Loading AI tools
устройство хранения данных Из Википедии, свободной энциклопедии
Твердотельный накопитель (англ. Solid-State Drive, SSD) — компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, альтернатива жёстким дискам (HDD). Наиболее распространённый вид твердотельных накопителей использует для хранения данных флеш-память типа NAND, однако существуют варианты (и до появления флеш-памяти и EEPROM альтернатив не было), в которых накопитель создаётся на базе DRAM-памяти, снабжённой дополнительным источником питания — аккумулятором[1]. Помимо собственно микросхем памяти, подобный накопитель содержит управляющую микросхему — контроллер.
В настоящее время твердотельные накопители используются как в носимых (ноутбуках, нетбуках, планшетах), так и в стационарных компьютерах для повышения производительности. На 2016 год наиболее производительными выступали SSD формата M.2 с интерфейсом NVMe[2], а к 2022 году их скорость записи/чтения данных достигла 12000 мегабайт в секунду[3].
По сравнению с традиционными жёсткими дисками твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, являются бесшумными, а также многократно более устойчивы к механическим повреждениям (например, при падении) и имеют гораздо бóльшую скорость производимых операций. В то же время, они имеют в несколько раз бóльшую стоимость в пересчёте на гигабайт и меньшую износостойкость (ресурс записи), а также существенно меньшую стойкость к воздействию ионизирующей радиации, что накладывает ограничения на их применение в некоторых сферах.
SSD представляют собой устройства, хранящие данные в микросхемах вместо вращающихся металлических дисков или магнитных лент. Причина их появления отражает тот факт, что скорость обработки данных в процессоре намного превышает скорость записи данных в HDD. Магнитные диски на протяжении десятилетий доминировали в корпоративном сегменте хранения данных, за это время (с 1950-х) ёмкость носителей выросла в двести тысяч раз, скорость работы процессоров тоже сильно возросла, но скорость доступа к данным изменилась значительно меньше и диски стали «узким местом». Проблему решают твердотельные накопители — они обеспечивают намного большие скорости работы с данными по сравнению с жёсткими дисками[4]. SSD за счёт использования микросхем флеш-памяти по своим характеристикам существенно отличаются от жёстких дисков с магнитными пластинами.
С целью оптимизации использования SSD в 2011 году был разработан интерфейс NVMe — англ. Non-Volatile Memory Express, поддержка которого была добавлена в Windows, начиная только с версии 8.1. В Windows 7 поддержку протокола обеспечивает исправление (hotfix) KB2990941. Не все материнские платы поддерживают интерфейс NVMe, поэтому всё ещё сохраняет популярность старый интерфейс SATA[5].
Основные характеристики твердотельных накопителей[6]:
В отличие от жёстких дисков, цена SSD очень сильно зависит от доступной ёмкости, что связано с ограниченной плотностью размещения ячеек памяти и ограничением размера кристалла в микросхеме[7].
Существуют также гибридные жёсткие диски (англ. SSHD, solid-state hybrid drive), в которых совмещена твердотельная память и механический жёсткий диск[8][9]. Подобное объединение позволяет воспользоваться частью преимуществ флеш-памяти (быстрый произвольный доступ) при сохранении небольшой стоимости хранения больших объёмов данных. Флеш-память в них используется в качестве буфера (кэша) небольшого объёма (к примеру, в Seagate Momentus XT от 4 до 8 Гбайт)[10], либо (реже) может быть доступной как отдельный накопитель (англ. dual-drive hybrid systems)[источник не указан 1977 дней].
Технология Intel Smart Response позволяет совместно использовать SSD и HDD с целью кеширования часто используемых данных (файлов) на SSD, плюс к тому более эффективно использует SSHD[11][12].
У других производителей также есть свои технологии для использования SSD для кеширования данных, хранящихся в HDD: Marvell HyperDuo (в контроллере Marvell 88SE9130), Adaptec MaxIQ (MaxCache), LSI CacheCade. Из них только HyperDuo предназначена для домашнего использования[13][14][15][16].
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
К твердотельным накопителям относятся только накопители на полупроводниках. Жёсткие и оптические диски к ним не относятся, хотя они, строго говоря, являются твёрдыми телами. Эта терминология противоположна используемой в лазерах — твердотельными лазерами называют лазеры на основе любых твёрдых тел, за исключением полупроводников.
Первоначально твердотельные накопители называли «твердотельными дисками» (англ. Solid-State Disk), хотя ни один из твердотельных накопителей не является диском. Сейчас это название становится малоупотребительным.
