Что такое форм фактор ssd диска

SATA-накопители дешевле, но медленнее. Если ваш компьютер поддерживает диски типа NVMe PCIe, а кошелек позволяет — обратите внимание именно на такие накопители. Впрочем, SATA-модели вполне неплохо себя показывают в большинстве случаев.

Любой SSD будет гораздо лучше обычного HDD:

Даже SSD-диск 2014 года выпуска (в новом состоянии) будет работать в несколько раз быстрее самого скоростного HDD 2018 года выпуска. При этом современные и дорогие SSD далеко не всегда имеют большое преимущество в скорости — есть несколько других важных факторов, о которых мы расскажем ниже.

Даже не думайте приобретать SSD-накопитель емкостью меньше 250 ГБ (разве что он будет использоваться только для установки операционной системы, а для хранения игр и «тяжелых» программ вы выделите еще один). Лучший и самый сбалансированный в плане цены вариант — 500 ГБ.

SATA против PCI Express

Начнем со сложных терминов — сложных для тех, кто пока не разбирался во внутреннем устройстве ПК слишком уж внимательно.

2.5-дюймовые SSD-накопители используют интерфейс подключения под названием Serial ATA (SATA). Это старый интерфейс, который создали еще в девяностые годы — предназначен он был для медленных механических дисков. Из-за этого SATA имеет ряд серьезных ограничений.

SSD-накопители форм-фактора M.2 (о форм-факторах — чуть ниже) могут использовать как интерфейс SATA, так и интерфейс PCI Express — гораздо более быстрый. PCIe-модели могут передавать данные со скоростью, которая в несколько (до пяти) раз выше максимальной скорости SATA.

Самые быстрые диски с подключением типа PCI Express поддерживают еще и протокол NVMe, который также повышает скорость передачи данных. Перед покупкой убедитесь в том, что ваша материнская плата поддерживает работу с такими дисками! В данный момент NVMe-диски — лучший выбор для домашнего компьютера или ноутбука.

Отметим, что разницу в производительности между SATA-моделями и PCIe-моделями почувствуют только те пользователи, которые работают с файлами на профессиональном уровне — например, обрабатывают фото или видео, занимаются 3D-проектированием или обработкой больших баз данных. Естественно, будет разница заметна и в играх, так что NVMe-диск — лучший друг геймера.

Форм-факторы

SSD-накопители продают в четырех форм-факторах.

Это самые распространенные SSD-диски. Они похожи на обычные компактные жесткие диски, предназначенные для ноутбуков, и используют кабели типа SATA, с которыми вы уже можете быть знакомы. Установить такой накопитель можно в любой компьютер — даже не используя переходник с 3.5-дюймового на 2.5-дюймовый слот. Пример — Toshiba OCZ TR200.

SSD AIC (Add-in Card)

Такие диски устанавливаются в слоты PCI Express, расположенные на материнской плате — те, которые обычно используются для видеокарт, RAID-контроллеров и других компонентов. Таким образом, эти SSD подходят только для настольных компьютеров, и вам нужен будет один свободный слот типа PCIe 4x или PCIe 16x. Благодаря своим размерам и эффективному охлаждению они очень быстры, но подойдут только тем, кто использует достаточно большой корпус с крупной материнской платой. Пример — Intel Optane 900P.

M.2-диски похожи на планки оперативной памяти, но их размеры еще меньше. Часто они используются в тонких ноутбуках, но в последние годы появились и в обычных компьютерах. Некоторые материнские платы даже оснащают двумя слотами типа M.2 — для того, чтобы работу двух дисков можно было организовать в RAID. Большинство моделей типа M.2 имеют длину 80 мм и ширину 22 мм (тип M.2 2280), но есть и варианты еще короче — для сверхкомпактных ПК. При этом даже в таких небольших габаритах может уместиться до 1-2 ТБ информации!

Эти 2.5-дюймовые диски похожи на обычные SATA-модели, но используют другой коннектор и интерфейс PCI Express. Благодаря этому они заметно быстрее, но и стоят куда дороже. Обычно такие диски используют в высокопроизводительных серверах со множеством свободных слотов.

Какой объем выбрать?

Держитесь подальше. Диски такой низкой емкости часто еще и ворочаются медленнее более дорогих — из-за того, что на них установлено меньше модулей памяти. В общем, это вариант для самых экономных офисных работников — для тех, кому нужны только Windows и несколько программных пакетов для работы с документами. Да и в этом случае лучше добавить 30-40 долларов.

