Расширенное руководство по покупке SSD: типы NAND, кэш DRAM, объяснение HMB

Хранилище — один из важнейших компонентов любого компьютера. Со времен физически гигантских жестких дисков емкостью 64 КБ хранилище становится все более важной частью компьютера. Это одна из самых важных частей компьютера, так как в ней хранятся все ваши ценные данные. Если ваша система хранения выйдет из строя, результаты могут варьироваться от слегка раздражающих до катастрофических потерь. Поэтому крайне важно знать о дисках, которым вы доверяете свои данные, прежде чем покупать их.

В последние годы мы наблюдаем экспоненциальный рост спроса не только на большое количество хранилищ, но и на быстрое хранилище. В основном это связано с тем, что игры сильно выросли в размерах из-за невероятных текстур и огромных открытых миров. Геймеры и создатели контента также стремятся к быстрому хранению, поскольку современные ПК имеют невероятно мощное оборудование, которое не может показать свой истинный потенциал, если устройство хранения не сможет его поддерживать.

Rise of SSDs

Введите твердотельные или твердотельные накопители. Твердотельные накопители приобрели популярность в начале десятилетия и с тех пор стали незаменимыми компонентами в любой современной игровой или рабочей станции. За исключением некоторых очень ограниченных по бюджету сборок, считается жизненно важным, чтобы в современном ПК было какое-то твердотельное хранилище. Даже крошечный твердотельный накопитель на 120 ГБ может быть огромным улучшением по сравнению с архаичным жестким диском. В настоящее время очень популярна практика, когда в машине есть SSD меньшего размера в паре с большим жестким диском. Операционная система (ОС) устанавливается на SSD, а жесткий диск обрабатывает большие файлы, такие как игры, фильмы, мультимедиа и т. Д. Это создает идеальный баланс стоимости и производительности.

SSD Basics

По своей сути SSD принципиально отличается от жесткого диска. В то время как на жестком диске вращаются пластины, на твердотельном накопителе нет движущихся частей. Как следует из названия, SSD является полностью твердотельным. Данные хранятся в ячейках NAND Flash внутри SSD. Это форма флэш-памяти, аналогичная той, что используется в картах памяти и смартфонах. Прежде чем мы углубимся в показатели производительности, давайте рассмотрим все технические термины, с которыми вы можете столкнуться при покупке SSD в 2020 году.

Обычно SSD можно найти с использованием одного из 3 типов интерфейсы:

  • Serial-ATA (SATA): это самая основная форма интерфейса, которую может использовать SSD. SATA — это тот же интерфейс, что и традиционный жесткий диск, но разница в том, что SSD действительно может заполнить максимальную пропускную способность этого канала и, следовательно, обеспечить гораздо более высокие скорости. Твердотельный накопитель SATA обычно обеспечивает скорость чтения/записи около 530/500 МБ/с. Для справки: традиционный жесткий диск может работать только со скоростью около 100 МБ/с в лучшем случае.
  • PCIe Gen 3 (NVMe): это текущий средний уровень в high-end сегмент рынка SSD. Накопители NVMe дороже, чем диски SATA, но и намного быстрее их.. Это потому, что они фактически используют интерфейс PCI Express вместо SATA. PCI Express — это тот же интерфейс, что и графическая карта ПК. Он может быть намного быстрее, чем традиционный канал SATA, поэтому твердотельные накопители NVMe могут обеспечивать скорость чтения до 3500 МБ/с. Скорость записи немного ниже, чем скорость чтения.
  • PCIe Gen 4: Это новейшая технология SSD. В то время как NVMe использует версию PCI Express Gen 3, эти SSD используют 4 th PCIe Gen 4, что вдвое превышает пропускную способность PCIe Gen 3, поэтому эти SSD могут обеспечивать скорость чтения до 5000 МБ/с и скорость записи до 4400 МБ/с. Однако требуется платформа поддержки PCIe Gen 4 (которая на момент написания включает только платформы AMD X570 и B550 для процессоров Ryzen), а сами диски значительно дороже.

