективное сравнение практически невозможным.

В частности, мы были очень впечатлены презентацией SSD-накопителей Intel на IDF 2011, где акцентировалось внимание на надёжности. Но в дискуссии с компанией ZT Systems, данные которой приводила Intel, мы выяснили, что в приводимом рейтинге AFR 0,26% не учитывается количество накопителей и речь идёт лишь об "подтверждённых" ошибках. На самом деле, если вы - IT-менеджер, то для вас важна и частота "незарегистрированных" ошибок. Речь идёт о ситуациях, когда вы отсылаете дефектное изделие продавцу, а он отвечает, что с диском всё в порядке. Это не означает, что диск свободен от неполадок, так как причина могла заключаться в конкретной конфигурации либо иных прикладных факторах. На самом деле, существует немало реальных примеров такого рода.

"Незарегистрированные" ошибки, как правило, случаются в 2-3 раза чаще, чем "утверждённые". На самом деле, компания ZT System приводит другие данные по частоте "неутверждённых" ошибок - 0,43% для 155 000 накопителей Intel X25-M. Но мы снова сталкиваемся с тем фактом, что эти данные не отсортированы по сроку службы накопителей, так как диски рассматриваются в группах. Согласно техническому директору ZT System Кейси Черетани (Casey Cerretani), конечная величина в данный момент лишь рассчитывается, но примерно мы можем говорить о показателе AFR 0,7% в первый год эксплуатации. Конечно, этот показатель по-прежнему ничего не значит с точки зрения надёжности в долгосрочной перспективе, что является одной из главных проблем при оценке надёжности твердотельных накопителей в сравнении с HDD.

Основной вывод состоит в том, что теперь мы знаем, какое влияние различные методы оценки надёжности накопителей оказывают на конечный результат. Более того, лишь время покажет, насколько надёжность SSD-накопителей превосходит соответствующий показатель для HDD. Зато теперь вы точно знаете, что сейчас какой-либо однозначный вывод сделать невозможно, так как очень много исходных данных вызывают сомнения.

В качестве заключения

Наш отчёт по дата-центрам охватывает только частоту выхода из строя SSD Intel, так как накопители именно этого производителя в настоящий момент пользуются наибольшим доверием у крупных предприятий. Учитывая проблемы с определением надёжности SSD, мы преднамеренно не ставим задачу найти самого надёжного производителя, но сотрудники отдела маркетинга Intel, судя по всему, не зря получают свою зарплату.

В исследовании Google отмечается следующее: "Известно, что частота отказов в значительной мере зависит от модели, производителя и возраста диска. Наши данные не противоречат этому факту. Но большинство отмечаемых со временем сбоев связаны именно с возрастом диска".

Опыт, о котором мы узнали от дата-центров, применим ко всем SSD. Один из директоров предприятий сообщил нам, что считает цену OCZ Vertex 2 замечательной, но их надёжность - ужасной. В конце прошлого года его компания запускала некую новую систему, по случаю чего было закуплено около 200 накопителей Vertex 2, 20 из которых не работали по прибытию. И это не первый человек, который рассказывает нечто подобное.

Что на практике это значит для SSD?

Давайте взглянем на всё изложенное здесь в некой рациональной перспективе. Вот что мы узнали о надёжности жёстких дисков из исследований Google и Шрёдер:

1. MTBF ничего не говорит о надёжности;
2. Ежегодная частота отказов (AFR) выше, чем заявляет производитель;
3. Диски не имеют тенденцию выходить из строя в первый год эксплуатации. Частота отказов постепенно увеличивается с возрастом диска;
4. SMART не является надёжной системой, определяющей скорый выход диска из строя;
5. Частота отказов "потребительских" дисков и накопителей "enterprise"-класса очень близка;
6. Отказ одного диска в массиве увеличивает риск подобного поведения других дисков;
7. Температура почти не оказывает влияния на надёжность накопителя.

Благодаря Softlayer с их парком SSD в 5000 штук, мы знаем, что первые четыре утверждения также применимы к SSD. Как мы видели в обоих исследованиях HDD, существенно влияние на их надёжность оказывает контроллер, прошивка и интерфейс (SAS против SATA). Для SSD-дисков основными факторами также являются контроллер и прошивка, причём их роль даже выше. Если правда, что износ ячеек из-за многократных операций перезаписи не играет никакой роли в статистике отказов SSD-накопителей и качество применяемой в "потребительских" дисках MCL-памяти сравнимо с SLC, напрашивается вывод, что твердотельные диски Enterprise-класса, в целом, не надёжнее "потребительских".

Меньше дисков - выше надёжность

Конечно, для систем хранения данных корпоративного класса важна не только надёжность, но и производительность. Чтобы достичь высокой производительности операций ввода/вывода, IT-специалистам приходится создавать RAID-массивы на основе жёстких дисков со скоростью шпинделя 15 000 об/мин. Нередко апгрейд для увеличения количества операций I/O приводит к покупке нового сервера, оснащённого более мощной RAID-платой и позволяющего установить больше накопителей. Учитывая превосходные характеристики I/O для твердотельных дисков, в случае их использования можно было бы ограничиться намного более скромной конфигурацией сервера, не говоря об экономии энергии и снижении температуры.

Здесь есть ещё один интересный момент.

Частота выхода из строя отдельных дисков для большого массива будет выше: по данным исследования Шредер, после отказа одного диска в массиве возрастает вероятность выхода из строя других дисков. Кроме того, существенно выше будет вероятность отказа одного из дисков в массиве, так как здесь начинает играть роль математический фактор.

В данном случае мы не поднимаем тему сохранности данных, что зависит от уровня RAID и других факторов. Понятно, что с точки зрения сохранности данных один SSD не заменит два зеркалируемых HDD, несмотря на то, что вероятность выхода из строя для него будет ниже, чем для одного из дисков в системе. Однако, если речь идёт о крупной RAID-системе, то достаточно очевидно, что надёжнее иметь конфигурацию на четырёх SSD-дисках, чем сравнимую по скорости систему на 16 HDD.

Сам факт использования SSD не снимает необходимости избыточности данных для RAID либо резервного копирования. Но вместо того, чтобы создавать громоздкие RAID-конфигурации на HDD, можно ограничиться значительно более простым решением на основе твердотельных дисков. Как пишет Робин Харрис на сайте StorageMojo: "Забудьте RAID, просто копируйте данные три раза" .

Избыточность хранения данных на SSD не приводит к высокой стоимости. Если вы работаете в среднем и крупном бизнесе, вам нужно лишь скопировать информацию с производительного SSD-диска на HDD, который служит для резервного копирования.

