Надежный ссд. Что мы знаем о накопителях? Сервис и условия гарантии

Бытует мнение, что одним из самых существенных недостатков твердотельных накопителей выступает их конечная и притом относительно невысокая надёжность. И действительно, в силу ограниченности ресурса флеш-памяти, которая обуславливается постепенной деградацией её полупроводниковой структуры, любой SSD рано или поздно теряет свою способность к хранению информации. Вопрос о том, когда это может произойти, для многих пользователей остаётся ключевым, поэтому многие покупатели при выборе накопителей руководствуются не столько их быстродействием, сколько показателями надёжности. Масла в огонь сомнений подливают и сами производители, которые из маркетинговых соображений в условиях гарантии на свои потребительские продукты оговаривают сравнительно невысокие объёмы разрешённой записи.

Тем не менее, на практике массовые твердотельные накопители демонстрируют более чем достаточную надёжность для того, чтобы им можно было доверять хранение пользовательских данных. Эксперимент, показавший отсутствие реальных причин для переживаний за конечность их ресурса, некоторое время тому назад проводил сайт TechReport . Им был выполнен тест, показавший, что, несмотря на все сомнения, выносливость SSD уже выросла настолько, что о ней можно вообще не задумываться. В рамках эксперимента было практически подтверждено, что большинство моделей потребительских накопителей до своего отказа способны перенести запись порядка 1 Пбайт информации, а особенно удачные модели, вроде Samsung 840 Pro, остаются в живых, переварив и 2 Пбайт данных. Такие объёмы записи практически недостижимы в условиях обычного персонального компьютера, поэтому срок жизни твердотельного накопителя попросту не может подойти к концу до того, как он полностью морально устареет и будет заменён новой моделью.

Однако убедить скептиков данное тестирование не смогло. Дело в том, что проводилось оно в 2013-2014 годах, когда в ходу были твердотельные накопители, построенные на базе планарной MLC NAND, которая изготавливается с применением 25-нм техпроцесса. Такая память до своей деградации способна переносить порядка 3000-5000 циклов программирования-стирания, а сейчас в ходу уже совсем другие технологии. Сегодня в массовые модели SSD пришла флеш-память с трёхбитовой ячейкой, а современные планарные техпроцессы используют разрешение 15-16 нм. Параллельно распространение приобретает флеш-память с принципиально новой трёхмерной структурой. Любой из этих факторов способен в корне изменить ситуацию с надёжностью, и в сумме современная флеш-память обещает лишь ресурс в 500-1500 циклов перезаписи. Неужели вместе с памятью ухудшаются и накопители и за их надёжность нужно снова начинать переживать?

Скорее всего - нет. Дело в том, что наряду с изменением полупроводниковых технологий происходит непрерывное совершенствование контроллеров, управляющих флеш-памятью. В них внедряются более совершенные алгоритмы, которые должны компенсировать происходящие в NAND изменения. И, как обещают производители, актуальные модели SSD как минимум не менее надёжны, чем их предшественники. Но объективная почва для сомнений всё-таки остаётся. Действительно, на психологическом уровне накопители на базе старой 25-нм MLC NAND с 3000 циклов перезаписи выглядят куда основательнее современных моделей SSD с 15/16-нм TLC NAND, которая при прочих равных может гарантировать лишь 500 циклов перезаписи. Не слишком обнадёживает и набирающая популярность TLC 3D NAND, которая хоть и производится по более крупным технологическим нормам, но при этом подвержена более сильному взаимному влиянию ячеек.

Учитывая всё это, мы решили провести собственный эксперимент, который позволил бы определить, какую выносливость могут гарантировать актуальные сегодня модели накопителей, основанные на наиболее ходовых в настоящее время типах флеш-памяти.

Контроллеры решают

Конечность жизни накопителей, построенных на флеш-памяти, уже давно ни у кого не вызывает удивления. Все давно привыкли к тому, что одной из характеристик NAND-памяти выступает гарантированное количество циклов перезаписи, после превышения которого ячейки могут начинать искажать информацию или просто отказывать. Объясняется это самим принципом работы такой памяти, который основывается на захвате электронов и хранении заряда внутри плавающего затвора. Изменение состояний ячеек происходит за счёт приложения к плавающему затвору сравнительно высоких напряжений, благодаря чему электроны преодолевают тонкий слой диэлектрика в одну или другую сторону и задерживаются в ячейке.

Полупроводниковая структура ячейки NAND

Однако такое перемещение электронов сродни пробою - оно постепенно изнашивает изолирующий материал, и в конечном итоге это приводит к нарушению всей полупроводниковой структуры. К тому же существует и вторая проблема, влекущая за собой постепенное ухудшение характеристик ячеек, - при возникновении туннелирования электроны могут застревать в слое диэлектрика, препятствуя правильному распознаванию заряда, хранящегося в плавающем затворе. Всё это значит, что момент, когда ячейки флеш-памяти перестают нормально работать, неизбежен. Новые же технологические процессы лишь усугубляют проблему: слой диэлектрика с уменьшением производственных норм становится только тоньше, что снижает его устойчивость к негативным влияниям.

Однако говорить о том, что между ресурсом ячеек флеш-памяти и продолжительностью жизни современных SSD существует прямая зависимость, было бы не совсем верно. Работа твердотельного накопителя - это не прямолинейная запись и чтение в ячейках флеш-памяти. Дело в том, что NAND-память имеет достаточно сложную организацию и для взаимодействия с ней требуются специальные подходы. Ячейки объединены в страницы, а страницы - в блоки. Запись данных возможна лишь в чистые страницы, но для того, чтобы очистить страницу, необходимо сбросить весь блок целиком. Это значит, что запись, а ещё хуже - изменение данных, превращается в непростой многоступенчатый процесс, включающий чтение страницы, её изменение и повторную перезапись в свободное место, которое должно быть предварительно расчищено. Причём подготовка свободного места - это отдельная головная боль, требующая «сборки мусора» - формирования и очистки блоков из уже побывавших в использовании, но ставших неактуальными страниц.

Схема работы флеш-памяти твердотельного накопителя

В результате реальные объёмы записи в флеш-память могут существенно отличаться от того объёма операций, который инициируется пользователем. Например, изменение даже одного байта может повлечь за собой не только запись целой страницы, но и даже необходимость перезаписи сразу нескольких страниц для предварительного высвобождения чистого блока.

Соотношение между объёмом записи, совершаемой пользователем, и фактической нагрузкой на флеш-память называется коэффициентом усиления записи. Этот коэффициент почти всегда выше единицы, причём в некоторых случаях - намного. Однако современные контроллеры за счёт буферизации операций и других интеллектуальных подходов научились эффективно снижать усиление записи. Распространение получили такие полезные для продления жизни ячеек технологии, как SLC-кеширование и выравнивание износа. С одной стороны, они переводят небольшую часть памяти в щадящий SLC-режим и используют её для консолидации мелких разрозненных операций. С другой - делают нагрузку на массив памяти более равномерной, предотвращая излишние многократные перезаписи одной и той же области. В результате сохранение на два разных накопителя одного и того же количества пользовательских данных с точки зрения массива флеш-памяти может вызывать совершенно различную нагрузку - всё зависит от алгоритмов, применяемых контроллером и микропрограммой в каждом конкретном случае.

