4700
8
Твердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, альтернатива HDD. Кроме микросхем памяти, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространённый вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND.
NAND является развитием NOR, которая использует классическую двумерную матрицу проводников, в которой на пересечении строк и столбцов установлено по одной ячейке. При этом проводник строк подключался к стоку транзистора, а столбцов — ко второму затвору. Исток подключался к общей для всех подложке.
Конструкция NAND — трёхмерный массив. В основе та же самая матрица, что и в NOR, но вместо одного транзистора в каждом пересечении устанавливается столбец из последовательно включенных ячеек. В такой конструкции получается много затворных цепей в одном пересечении. Плотность компоновки можно резко увеличить (ведь к одной ячейке в столбце подходит только один проводник затвора), однако алгоритм доступа к ячейкам для чтения и записи заметно усложняется. Также в каждой линии установлено два МОП-транзистора. Управляющий транзистор разрядной линии (англ. bit line select transistor), расположенный между столбцом ячеек и разрядной линией. И управляющий транзистор заземления, расположенный перед землёй (англ. ground select transistor).
Схемотехника NAND оказалась удобна для построения вертикальной компоновки блока ячеек на кристалле. На кристалл послойно напыляют проводящие и изолирующие слои, которые образуют проводники затворов и сами затворы. Затем в этих слоях формируют множество отверстий на всю глубину слоев. На стенки отверстий наносят структуру полевых транзисторов — изоляторы и плавающие затворы. Таким образом формируют столбец кольцеобразных полевых транзисторов с плавающими затворами.
Такая вертикальная структура оказалась очень удачна и обеспечила качественный рывок плотности флеш-памяти. Некоторые компании продвигают технологию под своими торговыми марками, например V-NAND, BiCS. Количество слоёв по мере развития технологии наращивается: так, на 2016 год количество слоёв ряда изделий достигло 64, в 2018 году освоено производство 96-слойной памяти, в 2019 году Samsung заявила о серийном освоении 136 слойных кристаллов.
Конструкция NAND — трёхмерный массив. В основе та же самая матрица, что и в NOR, но вместо одного транзистора в каждом пересечении устанавливается столбец из последовательно включенных ячеек. В такой конструкции получается много затворных цепей в одном пересечении. Плотность компоновки можно резко увеличить (ведь к одной ячейке в столбце подходит только один проводник затвора), однако алгоритм доступа к ячейкам для чтения и записи заметно усложняется. Также в каждой линии установлено два МОП-транзистора. Управляющий транзистор разрядной линии (англ. bit line select transistor), расположенный между столбцом ячеек и разрядной линией. И управляющий транзистор заземления, расположенный перед землёй (англ. ground select transistor).
Схемотехника NAND оказалась удобна для построения вертикальной компоновки блока ячеек на кристалле. На кристалл послойно напыляют проводящие и изолирующие слои, которые образуют проводники затворов и сами затворы. Затем в этих слоях формируют множество отверстий на всю глубину слоев. На стенки отверстий наносят структуру полевых транзисторов — изоляторы и плавающие затворы. Таким образом формируют столбец кольцеобразных полевых транзисторов с плавающими затворами.
Такая вертикальная структура оказалась очень удачна и обеспечила качественный рывок плотности флеш-памяти. Некоторые компании продвигают технологию под своими торговыми марками, например V-NAND, BiCS. Количество слоёв по мере развития технологии наращивается: так, на 2016 год количество слоёв ряда изделий достигло 64, в 2018 году освоено производство 96-слойной памяти, в 2019 году Samsung заявила о серийном освоении 136 слойных кристаллов.
×
Тип памяти
SLC – первый тип флеш-памяти, применяемый в твердотельных накопителях. Расшифровывается как Single Level Cell, т.е. одноуровневая ячейка, поддерживает один уровень сигнала, 1 бит информации.
MLC – Multi Level Cell — ячейка со многими уровнями. Транзистор такой флеш-памяти содержит 2 бита информации. Это решение позволило снижать стоимость накопителей.
TLC – Triple Level Cell – трехуровневая ячейка. За счет тонкого управления уровнем заряда ячейки, и повышением чувствительности считывания, один элемент флеш-памяти может хранить в себе 3 бита информации.