Идея получить более высокую производительность, потратив меньше денег, не нова. SSD-диски в самом деле позволяют получить чрезвычайно высокое количество операций ввода/вывода, высокую надёжность и обеспечить избыточность хранения данных - причём цена такого решения будет ниже, чем в случае громоздкой RAID-конфигурации. Вместе с тем, массив на HDD может превосходить свой аналог на SSD в плане объёма дискового пространства. На сегодняшний день, цена за гигабайт для твердотельных дисков всё ещё слишком высока и к вопросу размещения данных на SSD следует подойти с умом, ведь хранить на них все данные вряд ли получится.

О том же для десктопов

Всё вышесказанное относится к серверам. Возложим ответственность за принятие решения о переходе или не переходе на SSD на сотрудников дата-центров.

Если же разговор заходит о десктопных системах, то мы не имеем оснований предполагать, что SSD надёжнее жёстких дисков. Так или иначе, недавние события с отзывами SSD-дисков и багами в прошивках достаточно ярко показали, что ограниченное число циклов перезаписи ячеек NAND на данный момент является далеко не основным недостатком технологии.

В конце концов, любой накопитель представляет собой электронное устройство, независимо от того, есть ли там движущихся детали или нет. И тот факт, что твердотельные диски не имеют таких деталей, в полной мере не говорит об их надёжности.

Мы задали вопрос специалистам из CMRR (Center for Magnetic Recording Research) - научного центра, располагающего исчерпывающей информацией о системах хранения данных на магнитных носителях.

Доктор Гордон Хьюз (Gordon Hughes), один из основных разработчиков технологий SMART и Secure Erase, отмечает, что и HDD, и SSD в своей эволюции расширяют границы соответствующих технологий. И когда это происходит, не ставится цели создать самые надёжные накопители в мире.

Как отмечает доктор Стив Свансон (Steve Swanson), исследующий NAND-память: "Не похоже на то, чтобы производители делали свои диски столь надёжными, как они могут делать. Они делают диски настолько надёжными, насколько это целесообразно с точки зрения финансовых затрат" . Рынок определяет стоимость компонентов накопителя и она не может быть выше определённой величины.

Так, например, производители NAND-памяти продолжают выпуск 50-нм чипов, обладающих более высоким ресурсом циклов перезаписи, чем 34-нм и 25-нм чипы. Но стоимость $7-8 за гигабайт не позволит использовать такие модули в накопителях, ориентированных на массовый рынок.

Возможно, самое большое раздражение вызывает тот факт, что каждый вендор продаёт жёсткие диски и SSD, не представляя объективных данных об их надёжности, хотя все они определенно знают об истинном положении вещей, продавая миллионы устройств в год (по данным IDC, в 2009 году продано 11 миллионов SSD) и фиксируя каждый возврат.

Несомненно, частота поломок зависит от многих факторов, часть из которых находится вне компетенции производителя (качество доставки, специфика эксплуатации накопителя). Но при благоприятном стечении обстоятельств HDD достигают 3% AFR на пятый год эксплуатации, что вполне сравнимо с аналогичным показателем для SSD. Не удивительно, что специалисты из CMRR говорят о том, что на сегодня SSD не обеспечивают более высокую надёжность, по сравнению с жёсткими дисками.

Надёжность накопителей - чувствительная тема и мы потратили немало времени, общаясь с вендорами и ритейлерами, стремясь провести собственное исследование SSD, предназначенных для массового рынка. И единственный вывод, который можно сделать прямо сейчас, заключается в том, что к любой информации от производителя SSD необходимо относиться с определённой долей скептицизма.

Стоит отметить, что SSD Intel на сегодняшний день пользуются максимальным доверием у потребителей и информация от дета-центров неизменно основывается на SLC-накопителях этой марки как "золотом стандарте" для SSD. Но согласно доктору Хьюзу, нет никаких оснований полагать, что продукты Intel более надёжны, чем лучшие модели HDD. У нас нет возможности исследовать интенсивность отказов SSD, находящихся в эксплуатации более двух лет, поэтому вполне возможно, что эта статистика изменится в ту или иную сторону.

Стоит ли сейчас воздерживаться от покупки SSD? Если вы защищаете свои данные регулярно делая резервные копии файлов, то нет никаких причин избегать использования твердотельных накопителей. Например, мы применяем SSD на всех наших тестовых платформах и в большинстве рабочих станций.

Цель данного обзора состояла в том, чтобы определиться, действительно ли SSD так надёжны, что о резервном копировании хранимой на них информации можно забыть как о пережитке прошлого. Теперь мы знаем ответ на этот вопрос.

Надёжность жёстких дисков хорошо изучена в массивных исследованиях и это не удивительно, так как этот тип накопителей используется уже очень давно. Со временем мы, несомненно, узнаем значительно больше о надёжности SSD.

Бытует мнение, что одним из самых существенных недостатков твердотельных накопителей выступает их конечная и притом относительно невысокая надёжность. И действительно, в силу ограниченности ресурса флеш-памяти, которая обуславливается постепенной деградацией её полупроводниковой структуры, любой SSD рано или поздно теряет свою способность к хранению информации. Вопрос о том, когда это может произойти, для многих пользователей остаётся ключевым, поэтому многие покупатели при выборе накопителей руководствуются не столько их быстродействием, сколько показателями надёжности. Масла в огонь сомнений подливают и сами производители, которые из маркетинговых соображений в условиях гарантии на свои потребительские продукты оговаривают сравнительно невысокие объёмы разрешённой записи.

Тем не менее, на практике массовые твердотельные накопители демонстрируют более чем достаточную надёжность для того, чтобы им можно было доверять хранение пользовательских данных. Эксперимент, показавший отсутствие реальных причин для переживаний за конечность их ресурса, некоторое время тому назад проводил сайт TechReport . Им был выполнен тест, показавший, что, несмотря на все сомнения, выносливость SSD уже выросла настолько, что о ней можно вообще не задумываться. В рамках эксперимента было практически подтверждено, что большинство моделей потребительских накопителей до своего отказа способны перенести запись порядка 1 Пбайт информации, а особенно удачные модели, вроде Samsung 840 Pro, остаются в живых, переварив и 2 Пбайт данных. Такие объёмы записи практически недостижимы в условиях обычного персонального компьютера, поэтому срок жизни твердотельного накопителя попросту не может подойти к концу до того, как он полностью морально устареет и будет заменён новой моделью.

Однако убедить скептиков данное тестирование не смогло. Дело в том, что проводилось оно в 2013-2014 годах, когда в ходу были твердотельные накопители, построенные на базе планарной MLC NAND, которая изготавливается с применением 25-нм техпроцесса. Такая память до своей деградации способна переносить порядка 3000-5000 циклов программирования-стирания, а сейчас в ходу уже совсем другие технологии. Сегодня в массовые модели SSD пришла флеш-память с трёхбитовой ячейкой, а современные планарные техпроцессы используют разрешение 15-16 нм. Параллельно распространение приобретает флеш-память с принципиально новой трёхмерной структурой. Любой из этих факторов способен в корне изменить ситуацию с надёжностью, и в сумме современная флеш-память обещает лишь ресурс в 500-1500 циклов перезаписи. Неужели вместе с памятью ухудшаются и накопители и за их надёжность нужно снова начинать переживать?