Есть и ещё одна сторона: технологии сборки мусора и TRIM, которые в целях повышения производительности предварительно готовят чистые блоки страниц флеш-памяти и потому могут переносить данные с места на место без какого-либо участия пользователя, вносят в износ массива NAND дополнительный и немалый вклад. Но конкретная реализация этих технологий также во многом зависит от контроллера, поэтому различия в том, как SSD распоряжаются ресурсом собственной флеш-памяти, могут быть значительными и здесь.

В итоге всё это означает, что практическая надёжность двух разных накопителей с одинаковой флеш-памятью может очень заметно различаться лишь за счет различных внутренних алгоритмов и оптимизаций. Поэтому, говоря о ресурсе современного SSD, нужно понимать, что этот параметр определяется не только и не столько выносливостью ячеек памяти, сколько тем, насколько бережно с ними обращается контроллер.

Алгоритмы работы контроллеров SSD постоянно совершенствуются. Разработчики не только стараются оптимизировать объём операций записи в флеш-память, но и занимаются внедрением более эффективных методов цифровой обработки сигналов и коррекции ошибок чтения. К тому же некоторые из них прибегают к выделению на SSD обширной резервной области, за счёт чего нагрузка на ячейки NAND дополнительно снижается. Всё это тоже сказывается на ресурсе. Таким образом, в руках у производителей SSD оказывается масса рычагов для влияния на то, какую итоговую выносливость будет демонстрировать их продукт, и ресурс флеш-памяти - лишь один из параметров в этом уравнении. Именно поэтому проведение тестов выносливости современных SSD и вызывает такой интерес: несмотря на повсеместное внедрение NAND-памяти с относительно невысокой выносливостью, актуальные модели совершенно необязательно должны иметь меньшую надёжность по сравнению со своими предшественниками. Прогресс в контроллерах и используемых ими методах работы вполне способен компенсировать хлипкость современной флеш-памяти. И именно этим исследование актуальных потребительских SSD и интересно. По сравнению с SSD прошлых поколений неизменным остаётся лишь только одно: ресурс твердотельных накопителей в любом случае конечен. Но как он поменялся за последние годы - как раз и должно показать наше тестирование.

Методика тестирования

Суть тестирования выносливости SSD очень проста: нужно непрерывно перезаписывать данные в накопителях, пытаясь на практике установить предел их выносливости. Однако простая линейная запись не совсем отвечает целям тестирования. В предыдущем разделе мы говорили о том, что современные накопители имеют целый букет технологий, направленных на снижение коэффициента усиления записи, а кроме того, они по-разному выполняют процедуры сборки мусора и выравнивания износа, а также по-разному реагируют на команду операционной системы TRIM. Именно поэтому наиболее правильным подходом является взаимодействие с SSD через файловую систему с примерным повторением профиля реальных операций. Только в этом случае мы сможем получить результат, который обычные пользователи могут рассматривать в качестве ориентира.

Поэтому в нашем тесте выносливости мы используем отформатированные с файловой системой NTFS накопители, на которых непрерывно и попеременно создаются файлы двух типов: мелкие - со случайным размером от 1 до 128 Кбайт и крупные - со случайным размером от 128 Кбайт до 10 Мбайт. В процессе теста эти файлы со случайным заполнением множатся, пока на накопителе остаётся более 12 Гбайт свободного места, по достижении же этого порога все созданные файлы удаляются, делается небольшая пауза и процесс повторяется вновь. Помимо этого, на испытуемых накопителях одновременно присутствует и третий тип файлов - постоянный. Такие файлы общим объёмом 16 Гбайт в процессе стирания-перезаписи не участвуют, но используются для проверки правильной работоспособности накопителей и стабильной читаемости хранимой информации: каждый цикл заполнения SSD мы проверяем контрольную сумму этих файлов и сверяем её с эталонным, заранее рассчитанным значением.

Описанный тестовый сценарий воспроизводится специальной программой Anvil’s Storage Utilities версии 1.1.0, мониторинг состояния накопителей проводится при помощи утилиты CrystalDiskInfo версии 7.0.2. Тестовая система представляет собой компьютер с материнской платой ASUS B150M Pro Gaming, процессором Core i5-6600 со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 и 8 Гбайт DDR4-2133 SDRAM. Приводы с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 14.8.0.1042.

Список моделей SSD, принимающих участие в нашем эксперименте, к настоящему моменту включает уже более пяти десятков наименований:

1. (AGAMMIXS11-240GT-C, прошивка SVN139B);
2. ADATA XPG SX950 (ASX950SS-240GM-C, прошивка Q0125A);
3. ADATA Ultimate SU700 256 Гбайт (ASU700SS-256GT-C, прошивка B170428a);
4. (ASU800SS-256GT-C, прошивка P0801A);
5. (ASU900SS-512GM-C, прошивка P1026A);
6. Crucial BX500 240 Гбайт (CT240BX500SSD1, прошивка M6CR013);
7. Crucial MX300 275 Гбайт (CT275MX300SSD1, прошивка M0CR021);
8. (CT250MX500SSD1, прошивка M3CR010);
9. GOODRAM CX300 240 Гбайт (SSDPR-CX300-240, прошивка SBFM71.0 );
10. (SSDPR-IRIDPRO-240 , прошивка SAFM22.3);
11. (SSDPED1D280GAX1, прошивка E2010325);
12. (SSDSC2KW256G8, прошивка LHF002C);

Твердотельные накопители очень популярны. Оно и понятно: данный тип устройств заметно ускоряет работу дисковой подсистемы компьютера. Из-за чего даже не самые производительные ноутбуки и настольные ПК буквально обретают вторую жизнь. Наконец-то стоимость SSD нельзя назвать очень высокой, хотя по такому параметру, как «стоимость за 1 Гбайт» они заметно уступают классическим винчестерам на магнитных пластинах.

Колонка редактора: несколько фактов о надежности SSD

Тенденции таковы, что под натиском твердотельных накопителей жесткие диски сдают свои позиции. Так, по прогнозам HGST, глобальный спрос на HDD всех форм-факторов (2,5’’, 3,5’’, гибридные) в ближайшем будущем будет снижаться. Если в 2014 году было реализовано приблизительно 561 млн винчестеров, то в этом году ожидается поставка всего 550 млн устройств данного типа. В 2016 году темп снижения спроса на HDD увеличится. Планируется, что будет реализовано всего 538 млн жестких дисков. В сегменте винчестеров для десктопов планируется снижение поставок со 156 млн штук в 2014 году до 152 млн в 2015 году и 150 млн в 2016 году соответственно. Особенно заметна тенденция в сегменте портативных компьютеров (читай - ноутбуков), где все чаще практикуется методика распайки несъемного ПЗУ прямо на материнской плате. Здесь спрос снизится со 171 млн штук в 2014 году до 161 млн единиц в этом году. Ожидается, что в 2016 году будет реализовано всего 147 млн ноутбучных HDD.