Такие SSD-накопители все еще не слишком дороги, но уже достаточно быстры и предлагают достаточно места для установки не только ОС, но и нескольких современных игр. Подойдет такой диск и для рендеринга какого-нибудь видео (не в разрешении 8К, но). Бюджетный вариант.

SSD-диски такого объема — это обычно оптимальный выбор в соотношении цена / качество.

Такой диск будет стоить довольно дорого, зато вместит и операционную систему, и вашу медиа-библиотеку, и несколько больших современных игр AAA-класса. И еще останется!

SSD такой емкости мы рекомендуем приобретать только в случае профессиональной необходимости — в том случае, если вы работаете с объемными видеофайлами. Естественно, если бюджет неограничен, то и для игрового ПК такой диск вполне подойдет — удалять старые игры для установки новых придется редко.

4-терабайтные модели стоят как минимум $1000 и предназначены исключительно для энтузиастов и профессионалов. В большинстве случаев лучше потратить эти деньги на улучшение других компонентов компьютера — или на покупку двух SSD-дисков поменьше.

Контроллер, выносливость и тип памяти

Контроллер — это собственный процессор каждого SSD-накопителя. Он распределяет задачи записи и чтения информации, а также следит за поддержанием оптимальной скорости и обслуживанием флеш-памяти. В самые дебри вдаваться не будем, но отметим, что качество контроллера очень важно для высокоскоростных моделей — чем он быстрее, тем больше данных каждую секунду сможет обработать диск. Кроме того, от контроллера зависит выносливость накопителя — время его наработки на отказ. Флеш-память — штука не вечная, каждая ее ячейка имеет свой порог операций перезаписи. Но современные контроллеры и их прошивки с помощью хитрых оптимизаций давно подняли этот порог так высоко, что «умрет» ваш SSD лишь через несколько лет весьма интенсивного использования. Как узнать, что контроллер в конкретном SSD-диске достаточно хорош? Лучше всего прочитать обзор в профильной прессе.

За состоянием «здоровья» твердотельного накопителя помогает следить специальное ПО. Например, в случае с дисками Samsung это Samsung Magician. Кстати, модели из более продвинутых линеек (например, Samsung PRO, а не EVO) прослужат на пару лет дольше. В любом случае, волновать этот вопрос вас должен только в том случае, если вы покупаете SSD для сервера, который будет непрерывно работать с данными круглые сутки.

Типы флеш-памяти внутри SSD-диска сейчас не так уж важны — по крайней мере, если вы приобретаете модель, которую начали производить недавно (а это мы рекомендуем делать в большинстве случаев — старые и подержанные SSD брать нужно лишь тогда, когда бюджет сильно ограничен). Но если вам вдруг интересно — типов четыре. Это SLC, MLC, TLC и QLC.

SLC-память (Sigle-Layer Cell, однослойная) появилась первой и служила основой SSD-накопителей несколько лет. Каждая ее ячейка хранит один бит информации и очень долговечна, но занимает много места. Поэтому SLC-диски слишком велики, а при высокой емкости еще и очень дороги. К этому моменту SLC в большинстве случаев сменили на другие типы — эффективна она только в дата-центрах.

MLC-память (Multi-Layer Cell, многослойная) появилась после SLC. Она медленнее и дешевле, но многие модели дисков используют небольшое количество SLC-ячеек в качестве буфера, что позволяет несколько уменьшить отставание в скорости. Сейчас MLC заменена на TLC, но иногда используется в очень дорогих топовых моделях дисков.

TLC-память (Triple-Level Cell, трехслойная) на момент написания этого текста является современным стандартом. Она медленнее MLC, но еще более плотная, что позволяет выпускать весьма емкие и не слишком дорогие накопители. Большая часть TLC-дисков также использует кэш, так как сама по себе TLC-память не так уж сильно выигрывает в скорости перед HDD. В большинстве случаев это не проблема — в ходе выполнения стандартных пользовательских операций кэш не успевает переполняться. Но профессионалы, которые работают с большими объемами данных, часто выбирают диски с MLC-памятью.

Наконец, QLC-память (Quad-Level Cell, четырехслойная) должна стать следующей ступенью развития SSD-дисков. Она сделает их еще более доступными и объемными. В магазинах диски на базе QLC-памяти пока найти не получится.