Form Factor

SSD можно найти в трех основных форм-факторах:

  • 2,5-дюймовый диск: это физически больший форм-фактор, который необходимо установить где-нибудь в корпусе. В этом форм-факторе бывают только твердотельные накопители SATA. К этому диску должны быть поставлены отдельный кабель для передачи данных SATA и кабель питания SATA.
  • Форм-фактор M.2: M.2 имеет гораздо меньший форм-фактор, чем не требует никаких кабелей, так как подключается непосредственно к материнской плате. SSD в этом форм-факторе напоминают жевательную резинку. Диски PCIe (NVMe или Gen 4) и SATA могут иметь этот форм-фактор. Слот M.2 на материнской плате необходим для установки SSD, который использует этот форм-фактор. Хотя диск SATA может быть как 2,5-дюймового, так и M.2, диск NVMe или PCIe Gen 4 может поставляться только в форме M.2, поскольку эти диски должны обмениваться данными по линиям PCI Express. Диски M.2 также могут различаться по длине. Самый распространенный размер — M.2 Type-2280. Ноутбуки обычно поддерживают только один размер, в то время как материнские платы для настольных ПК имеют точки привязки для разных размеров.
  • Карта расширения SSD (AIC): эти SSD имеют форму карты, и они вставляются в один из слотов PCI Express на материнской плате (например, видеокарта). Они также используют интерфейс PCI Express и, как правило, представляют собой очень быстрые твердотельные накопители из-за большого охлаждающего потенциала, обеспечиваемого большой площадью поверхности. Однако это может быть установлено только на настольных ПК. Это может быть полезно, если на вашей материнской плате нет свободных слотов M.2.

Флэш-память NAND

Флэш-память NAND — это тип энергонезависимой памяти, не требующей питания для хранения данных. NAND Flash хранит данные в виде блоков и использует электрические цепи для хранения данных. Когда к флеш-памяти не поступает питание, она использует металлооксидный полупроводник для обеспечения дополнительной зарядки, таким образом сохраняя данные..

NAND или NAND Flash поставляется в нескольких форматах. Нет необходимости основывать свое решение о покупке на основе типа NAND, но все же полезно знать плюсы и минусы каждого из них.

  • Одноуровневая ячейка (SLC): это самый первый тип флэш-памяти, который был доступен в качестве флэш-памяти. Как следует из названия, он хранит один бит данных на ячейку и поэтому работает очень быстро и долго. Однако, с другой стороны, он не очень плотный с точки зрения того, сколько данных он может хранить, что делает его очень дорогим. В настоящее время он обычно не используется в обычных твердотельных накопителях и ограничивается очень быстрыми корпоративными дисками или небольшими объемами кеша.
  • Multi-Layer Cell (MLC): Несмотря на то, что он медленнее, MLC дает возможность хранить больше данных по более низкой цене, чем SLC. Многие из этих дисков имеют небольшой объем кэша SLC (адекватно названного методом кэширования SLC) для повышения скорости, при которой кэш действует как буфер записи. В настоящее время MLC также был заменен на TLC в большинстве потребительских накопителей, а стандарт MLC был ограничен корпоративными решениями.
  • Трехуровневая ячейка (TLC): TLC по-прежнему очень распространен в современных SSD. Хотя он медленнее, чем MLC, он позволяет увеличить емкость по более низкой цене из-за его способности записывать больше данных в одну ячейку. Большинство дисков TLC используют какое-то кэширование SLC, которое улучшает производительность. При отсутствии кеша TLC-диск ненамного быстрее традиционного жесткого диска. Для обычных потребителей эти диски предлагают хорошее соотношение цены и качества и прекрасный баланс между производительностью и ценой. Профессиональным и профессиональным пользователям следует подумать о накопителях MLC корпоративного уровня для повышения производительности, если они сочтут нужным.
  • Quad-Level Cell (QLC): Это следующий уровень технологии хранения, который обещает более высокую емкость по еще более низким ценам. Он также использует метод кеширования для обеспечения хорошей скорости. Выносливость может быть немного ниже с дисками, использующими QLC NAND, а устойчивая производительность записи может снизиться после заполнения кеша. Однако он должен представить более вместительные диски по доступным ценам.