Естественно, главной причиной заметного снижения спроса на классические жесткие диски является рост популярности SSD. Но доверите ли вы сохранность всей своей информации этим устройствам?

HDD сдают свои позиции под натиском твердотельных накопителей!

Не так давно наши коллеги из Tech Report завершили полуторагодичный эксперимент по тестированию сразу нескольких твердотельных накопителей. В испытании на выносливость приняли участие следующие SSD: Corsair Neutron GTX, Intel 335, две модели Kingston HyperX 3K, Samsung 840 и Samsung 840 Pro. Все устройства имели емкость в пределах 240-256 Гбайт. Инициаторы эксперимента на протяжении всего отрезка времени измеряли объем записанной и считанной с SSD информации и изменение их производительности. Что касается второго пункта, то во всех случаях за отведенные 18 месяцев ни у одного из твердотельных накопителей не возникло проблем с критичным падением уровня быстродействия, хотя и были обнаружены некоторые временные колебания.

Обычно производители указывают в технических характеристиках количество циклов чтения/записи, а также максимальный объем записи информации. Например, твердотельный накопитель Samsung 840 Pro имеет 5-летнюю гарантию, в рамках которой на SSD ежедневно может записываться до 40 Гбайт информации. Нетрудно подсчитать, что заявленный «объем надежности» этого устройства составляет 5*365*40=73000 Гбайт. Среднее время наработки на отказ равно 1,5 млн часов (~171 год).

Так вот, все испытуемые накопители продемонстрировали показатели лучше, чем заявленные производителем. Правда, до отметки в 1 Пбайт (1048576 Гбайт) дожило лишь два SSD. Самым первым «умер» твердотельный накопитель от Intel. Причем его «смерть» была запрограммирована самим производителем. Накопитель элементарно имеет конкретное ограничение по лимиту записанной информации. Это сделано с целью предотвратить потерю данных если у диска закончится время эксплуатации. После того как срабатывает программная блокировка, записанные данные можно только считать с устройства. Записать новые файлы на «твердое тело» в дальнейшем уже не получится. Долгожителями же оказались SSD от Kingston и Samsung - они сумели преодолеть лимит в 2 Пбайт.

Очевидно, что подобный (пусть и очень наглядный и интересный) эксперимент стоит рассматривать исключительно в качестве информации к размышлению, так как на протяжении всех 18 месяцев твердотельные накопители работали в одном сценарии нагрузки. Однако очевиден и другой момент: накопители от известных производителей полностью соблюдают гарантийные условия эксплуатации и даже превосходят их.

Результаты тестирования Tech Report

Достаточно интересную закономерность на днях представили в инженерно-техническом комитете JEDEС, занимающимся стандартизацией и сертификацией памяти. На суд общественности была представлена презентация , в которой наглядно описываются риски хранения информации на твердотельных накопителях. Как итог, JEDEC не рекомендует подолгу оставлять SSD без питания.

Это просто физика. Для того чтобы ячейке NAND-памяти держать заряд, а, следовательно, хранить записанную на ней информацию, ей необходима определенная подпитка. Нахождение на протяжении долгого времени в выключенном состоянии может привести к безвозвратной потере данных. В некоторых случаях речь идет о считанных неделях и днях. Особенно потенциальной возможности полной потери информации подвержена память типа TLC, выполненная по достаточно тонким технологическим нормам.

Некоторые производители тоже перестраховываются, периодически указывая гарантированное время, на протяжении которого информация никуда не исчезнет. Для потребительских твердотельных накопителей обычно этот отрезок равен году. Для корпоративных SSD - трем месяцам. Но этот параметр очень сильно варьируется от температуры окружающей среды. Ее изменение даже на пять градусов может привести к тому, что время гарантированного хранения данных сократится вдвое. Например, если запись данных на твердотельный накопитель осуществляется при температуре 25 градусов Цельсия или рабочая температура не превышает 40 градусов Цельсия, то ожидаемый срок хранения информации составит 105 недель с момента отключения питания. То есть приблизительно два года. Если же в ходе записи температура повысится хотя бы на пять градусов Цельсия (до 30 градусов), то ожидаемый срок хранения данных сократится вдвое - до одного года. Интересно, что при низких температурах записи, но высоких температурах хранения накопителя в выключенном состоянии счет может идти на недели. В некоторых случаях информация может быть частично потеряна уже через неделю после отключения питания.

Современные SSD-накопители достаточно надежные, а с учетом того, что цена за 1 ГБ (в долларах) постепенно падает, то использовать SSD во многих случаях даже более рационально, чем работа с HDD. Но какой SSD выбрать?

Полтора года назад журналист Tech Report решил провести эксперимент по выявлению наиболее надежных SSD. Он взял шесть моделей накопителей: Corsair Neutron GTX, Intel 335 Series, Kingston HyperX 3K, Samsung 840, Samsung 840 Pro, и поставил все шесть на цикличный процесс чтения/записи. Объем памяти каждого накопителя составлял 240-256 ГБ, в зависимости от модели.

Сразу стоит сказать, что все шесть моделей успешно выдержали заявленную производителем нагрузку. Более того, большинство моделей выдержало больше циклов чтения-записи, чем это заявлено разработчиками.

Тем не менее, 4 из 6 моделей сдались перед достижением объема в 1 ПБ «прокачанной» через диск информации. Зато 2 модели из тех, что участвовали в этом аттракционе «железной смерти» (Kingston и Samsung 840 Pro) выдержали даже 2 ПБ, и только потом отказали. Конечно, выборка из 6 SSD не может служить показателем работы для всех SSD без исключения, но определенная репрезентативность у этой выборки все же есть. Процедура цикличного чтения-записи тоже не идеальный показатель, ведь накопители могут выходить из строя по самым разным причинам. Но результаты теста очень интересны.

Один из выводов: производители достаточно деликатно подходят к вопросу выбора лимита работы своих накопителей - как уже говорилось выше, все SSD выдержали положенный лимит объема записанной информации.

Что касается самих моделей, то первым вышел из строя Intel 335 Series . У SSD этой модели есть одна особенность - они прекращают работу, как только появляются сбойные сектора. Сразу после этого накопитель входит в режим чтения, а затем и вовсе превращается в «кирпич». Если бы не инструкция «остановись при сбое», возможно, SSD проработал бы и дольше. Проблемы начались с диском уже после прохождения отметки в 700 ТБ. Информация на диске оставалась читаемой до момента перезагрузки, после чего диск превратился в кусок железа.