Стоит поговорить и о памяти типа 3D XPoint, которая была разработана Intel и Micron (она производит SSD под брендом Crucial). Эта память потенциально значительно быстрее и долговечнее традиционных флеш-чипов. Пока что диски на базе 3D XPoint выпускает только Intel — в рамках серии Optane. Из-за низкого объема их обычно используют в качестве кэша — с HDD или более медленными SSD. Пока что эту технологию нельзя назвать зрелой — во многом из-за очень высокой стоимости.

Надеемся, что эта статься помогла вам разобраться во множестве типов и форм-факторов SSD, и теперь вы можете сделать свой выбор быстро и осведомленно! Но помните о том, что иногда лучше выбрать модель подешевле и чуть медленнее, чем переплачивать сотни долларов за прирост, который в обычных ситуациях будет просто незаметен. Если вы не игрок-энтузиаст или не работаете с видео высокой четкости — смысла гнаться за топовыми SSD нет, как и в случае с другими компонентами компьютера. Но, как было сказано еще в самом начале, даже обычный твердотельный диск мгновенно сделает ваш компьютер гораздо более отзывчивым, если вы смените им дряхлый скрипящий HDD.

SSD: устройство, компоненты и принципы работы

Если вы давно задумывались о приобретении SSD, то 2019 год — отличное время для покупки. Почему? Всё очень просто: цены на твердотельные накопители неуклонно падают, а на рынке представлено большое количество моделей на любой вкус, цвет и кошелек.

Да, твердотельные накопители всё ещё заметно дороже жестких дисков аналогичных объемов. Но снижение цен сделало их доступнее, чем полтора года назад, не говоря уже о более ранних периодах.

В сети вы можете найти огромное количество советов и руководств по покупке SSD. Эти статьи представлены в разных форматах и дают как самый минимум информации, так и подробные, развернутые советы. Однако будет правильным не только следовать советам, но и понимать, что именно вам рекомендуют и почему.

Данная статья изначально планировалась как развернутое руководство к выбору SSD, но на пути к публикации серьёзно изменила форму. Она не даст вам прямых советов по выбору и не проведёт через десятки моделей накопителей. Вместо этого она поможет разобраться с тем, что именно вам советуют руководства по покупке, что именно вы покупаете и для чего.

Для того, чтобы аудитории было легче пробиваться сквозь дебри пунктов и подпунктов, не заблудиться и не потерять нить повествования, я предлагаю ориентироваться на следующий примерный план статьи:

1. Введение. Плюсы и минусы твердотелых накопителей.

2. Общее устройство SSD и его компоненты.

3. Характеристики и принципы работы.

— Форм-фактор. Интерфейс подключения. М.2 NVMe.

— NAND-память. 3D NAND и принципы ее работы. 3D XPoint и Intel Optane.

— NAND-контроллер. Объемы памяти. Скоростные характеристики.

4. Несколько примеров. Интересные модели и цены на них.

Что ж, давайте начнем.

SSD (solid state drive, твердотельный накопитель) — это энергонезависимое запоминающее устройство, которое использует флэш-память для хранения информации.

В чём же заключается преимущество SSD перед классическим жёстким диском? Их несколько:

• Твердотельный накопитель позволяет работать с файлами более эффективно и на более высоких скоростях, чем классические жёсткие диски, тем самым повышая отзывчивость системы и скорость выполнения операций. Разница в скорости работы может достигать нескольких раз. Это касается не только загрузки системы, но и работы с фото, видео и графикой, а также времени загрузки в играх.

• Как и любая другая электроника, SSD не застрахованы от отказов. Но, по сравнению с классическими жёсткими дисками, твердотельные накопители намного надежнее. Они проще устроены, не обладают движущимися механическими компонентами и более устойчивы к физическим нагрузкам (например, к ударам и падениям).
• Современные твердотельные накопители легки, компактны и просты в установке. С их помощью можно повысить отзывчивость и скорость работы устаревшей системы путем замены жёсткого диска. Или же просто добавить SSD в систему как дополнительный накопитель.
• SSD не ограничены одним сценарием использования. Помимо функции накопителя, они могут работать в качестве кэша вашего жёсткого диска, тем самым ускоряя работу наиболее часто используемых программ и файлов.

