Выбираем лучший ssd диск для своего компьютера

NAND флеш-память

системы хранения данных

• Хранение данных — архив должен иметь условия, обеспечивающие сохранность бумаг
• Доступ к информации — библиотекарь должен иметь возможность поработать с нужным документом, иначе архив бесполезен

Однако система хранения данных во флеш-памяти имеет следующие особенности:

1. Заряд с затвора способен «утекать» со временем, что рано или поздно приведет к изменению данных. Например, как чернила на архивных бумагах со временем выцветают или растекаются, превращаясь в неразборчивые пятна. Чем дольше хранятся данные, тем меньше вероятность их потом прочитать.
2. После записи одними и теми же цепями одинакового логического уровня заряда в разные ячейки из-за технологического разброса параметров транзисторов появится вероятность прочитать оттуда разные по величине значения заряда. (Бумага может иметь разные свойства впитывания и растекания чернил. Мелкий текст, написанный фломастером, не на каждой бумаге удастся прочитать.)
3. Цепи записи и чтения заряда также не идеальны и имеют технологический разброс уровней напряжения программирования и порогов чтения логических уровней. (Похоже на то, как на бумажных носителях разные библиотекари по-разному могут разобрать текст, записанный разными авторами, потому что почерк у всех разный.)

• Блок. Весь объем микросхемы разбит на блоки. Объем блока составляет порядка единиц мегабайт. (Например, в архиве, это книга или блокнот в переплете с прошитыми листами)
• Стирание блока. Блок может быть стёрт, при этом каждый бит информации в нем будет установлен в «1». Нельзя стереть только часть блока. (Например, книгу можно выкинуть, но нельзя вырвать из книги лист, не нарушив целостность книги)
• Страница. Блок разделен на страницы размером порядка десятков килобайт. (Например, книги и блокноты тоже имеют страницы)
• Программирование страницы. В NAND флеш-память могут быть записаны (запрограммированы) одновременно данные всей страницы, биты устанавливаются при программировании в значения «0» или «1». (Например, чистые страницы книги или блокнота можно заполнить информацией только единожды)
• Порядок программирования страниц. Страницы в пределах блока должны программироваться строго в порядке возрастания их номеров. (Например, последовательная запись информации в книгу или блокнот)
• Порядок перезаписи. Каждая страница может быть запрограммирована только один раз. Для повторного программирования страницы необходимо стереть полностью блок. (Например, если в уже готовом издании книги необходимо заменить страницу, то придется перепечатать всю книгу и заново сделать переплет)

Правила выбора

Итак, вы решили, что пора отказаться от устаревшего жесткого диска и установить в компьютере твердотельный накопитель – разобрались, зачем он нужен и какие у него преимущества перед HDD. Однако здесь возникает другой вопрос: как выбрать SSD?

В магазинах представлены накопители с разными форм-факторами, контроллерами и ценами, так что трудно с ходу разобраться, что вам подойдет. Чтобы не чувствовать себя неуверенно в разговоре с консультантом, который наверняка захочет продать SSD подороже, старайтесь выбирать накопитель по приведенным ниже параметрам.

Объем

Как уже было отмечено, одним из главных недостатков SSD является цена, жестко привязанная к объему накопителя. Минимальная ёмкость на сегодняшний день – 60 Гб. Если учесть, что установленная Windows 7 требует 16-20 Гб в зависимости от разрядности, то становится ясно, что 60 Гб хватит разве что для инсталляции системы и десятка необходимых для работы программ.

Если вы хотите записывать на SSD игры и тяжелые графические приложения типа Corel или Photoshop, то рассматривайте накопители с объемом более 120 Гб.

Скорость

У любого накопителя (SSD здесь не исключение) есть два показателя скорости: запись и чтение. Чем выше эти значения, тем лучше, однако помните, что в характеристиках обычно указывается максимальная скорость. Реальное же значение можно узнать только на практике с помощью специальных программ. Если накопитель давно на рынке, то в интернете можно попробовать найти его тесты на скорость от пользователей.

Интерфейс и форм-фактор

Большинство современных SSD накопителей производится в форм-факторе 2,5 с поддержкой интерфейса SATA 3. Но могут быть и другие, более дорогие варианты:

• PCI-карта, устанавливаемая напрямую в слот материнской платы.
• Внешний SSD накопитель.
• Диск с интерфейсом mSATA для установки в ноутбуки и компактные компьютеры.