Samsung 840 Series успешно дошел до отметки в 800 ТБ, но начал показывать большое количество ошибок, начиная с 900 ТБ, и отказал без всяких предупреждений, не дойдя до петабайта.

Следующим отказал Kingston HyperX 3K - у модели тоже есть инструкция прекращать работу при появлении ряда сбойных секторов. К концу работы устройство начало выдавать уведомления о проблемах, позволяя понять, что конец близко. После отметки в 728 ТБ накопитель перешел в режим чтения, и после перезагрузки перестал отвечать.

Corsair Neutron GTX стал следующей жертвой, пройдя отметку в 1.1 ПБ. Но у накопителя уже насчитывались тысячи сбойных секторов, устройство начало выдавать большое количество предупреждений о проблемах. Даже спустя ещее 100 ТБ диск позволят записывать данные. Но после очередного ребута устройство перестало даже определяться системой.

Осталось всего две модели Kingston и Samsung 840 Pro, которые героически продолжали работать, достигнув отметки даже в 2 ПБ.

Kingston Hyper X использует сжатие данных по возможности, но тестировщик стал записывать несжимаемые данные для чистоты теста. Для этого использовалась программа Anvil"s Storage Utilities, служащая для выполнения тестов по чтению-записи данных.

Диск показал хорошие результаты, хотя на промежутке между 900 ТБ и 1 ПБ уже возникли неисправимые ошибки, плюс поврежденные сектора. Ошибок было всего две, но это все равно проблема. После того, как диск отказал на 2.1 ПБ, он перестал определяться системой после ребута.

Последним павшим железным солдатом в этой битве стал Samsung 840 Pro

SSD накопители: обзор лучших моделей жестких дисков и рейтинг их особенностей будет интересен всем, кто интересуется вопросами длительного хранения своих данных, и по каким-то причинам не особо доверяет онлайн-хранилищам.

Технологии производства накопителей информации не стоят на месте, и сейчас, чтоб купить жёсткий диск для своего компьютера или ноутбука необходимо понять, как не промахнуться с выбором; к тому же SSD-диски всё еще стоят недёшево.

Мы расскажем, какими технологиями пользуются производители современных твёрдотельных дисков, популярность которых, по сравнению с HDD растёт день ото дня. Перед тем, как выбирать конкретные варианты моделей, стоит узнать, какие преимущества есть у SSD, и чем руководствоваться при их выборе.

Плюсы и минусы оборудования

Главные достоинства SSD:

• высокая скорость чтения и записи данных, в 2–3 раза превышающая даже последние модели HDD;
• устойчивая передача информации. У HDD скорость перемещения данных меняется в зависимости от её объёма и расположения на диске;
• быстрый доступ к данным, на уровне 0,1 мс;
• высокая надёжность использования за счёт отсутствия движущихся частей и минимального нагрева;
• небольшое потребление энергии (в 10 раз меньше, чем у обычных дисков);
• небольшой вес, благодаря которому SSD является оптимальным вариантом для нетбуков и ноутбуков.

Среди недостатков оборудования можно отметить высокую стоимость и сравнительно небольшую ёмкость, хотя в настоящее время размеры SSD (и физические параметры и объем хранимой информации) уже практически сравнимы со стандартными жёсткими дисками.

Минусом можно назвать и установленную на твёрдотельных накопителях файловую систему: она требует заботы и оптимизации, а удалённые с SDD данные крайне сложно восстановить, практически невозможно.

Ещё один минус заключается в том, что перепады напряжения в электросети могут привести к сгоранию не только контроллера диска, но и к выходу из строя всего диска. HDD тоже подвержены этому, но в меньшей степени. В любом случае, для предотвращения такого рода неприятностей стоит пользоваться ИБП и стабилизаторами напряжения.

Особенности выбора

Перед покупкой накопителя стоит обращать внимание на следующие особенности.

Важнейшей характеристикой является объём SSD – он зависит от потребностей и финансовых возможностей пользователя.

Цена 1 ГБ SSD-памяти варьируется от 100–200 руб. для небольших размеров накопителя до 20–30 руб. для вариантов среднего уровня.

Совет: специалисты рекомендуют заполнять разделы диска не более чем на 75%. Так, если диск предназначен только для системной информации и операционной системы, достаточно заполненности 60 ГБ. Для хранения часто перезаписываемых данных подойдут модели на 256–512 ГБ – они сравнительно недороги.

Ещё один важный фактор при выборе – частота шины , от которой будет зависеть и скорость чтения и записи данных.

Самый распространённый вариант – формат SATA2 , передающий до 3000 Мбит информации в секунду. SATA3 вдвое производительнее, однако, может не поддерживаться компьютерами, выпущенными уже 3–4 года назад.

Другие нюансы, которые должны учитываться покупателем:

• форм-фактор. Для ноутбуков обычно выбирают варианты размером 2,5 дюйма, для компьютеров – 3,5 дюйма;
• показатель IOPS (количество операций ввода и вывода в секунду). Для устаревших моделей его значение не превышает 50–100 тысяч, для новых дисков – достигает 200000;
• тип контроллера. Лучшие и самые надёжные варианты – Marvell, Indilinx и Intel.

10 лучших накопителей SSD

Среди самых известных производителей твёрдотельных накопителей – бренды ADATA, AMD, Crucial, Intel, Plextor и Western Digital.

Давно известные компании-производители HDD, флеш-карт иUSB-носителей Kingston, Samsung, SanDisk, Toshiba и Transcend отличились и в производстве SSD-дисков.

Рассматривая различные модели SSD, следует учесть, что оптимальным соотношением цены, объёма и качества на сегодняшний день обладают накопители на 500 ГБ (512, если говорить точнее).

Их размера достаточно для хранения тех же объёмов, что и на обычных жёстких дисках, а цена всего в 2–4 раза больше. Диска меньшего объёма может и не хватить, а покупать более дорогие варианты на несколько террабайт (с удельной ценой гигабайта выше 30 руб.) пока нет смысла.

1. Высокий ресурс

Благодаря использованию надёжного контроллера накопитель ADATA Premier SP550 служит в 2–3 раза дольше по сравнению с большинством аналогов за ту же цену. При этом он не отличается высокой скоростью, зато позволяет перезаписывать до 1/3 всех данных ежедневно. Скорость при переполнении кэша (4,5 ГБ) может падать до 70–90 Мбайт/с, хотя для выполнения большинства задач перемещения такого объёма данных и не требуется.

Технические параметры:

• объём 480 ГБ;
• максимальная скорость чтения – 560 Мбайт/с;
• технология 16-нм;
• контроллер: четырёхканальный Silicon Motion SM2256.