Технология твердотельных накопителей не идеальна, поэтому стоит сразу упомянуть о некоторых минусах:

• Все SSD имеют ограниченный ресурс по количеству записываемой информации. Из-за особенностей архитектуры флэш-памяти и методов записи происходит деградация ячеек памяти. Со временем это приводит к уменьшению доступного объёма и отказу накопителя. Но не всё так плохо, как кажется на первый взгляд. Даже относительно бюджетные модели могут обладать ресурсом перезаписи в районе 200 циклов, не говоря уже о более дорогих моделях. Несложно подсчитать, что твердотельный накопитель ёмкостью в 500 ГБ и ресурсом перезаписи в 200 циклов позволит вам на протяжении 5 лет ежедневно записывать и перезаписывать 55 гигабайт информации, что немало.
• Несмотря на стремительное развитие на протяжении уже 10 лет, цена 1 гигабайта памяти SSD всё ещё значительно превышает цену 1 гигабайта памяти классического жёсткого диска. Разница составляет от двух раз у бюджетных моделей до десяти и более раз по сравнению с моделями верхнего ценового сегмента.

Возможно, SSD никогда полностью не вытеснят жесткие диски из нашей жизни. Но уже сейчас они представляют отличную альтернативу во многих сценариях использования.

Давайте перейдем к самому интересному — устройству, компонентам и принципам работы твердотельных накопителей.

Чтобы представленная в статье информация была более понятна, давайте начнем с краткого обзора устройства твердотельного накопителя, а затем перейдём к основной теме статьи — принципам работы.

Итак, основными элементами SSD являются:

• PCB — печатная плата.
• NAND-flash — флэш-память NAND; отвечает за хранение данных.
• NAND-controller — контроллер памяти; выступает в роли посредника между носителем и системой, и является процессором, отвечающим за производительность SSD.
• DRAM — кэш (присутствует не во всех моделях SSD); выступает временным хранилищем небольшого объема данных и позволяет стабилизировать износ памяти, а также ускорить доступ к файлам.
• HOST Interface — интерфейс подключения; тип соединения и протокол, через которые SSD соединяется с вашей системой.

Внешний вид твердотельных накопителей и их компоновка могут серьёзно отличаться от модели к модели.

Чтобы разобраться в работе SSD и всём разнообразии представленных на рынке моделей, рассмотрим виды твердотельных накопителей, их компоненты и принципы работы.

Как я уже упомянул в начале статьи, на данный момент на рынке представлено огромное количество различных твердотельных накопителей. Первое, что бросается в глаза — это различие форм-факторов. При выборе SSD для своей системы вы можете столкнуться со следующими форматами:

• mSata — несколько устаревший формат низкопрофильной платы, предназначенный для ноутбуков, планшетов и портативной техники; использует подключение через интерфейс SATA.
• 2.5 дюйма — всем знакомый по портативным жёстким дискам формат, который используется как в настольных системах, так и в ноутбуках; использует подключение через интерфейс SATA.
• M.2 — современный формат низкопрофильной платы, позволяющий осуществлять подключение через специальный слот M.2; использует подключение как через интерфейс SATA, так и через PCI-Express.
• PCI-Express AIC — карты расширения для слотов PCI-Express, предназначенные для настольных компьютеров, рабочих станций и серверов.
• U.2 — формат 2.5-дюймовых накопителей, разработанный для использования через интерфейс PCI-Express при помощи специального коннектора малого формата.

Интерфейс подключения SSD напрямую влияет на его скорость. Подробнее об этом — в следующем пункте.

Максимальная скорость передачи данных твердотельного накопителя ограничена типом подключения.

SSD потребительского сегмента используют подключение через интерфейсы SATA и PCI-Express:

• SATA/mSATA — обеспечивает передачу данных на скоростях до 6 Гбит/сек (SATA III).
• M.2 SATA — обеспечивает передачу данных на скоростях до 6 Гбит/сек (SATA III).
• M.2 NVMe — обеспечивает передачу данных по линиям PCI-Exprees на скоростях до 31.5 Гбит/сек (PCI-Express 3.0 x4).
• AIC NVMe — обеспечивает передачу данных на скоростях до 31.5 Гбит/сек (PCI-Express 3.0 x4).

Далее я бы хотел сделать небольшое отступление и подробнее остановиться на стандарте М.2 и протоколе NVMe, о которых упомянул выше.

