Почему сектора SSD имеют ограниченную стойкость при записи?
Я часто вижу, что люди говорят, что сектора SSD имеют ограниченное количество операций записи, прежде чем они начинают работать плохо, особенно по сравнению с классическими (вращающимися дисками) жесткими дисками, где большинство из них выходит из строя из-за механического отказа, а не из-за проблем в секторах. Мне любопытно, почему это так.
Я ищу техническое, но ориентированное на потребителя объяснение, то есть точный компонент, который выходит из строя и почему частые записи влияют на качество этого компонента, но объясняется таким образом, что он не требует чрезмерных знаний о SSD.
7 ответов 7
NAND flash хранит информацию, контролируя количество электронов в области, называемой «плавающим затвором». Эти электроны изменяют проводящие свойства ячейки памяти (напряжение затвора, необходимое для включения и выключения ячейки), которое, в свою очередь, используется для хранения одного или нескольких битов данных в ячейке. Вот почему способность плавающего затвора удерживать заряд имеет решающее значение для способности ячейки надежно хранить данные.
Запись и стирание процессов вызывают износ
При записи и удалении во время обычного использования оксидный слой, отделяющий плавающий затвор от подложки, ухудшается, уменьшая его способность удерживать заряд в течение длительного периода времени. Каждое твердотельное запоминающее устройство может выдержать конечную степень деградации, прежде чем оно станет ненадежным, то есть оно может функционировать, но не всегда. Количество операций записи и стирания (циклы P/E), которые может выдержать устройство NAND при сохранении согласованного, предсказуемого результата, определяет его стойкость.
Представьте себе кусок обычной бумаги и карандаш. Теперь не стесняйтесь писать и стирать столько раз, сколько пожелаете, в одном месте на бумаге. Сколько времени нужно, чтобы пройти через бумагу?
SSD и USB-накопители имеют эту базовую концепцию, но на электронном уровне.
Проблема заключается в том, что используемая подложка NAND-вспышки подвергается деградации при каждом стирании. Процесс стирания включает в себя попадание во флэш-ячейку относительно большого заряда электрической энергии, что приводит к незначительной деградации полупроводникового слоя на самой микросхеме.
Это повреждение в долгосрочной перспективе приводит к увеличению частоты ошибок по битам, которые можно исправить с помощью программного обеспечения, но в конечном итоге процедуры кодирования ошибок в контроллере флэш-памяти не справляются с этими ошибками, и флэш-ячейка становится ненадежной.
Мой ответ взят от людей с большим знанием, чем я!
Твердотельные накопители используют так называемую флэш-память. Физический процесс происходит, когда данные записываются в ячейку (электроны движутся внутрь и наружу). Когда это происходит, это разрушает физическую структуру. Этот процесс очень похож на водную эрозию; в конце концов это слишком много, и стена уступает. Когда это происходит, ячейка становится бесполезной.
Другой способ заключается в том, что эти электроны могут «застрять», затрудняя правильное считывание клетки. Аналогия этому — много людей говорят одновременно, и трудно кого-либо услышать. Вы можете выбрать один голос, но это может быть не тот голос!
Твердотельные накопители пытаются равномерно распределить нагрузку между используемыми ячейками, чтобы они равномерно изнашивались. Со временем клетка умрет и будет помечена как недоступная. У SSD есть область «сверхобеспеченных ячеек», то есть запасных ячеек (думаю, заменители в спорте). Когда клетка умирает, вместо нее используется одна из них. В конечном итоге все эти дополнительные ячейки также используются, и SSD постепенно становится нечитаемым.
Надеюсь, что это был удобный для потребителей ответ!
Почти все потребительские твердотельные накопители используют технологию памяти, называемую флэш-памятью NAND. Предел выносливости записи зависит от того, как работает флэш-память.
Проще говоря, флэш-память работает путем хранения электронов внутри изолирующего барьера. Считывание ячейки флэш-памяти включает проверку уровня ее заряда, поэтому для сохранения сохраненных данных заряд электрона должен оставаться стабильным во времени. Чтобы увеличить плотность хранения и снизить стоимость, большинство твердотельных накопителей используют флэш-память, которая различает не только два возможных уровня заряда (один бит на ячейку, SLC), но четыре (два бита на ячейку, MLC), восемь (три бита на ячейку, TLC) или даже 16 (четыре бита на ячейку, TLC).