Скорее всего - нет. Дело в том, что наряду с изменением полупроводниковых технологий происходит непрерывное совершенствование контроллеров, управляющих флеш-памятью. В них внедряются более совершенные алгоритмы, которые должны компенсировать происходящие в NAND изменения. И, как обещают производители, актуальные модели SSD как минимум не менее надёжны, чем их предшественники. Но объективная почва для сомнений всё-таки остаётся. Действительно, на психологическом уровне накопители на базе старой 25-нм MLC NAND с 3000 циклов перезаписи выглядят куда основательнее современных моделей SSD с 15/16-нм TLC NAND, которая при прочих равных может гарантировать лишь 500 циклов перезаписи. Не слишком обнадёживает и набирающая популярность TLC 3D NAND, которая хоть и производится по более крупным технологическим нормам, но при этом подвержена более сильному взаимному влиянию ячеек.

Учитывая всё это, мы решили провести собственный эксперимент, который позволил бы определить, какую выносливость могут гарантировать актуальные сегодня модели накопителей, основанные на наиболее ходовых в настоящее время типах флеш-памяти.

Контроллеры решают

Конечность жизни накопителей, построенных на флеш-памяти, уже давно ни у кого не вызывает удивления. Все давно привыкли к тому, что одной из характеристик NAND-памяти выступает гарантированное количество циклов перезаписи, после превышения которого ячейки могут начинать искажать информацию или просто отказывать. Объясняется это самим принципом работы такой памяти, который основывается на захвате электронов и хранении заряда внутри плавающего затвора. Изменение состояний ячеек происходит за счёт приложения к плавающему затвору сравнительно высоких напряжений, благодаря чему электроны преодолевают тонкий слой диэлектрика в одну или другую сторону и задерживаются в ячейке.

Полупроводниковая структура ячейки NAND

Однако такое перемещение электронов сродни пробою - оно постепенно изнашивает изолирующий материал, и в конечном итоге это приводит к нарушению всей полупроводниковой структуры. К тому же существует и вторая проблема, влекущая за собой постепенное ухудшение характеристик ячеек, - при возникновении туннелирования электроны могут застревать в слое диэлектрика, препятствуя правильному распознаванию заряда, хранящегося в плавающем затворе. Всё это значит, что момент, когда ячейки флеш-памяти перестают нормально работать, неизбежен. Новые же технологические процессы лишь усугубляют проблему: слой диэлектрика с уменьшением производственных норм становится только тоньше, что снижает его устойчивость к негативным влияниям.

Однако говорить о том, что между ресурсом ячеек флеш-памяти и продолжительностью жизни современных SSD существует прямая зависимость, было бы не совсем верно. Работа твердотельного накопителя - это не прямолинейная запись и чтение в ячейках флеш-памяти. Дело в том, что NAND-память имеет достаточно сложную организацию и для взаимодействия с ней требуются специальные подходы. Ячейки объединены в страницы, а страницы - в блоки. Запись данных возможна лишь в чистые страницы, но для того, чтобы очистить страницу, необходимо сбросить весь блок целиком. Это значит, что запись, а ещё хуже - изменение данных, превращается в непростой многоступенчатый процесс, включающий чтение страницы, её изменение и повторную перезапись в свободное место, которое должно быть предварительно расчищено. Причём подготовка свободного места - это отдельная головная боль, требующая «сборки мусора» - формирования и очистки блоков из уже побывавших в использовании, но ставших неактуальными страниц.

Схема работы флеш-памяти твердотельного накопителя

В результате реальные объёмы записи в флеш-память могут существенно отличаться от того объёма операций, который инициируется пользователем. Например, изменение даже одного байта может повлечь за собой не только запись целой страницы, но и даже необходимость перезаписи сразу нескольких страниц для предварительного высвобождения чистого блока.

Соотношение между объёмом записи, совершаемой пользователем, и фактической нагрузкой на флеш-память называется коэффициентом усиления записи. Этот коэффициент почти всегда выше единицы, причём в некоторых случаях - намного. Однако современные контроллеры за счёт буферизации операций и других интеллектуальных подходов научились эффективно снижать усиление записи. Распространение получили такие полезные для продления жизни ячеек технологии, как SLC-кеширование и выравнивание износа. С одной стороны, они переводят небольшую часть памяти в щадящий SLC-режим и используют её для консолидации мелких разрозненных операций. С другой - делают нагрузку на массив памяти более равномерной, предотвращая излишние многократные перезаписи одной и той же области. В результате сохранение на два разных накопителя одного и того же количества пользовательских данных с точки зрения массива флеш-памяти может вызывать совершенно различную нагрузку - всё зависит от алгоритмов, применяемых контроллером и микропрограммой в каждом конкретном случае.

Есть и ещё одна сторона: технологии сборки мусора и TRIM, которые в целях повышения производительности предварительно готовят чистые блоки страниц флеш-памяти и потому могут переносить данные с места на место без какого-либо участия пользователя, вносят в износ массива NAND дополнительный и немалый вклад. Но конкретная реализация этих технологий также во многом зависит от контроллера, поэтому различия в том, как SSD распоряжаются ресурсом собственной флеш-памяти, могут быть значительными и здесь.

В итоге всё это означает, что практическая надёжность двух разных накопителей с одинаковой флеш-памятью может очень заметно различаться лишь за счет различных внутренних алгоритмов и оптимизаций. Поэтому, говоря о ресурсе современного SSD, нужно понимать, что этот параметр определяется не только и не столько выносливостью ячеек памяти, сколько тем, насколько бережно с ними обращается контроллер.

Алгоритмы работы контроллеров SSD постоянно совершенствуются. Разработчики не только стараются оптимизировать объём операций записи в флеш-память, но и занимаются внедрением более эффективных методов цифровой обработки сигналов и коррекции ошибок чтения. К тому же некоторые из них прибегают к выделению на SSD обширной резервной области, за счёт чего нагрузка на ячейки NAND дополнительно снижается. Всё это тоже сказывается на ресурсе. Таким образом, в руках у производителей SSD оказывается масса рычагов для влияния на то, какую итоговую выносливость будет демонстрировать их продукт, и ресурс флеш-памяти - лишь один из параметров в этом уравнении. Именно поэтому проведение тестов выносливости современных SSD и вызывает такой интерес: несмотря на повсеместное внедрение NAND-памяти с относительно невысокой выносливостью, актуальные модели совершенно необязательно должны иметь меньшую надёжность по сравнению со своими предшественниками. Прогресс в контроллерах и используемых ими методах работы вполне способен компенсировать хлипкость современной флеш-памяти. И именно этим исследование актуальных потребительских SSD и интересно. По сравнению с SSD прошлых поколений неизменным остаётся лишь только одно: ресурс твердотельных накопителей в любом случае конечен. Но как он поменялся за последние годы - как раз и должно показать наше тестирование.