Что касается интерфейса: все новые SSD выпускаются с интерфейсом SATA 3, но если у вас на материнской плате установлен более старый контроллер (первого или второго поколения), то накопитель всё равно можно подключить. Однако есть одно ограничение: скорость передачи определяется наименьшим значением. То есть если вы подключите SATA 3 к SATA 2, то скорость будет определяться по пропускной способности SATA 2.

Кстати, с помощью специального адаптера можно установить SSD вместо DVD в ноутбуке. Многие пользователи вытаскивают неиспользуемый привод и ставят на его место твердотельный накопитель, на который затем инсталлируется операционная система. Стандартный жесткий диск ноутбука в то же время полностью очищается и затем используется как хранилище личных файлов.

Память и контроллер

Существует три вида памяти, отличающиеся между собой количеством бит информации в одной ячейке – SLC (1 бит), MLC (2 бита) и TLC (3 бита). Первый тип устарел и сейчас практически не используется, поэтому если увидите его в характеристиках, проходите мимо такого накопителя.

С контроллерами похожая ситуация: наиболее популярным среди производителей и распространенным среди пользователей является технология SandForce, увеличивающая быстродействие диска за счет сжатия данных перед записью.

Но у контроллеров SandForce есть один недостаток, который может кому-то показаться существенным: если накопитель до предела заполняет информацией, то после его очистки скорость записи не возвращается к первоначальному состоянию, то есть становится ниже. Однако эта проблема решается просто: не забивайте память до последнего байта, и скорость не упадет.

Есть и другие, более дорогие варианты: Intel, Indilinx, Marvell

Если бюджет позволяет, лучше обратить внимание на твердотельные накопители с контроллерами от этих компаний

Производитель

Последний параметр, требующий вашего внимания – это производитель. Конечно, на различных форумах можно найти много постов о том, что лучше выбрать Kingston или, допустим, Silicon Power, так как они специализируются именно на производстве накопителей разных видов.

Однако это не совсем верное утверждение: компаний, реально производящих флэш-память NAND намного меньше, чем брендов на рынке. Собственным производством (и отделом разработок) обладают:

• Intel.
• Samsung.
• SanDisk.
• Crucial.

Компания OCZ, например, до недавнего времени не имела никаких разработок и лишь недавно приобрела производителя контроллеров Indilinx

Поэтому лучше обращаться внимание на приведенные выше характеристики, а производителей держать в уме в последнюю очередь

Контроллер

Контроллер обеспечивает подключение к хосту, и, собственно, представляется накопителем. В общем виде архитектура любого контроллера любого накопителя выглядит типично: имеются аппаратные блоки интерфейсов для обмен данными с хостом (EXT_IF) и NAND-памятью (FLASH_IF). Между блоками интерфейсов в обязательном порядке присутствует буферная оперативная память (MEM_BUF), предназначенная для оперативного кэширования данных и сглаживания потока записи/чтения данных. В контроллерах USB-накопителей буферная память составляет десятки килобайт и размещается непосредственно в самом контроллере. В высокопроизводительных системах, таких как SSD-накопители, используются внешние микросхемы памяти. Данные между интерфейсными блоками и буферной памятью передаются без непосредственного участия процессора по каналам прямого доступа к памяти (DMA, direct memory access). Участие процессора в передаче данных заключается в настройке каналов DMA и синхронизации работы блоков.

Любой из подключаемых накопителей является «блочным устройством». Блочное устройство – это устройство, в котором данные хранятся в виде последовательной цепочки логических блоков, обращение к которым возможно по адресу Logical Block Address (LBA). Большинство устройств поддерживает размер блока в 512 байт, который называется «сектор». Сектор является минимальной дискретной информацией, которая может быть перезаписана на блочном устройстве. То есть для замены одного байта хост должен передать целиком сектор на устройство хранения.

