SSD — достоинства, преимущества и устройство твердотельных накопителей

SSD-накопитель — что это

Твердотельный накопитель (в англ. варианте SSD, solid state drive) — это запоминающее устройство, где постоянно хранится информация. По аналогии с жестким диском SSD обладает энергонезависимостью, т. е., если внезапно отключится питание компьютера, все данные останутся в его памяти (в отличие от ОЗУ). Сегодня покупатели могут найти на рынке огромное количество моделей твердотельных накопителей по любой стоимости. В своем материале мы предоставим вам информацию о достоинствах и недостатках SSD, их устройстве и принципах работы.

Плюсы и минусы SSD

Твердотельные накопители обладают следующими преимуществами перед классическими HDD:

• Более эффективная и скоростная работа. Операционная система гораздо быстрее отзывается и запускается. Также увеличивается скорость обработки фотографий, графики, видео и загрузки игр.
• Хотя в работе SSD тоже наблюдаются отказы, но по надежности они выигрывают у жестких дисков. Положительную роль играет более простое устройство, отсутствие движущихся механических деталей и высокая устойчивость к физическим воздействиям.
• Легкий вес, компактность и простота установки устройства. 

Заменив жесткий диск на SSD, пользователи ускоряют работу устаревшего компьютера. Также твердотельный накопитель можно использовать в качестве дополнительного запоминающего устройства и кэша жесткого диска, чем еще больше повысить скорость работы часто запускаемых файлов и приложений.

Но, как и любая технология, SSD не идеальны. Ресурс твердотельных накопителей по количеству записываемых данных ограничен. Особая архитектура и способы записи приводят к постепенному изнашиванию ячеек памяти. Но при этом SSD обладают высоким ресурсом перезаписи (от 200 циклов даже в недорогих моделях), что позволит активно пользоваться диском достаточно продолжительное время. Вторым минусом стоит отметить высокую цену 1 ГБ памяти по сравнению с той же характеристикой жесткого диска. Причем разница в стоимости дорогих HDD и SSD гораздо выше разницы в стоимости бюджетных моделей. Скорее всего, твердотельные накопители не смогут вытеснить жесткие диски с их позиций. Но сейчас они являются отличным альтернативным решением во многих ситуациях.

Устройство твердотельных накопителей

В качестве основных элементов твердотельных накопителей выступают:

• PCB. Печатная плата.
• NAND-flash. Флеш-память, главная задача которой — хранение информации.
• NAND-controller. Контроллер памяти. Процессор, обеспечивающий производительность SSD и являющийся переходником между накопителем и операционной системой.
• DRAM — кэш. Не каждая модель может им похвастаться. Временное вместилище небольшого количества информации. Благодаря ему память изнашивается не так сильно, и файлы открываются гораздо быстрее.
• HOST-интерфейс. Соединяет SSD с ОС.

Модели твердотельных накопителей имеют существенные отличия во внешнем виде и расположении компонентов.

Параметры и принципы работы SSD

Далее вы узнаете о форм-факторе и интерфейсах подключения SSD, а также о том, как скорость работы накопителей зависит от способов соединения. И ознакомитесь с понятиями «NAND-память» и «NAND-контроллер».

Форм-фактор и интерфейс подключения

Первое отличие моделей SSD — это форм-фактор:

• mSATA — уже несовременный формат низкопрофильной платы расширения. Подключается через SATA-интерфейс. Применяется в планшетах, ноутбуках, портативной технике.
• 2,5” — Подключается также через интерфейс SATA. Применяется в ноутбуках и стационарных компьютерах.
• M.2 — современный формат низкопрофильной платы расширения. Подключается через SATA и PCI-Express, а также особый слот M.2.
• PCI-Express AIC — для подключения использует только PCI-Express. Применяется в стационарных ПК, серверах и на рабочих станциях.
• U.2 — применяется для подключения накопителей 2,5” через PCI-Express с помощью небольшого особого коннектора.