Этот раздел нуждается в переработке. |
Флеш-память NAND для SSD выпускалась компаниями SanDisk, Toshiba (Toshiba Memory[англ.], она же Kioxia[англ.][18]), Samsung, Intel, Micron[19].
В 2013 году крупнейшими производителями микросхем NAND были Samsung, Toshiba, Micron и SK-Hynix[20], микросхем контроллеров для SSD — LSI-SandForce[англ.], Marvell, Silicon Motion[англ.], Phison[англ.] и JMicron[21][22]. В том же году Samsung, Toshiba и Micron начали выпускать накопители с микросхемами 3D NAND[англ.], которая позволила снизить стоимость устройств, особенно высокой ёмкости[23].
В I квартале 2016 года крупнейшими производителями SSD были компании Samsung Electronics (первое место, около 40 % рынка), SanDisk (12 %), Lite-On (Plextor[англ.][24], Lite-On), Kingston, Intel, Micron, OCZ, HGST[англ.][источник не указан 725 дней]. Несмотря на то, что Toshiba Memory была и является одним из крупнейших производителей микросхем NAND, доля компании на рынке самих SSD составляла (на 2016) только 3,9 %.
С 2016 года Samsung выпускает «потребительские» SSD с микросхемами 3D NAND исключительно собственного производства[7].
Дефицит микросхем 2021 года привёл к «качелям цен» на SSD из-за их перепроизводства, а затем, на фоне резкого падения продаж SSD, к обвалу цен в конце 2022 года[25][26]. В 2023 году средняя цена на чипы TLC росла[27]; аналитики предсказывают подорожание твердотельных накопителей на рынке и в 2024 году[28].
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Первоначально твердотельные накопители распространились в виде отдельных устройств накопления и переноса информации. Они подключались к компьютерам и цифровым гаджетам через ряд стандартизированных внешних интерфейсов, а конструкция накопителей позволяла неквалифицированному пользователю безопасно манипулировать ими и переносить данные между устройствами. Все эти накопители можно было разделить на две большие группы: с интерфейсом USB («USB-флешки»), преимущественно используемые с компьютерами, и карты памяти, преимущественно используемые в разнообразных электронных гаджетах, например цифровых фотоаппаратах, телефонах и т. п.
USB-накопители были отлично стандартизированы и обеспечивали работоспособность на любых устройствах с этим разъёмом. Карты памяти имели большое разнообразие несовместимых конструкций и интерфейсов. Первоначально были популярны CompactFlash, SmartMedia, Memory Stick, MMC, SD. До нашего времени высокую популярность сохранили лишь SD-карты в двух форм-факторах: стандартном и миниатюрном (microSD).
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
По мере роста ёмкости и удешевления флеш-памяти твердотельная память стала заменять основную долговременную память компьютеров — жёсткие диски. С целью обеспечения взаимозаменяемости с существовавшими технологиями встраиваемые твердотельные накопители стали выпускать в стандартизированных для жёстких дисков конструктивах и с наиболее популярным на тот момент интерфейсом для жёстких дисков. Так появились твердотельные диски типоразмера 2,5" с интерфейсом SATA, которые устанавливались вместо механических жёстких дисков.
Однако громоздкие конструктивы и медленные интерфейсы механических жёстких дисков не позволяли раскрыть потенциал флеш-памяти. Начался процесс миниатюризации накопителей. Первоначально отказались от конструктива жёстких дисков, стандартизировав малогабаритные конструктивы mSATA и M.2 SATA (иногда называемый NGFF), но сохранив совместимость с интерфейсом SATA. Следующим шагом стал отказ от медленного интерфейса SATA и переход на быстрый интерфейс PCI Express. Так появились накопители с интерфейсом NVM Express (NVMe) в разнообразных конструктивах, из которых наибольшее распространение получил M.2 NVMe.
Несмотря на похожий конструктив накопители M.2 SATA нельзя установить вместо M.2 NVMe и M.2 NVMe нельзя установить вместо M.2 SATA, они несовместимы друг с другом. Внешне их можно различить по количеству вырезов на контактах платы накопителя и соответствующих ключевых вставок на ответном разъёме: у M.2 SATA их два, а у M.2 NVMe — один.
Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD), появились во второй половине 90-х годов прошлого века, но начали уверенное завоевание рынка в связи с прогрессом в микроэлектронике и улучшением основных характеристик, в том числе стоимости за гигабайт. До середины 2000-х годов уступали традиционным накопителям — жёстким дискам — в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью доступа к произвольным блокам информации (скорость поиска, скорость начального позиционирования). С 2012 года уже выпускаются твердотельные накопители со скоростями чтения и записи, во много раз превосходящими возможности жёстких дисков[29]. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.[источник не указан 513 дней]
К 2016 году были созданы микросхемы NAND с тремя различными по плотности хранения данных технологиями[7]:
TLC обеспечивает наибольшую плотность хранения данных (втрое выше, чем планарная SLC), но имеет наименьший срок службы и меньшую надёжность, которые компенсируются производителями за счёт усложнения обработки данных[7].