Методика тестирования

Суть тестирования выносливости SSD очень проста: нужно непрерывно перезаписывать данные в накопителях, пытаясь на практике установить предел их выносливости. Однако простая линейная запись не совсем отвечает целям тестирования. В предыдущем разделе мы говорили о том, что современные накопители имеют целый букет технологий, направленных на снижение коэффициента усиления записи, а кроме того, они по-разному выполняют процедуры сборки мусора и выравнивания износа, а также по-разному реагируют на команду операционной системы TRIM. Именно поэтому наиболее правильным подходом является взаимодействие с SSD через файловую систему с примерным повторением профиля реальных операций. Только в этом случае мы сможем получить результат, который обычные пользователи могут рассматривать в качестве ориентира.

Поэтому в нашем тесте выносливости мы используем отформатированные с файловой системой NTFS накопители, на которых непрерывно и попеременно создаются файлы двух типов: мелкие - со случайным размером от 1 до 128 Кбайт и крупные - со случайным размером от 128 Кбайт до 10 Мбайт. В процессе теста эти файлы со случайным заполнением множатся, пока на накопителе остаётся более 12 Гбайт свободного места, по достижении же этого порога все созданные файлы удаляются, делается небольшая пауза и процесс повторяется вновь. Помимо этого, на испытуемых накопителях одновременно присутствует и третий тип файлов - постоянный. Такие файлы общим объёмом 16 Гбайт в процессе стирания-перезаписи не участвуют, но используются для проверки правильной работоспособности накопителей и стабильной читаемости хранимой информации: каждый цикл заполнения SSD мы проверяем контрольную сумму этих файлов и сверяем её с эталонным, заранее рассчитанным значением.

Описанный тестовый сценарий воспроизводится специальной программой Anvil’s Storage Utilities версии 1.1.0, мониторинг состояния накопителей проводится при помощи утилиты CrystalDiskInfo версии 7.0.2. Тестовая система представляет собой компьютер с материнской платой ASUS B150M Pro Gaming, процессором Core i5-6600 со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 и 8 Гбайт DDR4-2133 SDRAM. Приводы с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 14.8.0.1042.

Список моделей SSD, принимающих участие в нашем эксперименте, к настоящему моменту включает уже более пяти десятков наименований:

1. (AGAMMIXS11-240GT-C, прошивка SVN139B);
2. ADATA XPG SX950 (ASX950SS-240GM-C, прошивка Q0125A);
3. ADATA Ultimate SU700 256 Гбайт (ASU700SS-256GT-C, прошивка B170428a);
4. (ASU800SS-256GT-C, прошивка P0801A);
5. (ASU900SS-512GM-C, прошивка P1026A);
6. Crucial BX500 240 Гбайт (CT240BX500SSD1, прошивка M6CR013);
7. Crucial MX300 275 Гбайт (CT275MX300SSD1, прошивка M0CR021);
8. (CT250MX500SSD1, прошивка M3CR010);
9. GOODRAM CX300 240 Гбайт (SSDPR-CX300-240, прошивка SBFM71.0 );
10. (SSDPR-IRIDPRO-240 , прошивка SAFM22.3);
11. (SSDPED1D280GAX1, прошивка E2010325);
12. (SSDSC2KW256G8, прошивка LHF002C);

Твердотельные накопители можно с полным правом назвать одним из самых полезных новшеств компьютерного рынка - достаточно купить SSD, чтобы даже старый компьютер начал работать очень резво и отзывчиво.

Однако выбрать SSD в 2018 году не так-то просто - рынок насыщен моделями самых разных типов и характеристик. Такое обилие вариантов объясняется тем, что производить SSD очень просто, ведь это, по сути, те же флешки, только сделанные чуть иначе.

Последние технологии в сфере твердотельных дисков

SSD расшифровывается как solid-state drive или твердотельный накопитель. Это небольшая плоская коробочка, внутри которой находится электронная плата с микросхемами. Никаких механических, движущихся частей, как в жёстких дисках, здесь нет.

У нас была , что такое SSD и зачем он нужен (и нужен ли).

Данные хранятся в микросхемах flash-памяти - это те же микросхемы, что используются в USB-флешках. Но в SSD эти микросхемы объединены в массив, где чтение и запись данных ведётся параллельно сразу на все микросхемы. Это даёт высокую итоговую скорость работы.

Распределением данных по микросхемам занимается контроллер - важная часть SSD, от которой зависят такие показатели, как скорость и надёжность. Контроллеры выпускают несколько компаний, среди которых Phison, Samsung, JMicron, Marvell, Toshiba и другие. Нельзя назвать однозначно хорошего и однозначно плохого производителя контроллеров, здесь надо смотреть на конкретную модель.

Другой важный показатель - тип флеш-памяти и её производитель. Хотя моделей SSD огромное количество, во всех них используется флеш-память всего от нескольких производителей: Micron/Intel, Hynix, Samsung, Toshiba, SanDisk. На текущий момент (2018) есть следующие типы памяти:

• SLC - в каждой ячейке памяти хранится всего 1 бит, что даёт максимальную скорость и надёжность - одну ячейку можно перезаписывать до 100 тысяч раз без риска потерять данные, однако это делает SLC самым дорогим типом флеш-памяти, и потому она используется только в серверных решениях и в качестве небольшого кэша для массовых SSD;
• MLC - “золотая середина”, где в каждой ячейке хранятся 2 бита данных, такая память работает в 2-3 раза медленнее, чем SLC, а надёжность её в 33 раза меньше (всего 3 тысячи перезаписей ячейки), однако накопители с MLC-памятью значительно дешевле и объёмнее;
• TLC - самое бюджетное решение, набирающее популярность - здесь каждая ячейка хранит аж 3 бита данных, из-за чего память работает в ~1,5 раза медленнее, а долговечность в 3 раза меньше, чем MLC (1000 циклов перезаписи каждой ячейки и накопитель можно выкидывать), но, как можно догадаться - малая цена и большой объём перекрывают все недостатки;
• 3D XPoint - уникальная разработка Intel и Micron, используемая в накопителях Intel Optane, и которая вообще не относится к привычной флеш-памяти - сохранение данных здесь происходит с помощью изменения фазового состояния определённых веществ под действием электрического тока, это даёт огромную надёжность и скорость на случайных операциях.

Есть ли сейчас смысл в переходе на твердотельный накопитель?