Для программистов, работающих с накопителями на физическом уровне (запись/чтение по физическим адресам), вполне очевидно, что запись и чтение одного сектора не должны затрагивать ни коим образом данные других секторов. Также это очевидно для пользователя блочного устройства, но NAND флеш-память, как было сказано ранее, не предоставляет такой возможности. Для того, чтобы заменить один сектор в массиве памяти NAND, необходимо перезаписать весь блок NAND флеш-памяти, размер которого составляет мегабайты. Такой метод решения задачи крайне неэффективен, так как приводит к недопустимому снижению скорости записи в NAND флеш-память относительно ее потенциальных возможностей. К тому же так как операционная система часто пишет в одни и те же адреса устройства (например, записи FAT), то блоки NAND флеш-памяти быстро придут в негодность из-за ограниченного ресурса на стирание. Чтобы увеличить скорость записи/чтения данных и продлить срок службы NAND флеш-памяти, применяются более хитрые методы адресации, переводящие логические адреса (LBA) накопителя в физические адреса NAND флеш-памяти. Алгоритм трансляции адресов NAND флеш-памяти в зарубежной литературе называется Flash Translation Layer (FTL). Если посмотреть описание контроллеров SSD (например, компании Marvell), то можно увидеть, что в состав контроллера входит до 4 процессорных ядер. Такая высокопроизводительная система в SSD необходима в первую очередь для расчета адресов трансляции.

SANDISK

Основанная в 1988 году в Калифорнии компания представила первую флеш-память примерно четверть века назад. Твердотельники, выпущенные под этим брендом, получили признание на мировом рынке, ведь их ассортимент и качество не оставило пользователей ровнодушными. В мае 2020 года корпорация была выкуплена WESTERN DIGITAL.

Почему вошел в топ лучших:

1. Делает супербыстрые модели с интерфейсом M.2 PCIe 3.0 x4 NVMe. Максимальный показатель скорости некоторых устройств равен 3400 Мб/с, а это в 6 раз выше, чем у девайсов, оснащенных SATA интерфейсом, и в 25 раз превышает показатели «классических» HDD, которыми комплектуются современные лэптопы.
2. Выпускает почти что идеальных «рабочих лошадок», которые не боятся серьезных нагрузок: до 500000 однонаправленных IOPS по протоколу NVME обеспечивают солидную пропускную способность.
3. SSD этой марки оптимизированы для работы с фирменной 3D NAND памятью.
4. Большинство дисков просто устанавливать, а контролировать их состояние можно с помощью специального ПО.

Интересно: ТОП-10 лучших SSD на 120-128 Гб

Домашнее задание

В следующий раз мы будем разбирать, сколько данных пишется на SSD в наших ПК. Я попрошу предоставить сведения с ваших систем, и хотя в статье будут базовые инструкции, предварительная подготовка не помешает.

• Фирменная утилита. Если таковая существует для вашего диска, найдите ее и научитесь просматривать данные SMART в ней.
• Интерпретация атрибутов SMART. Найдите официальное описание атрибутов SMART для вашего накопителя на английском языке. Не для всех дисков есть такая документация, но она может быть в разделе поддержки вашего SSD на сайте компании или идти вместе с фирменной утилитой.
• Crystal Disk Info. Научитесь копировать в этой программе информацию только об атрибутах SMART.

FTL, логическая и физическая адресация

Не существует единого универсального алгоритма FTL, удовлетворяющего все запросы пользователя, в которые входят:

• скорость записи/чтения данных по последовательным адресам
• скорость записи/чтения данных по случайным адресам
• срок службы накопителя
• надежность хранения данных
• объем и тип применяемой памяти

Алгоритмы FTL могут отличаться как для разных типов накопителей (SD/USB/SSD), так и для одного типа. Например, существует разделение SSD по назначению: для серверов, для кэширования в персональном компьютере (ПК), для ноутбуков, для настольных ПК. При этом для каждого применения существуют свои приоритеты в требованиях и свои варианты реализации FTL. Каждый вариант FTL представляет собой компромисс параметров с учетом приоритетов конкретного применения накопителя.

Суть FTL – преобразование логических адресов устройства в физичеcкие адреса NAND флеш-памяти.