Наиболее распространёнными форм-факторами современных потребительских твердотельных накопителей являются 2.5-дюймовый и М.2 форматы.

2.5-дюймовые SATA SSD можно охарактеризовать как некий переходный вариант в цепи развития твердотельных накопителей. Они позволяют установить новый тип накопителя в старую систему, тем самым получив все плюсы использования SSD без замены ключевых компонентов ПК.

М.2 — это современный стандарт, доля которого на рынке стремительно растет. Твердотельные накопители формата М.2 могут подключаться как по линиям SATA, так и по линиям PCIe, используя протокол NVMe. М.2 отличается от прочих форм-факторов комплексностью. Давайте рассмотрим его подробнее.

Стандарт M.2 был разработан консорциумами PCI-SIG и SATA-IO. Изначально он назывался NGFF — Next Generation Form Factor (Форм-Фактор Следующего Поколения) и был переименован в М.2 в 2013 году.

В форм-факторе М.2 выпускается большое количество карт расширения, такие как:

• модули Wi-Fi, Bluetooth и NFC.
• модули WiGig и Wireless WAN (WWAN).
• модули спутниковый навигации и цифрового радио.
• модули SSD.

Стандарт М.2 включает в себя:

• 12 вариантов подключений (keying options), обозначающихся литерами от A до M.
• 4 варианта ширины устройств (12, 16, 22 и 30 мм).
• 8 вариантов длины (16, 26, 30, 38, 42, 60, 80 и 110 мм).
• 7 вариантов толщины (высоты) устройств.

Твердотельные накопители М.2 за счёт своей компактности отлично подходят для установки как в обычные модели ноутбуков, так и в ультрабуки.

Самыми распространенными вариантами M.2 SSD являются:

• 2280 — имеют длину 80 мм и ширину 22 мм
• 2260 — имеют длину 60 мм и ширину 22 мм
• 2242 — имеют длину 42 мм и ширину 22 мм
• 2230 — имеют длину 30 мм и ширину 22 мм

Большинство материнских плат стандарта ATX, имеющих в своем составе M.2 слот(ы), поддерживают установки М.2 накопителей длиной от 42 мм до 80 мм. Отдельные модели поддерживают установку M.2 22110 SSD длиной 110мм.

У вас может возникнуть логичный вопрос: а зачем мне нужна эта информация? Всё просто — анализ совместимости накопителей различного типа и размера с вашей системой поможет выбрать подходящую модель, которая подойдет вам как по своим техническим характеристикам, так и по размерам.

NVMe (NVM Express) представляет собой спецификацию протокола доступа к твердотельным накопителям, подключённым по шине PCI-Express. «NVM» в названии спецификации обозначает энергонезависимую память (non-volatile memory).

Логический интерфейс NVM Express был разработан с нуля. Его основные цели — получение низких задержек и эффективное использование высокого параллелизма твердотельных накопителей.

Накопители, использующие NVM Express, могут представлять собой платы расширения PCI-Express (AIC), накопители U.2 и накопители форм-фактора М.2.

Твердотельные накопители M.2 NVMe отличаются компактными размерами и имеют все преимущества подключения через интерфейс PCI-Express — они обладают более высокими скоростями и более низкими задержками, чем SATA SSD. Их главным минусом является снижение производительности при перегреве (троттлинг), которое может возникать во время длительной высокой нагрузки.

Однако при сравнении производительности NVMe SSD и традиционных SATA SSD в повседневной работе и реальных сценариях использования наблюдается лишь небольшой разрыв. Всё дело в том, что в какой-то момент скорость считывания данных сравнивается со скоростью их обработки, и дальнейший рост характеристик не приводит к улучшению производительности. В таких случаях ситуацию может улучшить дальнейшая оптимизация приложений и увеличение производительности остальных компонентов системы.

Думаю, на этом знакомство с форм-факторами твердотельных накопителей можно наконец завершить и перейти к отдельным компонентам и принципам их работы. Начнем мы с памяти.

NAND-флэш является основным и самым дорогостоящим компонентом твердотельного накопителя. Выделим три основных типа памяти, используемых в современных SSD:

• Planar NAND / 2D NAND — устаревший вариант NAND памяти, который характеризуется однослойной структурой расположения ячеек памяти.
• 3D NAND / V-NAND — современный и самый распространенный на сегодняшний день тип флэш-памяти в твердотелых накопителях, который характеризуется многослойной структурой расположения ячеек памяти.
• 3D XPOINT — совместная разработка Intel и Micron, являющаяся более быстрой и более дорогой альтернативой 3D NAND памяти.