1. Самый выгодный при покупке

Компания AMD не является непосредственным производителем твёрдотельных накопителей, однако предлагает несколько интересных вариантов. Одним из них является AMD Radeon R3 480, купить который можно примерно за 8500 рублей. При объёме в 480 ГБ это делает удельную стоимость 1 ГБ меньшей 18 рублей – подобных предложений на рынке практически не найти.

Основные характеристики:

• объём 480 ГБ;
• тип контроллера: SM2256;
• скорость чтения/записи: 520/470 Мбайт/с.

1. Оптимальное решение для игрового компьютера

Модельный ряд компании Crucial достаточно большой, чтобы найти в нём варианты разного объёма и производительности. Одна из самых последних моделей объёмом около половины терабайта – Crucial MX300 525. Она может стать наилучшим решением для компьютера, используемого в рабочих целях. В первую очередь благодаря неплохой скорости и доступной цене (около 10 тыс. руб.), во-вторых, за счёт использования значительного запаса объёма – 576 ГБ вместо заявленных 525.

Параметры устройства:

• ёмкость: 525 (576) ГБ;
• скорость (чтение/запись): 530/510 ГБ;
• контроллер: Marvell 88SS1074.

1. Самый надёжный

Скорость записи и чтения, предлагаемая большинством современных накопителей, не меньше 500 Мбайт/с. Максимальное значение для флагманской модели Intel 730 Series 480 составляет 550 Мбайт/с. Устройство отличается высокой надёжностью и комплектуется надёжной защитой от перебоев с электропитанием. Такой накопитель выдержит большую нагрузку по сравнению с другими 500-гигабайтными вариантами.

Основные характеристики:

• максимальная скорость: 550 Мбайт/с;
• контроллер: серверный PC29AS21CA0;
• ёмкость: 480 (544) ГБ.

1. Высокие возможности перезаписи

Особенность устройства Kingston SSDNow UV400 – контроллер Marvell 88SS1074 и приличный размер кэша, при переполнении которого тоже сохраняется неплохая скорость (более 110 Мбайт/с). Для создания диска использовалась 15-нм технология TLC NAND.

Срок службы SSD продлевается возможностью ежедневной перезаписи более чем 1/3 информации, а цена не превышает 15000 руб.

Параметры накопителя:

• скорость: до 550 Мбайт/с;
• контроллер: четырёхканальный Marvell 88SS1074;
• кэш: 8 ГБ.

1. Длительная гарантия

Для модели Plextor M6 Pro 512, созданной с использованием сравнительно устаревшего контроллера Marvell 88SS9187, одно из преимуществ – около 100 тысяч IOPS. Второе – технология TrueSpeed, увеличивающая ресурс и скорость работы диска.

В прошлом году этот накопитель был в числе самых дорогих, а сейчас, при цене от 17000 руб., представляет собой вполне доступное для многих потребителей устройство. Производитель предлагает 5 лет гарантии на устройство – при стандартных 2–3.

Характеристики SSD:

• скорость: до 557 Мбайт/с;
• контроллер: Marvell 88SS9187;
• технология: 19 нм.

1. Самый быстрый и лёгкий

При цене накопителя Samsung 950 Pro PCIe SSD более 20 тысяч рублей его скорость чтения в 600–2500 Мбайт/с вполне оправдывает расходы благодаря высокой скорости и лёгкости.

Память имеет 48-слойную структуру и высокую надёжность. Производитель гарантирует 5 лет работы SSD при ежедневной перезаписи на уровне 80–100 ГБ.

Параметры накопителя:

• контроллер: Samsung UBX;
• объём: 512 ГБ;
• масса: 10 г;
• максимальная скорость: для интерфейса SATA III – до 600 Мбайт, для PCIe – до 2500 Мбайт/с.

1. Самый прочный

Устройство SanDisk SDSSDEX2-480G-G25 имеет достаточно высокую стоимость, на уровне 25000 руб. При этом скорость его чтения/записи составляет 850 Мбайт/с, а стойкость к ударам достигает 800G. Высокая прочность обеспечивается специальным корпусом из серии Extreme 900 Portable, благодаря которому этот внешний SSD-диск легко транспортировать и, в отличие от большинства других моделей, можно ронять. Весит он, правда, целых 210 г, а в длину превышает 13 см.

Технические характеристики:

• объём: 512 ГБ;
• скорость чтения/записи: 850/850 Мбайт/с;
• интерфейс: USB 3.1.

1. Сохранность информации

Рассматривая модель Toshiba OCZ VT180 480, можно остановиться на таком её преимуществе как возможность корректного завершения работы даже при непредвиденном отключении питания.

В результате данные сохраняются надёжнее, чем при использовании многих других вариантов. А дополнительным плюсом при покупке накопителя является его цена – от 10 тыс. руб.

Параметры устройства:

Рис.11. Компактный и доступный Transcend SSD370 512

Профилактика неисправностей

Для того чтобы твёрдотельный диск прослужил достаточно долго, стоит периодически проверять его на наличие ошибок.

Существуют приложения, помогающие определить, какая часть ресурса SSD уже израсходована – у таких дисков есть определённое количество циклов записи и перезаписи, после превышения которого они могут выходить из строя.

CrystalDiskInfo

Программа CrystalDiskInfo, скачать которую можно и в идее portable-версии, позволяет провести диагностику оборудования и выявить ошибки. Для работы с ней достаточно запуска самого приложения, которое само проверит диск на ошибки.

Жёлтый цвет под надписью Health Status говорит о проблемах с диском – скорее всего, накопитель придётся скоро менять. Синий – о том, что SSD работает нормально.

SSD life

Приложение SSD Life с русскоязычным интерфейсом покажет конкретную информацию о том, сколько часов работы осталось вашему диску.

Делает это программа, обращаясь к контроллеру, сохраняющему всю информацию в памяти. Впрочем, даже после того как SSD Life показало, что ресурс накопителя исчерпан почти на треть, не стоит беспокоиться. Во-первых, не обязательно, что после 3000 записей диск обязательно выйдет из строя. Во-вторых, в среднем одним «циклом» считаются сутки работы. А за период более 8 лет (при 100% ресурсе, который приложение покажет для нового SSD) пользователь обычно и сам меняет накопитель, независимо от их типа.

Безопасно ли хранить файлы на SSD?

Начнём с предыстории. SSD-накопители вышли на сцену в тот момент, когда компания Intel представила новую архитектуру процессоров Nehalem и одновременно объявила о том, что "узким местом" в новых ПК отныне являются не процессоры, а жёсткие диски, производительность которых, в самом деле, практически не прогрессировала. На форуме для разработчиков (IDF, Intel Developer Forum) 2008 года в Сан-Франциско компания Intel показала первые твердотельные диски и указало на те причины, вследствие которых обычные жёсткие диски снижают производительность системы с новым процессором Core i7. Три года спустя многочисленные тесты серийных SSD подтвердили, что твердотельные накопители действительно раскрывают потенциал новых процессоров, существенно повышая производительность системы.