Каждому логическому LBA ставится область памяти в NAND. Это называется Logical Unit Number Table (LUN table). Для перезаписи логического блока стираются данные свободного физического блока, после чего происходит замена в LUN table, что создает для пользователя видимость перезаписи. От того, какого размера выбираются логические блоки, зависит размер LUN table (не во всех устройствах целесообразно иметь большие объемы памяти). Существуют два принципиально разных подхода в реализации FTL: блочная адресация и страничная адресация.

Типы памяти и ресурс SSD

SLC (одноуровневая ячейка) – принцип работы построен на одной ячейке, которая включена или отключена. Этот тип памяти долговечный и позволяет быстро записывать и считывать информацию. Преимущества SLC памяти:

• поддерживает много перезаписей (около 100 000 раз);
• высокая скорость;
• надежность;
• не боится высоких температур.

Главным недостатком такого типа памяти является высокая стоимость и недоступность для обычного пользователя. MLC (многоуровневая ячейка) – поддерживает три-пять тысяч перезаписей, отличается высокой долговечностью, доступной ценой и высокой скоростью, за счет чего этот тип памяти и наиболее популярен. Подойдет для тех, кому нужна высокая производительность для игр или других задач. В целом вы получаете большой объем памяти за доступную цену с рядом преимуществ:

• доступная стоимость;
• можно найти в каждом компьютерном магазине;
• широкий ассортимент, надежнее чем TLC-память.

Единственный минус – менее надежна чем SLC-память. TLC (трехуровневая ячейка) – поддерживает около от трех до пяти тысяч циклов и зачастую используется в бюджетных SSD накопителях, поскольку обладает невысокой скоростью. Данный тип памяти не используется в коммерческих или промышленных целях, а предназначен исключительно для потребителей. Хороший вариант для тех, кто не рассчитывает на дорогостоящую покупку.
Преимущества TLC:

• самый дешевый тип памяти;
• в десять раз быстрее HDD-диска.

К минусам относится низкая скорость в сравнении с MLC и SLC. TLC быстро изнашивается, но если у вас дома старый компьютер или ноутбук, то вполне подойдет.</br
V— или 3D-NAND – суперскоростной тип памяти от Samsung, который имеет много циклов перезаписи и устанавливается в премиальные модели компании. Это особый тип, где ячейки располагаются вертикально, а не горизонтально. Главное преимущество – просто огромный объем памяти. Так, в компании Самсунг смогли выпустить SSD накопитель объемом 4 Тб.

Стандартные форм-факторы HDD

Преимущество использования текущего форм-фактора жесткого диска заключается в использовании уже имеющейся обширной инфраструктуры для монтирования и подключения дисков к хост-системе. Эти традиционные форм-факторы известны размером вращающихся носителей, например, 5,25 дюйма, 3,5 дюйма, 2,5 дюйма, 1,8 дюйма, а не размерами корпуса привода.

Типы памяти NAND: SLC, MLC и TLC

Это три разных типа NAND, главным технологическим отличием между которыми является количество битов, хранящихся в ячейке памяти.

SLC является самой старой из трех технологий, и вы вряд ли найдете современный SSD с такой NAND. На борту большинства накопителей сейчас MLC, а TLC – это новое слово на рынке памяти для твердотельных накопителей.

Вообще, TLC давно используется в USB-флэшках, где выносливость памяти не имеет практического значения. Новые технологические процессы позволяют снизить стоимость гигабайта TLC NAND для SSD, обеспечивая приемлемое быстродействие и срок службы, в чем логично заинтересованы все производители.

В первой записи серии , и если просто поделить его на три, картина получится не самой радужной. Но это вовсе не значит, что от TLC надо бежать, как черт от ладана.

Во-первых, в моих прикидках за основу был взят заоблачный мультипликатор увеличения объема записи 10х, который на практике в разы ниже. Профильные сайты нередко оценивают его в 2-3х, и даже еще меньше для контроллеров SandForce, применяющих сжатие данных при записи.

Во-вторых, дело не только в количестве циклов перезаписи и мультипликаторе. В контроллер могут закладываться технологии, призванные снизить физическую нагрузку на ячейки памяти при чтении и записи путем адаптации к подаваемому напряжению.

Судя по обзорам и тестам, Samsung 840 неплохо проявил себя, особенно на фоне накопителей с MLC предыдущего поколения.