Запись во флэш-память требует возбуждения повышенного напряжения для перемещения электронов через изолятор, процесс, который постепенно изнашивает его. Поскольку изоляция изнашивается, элемент становится менее способным поддерживать стабильный заряд электрона, что в конечном итоге приводит к тому, что элемент не может сохранять данные. При использовании TLC и, в частности, QLC NAND, элементы особенно чувствительны к этому дрейфу заряда из-за необходимости различать большее количество уровней для хранения нескольких бит данных.
Для дальнейшего увеличения плотности хранения и снижения стоимости процесс, используемый для изготовления флэш-памяти, был значительно сокращен до 15 нм сегодня, а меньшие элементы быстрее изнашиваются. Для плоской флэш-памяти NAND (не 3D NAND) это означает, что, хотя SLC NAND может длиться десятки или даже сотни тысяч циклов записи, MLC NAND обычно подходит только для 3000 циклов, а TLC — от 750 до 1500 циклов.
3D NAND, который укладывает ячейки NAND друг на друга, может обеспечить более высокую плотность хранения без необходимости уменьшать ячейки до минимума, что обеспечивает более высокую стойкость записи. В то время как Samsung вернулась к 40-нм процессу для своей 3D NAND, другие производители флэш-памяти, такие как Micron, решили использовать небольшие процессы в любом случае (хотя и не такие маленькие, как плоские NAND) для обеспечения максимальной плотности хранения и минимальных затрат. Типичные рейтинги выносливости для 3D TLC NAND составляют от 2000 до 3000 циклов, но могут быть выше в устройствах корпоративного класса. 3D QLC NAND обычно рассчитан на 1000 циклов.
Новая технология памяти под названием 3D XPoint, разработанная Intel и Micron, использует совершенно другой подход к хранению данных, который не подвержен ограничениям выносливости флэш-памяти. 3D XPoint также значительно быстрее, чем флэш-память, достаточно быстро, чтобы потенциально заменить DRAM в качестве системной памяти. Intel будет продавать устройства с использованием технологии 3D XPoint под брендом Optane, а Micron будет продавать устройства с 3D XPoint под брендом QuantX. Потребительские твердотельные накопители с этой технологией могут появиться на рынке уже в 2017 году, хотя я уверен, что по соображениям стоимости 3D NAND (в основном из серии TLC) будет доминирующей формой массового хранения в течение следующих нескольких лет.
TRIM SSD диска, объясняем для чего он нужен
Вы когда-нибудь замечали, что, когда вы заходите в настройки Windows, чтобы проверить состояние ssd накопителей, там написано «оптимизация и дефрагментация»? Что именно оптимизируется и зачем это нужно? Это то же самое, что дефрагментация, или что-то совершенно другое? Все подобные вопросы заслуживают подробных ответов, поэтому в этой статье мы разберем этот вопрос.
TRIM ssd диска — это процесс, который помогает всегда поддерживать на уровне производительность твердотельного накопителя. TRIM работает путем периодического стирания блоков данных, которые больше не используются. Затертые данные не всегда удаляются сразу, так как это сложный процесс, и алгоритм сам решит, когда именно произойдет затирание данных. Но когда это происходит, это не только освобождает место на диске, но и помогает SSD работать лучше и дольше.
Просто, да? Однако то, что происходит на самом деле, немного сложнее.
Чтобы понять, почему твердотельные накопители не удаляют файлы, когда вы нажимаете на кнопку «удалить», для этого нам нужно быстро пройтись по теории процесса удаления данных. Приведенный ниже ssd samsung относится к относительно старым моделям sata ssd (850 Pro), но даже новейшие твердотельные накопители не сильно отличаются с точки зрения компонентов, из которых и состоит сам диск.
Чип посередине — это процессор, который управляет всеми инструкциями, потоком данных, шифрованием и другими алгоритмами. Над ним находится с небольшим объемом DRAM, который действует как кэш инструкций и данных, а также хранит таблицу местоположений данных на диске. Справа и ниже процессора находятся два модуля флэш-памяти NAND — это чипы, в которых хранятся все данные, и именно в них нам нужно разобраться.
Глубоко внутри этих чипов находятся миллиарды мельчайших компонентов, называемых металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы с плавающим затвором и улавливанием заряда. Поскольку это название не совсем слетает с языка, эту технологию обычно называют флэш-памятью с ловушкой заряда (CTF), и она является наиболее часто используемой системой для хранения данных в современных твердотельных накопителях.
Каждая CTF действует как отдельная единица хранения, известная как память или битовая ячейка, к которой подключены три эл. дорожки. CTF сгруппированы вместе, сначала как длинный столбец (строка), содержащий от 32 до 128 ячеек.