Наиболее распространены форматы 2,5” и M.2. При этом скорость (в т. ч. и наивысшая) работы SSD напрямую зависит от того, какой интерфейс подключения выбирает пользователь. Если соединение накопителя с системой происходит через интерфейс SATA, то скорость будет ограничена 6 ГБ/с (SATA III), через PCI-Express — 31,5 ГБ/с (PCI-Express 3.0×4). Зная эти параметры, можно подобрать модель, которая идеально подходит к другим компонентам компьютера и операционной системе.

NAND-память

Это — главный и самый дорогой компонент SSD. Подразделяется на 3 разновидности:

• Planar NAND/ 2D NAND. Ячейки памяти расположены в один слой. Вариант устарел. 
• 3D NAND/ V-NAND. Ячейки памяти расположены многослойно. Самый популярный тип.
• 3D XPOINT — более скоростная и дорогостоящая альтернатива 3D NAND от Intel и Micron.

Флеш-память 3D NAND, в свою очередь, делится на 4 разновидности.

Тип памяти	Сколько бит данных содержит ячейка памяти	Характеристики	Где применяется
SLC	1	Эффективность, долговечность, высокая стоимость	Профессиональные и серверные накопители
MLC	2	Уступает по характеристикам SLC, но стоит  немного дешевле	Широко распространены в разных системах
TLC	3	Хорошее соотношение стоимости и параметров	Самый популярный вид в SSD массового сегмента
QLC	4	Самый недорогой и слабый по своим параметрам вариант. На его основе возможно создать накопители большой емкости	В простых нетребовательных устройствах

С увеличением количества бит в одной ячейке памяти существенно изменяются параметры накопителя: снижается скорость доступа и надежность хранения данных, но увеличивается объем, и соотношение «стоимость/ емкость» выглядит более привлекательно для потребителя. При этом даже самая недорогая разновидность SSD обладает заметно более высокой скоростью по сравнению с HDD. 

NAND-контроллер

Контроллер выполняет роль процессора и выступает одной из основных деталей SSD. Он соединяет компоненты NAND-памяти с операционной системой. NAND-контроллер выполняет следующие функции:

• Контролирует секторы памяти, работа которых нарушена. Не размещает в них информацию.
• Кэширует часто используемые данные, что ускоряет работу с ними.
• Шифрует файлы.
• Обнаруживает и корректирует ошибки связи, отвечает за целостность информации при чтении, записи либо передаче.
• Собирает и удаляет мусор.
• Исправляет небольшие ошибки памяти.
• Выравнивает износ ячеек памяти, чем увеличивает время службы SSD.

NAND-контроллеры выпускают компании-производители твердотельных накопителей (Samsung, Intel, Toshiba и т. д.) и сторонние фирмы (SiliconMotion, Marvell, Phison и др.). Контроллеры тоже в зависимости от характеристик разделяются на разновидности. В дорогие SSD устанавливают продвинутые модели, а в бюджетные — базовые.

Основные потребительские параметры SSD

Чтобы подобрать подходящий SSD, необходимо иметь представление об основных параметрах твердотельных накопителей.

Характеристика	Описание
Max Sequential Reads/Writes	Наивысшая скорость записи и чтения. Скорость, с которой твердотельный накопитель работает с объемными файлами в течение продолжительного времени
IOPS	Операции ввода—вывода в 1 с. Показывает скорость, с которой SSD работает с произвольными блоками по 4 КБ. Демонстрирует эффективность накопителя в стандартных сценариях
Access Time (Latency)	Время доступа/ задержка. Показывает, какой отрезок времени нужен SSD для начала обработки файла
TBW / Cycles	Общий объем данных, который возможно записать/ перезаписать на накопитель. Демонстрирует рабочий запас SSD

Кроме этого, SSD поддерживают функции NCQ и TRIM. Первая оптимизирует чередование команд и позволяет ускорить доступ к хранящимся сведениям. Вторая улучшает эффективность удаления данных и дает возможность осуществить высокоскоростную запись.

Заключение

Мы представили вам главные параметры и форматы твердотельных накопителей, ознакомили с устройством и принципами работы SSD. Если у вас есть вопросы, команда «АйТиСпектр» рада ответить на них. Кроме этого, мы всегда поможем вам с ремонтом и обслуживанием техники.