Если просмотреть конфигурации новых компьютеров и ноутбуков среднего и высшего ценового диапазона, то практически в 100% случаев там будет установлен SSD. Можно сказать, что мало-мальски производительный компьютер в настоящее время немыслим без твердотельного накопителя. На это есть ряд объективных причин.

Во-первых, это скоростные показатели. Самые дешёвые SSD выдают до 550 Мб/сек последовательного чтения и записи, что почти в 2,5 раза больше, чем у самых быстрых жёстких дисков. Но по-настоящему сильная сторона SSD - случайные, фрагментарные операции, когда надо прочитать или записать множество файлов, которые лежат в разных папках. Жёсткому диску приходится для этого двигать головку, из-за чего, например, медленно загружается система или тяжёлая игра. У SSD никаких головок нет, поэтому на случайных операциях они, в среднем, в тысячу раз быстрее , чем HDD, если смотреть на число IOPS, и в десятки раз быстрее , если смотреть на результирующую скорость в Мб/сек.

Вот, например, результаты тестов по случайному чтению пятилетнего HDD Seagate Barracuda 7200.12:

И пятилетнего же SSD Intel 320:

Как видно, SSD тратит почти в 160 раз меньше времени на случайный поиск, чему причиной как раз отсутствие механических частей. И это SSD 2012 года выпуска, а современные образцы намного производительнее. Тогда как HDD за это же время не стали сильно быстрее в этом плане.

Во-вторых, это отсутствие шума и (с некоторыми оговорками) нагрева. Внутри жёсткого диска постоянно крутятся блины, на которых и хранятся данные, а также перемещается головка, издавая характерное потрескивание или похрустывание. SSD же полностью электронное устройство, а потому не издаёт абсолютно никаких звуков. То же касается и нагрева в общем случае - твердотельники потребляют энергии и греются меньше, чем жёсткие диски. Исключение - топовые NVMe SSD, которые вставляются в слоты PCI Express.

В-третьих, SSD, очень устойчивы к механическим нагрузкам типа встрясок, ударов и падений, в отличие от жёстких дисков. Поэтому твердотельники так ценят любители надёжных ноутбуков - HDD там всегда был самым слабым звеном, быстро выходящим из строя из-за постоянных вибраций, стуков и изменений положения. С появлением SSD ноутбуки стали по-настоящему мобильными устройствами.

В-четвёртых, это предсказуемость ресурса. У SSD есть такой штатный показатель, как ресурс или степень износа флеш-памяти, который можно посмотреть в любой момент. При условии хорошего контроллера это даёт довольно точный срок выхода накопителя из строя. Например, вот что SMART пишет о том же пятилетнем SSD:

Это означает, что ресурс накопителя составляет 92%, т.е. флеш-память изношена на 8%. В случае же с жёстким диском никаких таких показателей нет и быть не может из-за его механического устройства. HDD может с почти одинаковой вероятностью выйти из строя через неделю, полгода или 5 лет.

Насчёт ресурса SSD бытует миф, что жёсткие диски намного надёжнее твердотельников - якобы малое число перезаписей ячеек памяти приводит к тому, что SSD ломаются чуть ли не каждые несколько месяцев. Конечно, это не так. Даже TLC-память, несмотря на вроде бы ужасно низкое число перезаписей, более чем надёжна в домашних условиях, и может прослужить до 10 лет.

Один популярный портал , результаты которого красноречиво говорят, что надёжность большинства твердотельников в разы превосходит заявленный производителем ресурс. Словом, переживать за долговечность твердотельного накопителя ни к чему. Но для этого нужно выбрать более-менее качественный SSD, потому что здесь можно получить накопитель со слабым контроллером, который быстро сломается.

Критерии, по которым будем выбирать лидеров 2018 года

Ценовой диапазон здесь столь же широк, как и разнообразие моделей - купить SSD можно как за 2.000 рублей, так и за 500.000 рублей. Главные отличие между ними - ёмкость и скорость работы. К сожалению, SSD до сих пор намного дороже жёстких дисков в пересчёте на единицу объёма. Поэтому приходится искать компромисс - как правило, в компьютер покупается SSD объёмом 120-250 Гб для системы и программ, и HDD размером в 2-4 Тб для всего остального.

В целом, сейчас нет смысла покупать твердотельники объёмом меньше 120 Гб - самые дешёвые SSD размером в 32-64 Гб всего на 600-800 рублей дешевле, чем бюджетные 120-гигабайтники, а разница в производительности и надёжности при этом очень ощутимая. Ведь SSD устроены так, что чем больше объём, тем они быстрее и долговечнее. Но стоит заметить, что зависимость эта нелинейная - где-то в районе 500 Гб прирост скорости и надёжности становится очень пологим. То есть, разница между показателями моделей в 120 Гб и 500 Гб намного сильнее, чем между моделями в 500 Гб и 2 Тб.

Бюджетные модели SSD

К бюджетным твердотельникам можно отнести модели стоимостью до 3.500-4.000 рублей с TLC-памятью “хитового” объёма 120-128 Гб, которые подключаются к обычному SATA-порту, как и жёсткие диски. Такого размера вполне хватает для операционной системы, комплекта приложений, и даже на несколько не слишком больших игр. Рабочие файлы, музыку, фильмы, конечно, придётся держать на более объёмных накопителях - тех же HDD.

Уже в этом классе накопителей можно рассчитывать на 350-550 Мб/сек последовательного чтения и записи, это практически потолок для шины SATA. Бюджетность же проявляется в случайных и смешанных нагрузках - как правило, такие модели в них очень неторопливы по сравнению с более дорогими образцами. Хотя, конечно, даже это намного лучше, чем самые быстрые жёсткие диски.

Такие SSD полезно ставить на старые или дешёвые компьютеры, в которых обычно стоит жёсткий диск. Это даёт серьёзный прирост скорости и отзывчивости, благодаря чему даже слабым или устаревшим “железом” можно вполне комфортно пользоваться ещё несколько лет. А вот на современные, мощные конфигурации лучше купить более дорогие SSD, чтобы они гармонировали с остальными комплектующими.

Хорошие представители класса (жирным выделены особенно надёжные модели):

• GOODRAM CX300
• Kingston A400
• Kingston SSDNow UV400
• Smartbuy Ignition PLUS
• Smartbuy Revival 2
• Smartbuy Splash 2
• Transcend SSD370
• Western Digital Green

SSD среднего сегмента

Это диапазон цен от 4.000 до 8.500 рублей, куда входят накопители объёмом до 480 Гб, использующие как TLC, так и MLC-память. Но что самое интересное - здесь уже появляются твердотельники NVMe, которые вставляются в слот M.2, и выдают 2-3 Гб/сек последовательного чтения и 1-2 Гб/сек записи. То есть, за вполне приемлемые деньги можно добиться высочайшей производительности в дисковых операциях, что годится для мощных десктопов и рабочих станций.