Ячейки в строке имеют общую трассу (битовую строку), которая используется для чтения хранящихся в них данных. Те, которые находятся в одной строке друг с другом (известные как page-страница), все подключены к общей трассе (Word line). Линии выбора строки и земли используются в сочетании с Word line, чтобы определить, происходит ли процесс чтения, записи или стирания.
Массив строк и страниц образует так называемый блок. Размеры страниц и блоков сильно различаются: первые имеют размер всего 4 КБ, а вторые — 512 КБ, хотя многое зависит от производителя и модели. Один кристалл флэш-памяти NAND будет состоять из тысяч блоков, а сами модули флэш-памяти могут содержать несколько кристаллов. Эти обширные, сложные сети дорожек и транзисторов и составляют каждое устройство флэш-памяти, от USB-накопителей стоимостью в несколько сотен рублей до многотерабайтных твердотельных накопителей промышленного уровня, в том числе ssd для ноутбука или компьютера.
Флэш-память NAND
Страницы и блоки важны, потому что все ячейки памяти в этой структуре имеют одну и ту же подложку — кусок полупроводникового материала, такого как кремний, на котором построены все транзисторы. Чтобы стереть данные из любой ячейки, необходимо использовать высокое отрицательное напряжение, заставляя любые электроны, хранящиеся в CFT, течь в подложку. К сожалению, это означает, что процесс стирания очищает каждую ячейку в блоке, а не только одну из них.
Еще одна особенность флэш-памяти NAND заключается в том, что ячейки памяти не могут быть заполнены новыми данными до тех пор, пока все ячейки не будут очищены. Другими словами, твердотельные накопители никогда не записывают новые данные напрямую поверх старых, как это делают традиционные hdd диски. И там, где стирание должно выполняться на уровне блоков, запись в них выполняется на уровне страниц, а это означает, что записывание в ssd диске происходит намного быстрее, чем стирание.
Процесс записывание и стирания также каждый раз повреждает ячейки памяти, изнашивая слой внутри транзистора, хранящий заряд. Чтобы увеличить срок службы микросхем, процессор, управляющий ими, в цикличном режиме перебирает все блоки, до тех пор, пока не пройдется по каждому, прежде чем вернуться к началу. Флэш-память NAND определенно странная — быстро пишет, медленно стирает, и вредит сама себе при выполнении любой операции!
Разбрасывать мусор
Теперь давайте вернемся к пониманию того, что такое TRIM SSD. Для этого возьмем воображаемый SSD диск со страницами по 4 КБ и блоками по 256 КБ, то есть 64 страницы на блок. Что произойдет, если вы захотите удалить один файл, который занимает 3056 КБ на вашем SSD диске? Этот файл будет занимать 764 страницы — 11 полных блоков и один с 60 из 64 используемых страниц. Как мы можем удалить этот файл, не рискуя затронуть последние 4 страницы, поскольку они могут содержать данные для другого файла? Кажется, мы в тупике!
Спасение приходит в виде команды TRIM SSD. Все данные остаются на накопителе до тех пор, пока не будет получено явное указание что-то с этим сделать. Файлы и папки, которые были удалены операционной системой, помечаются как ненужные, и при выполнении команды TRIM SSD, таблица, хранящаяся в DRAM (или в самой флэш-памяти NAND, если на диске нет DRAM) после этого обновляется, чтобы отразить изменения.
Обратите внимание, что не все производители твердотельных накопителей используют термин TRIM, но Windows использует его, поэтому мы будем придерживаться этого термина. Данные не стираются сразу после отправки команды TRIM SSD — это происходит либо когда диск простаивает, либо когда он в следующий раз записывает какие-то данные в блок. Какой метод использовать, зависит от производителя: например, модели потребительского уровня обрабатывают стирание в режиме ожидания, а модели корпоративного уровня обычно делают это при записи. Данные, помеченные для удаления, стираются, когда программа флэш-памяти NAND запускает процесс, называемый «сборкой мусора». Это включает в себя чтение блока, и любые страницы, которые необходимо сохранить, копируются в кеш, и затем записываются в полностью пустой блок. Затем предыдущие страницы вместе со страницами, помеченными для удаления, стирается. В некотором смысле этот процесс для твердотельных накопителей является тем же, чем и дефрагментация для традиционных жестких дисков (HDD), но это не одно и то же.
Является ли TRIM тем же, что и дефрагментация?