Наслоение 3D NAND

2D или Planar NAND имеет только один слой ячеек памяти, тогда как 3D NAND накладывает ячейки друг на друга в виде стопки. Производители накопителей теперь накладывают все больше и больше стопок друг на друга, что приводит к более плотным, более вместительным и менее дорогостоящим накопителям. В настоящее время наслоение 3D NAND стало действительно обычным явлением, и большинство распространенных твердотельных накопителей используют эту технику. Эти накопители стоят меньше, чем их планарные аналоги, потому что дешевле производить более плотные, уложенные друг на друга флэш-накопители по сравнению с 2D. Samsung называет эту реализацию «V-NAND», а Toshiba назвала ее «BISC-Flash». Эта спецификация не должна влиять на ваше решение о покупке каким-либо образом, кроме цены..

Контроллеры

Контроллер можно в некоторой степени понимать как процессор привод. Это управляющий орган внутри привода, который управляет всеми операциями чтения и записи. Он также выполняет другие задачи, связанные с производительностью и обслуживанием внутри накопителя, такие как выравнивание износа, предоставление данных и т. Д. Интересно отметить, что, как и для большинства ПК, чем больше ядер, тем лучше, если вы стремитесь к более высокой производительности и большей емкости.

Контроллер также включает в себя электронику, которая подключает флэш-память к интерфейсам ввода/вывода SSD. Как правило, контроллер состоит из следующих компонентов:

  • Встроенный процессор — обычно 32-разрядный микроконтроллер.
  • ПЗУ встроенного программного обеспечения с электрически стираемыми данными
  • Системная RAM
  • Поддержка внешней RAM
  • Интерфейс компонента Flash
  • Интерфейс Host Electrical
  • Схема кода коррекции ошибок (ECC)

Контроллер SSD может быть важно знать, но в большинстве случаев это не должно сильно влиять на решение о покупке. Конкретные номера моделей контроллеров можно легко найти на страницах спецификаций твердотельных накопителей. Можно прочитать обзоры в Интернете о контроллере, если они захотят узнать о конкретных деталях его работы.

Кэш DRAM

Всякий раз, когда система дает команду SSD извлечь некоторые data, накопитель должен знать, где именно данные хранятся в ячейках памяти. По этой причине на диске хранится своего рода «карта», которая активно отслеживает, где физически хранятся все данные. Эта «карта» хранится в кэше DRAM диска. Этот кеш представляет собой отдельный чип высокоскоростной памяти внутри SSD, который часто может иметь большое значение. Эта форма памяти намного быстрее, чем отдельная флеш-память NAND внутри SSD.

Важность кэша DRAM

Кэш DRAM может иметь большее значение, чем просто хранение карта данных. SSD немного перемещает данные, чтобы продлить срок их службы. Этот метод называется «выравнивание износа» и используется для предотвращения слишком быстрого износа некоторых ячеек памяти. Кэш DRAM может оказать огромную помощь в этом процессе. Кэш DRAM также может улучшить общую скорость диска, поскольку ОС не придется так долго ждать, чтобы найти нужные данные на диске. Это может значительно улучшить производительность в «Дисках ОС», в которых очень быстро выполняется множество мелких операций. Твердотельные накопители без DRAM также обеспечивают значительно худшую производительность в сценариях произвольного чтения/записи. Общие задачи, такие как просмотр веб-страниц и процессы ОС, зависят от хорошей производительности произвольного чтения/записи. Поэтому не стоит экономить несколько долларов и покупать SSD без DRAM вместо SSD с надлежащей системой кэширования..

Техника буфера памяти хоста (HMB)

Мы знаем, что SSD без внутреннего кэша DRAM наводняют рынок как более дешевые альтернативы, но они предлагают худшую производительность, чем SSD, которые включают Кэш DRAM. Твердотельные накопители без DRAM не ограничиваются дешевыми 2,5-дюймовыми твердотельными накопителями SATA, однако многие твердотельные накопители NVMe среднего класса также не включают внутренний кэш DRAM. Здесь в игру вступает технология Host Memory Buffer или HMB.