Но производительность - далеко не единственный показатель для устройства хранения данных. Когда дело доходит до ваших данных, даже самый быстрый накопитель в мире ничего не стоит, если вы не можете быть уверены в том, что он может надёжно хранить информацию.

Данная тема ещё более актуальна сейчас, в связи с массовым переходом к техпроцессу 25 нм. Более тонкий техпроцесс предполагает снижение стоимости производства NAND-памяти, поэтому тенденция закономерна, и даже на 25 нм ячейках процесс не остановится.

За последние два года Intel дважды переходила на более тонкий техпроцесс NAND-памяти для SSD-накопителей: с 34 нм на 25 нм и с 25 нм на 20 нм

Вместе с тем, инженерам всё труднее преодолевать проблемы с памятью, произведённой по технологии 25 нм. Но нынешние покупатели всё ещё могут рассчитывать на лучшую производительность и надёжность новых твердотельных накопителей, по сравнению с предыдущим поколением. Снижение количества циклов перезаписи ячеек, обусловленное переходом на более тонкий техпроцесс, приходится как-то компенсировать.

Таким образом, не нужно переживать по поводу количества циклов перезаписи, которые способен выдержать ваш SSD. Для предыдущего поколения твердотельных накопителей, где применялась NAND-память, изготовленная по 34-нм техпроцессу, гарантированное число циклов перезаписи составляло 5000. Иными словами, вы можете записывать и стирать ячейку NAND 5000 раз до тех пор, пока она не начнёт терять способность сохранять данные. Исходя из того, что среднестатистический пользователь пишет, максимум, 10 Гбайт в день, потребуется примерно 31 год, чтобы диск пришёл в негодность.

Для нового поколения SSD с 25-нм памятью продолжительность жизни диска составляет около 18 лет. Конечно, здесь мы очень упрощаем реальное положение вещей. Такие специфические для SSD проблемы, как усиление записи (write amplification), сжатие данных и сборка мусора могут влиять на реальный результат. Тем не менее, понятно, что нет веских причин сразу после покупки SSD-диска начинать отсчитывать часы до того момента, когда ему придёт конец.

С другой стороны, мы точно знаем, что некоторые SSD-накопители уже пришли в негодность. В этом легко убедиться, изучив данный вопрос на форумах или в отзывах интернет-магазинов. Но проблема в данном случае заключается не в исчерпании ресурса ячеек. Как правило, к выходу диска из строя приводит ошибка прошивки. Нам известны случаи, когда производители настоятельно рекомендуют подвергнуть новый диск перепрошивке, что способствует повышению надёжности, а иногда и заметному улучшению производительности накопителя.

Ещё одна причина выхода из строя SSD связана с электронной начинкой. Конденсатор или чип памяти могут прийти в негодность, что приводит к поломке диска. Конечно, мы ожидаем меньшего количества подобных проблем, по сравнению с обычными HDD, имеющими движущиеся детали, которые неизбежно выходят из строя по истечении определённого времени.

Но правда ли, что отсутствие движущихся деталей делает твердотельный накопитель надёжнее диска на магнитных пластинах? Этот вопрос волнует всё большее число компьютерных энтузиастов и IT-специалистов. Именно он заставил нас проанализировать реальную надёжность SSD, чтобы отделить факты от беллетристики.

Что мы знаем о накопителях?

SSD - относительно новая технология (во всяком случае, по сравнению с жёсткими дисками, возраст которых приближается к 60 годам). Таким образом, нам предстоит сравнить новый тип накопителей с технологией, проверенной временем.

Но что мы реально знаем о надёжности обычных жёстких дисков? На этот вопрос проливают свет два важных академических исследования.

В 2007 году компания Google обнародовала исследование надёжности 100 000 дисков потребительского уровня с интерфейсом PATA и SATA, применявшихся в дата-центрах Google.

Примерно в то же время доктор Бианка Шредер (Bianca Schroeder) совместно с экспертом доктором Гартом Гибсоном (Garth Gibson) провели расчёт частоты замены более 100 000 накопителей, которые применялись в одной из крупнейших национальных лабораторий США.

Разница между этими двумя исследованиями лишь в том, что во втором случае в исследовании участвовали накопители с интерфейсом SCSI и Fibre Channel, а не только PATA и SATA.

Тем, кто хочет более детально ознакомиться с результатами академических изысканий, мы советуем прочитать хотя бы второй - в 2007 году этот аналитический отчет был признан лучшим на конференции File and Storage Technologies (FAST ’07) в США. Если чтение подобных источников не входит в ваши планы, мы приводим здесь ключевые моменты, непосредственно затрагивающие интересующий нас вопрос.

Средняя наработка до отказа (MTTF)

Если речь идёт об измерении надёжности накопителя, можно вспомнить о таких двух показателях, как средняя наработка на отказ (MTBF - Mean Time Between Failures), под которой понимается среднее время между отказами, а также средняя наработка до отказа (MTTF - Mean Time To Failure), ключевым отличием которой является допущение, что после отказа система не может быть восстановлена.

Вот что пишет на этот счет Википедия:

В английском языке используется термин MTBF (Mean Time Between Failures) - среднее время между отказами или наработка на отказ, а также MTTF (Mean Time To Failure) - средняя наработка до отказа. Следует заметить, однако, что публикуемые величины MTBF/MTTF часто основываются на результатах ускоренных испытаний - в течение ограниченного времени, позволяющего выявить преимущественно долю производственного брака. В таком случае, заявленное значение MTBF говорит не столько собственно о надёжности, и тем более не о долговечности, сколько о проценте забракованных изделий. Например, MTBF порядка 1 млн/ч для жёсткого диска, очевидно, не означает 114 лет непрерывной безотказной работы - и не только потому, что эксперимент такой продолжительности не мог быть проведён, но и потому, что сам производитель назначает ресурс (срок службы) не более 5-10 лет и гарантийный срок 1-5 лет.

Рассмотрим в качестве примера накопитель Seagate Barracuda 7200.7, который имеет заявленный показатель наработки на отказ 600 000 часов.

В любой крупной выборке накопителей половина этих дисков выйдет из строя в первые 600 000 часов работы. Так как статистика отказов HDD в крупной выборке распределена относительно равномерно, следует ожидать, например, что каждый час будет выходить из строя один диск. При таком значении MTBF можно расчитать частоту отказов за год (Annualized Failure Rate, AFR), которая составит 1,44%.