TRIM ssd диска и дефрагментация — это не одно и то же. Дефрагментация — это процесс, который используется для оптимизации производительности жестких дисков (HDD) путем переупорядочения данных на диске таким образом, чтобы они сохранялись непрерывно. Это повышает эффективность накопителя за счет сокращения времени, необходимого для чтения и записи данных. С другой стороны, TRIM специфичен для твердотельных накопителей и используется для поддержания производительности диска с течением времени. Использование флэш-памяти означает, что ssd диски имеют ограниченное количество циклов записи. Когда данные удаляются с твердотельных накопителей, занимаемое ими пространство не сразу становится доступным для повторного использования. Вместо этого прошивка диска помечает пространство как «недопустимое» и не перезаписывает его до тех пор, пока не будет выполнен процесс TRIM. Этот процесс помогает предотвратить замедление работы диска.
«Сборка мусора» благотворно влияет на срок службы SSD диска и его общую производительность, а TRIM просто делает работу твердотельного накопителя лучше (иногда эти два термина используются взаимозаменяемо). Это связано с тем, что без команды «сборщик мусора» на ssd диске будут постоянно уплотнятся заполненные блоки страницами. Чтобы сохранить только что стертые блоки доступными для записывания, но это означает, что нежелательные страницы также будут перемещены, что приведет к пустой трате времени и увеличению износа ячеек памяти. Поскольку TRIM явно указывает, какие страницы теперь являются нежелательными, их можно не трогать во время сборки мусора и удалять по мере необходимости.
Чтобы проверить активацию опции TRIM в современных операционных системах (Windows 7 и выше), которая включена по умолчанию, необходимо запустить «Командную строку» от имени администратора. Введите команду «fsutil behavior query disabledeletenotify» и нажмите Enter. Если TRIM включен, система выдаст значение 0, как показано на скриншоте. Если он отключен, значение будет равно 1.
Автоматизация TRIM
Процесс TRIM автоматически запускается Windows, когда вы безвозвратно удаляете файл (то есть удаляете его из корзины), но это не происходит мгновенно. Он добавляется в очередь и обрабатывается, когда SSD диск готов для этого. Однако эта очередь имеет максимальный размер и, если она будет заполнена, некоторые из этих запросов TRIM будут удалены. По умолчанию Windows планирует повторный запуск команд TRIM на регулярной основе.
Вы можете сами управлять этим процессом, но это делать не рекомендуется. Если вы настаиваете, перейдите в проводник, щелкните правой кнопкой мыши диск, выберите «Свойства», а затем перейдите на вкладку «Сервис». Наконец, нажмите на кнопку с надписью «Оптимизировать». Если на вашем ПК нет твердотельных накопителей, оптимизация просто запускает обычную дефрагментацию диска, но для устройств с флэш-памятью NAND нажатие этой кнопки повторно выдаст команду TRIM. На самом деле вы не заставите диск что-то делать во вред. Не беспокойтесь о том, что запускаете процесс слишком часто, SSD прекрасно сам о себе позаботится!
Почему в некоторых случаях твердотельные накопители не могут быть оптимизированы?
Это потому, что ssd диск использует динамический том, который не поддерживает обрезку. Базовые тома распознают команду TRIM, и для большинства пользователей в любом случае лучше использовать этот тип тома диска. Если ваша операционная система или конфигурация SSD не поддерживает TRIM, это не очень плохие новости — «сборка мусора» все равно происходит, но этот процесс не так эффективен. Старые удаляются просто потому, что диск в конечном итоге перезапишет в какой-то момент ненужные страницы. Для ПК с Windows 7 TRIM поддерживается только на твердотельных накопителях SATA. Для машин с NVMe дисками trim доступен только в Windows 8, 10 и 11. TRIM был добавлен в MacOS в последнем обновлении Snow Leopard еще в 2011 году. Большинство дистрибутивов Linux также поддерживают эту операцию, но не все файловые системы совместимый — говоря об этом, RAID-системы обычно не поддерживают TRIM, хотя ситуация постепенно улучшается. Теперь вы знаете, что такое TRIM и чем он полезен для вашего SSD диска. А для удобного поиска и выбора интересующего вас товара пользуйтесь нашим каталогом цен в интернет магазинах Alligator.
Когда умрёт мой SSD — расчёт срока жизни
У каждого SSD есть ресурс на количество циклов перезаписи, то есть объём записанной информации в течение всей жизни. Физика и механика SSD очень сложные, но долговечность накопителя в итоге сводится к простому правилу — чем больше на него пишешь, тем меньше он проживёт.
У одних SSD критический сбой происходит через несколько месяцев, другие работают годами. Это зависит от качества комплектующих, условий эксплуатации и везения. В общем, как у людей.