Так как 3D NAND является самым распространенным типом памяти в твердотельных накопителях, давайте рассмотрим подробнее её виды и принцип работы.

Тип 3D NAND памяти, используемый в накопителе, напрямую влияет на его эффективность и долговечность. На данный момент в твердотельных накопителях вы можете встретить следующие типы 3D NAND памяти:

• SLC — имеет ячейки памяти, содержащие один бит информации; самая эффективная, долговечная и дорогая 3D NAND памятью, использующаяся в серверных и профессиональных накопителях.
• MLC — имеет ячейки памяти, содержащие два бита информации; следующая по характеристикам и цене после SLC.
• TLC — имеет ячейки памяти, содержащие три бита информации; самая распространенная память в потребительских устройствах массового сегмента, обеспечивающая хорошее соотношение цены и характеристик.
• QLC — имеет ячейки памяти, содержащие 4 бита информации, и является самой дешёвой и самой слабой по характеристикам памятью, при этом позволяя создавать на своей основе накопители большого объёма.

Самым главным отличием различных типов 3D NAND памяти является их долговечность. Дабы понять, за счёт чего возникает эта разница, рассмотрим принцип работы 3D NAND памяти.

Память NAND состоит из ячеек транзистора с плавающим затвором, которые сохраняют заряженное состояние при отсутствии источника питания. Плавающие затворы содержат электроны, а заряженное состояние представлено двоичным разрядом 0 и разряженным состоянием 1. Двоичный бит 0 представляет данные, хранящиеся в памяти NAND.

Ячейки присутствуют в сетке, известной как блок. Отдельная строка в блоке называется страницей и поддерживает размеры 2К, 4К, 8К и 16К. Каждый блок содержит 128-256 страниц, поэтому приблизительный его размер варьируется от 256Кб до 4Мб.

3D NAND память типа SLC хранит 1 бит информации, MLC — 2 бита, TLC — 3 бита. Такая схема выглядит следующим образом.

Флэш-память сохраняет информацию путем захвата электронов в ячейках. Присвоенный ячейке заряд и определяет наличие данных. Процесс ввода-вывода электронов оказывает негативное воздействие на структуру ячейки, а часть электронов «застревает». Эти электроны создают отрицательный заряд, уменьшая диапазон напряжений, доступных для представления данных. Чем меньше становится этот диапазон, тем труднее твердотельным накопителям выполнять запись и проверять её достоверность.

Накопление электронов особенно разрушительно при более высоких битовых плотностях. MLC-память должна различать четыре возможных значения в пределах уменьшающегося окна напряжений, но TLС-память должна отслеживать в два раза больше значений, а QCL — в четыре раза больше. В результате память с более плотной компоновкой «прожигается» быстрее, тем самым имея меньший ресурс.

Продолжение цикла записи в конечном итоге приводит к тому, что ячейки становятся ненадёжными. Эти ячейки в дальнейшем удаляются и заменяются флэш-памятью, извлеченной из «резервной области» накопителя. Этот резерв новой области флэш-памяти гарантирует, что твердотельный накопитель сохраняет доступную для пользователя ёмкость хранилища, даже если отказ отдельных ячеек выводит из строя часть памяти. В конечном итоге и этот резерв истощается, и накопитель начинает выходить из строя.

Рассматривая типы памяти подробнее, нельзя не упомянуть относительно свежую разработку корпорации Intel — память 3D XPoint и накопители Intel Optane на её основе.

Intel и Micron начали совместную работу над памятью 3D XPoint в 2012 году. Ранее Intel и Micron уже занимались совместной разработкой других типов энергонезависимой памяти. Архитектура 3D XPoint использует халькогенидные материалы как для селектора, так и для хранения данных в ячейках памяти. Технология не основана на электронах и использует изменение электрического сопротивления материалов.

В отличие от NAND-памяти, у 3D XPoint нет привязки операций записи к страницам и привязки операций стирания к блокам. Кроме того, отсутствует необходимость удалять данные перед операцией записи. Это позволяет добиться сверхнизких задержек и высоких показателей чтения-записи. А так как операции с электронами в памяти 3D XPoint не используются, то и износостойкость у неё очень высокая.