QLC – Quad Level Cell – четырехуровневая ячейка, способная хранить 4 бита данных одновременно.
Развитие плотности хранения негативно сказывается на ресурсе накопителя, производители увеличивают его за счет увеличения чипов памяти.
MLC – Multi Level Cell — ячейка со многими уровнями. Транзистор такой флеш-памяти содержит 2 бита информации. Это решение позволило снижать стоимость накопителей.
TLC – Triple Level Cell – трехуровневая ячейка. За счет тонкого управления уровнем заряда ячейки, и повышением чувствительности считывания, один элемент флеш-памяти может хранить в себе 3 бита информации.
QLC – Quad Level Cell – четырехуровневая ячейка, способная хранить 4 бита данных одновременно.
Развитие плотности хранения негативно сказывается на ресурсе накопителя, производители увеличивают его за счет увеличения чипов памяти.
Объем
Современные SSD представлены моделями от 60ГБ и выше. SSD стремительно догоняют по объему HDD, и уже на момент написания статьи на рынке представлены модели объемом 15ТБ.
Ресурс
У твердотельных накопителей есть существенный минус, по сравнению с жесткими дисками, это ресурс перезаписи. Существуют 2 метрики расчета ресурса:
TBW (Total Bytes Written) – суммарный объем, который диск способен записать, гарантированный производителем.
DWPD (Disk Write per Day) – количество перезаписи полного объема диска в день в течении гарантийного срока.
Ресурс современных SSD измеряется от десятков терабайт до нескольких петабайт, и при выборе SSD нужно понимать задачу, которую будет выполнять накопитель.
TBW (Total Bytes Written) – суммарный объем, который диск способен записать, гарантированный производителем.
DWPD (Disk Write per Day) – количество перезаписи полного объема диска в день в течении гарантийного срока.
Ресурс современных SSD измеряется от десятков терабайт до нескольких петабайт, и при выборе SSD нужно понимать задачу, которую будет выполнять накопитель.
Производительность
В отличии от HDD, где максимальная скорость чтения и записи измеряется парой сотней мегабайт в секунду, самый хилый SSD на рынке будет иметь от 500МБ/с, а шустрые до 5ГБ/с и да выше.
Помимо скорости чтения и записи важным показателем является IOPS (аббревиатура от англ. input/output operations per second — количество операций ввода-вывода в секунду; произносится как «ай-опс») — количество операций ввода-вывода, выполняемых системой хранения данных, за одну секунду. Для сравнения простые HDD имеют ~100 IOPS, серверные 15к диски ~200 IOPS, ограничение заключается в механике. SSD могут иметь сотни тысяч и миллионы IOPS, в этом их не малое преимущество в производительности.
Производительные SSD обладают большим выделением тепла, рабочая температура может достигать 70-80 градусов.
Помимо скорости чтения и записи важным показателем является IOPS (аббревиатура от англ. input/output operations per second — количество операций ввода-вывода в секунду; произносится как «ай-опс») — количество операций ввода-вывода, выполняемых системой хранения данных, за одну секунду. Для сравнения простые HDD имеют ~100 IOPS, серверные 15к диски ~200 IOPS, ограничение заключается в механике. SSD могут иметь сотни тысяч и миллионы IOPS, в этом их не малое преимущество в производительности.
Производительные SSD обладают большим выделением тепла, рабочая температура может достигать 70-80 градусов.
Интерфейсы и форм-фактор
SSD накопители могут быть выполнены в стандартных форм-факторах 3,5” и 2,5” c интерфейсами SATA и SAS с питанием через sata power connector, точно такими же, как HDD. Но пропускная способность данных интерфейсов и медлительность протоколов передачи данных стали «узким горлышком» и тут производители решили задействовать линии PCI-e, пропускная способность которых 8Гбит/с (1ГБ/с).
Разъем M.2 может поддерживать Sata и PCI-e (4 линии) интерфейсы, при этом есть возможность потери одного разъема sata на материнской плате, в зависимости от материнской платы. На современных материнских платах может не быть разъема M.2, а может быть несколько с поддержкой NVMe. Так же существуют платы расширения PCI-e, на которых может быть несколько M.2. Форм-фактор данных дисков представляет собой узкую плату определенной длины, иногда с радиаторами, для топовых моделей. (Иногда высота радиатора не позволяет разместить платы расширения)
Разъем U.2, совместимый с SAS, так же реализован на PCI-e (4 линии) интерфейсе с поддержкой NVMe. Используется в серверах.