Срок жизни SSD ограничен, потому что ячейки флеш-памяти NAND выдерживают ограниченное количество циклов перезаписи (циклы P/E, «program / erase»). По мере перехода производителей флеш-памяти с технологии Multi Level Cell (MLC/DLC, 2 бита на ячейку) на Triple Level Cell (TLC, 3 бита), Quad-level cell (QLC, 4 бита) и Penta-level cell (PLC, 5 бит, пока находится в разработке) ресурс P/E уменьшается из-за увеличения сложности производства. Причём уменьшается кратно.
Например, древняя однобитная SLC на этапе анонса технологии NAND выдерживала 100 тысяч циклов перезаписи, двухбитная MLC/DLC — уже 10 тысяч. С увеличением плотности записи и ёмкости накопителей снижается цена гигабайта, но увеличивается сложность и уменьшается ресурс ячеек памяти.
Уменьшение ресурса P/E с увеличением технологической сложности производства флеш-памяти, источник
Производители пытаются увеличить срок жизни SSD разными способами: интеллектуальное распределение нагрузки (прошивка SSD, контроллер), отслеживание и коррекция ошибок, резервный кэш накопителя.
Показатели DWPD и TBW
Обычно производитель указывает два параметра, которые позволяют рассчитать срок эксплуатации накопителя: DWPD и TBW. Например, для NVMe SSD 980 PRO заявлен гарантийный показатель 150 TBW для накопителя на 250 ГБ и 600 TBW для модели 1 ТБ.
- Terabytes Written (TBW) = количество терабайт, которые можно записать на SSD в течение срока эксплуатации.
- Drive Writes Per Day (DWPD или DW/D) = расчётная нагрузка на SSD (в день) во время срока эксплуатации, который составляет три-пять лет.
Если в технических характеристиках 4-терабайтного SSD указано «пять лет, 1 DWPD», то накопитель рассчитан на 4 терабайта записи в день в течение 365*5 = 1825 дней, то есть:
Такой объём записи должен выдержать накопитель в течение гарантийного срока.
Для разных накопителей количество TBW кратно отличается при одинаковом DWPD. То есть 1 DWPD для 15-терабайтного диска означает в 15 раз больший объём записи, чем 1 DWPD для терабайтного.
То еcть даже изначально при покупке SSD можно рассчитать, сколько лет отработает SSD с конкретным DWPD, если вы заранее знаете объём записи на диск в своей системе.
Соответственно, в случае интенсивной нагрузки 24/7 типа майнинга Chia можно выбрать более дорогую модель с более высоким показателем DWPD — и всё равно она долго не проживёт. А для нормальной работы нет смысла переплачивать, если расчёт по формуле покажет вам срок эксплуатации более 100 лет. Тут явно накопитель выйдет из строя раньше и по другим причинам.
Оценка своего DWPD
| Сценарий использования | Описание | Примерный DWPD |
| Загрузочный диск | Загрузка сервера. Нечастые обновления. Логи и постоянные файлы хранятся на другом накопителе. | 0,1 |
Таким образом, из реального DWPD и P/E для своего SSD можно примерно оценить приблизительный срок его жизни: общий и сколько осталось.
Оставшийся срок можно ориентировочно спрогнозировать, если вычесть реальный срок эксплуатации из общего срока жизни SSD.
Или другой вариант — посчитать максимальный TBW для своего SSD исходя из его технических характеристик, а потом отслеживать реальный TBW в процессе эксплуатации.
Сбор статистики с конкретного SSD
Для просмотра показателей SMART существует ряд специализированных утилит. В частности, под Linux это консольные утилиты smartctl, smartd и др. (см. статью про мониторинг SSD под Linux).
Для разных атрибутов SMART утилиты показывают статус типа OLD_AGE, PRE-FAIL или FAILING_NOW. Это значит, что некий атрибут соответствует количеству аномальных ситуаций, и для этих аномалий установлено граничное значение (threshold). Если значение приближается к граничному, это означает PRE-FAIL, а если превышает его — FAILING_NOW. Но это лишь косвенные параметры, которые напрямую не говорят о физическом повреждении ячеек памяти. Некоторые специалисты предпочитают игнорировать показатели типа Wear_Leveling_Count . Один из разработчиков сделал форк стандартной утилиты мониторинга etbe-mon, которая умеет отслеживать данные SMART и подавлять бесполезные уведомления типа FAILING_NOW от Wear_Leveling_Count .
Самый важный их показатель — объективная нагрузка на диск и количество записанной информации, то есть реальные DWPD и TBW, вот их желательно учитывать в первую очередь.