Но исследования Google и доктора Бианки Шредер выявили совсем иные показатели. Дело в том, что число вышедших из строя накопителей не всегда соответствует количеству дисков, которые подлежали замене. Вот почему Шредер измеряла не рейтинг отказов (AFR), а интенсивность замены накопителей (Annualized Replacement Rate - ARR). Рейтинг ARR основывается на реальном количестве накопителей, заменённых согласно данным сервисных журналов:

В то время, как значение AFR по даташитам варьируются от 0,58% до 0,88%, наблюдаемые показатели замены дисков ARR составляют от 0,5% до 13,5%. Таким образом, наблюдаемый показатель ARR, в зависимости от конфигурации накопителей и их типа, может быть до 15 раз выше, чем значения AFR в соответствии с даташитами.

Производители жёстких дисков определяют число отказов иначе, чем это делаем мы, а потому не удивляет, что данные, которые они приводят, не соответствуют реальной надёжности накопителей. Обычно рейтинг MTBF определяется на основе ускоренного тестирования, информации о возврате винчестеров или с помощью тестирования отобранных дисков. Данные о возврате накопителей - весьма сомнительная информация. Как утверждает Google, "мы сталкивались... с ситуациями, когда тест накопителей давал "зелёный свет" дискам, которые неизбежно отказывали на практике".

Статистика отказов HDD по времени

Большинство пользователей считает, что график кривой отказа HDD имеет форму ванной. Вначале мы ожидаем, что многие диски выходят из строя вследствие так называемой "детской болезни", то есть различного рода заводских недоработок и непосредственно процесса "обкатки". Затем, по завершении начального периода, процент отказа дисков должен быть минимален. Наконец, в конце предполагаемого срока службы, кривая отказа HDD неотвратимо ползёт вверх, так как детали накопителя имеют определённый ресурс. Подобный ход мысли, который представляется вполне логичным, отражён на следующем графике.

Но этот график не соотвествует реальному положению вещей. Исследования Google и доктора Бианки Шредер показали, что отказы HDD с течением времени стабильно увеличиваются.

Надёжность дисков Enterprise-класса

При сравнении двух исследований можно представить, что показатель 1 000 000 MTBF для диска Cheetah намного ближе к заявленным в даташите MTBF 300 000 часов. Это означает, что накопители "потребительского" и Enterprise-класса имеют примерно одинаковый процент ежегодного выхода из строя, особенно когда сравниваются диски примерно равного объёма. Как утверждает директор по техническому планированию компании NetApp Вал Берцовичи (Val Bercovici), "... то, как дисковые массивы справляются с соответствующими отказами жёстких дисков, продолжает создавать в восприятии потребителя точку зрения, что более дорогие диски должны быть более надёжными. Одна из грязных тайн данной индустрии заключается в том, что большинство дисков Enterprise-класса состоит из тех же компонентов, что и накопители потребительского класса. Тем не менее, их внешние интерфейсы (FC, SCSI, SAS и SATA) и, что более важно, специфические особенности firmware, оказывает наибольшее влияние на поведение дисков потребительского и Enterprise-класса в реальных условиях" .

Безопасность данных и RAID

Исследование Шредер охватывает диски Enterprise-класса, задействованные в больших RAID-массивах одной из крупнейших лабораторий по высокопроизводительным вычислениям. Как правило, мы ждём, что хранение данных в RAID-конфигурациях обеспечивает более высокий уровень безопасности, но отчёт Шредер обнаружил нечто удивительное.

Распределение времени между заменами диска показывает снижение частоты отказов, что означает, что ожидаемый промежуток времени до очередной замены диска постепенно увеличивается с тех пор, как был заменён предыдущий диск.

Таким образом, отказ одного накопителя в массиве повышает вероятность отказа другого накопителя. Чем больше времени прошло с последней замены диска, тем больше времени пройдёт до замены другого. Конечно, это имеет последствия с точки зрения реконструкции RAID-массива. После первого отказа в четыре раза возрастает вероятность того, что вы столкнётесь с очередным выходом диска из строя в течение того же часа. В пределах 10 часов вероятность отказа диска увеличивается только в два раза.

Температура

Ещё один неожиданный вывод можно сделать из отчёта Google. Исследователи брали показатели температуры SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) – технологии, которую поддерживает большинство жёстких дисков. И обнаружили, что более высокая температура накопителя никак не коррелирует с более высокой частотой отказов. Судя по всему, температура оказывает воздействие на надёжность старых накопителей, но и в этом случае эффект не столь значителен.

Технология SMART - действительно умна?

SMART по-английски означает "умный", но действительно ли данная технология контроля состояния винчестера справляется со своей функцией? Если ответить кратко, то нет. Технология SMART создавалась для того, чтобы сообщать об ошибках диска достаточно рано для того, чтобы вы могли осуществить резервное копирование данных. Однако, согласно отчёту Google, более трети вышедших из строя накопителей не включили режим тревоги SMART.

Данный факт особо не удивляет, так как многие специалисты годами подозревали нечто подобное. В действительности, технология SMART оптимизирована на обнаружение механических неполадок, в то время как основную часть функциональности жёсткого диска обеспечивает электронная начинка. Вот почему некорректная работа HDD и неожиданные проблемы, вроде внезапного отключения питания, остаются незаметными для SMART до тех пор, пока не возникают ошибки, связанные с целостностью данных. Если вы рассчитываете на то, что SMART сообщит вам о грядущем выходе диска из строя, всё равно необходимо обеспечить дополнительный уровень защиты, если вы хотите быть уверены в сохранности данных.

Теперь посмотрим, как в противостоянии с жёсткими дисками ведут себя SSD-накопители.

Кратко о надёжности SSD

К сожалению, ни один из производителей жёстких дисков не публикует данные о возврате, но это же относится и к производителям SSD. Тем не менее, в декабре 2010 сайт Hardware.fr представил отчёт по частоте отказов HDD, полученный от родительской компании LDLC, являющийся одним из лидеров компьютерного ритейла во Франции. На сайте имелся следующий комментарий относительно того, как они рассчитывали данный показатель:

Частота возврата охватывает накопители, проданные между 1 октября 2009 и 1 апреля 2010, возвраты которых состоялись до октября 2010, то есть период эксплуатации составлял от 6 месяцев до года. Статистика по производителям основана на минимальной выборке от 500 экземпляров, а по моделям - на минимальной выборке от 100 экземпляров.

Как можно понять, речь идёт не об интенсивности отказов, а о количестве возвратов. Возможно, языковой барьер ответственен за то, как интерпретировали данный факт англоязычные IT-издания. Такие сайты, как Mac Observer и ZDNet недостаточно корректно обозначили эти данные как "частоту отказов", вероятно, основываясь на автоматическом переводе Google.

Отказ диска подразумевает, что устройство больше не функционирует. Но возврат может предполагать множество причин. Это создаёт определённую проблему, ведь у нас нет никакой дополнительной информации по причинам возврата дисков: они могли быть мертвы ещё при поступлении в магазин, сломаться в течении срока эксплуатации или всего лишь имела место некая несовместимость с железом, помешавшая покупателю использовать накопитель.