Накопители NVMe обмениваются данными с материнской платой через интерфейс PCIe. Одно из преимуществ этого интерфейса по сравнению с SATA заключается в том, что он позволяет накопителю получать доступ к системной RAM и использовать ее часть в качестве собственного кэша DRAM. Именно этого и достигают диски HMB. Эти накопители NVMe восполняют нехватку кеша за счет использования небольшой части системной ОЗУ в качестве кэша DRAM. Это устраняет многие недостатки производительности твердотельного накопителя без DRAM. Это также может быть дешевле, чем диски NVMe, которые включают встроенный кэш DRAM.

Компенсация

Разве более дешевые диски не могут просто использовать системную оперативную память в качестве кеша? Несмотря на то, что использование метода HMB, безусловно, имеет преимущества по сравнению с тем, что он вообще не использует кеш, уровень производительности все же не на одном уровне с дисками, у которых есть кеш. HMB предлагает что-то среднее в производительности. Производительность произвольного чтения/записи улучшена по сравнению с твердотельными накопителями без DRAM, а также улучшена общая скорость отклика системы, но не до уровня дисков со встроенным кешем. Все сводится к компромиссу по стоимости или производительности.

Следует отметить, что, поскольку HMB использует протокол NVMe поверх PCI Express, его нельзя использовать на традиционных твердотельных накопителях SATA.

Предпочтение

Нет сомнений в том, что если вы ищете абсолютно лучшую производительность, вам не следует покупать SSD без кеша DRAM. Хотя HMB может быть полезен для повышения производительности, все же существуют компромиссы, связанные с такими обходными путями. Однако, если вы ищете недорогой твердотельный накопитель NVMe, некоторые из вариантов, предлагающих функции HMB, могут быть привлекательными по сравнению с другими дисками с кешем DRAM. Падение производительности может быть не таким значительным, как экономия средств. В большинстве сценариев следует избегать покупки твердотельного накопителя SATA без DRAM.

Анализ производительности

IOPS

Количество операций ввода-вывода в секунду или IOPS — это показатель, который считается наиболее точным при оценке производительности SSD. Производители очень агрессивно рекламируют случайные числа чтения/записи, но они также могут вводить в заблуждение, поскольку эти числа редко достигаются в реальных сценариях. IOPS подсчитывает случайные эхо-запросы к диску и измеряет производительность, которую вы ощущаете при запуске приложения или загрузке компьютера. IOPS обычно указывает, как часто SSD может выполнять передачу данных каждую секунду для извлечения данных, случайно сохраненных на диске. IOPS — это более реальный показатель, чем необработанная пропускная способность..

Максимальные скорости чтения/записи

Это числа, которые довольно часто можно увидеть в маркетинговых материалах. Эти числа представляют пропускную способность SSD. Эти цифры (обычно от 500 МБ/с для SATA, до 3500 МБ/с для NVMe) могут быть весьма привлекательными для покупателя и поэтому агрессивно выдвигаются на передний план маркетинговых материалов. На самом деле, они не указывают на реальную скорость в целом и имеют значение только при одновременной записи или чтении больших объемов данных.

SSD в качестве диска ОС

Если вы ищете твердотельный диск для установки операционной системы, необходимо учесть некоторые важные факторы. Во-первых, диски ОС должны выполнять множество небольших операций одновременно. Это означает, что высокие скорости произвольного чтения/записи могут быть весьма полезны в этом отношении. Также следует принимать во внимание значения IOPS накопителя, поскольку они больше указывают на реалистичный сценарий. Какой-то метод кэширования, например, кэш DRAM или HMB, должен считаться важным для диска, который предназначен для использования в качестве диска ОС. Вы можете обойтись более дешевым диском без DRAM, но его долговечность и производительность будут намного ниже, чем у дисков, в которых есть кэш. Тем не менее, любой тип SSD является значительным улучшением по сравнению с традиционными дисками, поэтому в современных системах жизненно важно иметь хотя бы SSD для ОС.