Под Windows есть несколько хороших инструментов для сбора статистики. Например, программа Hard Disk Sentinel отслеживает объём информации, записанной на каждый накопитель за всё время эксплуатации, и рассчитывает прогноз оставшегося срока жизни.
Hard Disk Sentinel
Есть ещё программа CrystalDiskInfo и др.
CrystalDiskInfo
Многие производители предлагают собственные инструменты для обслуживания своих SSD-накопителей. Например, для накопителей Kingston есть Kingston SSD Manager, для накопителей Samsung — Samsung Magician и так далее.
Эти программы не только собирают статистику с накопителя, но и оповещают о выходе новых прошивок. Производители рекомендуют держать SSD в актуальном состоянии и обновлять прошивку.
Как продлить срок жизни SSD
Логика подсказывает: если ресурс SSD ограничен количеством циклов перезаписи, то для увеличения срока жизни нужно уменьшить объём записи .
Разумеется, при этом мы не хотим жертвовать производительностью или чем-то другим.
Что можно сделать?
- поставить больше RAM, чтобы уменьшить использование файла подкачки во время работы операционной системы (некоторые рекомендуют вовсе отключить файл подкачки, но это, по сути, плохой совет, хотя его логика понятна);
- отключить неиспользуемые функции ОС (см. статью о том, что нужно отключить в Windows 11, по мнению бывшего разработчика Microsoft) и лишние элементы автозагрузки (см. «Ускорение загрузки Windows for fun and profit» на Хабре);
- отключить ненужную дефрагментацию SSD;
- использовать утилиты вроде PowerToys для оптимизации ОС;
- под Linux можно перейти на более продвинутую файловую систему: например, ZFS со встроенным сжатием, которое снижает количество операций записи, при этом увеличивая скорость, вместительность и срок жизни накопителя (см. «Основы ZFS: система хранения и производительность»), или Btrfs, во многом не уступающую ZFS по функциям.
SSD+HDD
Один из известных лайфхаков — связка SSD+HDD. Условно говоря, вместо одного большого SSD можно купить NVMe маленького размера, только для операционной системы, рабочих приложений и избранных игр, а все остальные файлы, дистрибутивы и резервные копии хранить на дешёвом медленном SATA HDD. По цене получится примерно одинаковая сумма, а места больше на несколько терабайт.
Хотя так делают скорее для экономии и увеличения объёма хранилища, но у лайфхака есть и дополнительный бонус — некоторое снижение нагрузки на SSD. То есть увеличение его срока жизни.
Кроме того, в более свободных SSD больше размер кэша и выше производительность, чем в заполненных.
Изменение размера кэша SLC в зависимости от объёма свободного места в Intel SSD 665p, источник
Да и игры всё растут. Дистрибутивы по 200 ГБ уже почти норма… Так что полностью переходить на модель «один большой SSD» немного опасно, места может не хватить для всего. С другой стороны, всё больше игр рекомендуют SSD для установки. Тут особо не забалуешь, потому что при использовании HDD страдает производительность.
Надёжность SSD и HDD в первый год работы
Самым известным источником данных по надёжности накопителей в практическом использовании остаётся статистика хостера Backblaze, которая периодически обновляется. У них тысячи серверов и девять лет статистики по разным моделям HDD и SSD (в последние годы загрузочные диски серверов перевели на SSD).
В сентябре 2021 года Backblaze впервые сравнила SSD и HDD по надёжности, получилось любопытно.
В целом оказалось, что в начале работы (в среднем до 14 месяцев в данном случае) SSD выходят из строя немножко реже, чем HDD.
Годовая частота сбоев (AFR)
| Количество дисков | Средний возраст (месяцев) | Дней работы | Всего сбоев | AFR | |
|---|---|---|---|---|---|
| SSD | 1666 | 14,2 | 591 501 | 17 | 1,05% |
| HDD | 1607 | 52,4 | 3 523 610 | 619 | 6,41% |
Что будет дальше — непонятно. На интервале в несколько лет достоверная статистика пока не собрана. Вполне возможно, что там преимущество SSD будет не таким очевидным, как раз из-за ограниченного ресурса на количество циклов перезаписи.
Что в итоге
Вообще, в последние годы после освоения NVME и PCIe 4.0 рынок потребительских SSD немножко застыл на месте. Бенчмарки топовых моделей вроде 980Pro и SN850 не слишком отличаются от моделей двух-трёхлетней давности. Максимальный объём массовых SSD упёрся в 2–4 ТБ и дальше особо не растёт. Причин много, в том числе дефицит микросхем.