К таким NVMe SSD относятся:

• A-DATA XPG SX7000
• Apacer Z280
• OCZ RD400
• Patriot Scorch
• Plextor M9PeGN
• SmartBuy M7
• Transcend MTE850
• Western Digital Black

Обратная сторона такой ценовой доступности - нестабильная скорость при смешанных и случайных нагрузках, а также относительно малый ресурс. Впрочем, для нескольких лет обычных десктопных нагрузок эти твердотельные накопители вполне годятся.

Что же касается привычных SATA-устройств, то здесь уже можно рассчитывать на стабильно высокие скорости (до 580 Мб/сек) и большую долговечность. Отдельного внимания заслуживают твердотельники на памяти 3D TLC - такие, как Samsung EVO.

SSD среднего сегмента отлично подходят как для офисных компьютеров, так и для игровых машин и высокопроизводительных рабочих станций. Если выбрать вместительную 480-гигабайтную модель, то надобность в отдельном HDD может полностью отпасть - такого объёма более чем достаточно для рабочего декстопа или ноутбука.

• ADATA Ultimate SU900
• GOODRAM Iridium Pro
• Intel 545s
• Kingston HyperX Savage
• OCZ TR200
• Samsung 850/860 EVO
• Samsung 850 PRO
• Western Digital Blue

Топовые SSD

По цене до 21.000-22.000 рублей можно купить SATA SSD объёмом до 1 Тб, или же 500-512 Гб в исполнении NVMe, обеспечивающие скорости в несколько Гб/сек и высокую надёжность хранения данных. То есть, здесь можно выбирать - сравнимую с HDD ёмкость и стандартные 550 Мб/сек, или же в 2 раза меньший размер в совокупности с выдающейся производительностью. При этом твердотельники NVMe могут использовать как разъёмы M.2, так и слоты PCI Express, подобно видеокартам.

Понятно, что SATA-накопители объёмом 960 Гб или 1 Тб уже могут полностью заменить традиционный жёсткий диск, при этом обеспечивая в десятки или даже сотни раз более высокую производительность. Однако пропускной способности SATA бывает недостаточно для обработки очень тяжёлого контента. При работе с фото или видео высокой чёткости полезным будет приобрести накопитель NVMe. Тем более, что за такую цену доступны профессиональные решения вроде Samsung PRO, с соответствующими свойствами.

Хорошие представители класса (жирным выделены особенно надёжные модели), в дополнение к моделям из предыдущего параграфа:

• Intel 600p
• Kingston HyperX Predator
• Kingston KC400
• Plextor M9Pe
• Samsung 860/960 PRO

Премиум-сегмент

Сюда относятся все твердотельные накопители с ценой выше 22.000 рублей. Это SSD профессионального и корпоративного назначения, объём которых стартует с отметки в 960 Гб/1 Тб, и вплоть до десятков терабайт. Многие из них исполнены в виде платы, которая вставляется в разъём PCI Express x4 или x8, и имеет массивный радиатор охлаждения. Это не просто украшение, которое должно внушать покупателю серьёзность устройства. Такие SSD со скоростью чтения до 6 Гб/сек (модели Hitachi/HGST) сильно греются, и даже могут достигать троттлинга от перегрева.

Конечно, в этом сегменте есть и вполне традиционные SATA-накопители большого объёма и приемлемой стоимости, и твердотельники для M.2 с достаточно высокими скоростями. Но хотелось бы заострить внимание на кое-чём совершенно особом: накопителях Intel Optane с инновационной памятью 3D XPoint.

Как уже упоминалось в начале статьи, 3D XPoint это совсем другой тип памяти, использующий фазовые переходы вещества, и не имеющий никакого отношения к привычным SLC/MLC/TLC. Твердотельник на её основе, Intel Optane 900P, тоже выполнен в виде платы PCI Express. На первый взгляд, его характеристики ничем не отличаются от других накопителей NVMe - те же 2-2,5 Гб/сек чтения и записи. Мощь 3D XPoint проявляется в 2 факторах: колоссальном ресурсе - 5-8 пета байт записи (5-8 тысяч Тб), и , по сравнению с любыми другими SSD.

Intel Optane можно с полным правом назвать SSD будущего или же по-настоящему полноценными SSD, которые избавлены от последних остатков типичной проблемы жёстких дисков - сильных просадок производительности на случайных и смешанных операциях.

Хорошие представители класса (жирным выделены особенно надёжные модели), в дополнение к моделям из предыдущего параграфа:

• Corsair Neutron
• Intel Optane 900P
• Intel серий Pxxxx и Sxxxx
• Micron xxxx Pro
• Seagate Nytro
• Transcend JetDrive

Выбор SSD: итоговые тезисы

• Даже бюджетные твердотельники достаточно быстры и надёжны для домашнего использования.
• Относительно недорого можно взять NVMe-модели и получить несколько Гб/сек скорости.
• Для работы с тяжёлым контентом имеет смысл купить NVMe SSD профессионального уровня.
• Если нужен практически вечный накопитель с огромной производительностью, то - Intel Optane.
• За 25-40 тысяч рублей можно взять SSD в несколько Тб объёмом и полностью забыть про жёсткие диски.

Ещё на сайте:

Лучшие SSD конца 2018 – начала 2019 года обновлено: Март 1, 2019 автором: alex ferman

Немного суровой реальности, пинающей маркетинг, или матчасть тоже надо знать

Гонка за экстремальной скоростью

«Ребята, без обид, но я понимаю, почему Россия в тупике – из-за таких экспертов, как вы».
Реакция пользователя на совет участников форума не пытаться
собирать RAID-массив из двух Samsung SM951 на LGA 1151.

Данную цитату я привел из своего личного опыта общения. Увы, именно так: люди додумываются ваять чудесные конструкции, совершенно не утруждаясь разбором технической сути. Затем различными «шаманскими плясками» пытаются заставить работать этого «Франкенштейна», споря с окружающими и не веря их словам о том, что подобный замысел даже технически (не говоря уже о финансовой стороне вопроса) является глупостью. И заставив-таки эту конструкцию подавать признаки жизни, пользователи с удивлением узнают, что результат не соответствует их ожиданиям и… снова начинают поиск виноватых.

Конкретно тот пользователь пытался собрать RAID-массив «нулевого» уровня из двух твердотельных накопителей с интерфейсом PCI-E 3.0 x4 на материнской плате, основанной на наборе системной логики Intel Z170. Суть в том, что оба SSD он хотел установить в разъемы, подключенные именно к Intel Z170. Изучение блок-диаграммы этого чипсета покажет несбыточность мечты о возможности получения скоростей чтения в районе 4.2 Гбайт/с (суммирование возможностей двух SM951 на линейных операциях).