Кстати, этот накопитель характеризует большая резервная область, призванная продлить срок службы TLC. Королем же производительности в 2012 году стал Samsung 840 Pro с 21nm Toggle Mode MLC на борту.

Технологические особенности

Тип памяти

Нужно понимать, что по своему устройству и принципам работы твердотельники значительно отличаются от традиционных жестких дисков. В «хардах» используются магнитные пластины и считывающие головки, а их более современные конкуренты не имеют движущихся частей и построены на базе флэш-памяти, ячейки которой имеют определенный ресурс перезаписи. Она бывает разных типов, и от этого напрямую зависит, сколько живет SSD накопитель. Рассмотрим распространенные виды флеш-памяти подробнее:

SLC – одноуровневая. Наиболее быстрая и поддерживающая огромное количество циклов. К сожалению, гораздо дороже всех остальных типов, поэтому используется в основном в серверном сегменте.

MLC – многоуровневая (по факту двух-). Уступает по скорости и надежности предыдущему варианту, но стоит значительно дешевле.

TLC – трехуровневая. Еще менее «выносливая» и более дешевая память, чем MLC.

QLC – четырехуровневая. Новомодный тип, во всем уступающий вышеперечисленным, но самый недорогой в производстве.

Важно, что накопитель на TLC-памяти от одного производителя вполне может быть быстрее и надежнее накопителя на MLC от другого – вышеперечисленная информация актуальна лишь при сравнении моделей одной «весовой категории». Ситуация может отличаться и в случае использования трехмерной компоновки, поэтому перед покупкой девайса всегда стоит обращаться к обзорам от независимых ресурсов

Выравнивание износа

Каждая ячейка флеш-памяти может выдержать определенное количество циклов перезаписи, поэтому производители предусмотрели алгоритм, благодаря которому контроллер твердотельного накопителя производит запись в разные блоки, сохраняя информацию о том, сколько раз уже был перезаписан тот или иной из них. В противном случае одни ячейки исчерпали бы свой ресурс гораздо раньше других, и полезный объем SSD, доступный пользователю, уменьшился бы, а значит, сократился бы и эффективный срок службы твердотельного накопителя.

Надежность контроллера

Из строя может выйти не только память твердотельника, но и управляющая плата. К счастью, ненадежные контроллеры на текущий момент – скорее редкость и удел Noname-производителей, преимущественно китайских, не представленных в розничных сетях

Поэтому рекомендуем проявлять осторожность и не заказывать SSD под систему или важные данные с Алиэкспресс, а также не покупать б/у модели на сайтах объявлений (под ними могут скрываться перемаркированные/переделанные китайские). Конечно, даже у топовых производителей контроллеров возможен брак, поэтому в любом случае необходимо делать бэкапы – восстановить данные с поврежденного твердотельного накопителя, как правило, куда сложнее, чем с жесткого диска

Параметр TBW

Заявленный компанией-производителем параметр TBW (Total Byte Written) – это количество данных, которое можно гарантированно записать на диск прежде, чем ресурс чипов памяти будет исчерпан. Обычно он измеряется в терабайтах. Так, значение TBW, равное 300 ТБ означает, что информацию на SSD можно регулярно перезаписывать новой вплоть до значения в 300 терабайт. При этом совсем не факт, что при достижении такого показателя твердотельник выйдет из строя или начнет работать «только на чтение». Так, согласно тестам, проведенным авторитетным интернет-изданием 3DNews, работающим в сфере информационных технологий, SSD Samsung 850 Evo выдержали 2000+ терабайт перезаписанной информации при 150 заявленных!

150-300 ТБ применительно к рассматриваемому показателю – много это или мало? Для среднестатистического пользователя, использующего носитель под систему, программы и игры – много! Если вы не планируете ставить SSD в сервер, где данные будут перезаписываться 24/7, то даже этого гарантированного ресурса хватит на много лет – быстрее успеет морально устареть само устройство и другие комплектующие ПК. Согласно статистике, в большинстве случаев на твердотельник в домашнем ПК записывается не больше 10-30 терабайт за год, и это при активном использовании. Например, автор данной статьи за 2 года и 4 месяца перезаписал 39404 ГБ информации на свой полутерабайтный накопитель, тем самым не исчерпав заявленный ресурс даже на треть. А ведь фактический может быть в разы больше!