SSD в качестве игрового диска

Использование SSD в качестве накопителя для хранения игр может быть привлекательным стимулом. Твердотельные накопители намного быстрее жестких дисков, поэтому они обеспечивают более быструю загрузку в играх. Это может быть заметно в современных играх с открытым миром, в которых игровой движок должен загружать большое количество ресурсов с носителя. Однако здесь есть точка уменьшения отдачи. Хотя даже самый простой твердотельный накопитель SATA обеспечит гораздо более быстрое время загрузки, чем жесткий диск, приобретать более быстрые диски NVMe или Gen 4 для игр не очень выгодно, поскольку они практически не дают существенного преимущества перед SATA. Это связано с тем, что после того, как вы пересечете скорость традиционного жесткого диска, носитель больше не будет узким местом в конвейере загрузки игры. Таким образом, все твердотельные накопители показывают примерно одинаковые результаты по времени загрузки игры. Любое преимущество твердотельных накопителей NVMe или PCIe Gen 4 незначительно и не оправдывает дополнительных затрат на эти диски.

Причина в том, что игровые технологии обычно ограничиваются консолями того же поколения. В этом случае PS4 и Xbox One по-прежнему используют чрезвычайно медленные жесткие диски. Таким образом, разработчики игр должны делать игру с учетом этих более медленных носителей информации. Хотя твердотельные накопители действительно обеспечивают преимущество в скорости во времени загрузки, остальная часть игрового процесса очень похожа на жесткие диски.. Поэтому традиционный жесткий диск может быть полезен, если вы планируете дешево иметь большой объем архивного хранилища. Твердотельный накопитель SATA емкостью 500–1 ТБ в дополнение к большому жесткому диску обеспечит наилучший баланс в этом отношении. Узнайте больше об использовании SSD в качестве дополнительного устройства хранения в этой статье.

Использование SSD в качестве игрового диска также имеет еще одно преимущество. Из-за самой природы этой рабочей нагрузки эти диски также не сильно выигрывают от кеш-памяти DRAM. Это означает, что вы можете обойтись более дешевыми твердотельными накопителями SATA, которые предлагают больше места для хранения, вместо того, чтобы выбирать более дорогие варианты. Кэш DRAM по-прежнему помогает в общей выносливости диска, так что это тоже не имеет значения. Опять же, при принятии решения необходимо достичь баланса между стоимостью и производительностью.

Выносливость

Это, вероятно, одна из самых важных вещей, на которые следует обратить внимание при покупке SSD. В отличие от вращающегося жесткого диска (который также имеет ограниченный срок службы из-за движущихся частей) SSD использует флэш-память NAND для хранения своих данных. Эти ячейки NAND имеют ограниченный срок службы. Существует ограничение на то, сколько раз данные могут быть записаны в определенную ячейку, прежде чем она перестанет хранить данные. Это может показаться тревожным, но на самом деле обычному пользователю не нужно беспокоиться о том, что данные исчезнут с его SSD. Это связано с тем, что существует множество механизмов, которые уменьшают износ ячеек NAND. «Избыточное выделение ресурсов» — особенно полезная функция в современных накопителях, которая частично выделяет часть емкости для обеспечения перетасовки данных между различными ячейками. Данные необходимо постоянно перемещать, чтобы некоторые клетки не умерли преждевременно. Этот процесс называется «выравниванием износа».

Износостойкость или надежность накопителя обычно повышается, если он содержит кэш DRAM. Поскольку кэш содержит карту часто используемых данных, накопителю легче выполнять процесс выравнивания износа. Выносливость обычно продается в терминах MBTF (среднее время наработки на отказ) и TBW (записанных терабайт).

MBTF

MBTF — довольно сложная для понимания концепция. Вы можете обнаружить, что значения MBTF (среднее время наработки на отказ) на самом деле выражаются в миллионах часов. Однако, если SSD имеет рейтинг MBTF 2 миллиона часов, это не означает, что SSD на самом деле проработает 2 миллиона часов. Вместо этого MBTF является мерой вероятности сбоя в дисках большого размера. Как правило, чем выше, тем лучше, но это может сбивать с толку при анализе. Поэтому на страницах продуктов чаще используется другой показатель, который немного легче понять, и он называется TBW.