Дело в том, что сам набор системной логики сообщается с процессором посредством третьей версии шины Direct Media Interface (DMI), которая технически является модифицированным объединением четырех линий PCI-Express 3.0 с соответствующей пропускной способностью около 3.93 Гбайт в секунду. Мало того, часть этой пропускной способности задействуется для потребностей периферии – сетевого контроллера, SATA- и USB-портов и прочего.

Единственный выход в случае LGA 1151 – установка микросхемы-коммутатора типа PLX, которая подключается к CPU и задействует линии от него, но такие платы из-за себестоимости подобного инженерного решения очень дороги. По величинам цифр на ценниках они фактически уже начинают пересекаться с платформой LGA 2011-v3, где подобной проблемы нет просто в силу того, что на ней от процессора отходит больше линий PCI-Express (от 28 до 40, в зависимости от модели ЦП, против 16 у LGA 1151).

Так для чего же производители устанавливают по два (а то и больше) разъема M.2 на системных платах с процессорным разъемом LGA 1151? Ответ прост: подобное отлично подходит для раздельной эксплуатации накопителей, когда обращение идет только к одному SSD, а не всем одновременно; для установки иных плат расширения (уже можно приобрести, например, Wi-Fi-адаптеры). Никто не отменял и факта существования таких SSD, как, например, недавно представленный Intel SSD 600p, модификация которого объемом 128 Гбайт обеспечивает лишь до 770 Мбайт/с на чтении и 450 Мбайт/с – на записи. Что, между прочим, сопоставимо с двухлетней давности Plextor M6e с двумя линиями интерфейса PCI-E (причем еще версии 2.0).

Причем помимо собственно нагрузки существует и так называемый «служебный трафик», который есть всегда, в результате чего реальная пропускная способность оказывается ниже. И, как показывает практика, в реальности на LGA 1151 удается получить не больше 3.4-3.5 Гбайт в секунду, да и те практически в «лабораторных условиях» – при минимизации нагрузки на все остальные элементы системы и аккуратном подборе конфигурации тестовой системы. Наиболее реальными же оказываются и вовсе 3.1-3.2 Гбайт.

Но один вариант для систем LGA 1151 все-таки есть: устанавливать PCI-E SSD так, чтобы они были подключены раздельно к процессору и к набору системной логики. В этом случае будет доступен лишь вариант программной сборки средствами самой операционной системы, но это на самом деле непринципиально по одной простой причине: на материнских платах потребительского класса в принципе нет RAID-контроллеров.

Да, именно так: все операции на «бытовых» системных платах выполняются драйвером на программном уровне с использованием ресурсов центрального процессора. Подобный тип программных массивов даже носит неофициальное название «FakeRAID». Настоящий же RAID-контроллер включает собственный микропроцессор (зачастую с немалым тепловыделением), кэш-память, цепь питания для защиты данных в случае незапланированного отключения питания и еще ряд элементов обвязки.

Суммарная стоимость такого устройства выше, чем у большинства материнских плат, не говоря уже про сам набор системной логики, а потому модели вроде ASRock Z87 Extreme11/ac , где применены LSI SAS 3008 и LSI SAS 3x24R вкупе с флеш-памятью, являются своего рода эксклюзивом.

В погоне за копейкой

Вторая половина 2015 – начало 2016 года ознаменовались тем, что память TLC NAND стала в твердотельных накопителях поистине массовым явлением. Компания Samsung лишилась своей «монополии», причем практически сразу выделилось два дуэта, противостоящих друг другу: память Toshiba с контроллерами Phison и память SK Hynix с контроллерами Silicon Motion.

На первый дуэт ставку сделали более именитые бренды вроде Kingston, Toshiba OCZ, Corsair и ряда других. Второй в решениях более-менее популярных брендов оказался только в ассортименте ADATA, все остальное – множество китайских и малоизвестных у нас (да и не только у нас) компаний.

Недавно состоялся выход на сцену флеш-памяти с вертикальной компоновкой, разработанной концерном Micron и Intel (IMFT), фактически более-менее полноценно присутствует на рынке только один накопитель на ней – Crucial MX300, но, судя по всему, сложившаяся расстановка в целом не поменяется и тут – Toshiba и Western Digital (SanDisk) готовят свою 3D V-NAND.

Несмотря на явное противостояние, эти платформы очень близки как по маркетинговой составляющей, так и по аппаратной идеологии. Накопители на их основе позиционируются на данный момент как решения начального и среднего уровня, а суть работы их фактически идентична.

При том, что TLC NAND обладает меньшей себестоимостью в производстве, она также обладает и своими недостатками. В частности это достаточно медленная память, и на операциях записи уровень ее быстродействия не выдерживает никакой критики. Чтобы такие накопители все же могли предложить достойные показатели, применяется ухищрение: часть массива памяти работает в «ускоренном» режиме записи (иногда его называют «псевдоSLC»).

В итоге современные модели на TLC NAND, за редким исключением, даже будучи небольшого объема (~120-128 Гбайт) несут в своих официальных спецификациях указание скоростей записи примерно 400-550 Мбайт/с – именно благодаря SLC-режиму.

Но объем данных, который накопитель способен записать на такой высокой скорости, обычно невелик и в зависимости от объема SSD может начинаться с приблизительно 2 Гбайт у самых младших модификаций.

Другое дело, что подобное поведение отнюдь не всегда бросается в глаза просто из-за того, что копирование действительно больших объемов данных – ситуация, возникающая не так часто. Не совсем приятно наблюдать скорость копирования чуть ли не на уровне совсем уже старых моделей HDD.

Первая «ступенька» – кэширование Windows. Вторая – SLC-кэш. Нижняя «полка» – реальная скорость работы Zenith R3 120 Гбайт за пределами SLC-кэша.

На самом деле вполне реален еще один сценарий, при котором могут себя проявлять нехватка SLC-буфера и низкая скорость записи вне него: установка игр с большим объемом занимаемого места.

Вообще, твердотельные накопители на TLC NAND наиболее оптимально смотрятся именно в больших объемах: и ресурс чисто за счет объема становится избыточным, и размер SLC-буфера (который обычно задается в процентах от объема SSD) достаточно велик. Да и сам массив памяти набирается таким количеством кристаллов NAND, что скорость записи и вне SLC-буфера вырастает до достойных значений. К примеру, емкость кристаллов планарной TLC NAND производства Toshiba, SK Hynix и Micron сейчас составляет 128 Гбит, несложно подсчитать, что для построения массива 128 Гбайт нужно 8 кристаллов, а массив 512 Гбайт набирается уже 32-мя кристаллами.