Отдельные ячейки памяти в XPoint адресуются при помощи селектора, и для доступа к ним не требуется транзистор (как в технологии NAND), что позволяет уменьшить площадь ячейки и увеличить плотность их размещения на кристалле.

Intel выпускает устройства на базе памяти 3D XPoint под брендом Optane, а Micron — под брендом QuantX.

Потребительские накопители Intel Optane делятся на 3 основных модельных ряда:

• накопители малого объёма для кэширования данных (ускорение работы вашего жесткого диска).
• накопители среднего объёма для установки операционной системы и небольшого набора программ.
• накопители большого объёма для любых задач.

Если сравнивать цену на 1ГБ памяти 3D NAND и 1ГБ памяти 3D XPoint (на основе цен накопителей), то последняя дороже в 3-4 раза. Однако разница в цене компенсируется большой износостойкостью и невероятно низкими задержками доступа.

Также стоит отметить, что поддержку технологии Intel Optane имеют не все процессоры и наборы системной логики. Для использования этого типа твердотелых накопителей вам понадобится процессор 8-й серии или новее, и материнская плата с чипсетом 200-й серии или новее.

На этом можно закончить долгое отступление о принципах работы памяти и вернуться к объяснению работы отдельных компонентов. На очереди у нас — контроллер памяти.

Каждый SSD включает в себя контроллер, соединяющий компоненты памяти NAND с вашей системой. Контроллер представляет собой встроенный процессор, который выполняет код встроенного программного обеспечения и является одним из наиболее важных для производительности элементов твердотельного накопителя.

Давайте рассмотрим некоторые функции, за которые отвечает контроллер памяти:

• Bad Block Mapping — контроль вышедших из строя секторов памяти; позволяет контролировать наличие и положение повреждённых секторов и избегать размещения в них данных.
• Read and Write Caching — кэширование часто используемых данных; позволяет ускорить работу с файлами.
• Encryption — шифрование файлов.
• Crypto-shredding — криптошредирование; «удаление» данных путем преднамеренного удаления или перезаписи ключей шифрования.
• Error detection and correction via error-correcting code (ECC) — обнаружение и исправление ошибок связи; обеспечивает контроль целостности данных при записи/чтении информации или при её передаче.
• Garbage collection — сборка мусора; технология оптимизации удаления и записи страниц и блоков памяти.
• Read scrubbing and read disturb management — функции исправления «мягких ошибок» памяти и повреждённых блоков.
• Wear leveling — выравнивание износа памяти; позволяет увеличить срок службы твердотелого накопителя.

Контроллеры создаются как фирмами-производителями памяти и твердотельных накопителей (Intel, Samsung, Toshiba и др.), так и сторонними компаниями (Marvell, SandForce, SiliconMotion, Phison). Сами контроллеры, как и SSD в которые они устанавливаются, разделяются на категории в зависимости от назначения устройства. В накопители корпоративного сегмента устанавливаются самые дорогие и продвинутые модели, в то время как в бюджетные потребительские решения — базовые.

Заявленный объём флэш-памяти на устройствах отличается от реального объема доступного пользователю. Это является следствием методики подсчета, используемой производителями.

Однако при выборе SSD легко заметить, что даже заявленные объёмы памяти отличаются от таковых у обычных флэш-накопителей. Например:

• 240 или 250 гигабайт вместо 256
• 480 или 500 гигабайт вместо 512
• 960 или 1000 гигабайт вместо 1024

Происходит это из-за использования функции Over-provisioning.

Over-provisioning представляет собой резервирование дополнительного пространства памяти. Оно производится на стадии программирования прошивки для улучшения производительности и уменьшения влияния эффектов износа памяти.

Основными потребительскими характеристиками SSD, которые непосредственно характеризуют его скорость и эффективность работы, являются:

• Max Sequential Reads/Writes — максимальная скорость последовательного чтения и записи; скорость работы SSD с большими файлами на протяжении длительного отрезка времени.
• IOPS — операции ввода вывода в секунду; демонстрирует скорость работы SSD со случайными блоками по 4 KB и характеризует эффективность накопителя в типовых сценариях использования.
• Access Time (Latency) — время доступа или задержка показывает, какое количество времени необходимо накопителю, чтобы начать обработку файла.
• TBW / Cycles — суммарное количество информации, которое можно записать и перезаписать на SSD; характеризует рабочий ресурс накопителя.