TBW

TBW или Терабайт написано описывает общую сумму данных, которые могут быть записаны на SSD в течение срока его службы. Эта метрика является довольно простой оценкой. Типичный твердотельный накопитель емкостью 250 ГБ может иметь рейтинг TBW около 60-150 TBW и выше, что лучше, чем с номерами MBTF.. Как потребитель, вам не следует слишком беспокоиться об этих цифрах, так как на самом деле очень сложно записать все эти данные на диск за разумный промежуток времени. Это может быть важно для корпоративных пользователей, которым требуется круглосуточная работа и которые могут записывать большие объемы данных на диск несколько раз в день. Производители накопителей предлагают специальные решения для этих пользователей.

3DXPoint/Optane

3DXPoint (3D Cross Point) — это новая новая технология, которая потенциально может быть быстрее, чем любые доступные сейчас потребительские твердотельные накопители. Это результат партнерства между Intel и Micron, и полученный продукт продается под торговой маркой Intel Optane. Память Optane предназначена для использования в качестве кэширующего диска в сочетании с более медленным жестким диском или SATA SSD. Это позволяет использовать более высокие скорости на более медленных дисках, сохраняя при этом большую емкость. Технология Optane все еще находится в зачаточном состоянии, но становится все более популярной на обычных ПК.

Рекомендации

Хотя невозможно порекомендовать диск для конкретных нужд каждого пользователя, при покупке SSD следует учитывать некоторые общие моменты. Если вы ищете диск для ОС, было бы неплохо потратить дополнительные средства на хороший диск NVMe с кешем DRAM или даже на реализацию HMB. Вы можете найти наши рекомендации по лучшим накопителям NVMe на рынке в этой статье. Хорошего твердотельного накопителя SATA для большинства пользователей будет более чем достаточно. Для этой категории следует избегать дешевых дисков без DRAM. Если вы хотите хранить и воспроизводить игры на SSD, было бы разумно искать SSD с большей емкостью SATA, а не дорогие NVMe или Gen 4. Даже твердотельный накопитель без DRAM может выполнить свою работу без значительного снижения производительности. Если выносливость имеет первостепенное значение, подумайте о накопителях корпоративного уровня, которые специально созданы с учетом долговечности, например, серии PRO от Samsung.

Заключительные слова

SSD стали неотъемлемой частью современных игровых систем или рабочих станций. В течение долгого времени жесткие диски были нашим основным источником хранения данных, но это полностью изменилось в связи с появлением быстрых и доступных флеш-хранилищ. В 2020 году крайне важно иметь хоть какое-то твердотельное хранилище на вашем ПК. В конце концов, флеш-хранилище становится все дешевле и дешевле, и любой тип SSD будет большим обновлением по сравнению с традиционным жестким диском.

Покупка SSD в основном зависит от конкретного использования — случай покупателя, и существует множество вариантов для каждого. Если вы просто хотите добавить в свою систему какой-нибудь дешевый накопитель большой емкости, чтобы выгрузить все свои игры, то большинству пользователей будет достаточно даже дешевого твердотельного накопителя SATA без DRAM.. Тестирование показывает, что время загрузки игр не сильно различается между недорогими и высокопроизводительными твердотельными накопителями, однако твердотельные накопители предлагают огромный скачок по сравнению с традиционными жесткими дисками.

Если вы планируете сделать твердотельный накопитель. ваш основной диск с ОС, то было бы разумно вложить немного больше денег в этот компонент. Получение более быстрого SSD с флеш-памятью NAND хорошего качества и встроенной кэш-памятью DRAM не только повысит производительность, но также повысит долговечность и надежность вашего накопителя. Это очень важно, поскольку на диске ОС должны храниться самые важные файлы на вашем компьютере.

В любом случае дни ожидания чашки кофе при загрузке ОС давно прошли. Твердотельные накопители действительно стали неотъемлемой частью современных компьютеров и абсолютно оправдывают вложения по сравнению с жестким диском.

Оцените статью
techscreen.ru
Добавить комментарий