Кстати о ресурсе. Это еще один краеугольный камень знания матчасти. На самом деле, вопреки распространенному мнению, ресурс выражается не только численным показателем (сколько именно данных может быть записано на накопитель до первых сбоев), но еще и сохранностью этих данных. Как сохраняются данные во флеш-памяти? Хранятся они в ячейках в виде заряда, и существует такой физический процесс, как «перетекание заряда» в соседние ячейки. В конце концов ячейка памяти просто перестает корректно считываться. И чем сильнее изношены ячейки памяти, тем активнее и быстрее протекает этот процесс. Только что записанные данные могут отлично читаться, а вот через некоторое время уже начинаются проблемы.

Для решения этой задачи инженерами активно разрабатываются новые алгоритмы коррекции ошибок, но это лишь отодвигает планку, когда считанное из ячейки памяти становится недешифруемым, иначе говоря, «мусором». В какой-то момент микропрограмма контроллера может принять решение о перезаписи трудночитаемых данных для «освежения» заряда, но «благодаря» алгоритмам «выравнивания износа» с большой долей вероятности новые ячейки, куда данные будут перенесены, окажутся ничуть не лучше. И в какой-то момент по мере износа процесс потери ячейками заряда станет просто лавинообразным.

Ключевое здесь: время. Именно в этом кроется ошибочность подавляющего большинства тестов на износ, которые проводятся различными изданиями и отдельными энтузиастами: только что записанные данные могут читаться отлично, но через некоторое время (неделю, две, три) может оказаться иное, особенно если массив памяти уже изношен. И в этом основная сложность: полноценный правильный тест будет длиться слишком долго. Не говоря уже про классику статистики, понятие «репрезентативность выборки»: как правило, тестируется один-два образца, а не разные из нескольких партий. Иначе говоря, можно наткнуться как на экземпляры с флеш-памятью из неудачной партии, так и на накопители, в которые попала отменно удачная партия флеш-памяти. Ещё раз подчеркнём, что под понятием «время» имеется в виду действительно заметный срок, а не несколько дней (как поднимали панику некоторые интернет-ресурсы). Вопрос сроков рассмотрен в этом материале .

Да и сам тип памяти – это еще не приговор. На самом деле немалое влияние на ресурс накопителя оказывают специфические особенности отдельных контроллеров и платформ в целом. Наиболее известный пример из последних – контроллер Silicon Motion SM2246XT. У него есть такое свойство: он хорошо ведет себя только в том случае, если на накопителе есть хотя бы 10% свободного места, иначе резко увеличивается WA (Write amplification, причем у отдельных образцов мне доводилось наблюдать WA ~1300-1500) и накопитель в прямом смысле умирает через несколько месяцев эксплуатации. И от того, что в паре с этим контроллером используется MLC NAND (TLC не поддерживается SM2246XT), легче не становится. Зато нелюбимые многими контроллеры SandForce, благодаря реализованной в них компрессии данных, в некоторых условиях (например, при офисной работе) могут обеспечить себе двукратное превосходство в ресурсе по сравнению с другими контроллерами с той же флеш-памятью.

Именно поэтому тесты на износ в том виде, в каком их сейчас проводят, являются не абсолютной истиной, а лишь косвенным показателем возможностей накопителей и не более. Хотя за неимением лучшего приходиться довольствоваться и этим.

Современные SSD-накопители достаточно надежные, а с учетом того, что цена за 1 ГБ (в долларах) постепенно падает, то использовать SSD во многих случаях даже более рационально, чем работа с HDD. Но какой SSD выбрать?

Полтора года назад журналист Tech Report решил провести эксперимент по выявлению наиболее надежных SSD. Он взял шесть моделей накопителей: Corsair Neutron GTX, Intel 335 Series, Kingston HyperX 3K, Samsung 840, Samsung 840 Pro, и поставил все шесть на цикличный процесс чтения/записи. Объем памяти каждого накопителя составлял 240-256 ГБ, в зависимости от модели.

Сразу стоит сказать, что все шесть моделей успешно выдержали заявленную производителем нагрузку. Более того, большинство моделей выдержало больше циклов чтения-записи, чем это заявлено разработчиками.

Тем не менее, 4 из 6 моделей сдались перед достижением объема в 1 ПБ «прокачанной» через диск информации. Зато 2 модели из тех, что участвовали в этом аттракционе «железной смерти» (Kingston и Samsung 840 Pro) выдержали даже 2 ПБ, и только потом отказали. Конечно, выборка из 6 SSD не может служить показателем работы для всех SSD без исключения, но определенная репрезентативность у этой выборки все же есть. Процедура цикличного чтения-записи тоже не идеальный показатель, ведь накопители могут выходить из строя по самым разным причинам. Но результаты теста очень интересны.

Один из выводов: производители достаточно деликатно подходят к вопросу выбора лимита работы своих накопителей - как уже говорилось выше, все SSD выдержали положенный лимит объема записанной информации.

Что касается самих моделей, то первым вышел из строя Intel 335 Series . У SSD этой модели есть одна особенность - они прекращают работу, как только появляются сбойные сектора. Сразу после этого накопитель входит в режим чтения, а затем и вовсе превращается в «кирпич». Если бы не инструкция «остановись при сбое», возможно, SSD проработал бы и дольше. Проблемы начались с диском уже после прохождения отметки в 700 ТБ. Информация на диске оставалась читаемой до момента перезагрузки, после чего диск превратился в кусок железа.

Samsung 840 Series успешно дошел до отметки в 800 ТБ, но начал показывать большое количество ошибок, начиная с 900 ТБ, и отказал без всяких предупреждений, не дойдя до петабайта.

Следующим отказал Kingston HyperX 3K - у модели тоже есть инструкция прекращать работу при появлении ряда сбойных секторов. К концу работы устройство начало выдавать уведомления о проблемах, позволяя понять, что конец близко. После отметки в 728 ТБ накопитель перешел в режим чтения, и после перезагрузки перестал отвечать.

Corsair Neutron GTX стал следующей жертвой, пройдя отметку в 1.1 ПБ. Но у накопителя уже насчитывались тысячи сбойных секторов, устройство начало выдавать большое количество предупреждений о проблемах. Даже спустя ещее 100 ТБ диск позволят записывать данные. Но после очередного ребута устройство перестало даже определяться системой.

Осталось всего две модели Kingston и Samsung 840 Pro, которые героически продолжали работать, достигнув отметки даже в 2 ПБ.

Kingston Hyper X использует сжатие данных по возможности, но тестировщик стал записывать несжимаемые данные для чистоты теста. Для этого использовалась программа Anvil"s Storage Utilities, служащая для выполнения тестов по чтению-записи данных.

Диск показал хорошие результаты, хотя на промежутке между 900 ТБ и 1 ПБ уже возникли неисправимые ошибки, плюс поврежденные сектора. Ошибок было всего две, но это все равно проблема. После того, как диск отказал на 2.1 ПБ, он перестал определяться системой после ребута.

Последним павшим железным солдатом в этой битве стал Samsung 840 Pro