В перечислении ТТХ твердотельных накопителей можно встретить упоминание поддержки функций TRIM и NCQ. Кратко, их работа заключается в следующем:

• TRIM — команда логического интерфейса ATA, которая помогает улучшить эффективность удаления информации и поддерживать высокую скорость записи.
• NCQ (Native Command Queuing) — технология оптимизации чередования команд, которая способствует ускорению доступа к данным.

Мы разобрали основные характеристики и форматы потребительских SSD, их компоненты и принципы работы. Для того, чтобы всю полученную информацию было легче усвоить, я приведу примеры хороших, на мой взгляд, твердотельных накопителей, которые можно было бы рекомендовать к покупке. Но данный пункт стоит рассматривать не как руководство, а как наглядную демонстрацию различных типов SSD.

Мы остановимся на некоторых моделях компаний Samsung, Western Digital, Intel, AData. На их основе я предложу вам примеры для ознакомления. Остановимся на моделях ёмкостью 500ГБ и 1ТБ для того, чтобы список не получился огромным. И пусть вас не смущает доминация Samsung в моем списке — конкуренция на рынке накопителей очень большая, и каждый может найти модель для себя.

Формат будет следующим:

Название модели — (краткие характеристики) — средняя цена на Яндекс.Маркете.

Отмечу отдельно — именно средняя! Разница между самой высокой ценой и самой низкой может быть довольно существенна, особенно при выборе дорогих моделей. Поэтому средняя цена служит лишь приблизительным ориентиром.

WD Blue 2.5 SATA 500GB — (TLC, 84000 IOPS, TBW 200TB, TRIM, NCQ) — 4880 р.

WB Blue M.2 SATA 500GB — (TLC, 84000 IOPS, TBW 200TB, TRIM, NCQ) — 4650 р.

Samsung 860 EVO 2.5 SATA 500 GB — (TLC, 90000 OPS. 512MB Cache, TRIM) —7200 р.

Intel 545s 2.5 SATA 512GB — (TLC, 85000 IOPS, TBW 288TB, NCQ, TRIM) — 6500 р.

WD Blue 2.5 SATA 1TB —(TLC, 84000 IOPS, TLC, TBW 400TB, TRIM, NCQ) — 9500 р.

Samsung 970 EVO M.2 NVMe SSD 500GB — (TLC, 450000 IOPS, TBW 300TB, Cache 512MB, TRIM) — 10000 р.

Samsung 970 PRO M.2 NVMe SSD 500GB — (MLC, 500000 IOPS, TBW 600TB, Cache 512MB, TRIM) — 12000 р.

Samsung 860 Pro 2.5 SATA SSD 512GB — (MLC, 90000 IOPS, TBW 600TBm Cache 512MB, TRIM) — 11000 р.

Samsung 860 QVO 2.5 SATA SSD 2000GB — (QLC, 89000 IOPS, TBW 720TB, Cache 2048MB, TRIM, NCQ) — 19000 р.

Samsung 860 PRO 2.5 SATA SSD 1024GB — (MLC, 90000 IOPS, TBW 1200TB, Cache 1024MB, TRIM) — 22000 р.

Intel Optane 800p M.2 NMVe SSD 118GB — (3D XPoint, 145000 IOPS, TBW 365TB) — 16000 р.

Надеюсь, данный пункт дал вам наглядную информацию о разнообразии представленных на рынке моделей. Потому что статья подошла к своему концу и время подводить итог.

Статья получилась достаточно большой и сложной для восприятия, поэтому я сознательно ограничил объём информации и не упомянул о некоторых моментах. Но я надеюсь, что представленная информация будет вам полезна и подвигнет на дальнейшее изучение темы уже самостоятельно. Ведь, по моему мнению, любой человек, активно сталкивающийся с какой-то современной технологией, должен иметь хотя бы базовое представление о принципах её работы. Но, возможно, это всего лишь я.

В заключении хотелось бы дать ссылки на несколько полезных ресурсов, на которых вы можете посмотреть обзоры твердотельных накопителей или почитать интересные статьи по данной теме. И по многим другим тоже.

Не стоит забывать и о Википедии — в ней имеется большое количество статей по теме NAND-памяти, SSD и их компонентам.

На этом всё. Всем добра и качественных железок.

За редактуру выражаю отдельную благодарность Егору Аргунову, Шани и Антону Рахманинову.