Дальнейшее развитие технологии NAND — 3D TLC, в которой ячейки TLC размещены на кристалле в несколько слоёв. Например, Samsung SSD 850 EVO использует 3D-память с 32 слоями 3-битных ячеек TLC; производитель обещает для них надёжность на уровне устройств с планарными двухбитовыми MLC[7].
С 2017 года нашло распространение и QLC (Quad Level Cell) — четыре бита[30]. На 2022 год рекордной является вышедшая в прошлом году 3D NAND 7-го поколения с 176 слоями (частота интерфейса 1,6 ГГц) от Micron; потребительским стандартом являются 96—144-слойные микросхемы[31].
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Эти накопители построены на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) наподобие RAM drive и характеризуются сверхбыстрым чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость за единицу объёма. Используются в основном для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели — системами резервного и/или оперативного копирования. Примерами таких накопителей являются I-RAM[англ.] и серия HyperDrive[англ.] (последние известны в Европе как ACARD ANS-9010 и 9010BA).
Пользователи, обладающие достаточным объёмом оперативной памяти, могут организовывать имитацию подобных устройств за счёт технологии диск в ОЗУ (RAM drive), например, для оценки быстродействия виртуальных машин.
В 2015 году компании Intel и Micron заявили о выходе новой энергонезависимой памяти 3D XPoint[32]. Intel планировала выпустить SSD-накопители на основе 3D XPoint с использованием интерфейса PCI Express в 2016 году, которые были бы быстрее и выносливее, чем накопители на основе NAND. В марте 2017 года Intel выпустила первый SSD-накопитель с использованием технологии 3D XPoint — Intel Optane P4800X[33].
В ОС Windows 7 была введена специальная оптимизация для работы с твердотельными накопителями. При наличии SSD-накопителей эта операционная система работает с ними иначе, чем с обычными HDD-дисками. Например, Windows 7 не применяет к SSD-накопителю дефрагментацию, технологии SuperFetch и ReadyBoost и другие техники упреждающего чтения, ускоряющие загрузку приложений с обычных HDD-дисков.[источник не указан 513 дней]
Предыдущие версии Microsoft Windows такой специальной оптимизации не имеют и рассчитаны на работу только с обычными жёсткими дисками. Поэтому, например, некоторые файловые операции Windows Vista, не будучи отключёнными, могут уменьшить срок службы SSD-накопителя. Операция дефрагментации должна быть отключена, так как она практически никак не влияет на производительность SSD-носителя и лишь дополнительно изнашивает его.[источник не указан 513 дней]
Рекомендуется также отключать Prefetch, индексирование, также теряется смысл гибернации, так как скорость загрузки без гибернации приближается к таковой из-за высокой скорости произвольного доступа[56].
Операционная система Mac OS X, начиная с версии 10.7 (Lion), полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти[57].
С 2010 года компания Apple представила компьютеры линейки Air, полностью комплектуемые только твердотельной памятью на основе флеш-NAND памяти. До 2010 года покупатель мог выбрать для данного компьютера обычный жёсткий диск в комплектации, но дальнейшее развитие линейки в пользу максимального облегчения и уменьшения корпуса компьютеров данной серии потребовало полного отказа от обычных жёстких дисков в пользу твердотельных накопителей.[источник не указан 513 дней]
Объём комплектуемой памяти в компьютерах серии Air составляет от 128 ГБ до 512 ГБ[58]. По данным J. P. Morgan, с момента представления до июня 2011 года было продано 420 тысяч компьютеров этой серии полностью на твердотельной флеш-NAND памяти[59].
11 июня 2012 года на основе флеш-памяти был представлен обновлённый модельный ряд профессиональных ноутбуков MacBook Pro с дисплеем Retina, в котором опционально можно было установить 768 ГБ флеш-памяти[источник не указан 3679 дней].
Операционная система Linux, начиная с версии ядра 2.6.33, полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти при указании опции «discard» в настройках монтирования накопителя[60].
Главный недостаток SSD-накопителей на базе флеш-памяти — ограниченное число циклов перезаписи; при развитии технологий изготовления энергонезависимой памяти, возможно, будет устранён путём изготовления носителя информации по другим физическим принципам, например FeRam, ReRAM (resistive random-access memory) и др.[источник не указан 513 дней]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.