Страница 2: Технические особенности надёжности SSD
Надёжность SSD – горячая тема споров. У накопителей время жизни не безграничное, что хорошо известно. В отличие от жёстких дисков, SSD опираются на флэш-память, у которой есть один важный критерий: количество циклов записи, которое сможет выдержать память, прежде чем выйдет из строя. Например, в ячейку памяти можно записать десять тысяч раз, после чего она уже непригодна для записи. В мире жёстких дисков всё несколько мягче, хотя магнитные носители тоже изнашиваются. И при постоянной нагрузке износ тоже будет довольно быстрым. Но, в отличие от SSD, механика жёстких дисков изнашивается и на операциях чтения, а флэш-память при выполнении операций чтения не изнашивается.
На самом деле всё не так просто. Срок службы флэш-памяти и, в частности, всего SSD зависит от намного большего числа факторов. В спецификациях накопителей почти никогда не упоминается предельное количество циклов записи ячеек. Но производители приводят расчетную нагрузку записи в день, суммарный объём записанных байт (TBW - Total Bytes Written) или число перезаписей полной ёмкости накопителя в день (DWPD - Drive Writes Per Day).
На самом деле существует существенное отличие между объёмом данных, который посылается host-системой на накопитель и объёмом, который на самом деле записывается на диск. Последний объём, как правило, больше. Соотношение двух объёмом называется усилением записи (write amplification, WA). Причина кроется в том, что накопитель хранит данные не в виде отдельных ячеек, а блоков флэш-памяти, которые состоят из большого числа ячеек. Даже если вы измените один байт данных на SSD, накопителю придётся перезаписать блок целиком, то есть несколько килобайт информации. Конечно, это экстремальный случай, как правило записываются намного большие объёмы информации, также кэширование SSD позволяет минимизировать эффект усиления записи.
В современных SSD усиление записи ненамного превышает единицу. У первых поколений накопителей, которые уже ушли с рынка, усиление записи могло составлять 100 и выше – в таких случаях даже самая надёжная флэш-память не поможет. И многие подобные SSD стали бесполезными как раз такой причине, что память уже износилась, хотя в то время использовалась память с 10.000 циклами перезаписи.
Количество циклов перезаписи, которые ячейка флэш-память может выдержать, зависит от двух параметров: размера ячейки памяти и количества хранящихся бит на ячейку. Дело в том, что изнашивается тонкий слой изоляции ячейки памяти, и чем меньше будет размер ячейки, тем меньше будет толщина слоя. Этот слой изоляции удерживает в ячейке электроны, которые и составляют заряд. Если хранить в ячейке только один бит информации, то у ячейки придётся различать только два состояния. Данный тип ячеек называется одноуровневым (SLC, Single Level Cell), сегодня он встречается редко. Если хранятся два бита на ячейку, то возможных состояний получается уже четыре. При износе такой ячейки становится сложнее различать состояния между собой, поэтому и выходит из строя она быстрее. Ячейки с хранением двух битов называются многоуровневыми (MLC, Multi Level Cell), сегодня они используются почти во всех SSD. Такие ячейки обычно выдерживают две-три тысячи циклов перезаписи, хотя для корпоративных и серверных накопителей используется память MLC с повышенной надёжностью, ячейки MLC выдерживают до 30.000 циклов перезаписи. Хотя это всё равно ниже памяти SLC, которая выдерживает до 100.000 циклов.
В будущем будут более распространены два других типа памяти, которые сегодня встречаются довольно редко. С одной стороны, атакует трёхуровневая память TLC (Triple Level Cell) – здесь одна ячейка хранит три бита информации, то есть её описывают восемь состояний. Память такого типа используется, например, в линейке SSD 840 EVO от Samsung. Увеличение плотности хранения информации удешевляет производство флэш-памяти, что положительно сказывается на розничной цене. Уменьшение структур также увеличивает плотность хранения информации, именно по этой причине накопители Crucial MX100 сегодня стоят очень дёшево, хотя и используют память MLC.
Новым прорывом в сфере флэш-памяти обещает стать 3D NAND. Данную технологию мы уже описывали в нашем обзоре Samsung SSD 850 PRO. Принципиальное изменение структуры отдельных ячеек позволило существенно увеличить плотность хранения информации. В то же время и срок службы производитель обещает больше из-за увеличения размера структур. Samsung для современной памяти 3D V-NAND указывает большую надёжность, чем для памяти SLC.
Однако при обсуждении надёжности флэш-памяти часто мимо внимания оставляют важную деталь: большая часть SSD выходит из строя не из-за износа памяти, а по причине сбоя аппаратной начинки или просто ошибок в прошивке. И с большей долей вероятности такой сбой случится раньше, чем выход из строя флэш-памяти. Большинство производителей указывают для своих SSD расчетную нагрузку записи более 20 Гбайт в день на протяжении нескольких лет. Как показали предыдущие тесты, данный показатель обычно занижен. Учитывая тот факт, что почти у всех систем в день записывается намного меньше 20 Гбайт, можно прийти к следующему выводу: срока службы современных SSD более чем достаточно для домашних пользователей. В отличие от жёстких дисков, которые уже через три-четыре года демонстрируют увеличение числа сбоев из-за механического износа, у флэш-памяти современных SSD при обычном использовании износ будет мало заметен. Конечно, важно, чтобы производитель соблюдал высокие стандарты качества прошивки и остальных компонентов – это тоже сказывается на надёжности SSD.