Если нет особого прогресса по техническим характеристикам, то на первый план выходит надёжность как ключевой фактор. И вот здесь прогресс виден. Некоторые SSD уже обогнали отдельные HDD по заявленной надёжности (объём записи 1200–2500 ТБ на 5 лет). Хотя до рекодсменов типа WD Ultrastar DC SN840 им ещё далеко. Там вообще 35 040 ТБ на 5 лет.
Интересно, что «закон Мура» в широком смысле (то есть возрастание некоего технического параметра в геометрической прогрессии) оживает и затихает в разных местах. В конце 20 века он был явно виден у CPU, потом начался бурный прогресс HDD (2000-е), потом SSD (2010-е), а сейчас заметен в области аккумуляторов. Создаётся впечатление, что интенсивное развитие начинается в разных отраслях по очереди, после чего затихает. Но иногда случается неожиданный технологический прорыв, как было с ядром Zen от AMD — и закон Мура снова просыпается… И так продолжается снова и снова: научно-технический прогресс не остановить.
О долговечности SSD на простом примере. Мифы против реальности
Твердотельные накопители (SSD – Solid State Drive) становятся все популярней, но у многих с ними все еще ассоциируются некоторые мифы и предрассудки. Дело в том, что на заре своего выхода на рынок компьютерных комплектующих SSD проявили себя как дорогие, но весьма недолговечные устройства. Первые модели дисков при среднестатистическом использовании умирали уже через 1-2 года их использования, что с учетом их стоимости было явным расточительством. С тех времен прошло много времени и технологии получили существенное развитие, диски SSD стали надежней, долговечней и еще быстрее. Стоимость гигабайта устройства с каждым днем становится все более привлекательной.
Кратко о преимуществах SSD перед традиционными HDD:
- отсутствие механических частей и шума от них;
- по той же причине – высокая устойчивость к механическим воздействиям и перегрузкам, чего не скажешь про HDD, которые часто выходят из строя даже при незначительных ударах или падениях;
- высокая скорость считывая данных и стабильность скоростных характеристик независимо от расположения файлов и их фрагментации;
- на порядок более высокие значения показателей случайных операций ввода/вывода IOPS, что наиболее критично для работы операционной системы и приложений;
- более низкое среднее энергопотребление, т.к. при простоях энергия не тратится на вращение шпинделя или перемещение головок, как это происходит в HDD;
- малый вес и габариты.
Дегтя в “бочку мёда” в отношении SSD подливает самый основной недостаток – ограниченный ресурс. Данное ограничение связано с ограниченным количеством циклов перезаписи ячеек применяемой в SSD flash-памяти. В современных носителях данный показатель зависит от используемого типа памяти и составляет в среднем 3000 циклов для MLC и 1000 циклов для TLC ячеек. Много это или мало разберемся немного позже, а пока пару слов о типах ячеек и какие лучше выбрать при покупке.
Наибольшее распространение получили сегодня 2 типа ячеек, о которых я только что упомянул – MLC (Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) и TLC (Tripple-level cell, трёхуровневые ячейки памяти). TLC более новый тип памяти и фактически их тоже можно назвать многоуровневыми, т.е. MLC, но ввиду существенного отличия в характеристиках используется название TLC, т.к. MLC началось применяться ранее для двухуровневых ячеек. Существует еще SLC (Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) с ресурсом от 100 тыс. циклов и более, но в виду сложности производства и, следовательно, большой стоимости, в чистом виде применяются мало, преимущественно для промышленного применения. Некоторые производители используют небольшой объём SLC в качестве кэша совместно с основной TLC-памятью для продления ресурса последней.
Почему более новый тип памяти TLC имеет меньший ресурс и как это коррелируется с “мифом о долговечности”?
В ответе на поставленный вопрос есть две основных составляющих – экономическая и технологическая. Обе эти составляющих взаимосвязаны. Желание производителей сделать более ёмкие устройства по более доступным ценам приводит к снижению ресурса ячеек флэш-памяти. Открыв любой сайт с предложениями по SSD не трудно заметить, что самые дешевые устройства оснащены именно этим типом памяти.
Выходит, что раньше SSD оснащались более дорогими и долговечными модулями памяти, но почему же тогда они служили мало? Но тут дело не только в используемом типе памяти. Важную роль играет применяемый контроллер и микропрограмма, зашитая в него. Дело в том, что запись данных во флэш память имеет свои особенности и нюансы. Простое количество циклов перезаписи ячеек еще не говорит о надежности и долговечности SSD. Существует понятие мультипликатора записи, который в среднем может составлять 2-3, хотя это величина непостоянная и мало предсказуема, т.к. зависит от типа данных, их размера и частоты их записи. Наличие мультипликатора вызвано наличием служебных функций контроллера диска, призванные обеспечивать стабильность рабочих характеристик и равномерность износа ячеек диска.