Существуют SSD выполненные сразу в форм-факторе плат расширения PCI-e.
NVMe
Для SSD был придуман с нуля протокол доступа по шине PCI Express. NVM Express поддерживается некоторыми SSD c интерфейсом PCI-e, подключенных через m.2, U.2 или PCI-e, так же поддержка должна осуществляться материнской платой или контроллером, к которой подключен диск. Данный протокол обеспечивает получение низких задержек и обеспечение параллельного доступа к твёрдотельным накопителям с учётом параллелизма современных платформ, использующих многоядерные процессоры.
Intel Optane
Существуют SSD, которые предназначены для ускорения системы. Это небольшие по объему SSD от Intel серии Optane выполненные в форм-факторе M.2 построенные на памяти 3D XPoint, которая быстрее и надежнее NAND. На этих SSD система размещает файлы, необходимые для загрузки ОС, а также файловую таблицу, ускоряя работу подсистемы хранения построенную на HDD.
Так же существуют SSD Intel Optane большего объема выполненные в форм-факторе 2,5” или карты расширения PCI-e, с интерфейсом PCI-e x4 через разъем U.2 или PCI-e, которые можно использовать как быстрые и надежные SSD, или как кэш RAID массива SATA/SAS дисков. Об этом я напишу в отдельной статье.
Про Intel Optane в формате Dimm модуля я писал в ЛикБезе про ОЗУ.
Главным преимуществом 3D XPoint является способность не терять производительность при постоянной многопоточной загрузке.
Главным преимуществом 3D XPoint является способность не терять производительность при постоянной многопоточной загрузке.
Предыдущие статьи:
ЛикБез#1: Процессоры для ПК
ЛикБез: Термоинтерфейс
ЛикБез#3: Материнские платы
Оперативная память
ЛикБез#5: Жесткие диски
Данный пост содержит вставки с Википедии. Приветствуется конструктивная критика и указание ошибок и неточностей в комментариях.
ЛикБез#1: Процессоры для ПК
ЛикБез: Термоинтерфейс
ЛикБез#3: Материнские платы
Оперативная память
ЛикБез#5: Жесткие диски
Данный пост содержит вставки с Википедии. Приветствуется конструктивная критика и указание ошибок и неточностей в комментариях.
Ссылки по теме:
- Создатель разъема USB объяснил, почему его так трудно вставить с первого раза
- 20 убойных ситуаций из типичных будней сисадмина
- Кошмар ПК мастера: "У меня компьютер что-то тупит, в чем проблема?"
- Посмотрите, детки, во что играли ваши предки!
- 15 комиксов о жизни компьютеров, которые поймут даже те, кто «я ничего не нажимал, оно само пропало»
Новости партнёров
реклама
вот он живой и шустрый, и по всем статусам он ок..
а несколько минут спустя осознаешь, что контроллер диска не отвечает, а данные разбросаны по куче флешь, зачастую с неизвестным алгоритмом шифрования.
---------------------------------------------
не, hdd тоже имеют внезапные отказы, но эти случаи настолько редки..
пока не довелось видеть переполнение атрибутов смарт ssd диска. или они случаются за секунду до отказа.
----------------------
ни к чему не призываю, у тех и других типов накопителей есть свои +++.
а данные, дабы не потерять - дублируйте
"Разъем M.2 может поддерживать Sata и PCI-e (4 линии" или две, кстати.
Реальные задачи - это какие? КАД-программы, графические и видеоредакторы, например, при работе с большими проектами будут шустрее работать на быстром SSD.
Большие проекты упираются в объем оперативной памяти.
Скорость ПЗУ тоже играет роль, при загрузке и сохранении больших проектов.
Причем тут сейчас ОЗУ?
Пару дней назад и файлопомойку перекинул на террабайтник 660р
Теперь совсем ляпота, тишина полнейшая, вентиляторы только под нагрузкой стартуют, БП безвентиляторный короче комп вообще не издает звуков, ссд просто чудо.