Что такое SSD Endurance (TBW)?
В технических описаниях современных SSD можно встретить информацию о количестве информации, которую физически можно записать на диск. Такая информация часто представляется числом суммарно записываемой информации в ТБ (терабайтах) или же в объеме дневной записи на диск в течении определенного срока, как правило, срока гарантии, предоставляемого производителем на данный диск. К примеру, для моего текущего диска Transcend 256GMTS800 производитель заявляет 280 TBW, что говорит о том, что диск можно полностью перезаписать примерно 1000-1100 раз. Где же тут 3000 циклов для ячеек памяти? От того и 1000 вместо 3000, что при расчетах производитель учел какой-то свой раcчетный показатель усиления записи, который составил примерно 2,75.
На самом же деле, декларируемая производителем величина – это всего лишь теоретически гарантированная величина, которую выдержит диск в течении действия гарантии производителя. У большинства производителей гарантия, помимо времени, привязывается к величине Endurance (TDW) и при ее превышении гарантия прекращает свое действие, даже если не прошел установленный гарантийный срок. Это дает основание ожидать, что реальный объем данных может быть выше, что неоднократно подтверждалось реальными эксплуатационными тестами и отчеты о которых есть на просторах Интернета. Хотя в конечном виде во многом зависит от условий и типа записываемых данных.
При этом, даже отталкиваясь от предложенных производителем TDW давайте прикинем, как долго может прослужить диск. Вернусь к своему диску и определю объем текущей перезаписанной на него информации, воспользовавшись фирменной утилитой SSD Scope и данными SMART с устройства.
Выделенный показатель показывает объем записанных данных кратно 32 Мб, т.е. чтобы получить реально записанный объем на диск данных необходимо значение 70052 умножить на 32 Мб. Полученное значение 2241664 Мб = 2241б6 Гб = 2,24 Тб. Срок службы примерно 3 месяца, т.е. порядка 700 Гб в месяц, 23 Гб в день. Специальных оптимизаций под SSD, которые считаю вредными, не проводил, файл подкачки и гибернации не отключал. К тому же последний используется постоянно, т.к. выключаю ноутбук исключительно в гибернацию. Единственно, что выбрал размер файла гибернации на минимальные 40% от ОЗУ, объем которого у меня 12 Гб, следовательно файл гибернации более 5 Гб. В работе использую традиционный офисный набор программ, а так же графические и видео редакторы, которые любят создавать немаленькие временные файлы на системном диске, хотя для хранения медиа файлов используется второй диск HDD.
На сколько хватит диска SSD?
При упомянутых 700 Гб в месяц несложно посчитать сколько таких месяцев может быть. Разделив декларируемые TBW 280 Тб на 0,7 Тб, получим 400 месяцев, что эквивалентно 33+ годам. Вы уверены, что через такой срок данный диск будет востребован даже если он будет рабочим?
Думаю, что через пару тройку лет наверняка возникнет заменить его на что-то более ёмкое и более производительное.
Для полноты картины, давайте подойдем с другой стороны и оценим сколько мы можем записать информации на диск, даже если он у нас единственный в системе и на него пишутся в том числе и объемные медиа-файлы. Для этого прикинем, что мы планируем использовать диск в течении максимум 5 лет, что при TBW 280 Tb будет эквивалентно 150 Гб в день. Что такое 150 Гб? Это более 12 часов видео FullHD в максимальном качестве, т.е. 6 полнометражных фильмов слитых с Bluray дисков. Вы часто записываете такие массивы данных? А тут каждый день в течении пяти лет.
И это речь о бюджетном носителе, который хоть и имеет не самый маленький ресурс и основан на MLC памяти, все же значительно уступает профессиональным решениям, имеющим куда более внушительные характеристики. Основным же недостатком SSD остается достаточно высокая цена за Гб объема. При этом технологии не стоят на месте и постепенно цена снижается, что делает диски SSD все популярнее с каждым днем. С каждым днем все больше HDD отправляются на полки или во внешние карманы для резервного копирования данных на них.
Какие напрашиваются выводы?
А такие, что ресурс современных SSD далеко не самый актуальный параметр, который должен вас смущать. С большой вероятностью вы захотите его заменить на более быстрое и ёмкое решение прежде, чем исчерпается его ресурс. Для тех же, кто пишет очень много информации на SSD, а это явно не бытовой признак, существуют профессиональные решения, имеющие в разы больший ресурс за несколько большую стоимость.