Эта информация лишь преумножает количество вопросов. Если основная часть продаж осуществлялась через интернет-магазин, то существенное влияние на статистику отказов могла оказать плохая упаковка или повреждения в ходе доставки. Более того, мы также не имеем никакой возможности выяснить, как покупатели использовали эти диски. Существенный разброс в частоте отказов лишь подчёркивает данную проблему. Например, число возвратов для Seagate Barracuda LP увеличилось с 2,1% до 4,1%, в то время как для Western Digital Caviar Green WD10EARS она упала с 2,4% до 1,2%.

Так или иначе, эти данные действительно ничего не говорят нам о надёжности. Но для чего, в таком случае, они вообще нужны? Вывод заключается лишь в том, что во Франции большинство покупателей были более чем удовлетворены покупкой Intel SSD и не возвращали их, в отличие от накопителей других брендов. Удовлетворение потребителя – тема интересная, но она намного менее интересна, чем реальная частота отказов. Так что продолжим наш анализ.

Отзывы дата-центров

Стоимость за гигабайт продолжает оставаться барьером, мешающим даже крупным организациям использовать тысячи SSD одновременно. Но даже с учётом того, что мы не имеем доступа к полноценным массивам твердотельных накопителей, не означает, что мы не можем осветить вопрос надёжности SSD в реальных условиях, основываясь на опыте небольших организаций. Мы решили связаться с нашими знакомыми, работающими в сфере IT, и получили довольно интересные отзывы нескольких дата-центров.

NoSupportLinuxHosting.com: меньше 100 SSD

Зеркалирование загрузочного раздела на основе двух SSD-дисков Intel X25-V

Хостинг "No Support Linux" не приводит точное число установленных накопителей, но компания сообщает, что использует "немалое количество" SSD. Мы знаем, что они применяют менее сотни твердотельных дисков, которые задействованы следующим образом:

• Intel X25-V объёмом 40 Гбайт используются как зеркалируемые загрузочные диски для тонких серверов и серверов хранения данных ZFS;
• Intel X25-M объёмом 160 Гбайт используются в качестве кэша L2ARC в серверах ZFS;
• Intel X25-E объёмом 32 Гбайт используются как зеркалируемые ZIL-тома в серверах ZFS.

Все эти диски используются не менее одного года, а некоторым из них недавно исполнилось два года. С учётом сказанного необходимо отметить, что компания не сталкивалась ни с одним фактом выхода из строя SSD-накопителя.

Когда мы спросили, какие преимущества даёт применение твердотельных дисков в серверах, мы получили следующий ответ:

В сочетании с ZFS и гибридными системами хранения, применение SSD-накопителей позволяет получить существенный прирост производительности, по сравнению с традиционными дисками на магнитных пластинах. Мы по-прежнему используем жёсткие диски в качестве основного хранилища, так что мы можем сохранить их преимущество в цене, одновременно извлекая преимущество от SSD по скорости. Рано или поздно, мы планируем полностью перевести наши сервера SAN на SSD-накопители. Но в течение 2011 году мы будем придерживаться гибридной системы хранения, используя ZFS.

InterServer.net

InterServer использует твердотельные диски лишь на серверах баз данных. В частности, на серверах с процессором Xeon используются накопители Intel X25-E (SSDSA2SH032G1GN), что позволяет извлечь максимальный результат от высокой пропускной способности накопителя. О каких значениях производительности здесь идёт речь? InterServer говорит нам о достижении 4514 запросов в секунду для сервера MySQL. На старом сервере Xeon, оснащённом IDE-винчестерами, количество запросов MySQL в секунду составляет 200-300. Нам известно, что твердотельные диски применяются в InterServer с 2009 года и с тех пор не было ни одного выхода диска из строя.

Итак, компания InterServer сообщила нам следующую информацию в контексте использования SSD:

Intel SSD - день и ночь в отношении надёжности, когда речь заходит о сравнении с некоторыми другими накопителями. Например, диски SuperTalent SSD имеют весьма высокий показатель отказов, включая модели FTM32GL25H, FTM32G225H и FTM32GX25H. По нашим оценкам, около двух третей этих дисков вышли из строя с начала эксплуатации. Причём, после выхода из строя информацию с этих дисков практически нельзя было восстановить. То есть накопитель просто исчезал из системы и его больше невозможно было прочитать. Жёсткие диски "умирают" более благородно и в большинстве случаев информацию с них легко восстановить. Но мы не можем сравнить их с Intel SSD, так как до сих пор ещё не сталкивались с выходом из строя последних.

Steadfast Networks: более 100 SSD

Steadfast Networks применяет около 150 SSD Intel, что делает данную компанию несколько более крупным пользователем SSD, чем две предыдущие. Применяются модели линейки X25-E (32 Гбайт и 64 Гбайт) и X25-M (80 Гбайт и 160 Гбайт). В меньшем количестве представлены накопители Intel X25-V40 объёмом Гбайт, а также установленные клиентами компании твердотельные диски других марок, такие как OCZ Vertex 2, SuperTalent и MTron Pro. Независимо от марки, все эти SSD применяются только в серверах баз данных либо в качестве кэша.

Steadfast Networks - почти 150 SSD в работе

За два года использования твердотельных накопителей Steadfast Networks лишь дважды имела опыт отказа дисков, потребовавших их замены, причём оба случая привели к необходимости восстановления данных с SSD. Возможность восстановления данных с вышедшего из строя твердотельного диска зависит от взаимодействия между контроллером и firmware. Сценарий, описанный представителем InterServer относительно дисков SuperTalent, является худшим из возможных - данные вообще не удалось восстановить. Но этот случай не является общим правилом для SSD.

Имея большую выборку, мы, наконец, нашли случаи отказов SSD. Но по сравнению с накопителями на магнитных пластинах их процент по-прежнему достаточно низок. Тем не менее, президент компании Steadfast Networks Карл Циммерман (Karl Zimmerman) считает, что это всё же занижает преимущества SSD и поясняет это следующим образом:

Просто мы получаем заметно более высокую производительность операций ввода/вывода [при использовании SSD] по меньшей цене, чем могли бы получить то же самое, используя обычные жёсткие диски. У нас много клиентов, которым нужна большая производительность I/O, чем могут дать четыре SAS-диска со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин в конфигурации RAID 10, не говоря уже о том, что сам по себе подобный апгрейд требует перехода на сервера с большим шасси, поддерживающим более четырёх дисков, оснащённые крупной платой RAID и т. д. Другим конфигурациям необходимо больше 16 дисков со скоростью шпинделя 15 000 об/мин, чтобы обеспечить требуемый уровень производительности операций I/O. Переход на один SSD (или пары штук в RAID-конфигурации) значительно упрощает конфигурацию сервера и, в целом, делает её ощутимо дешевле. Достаточно сказать лишь о том, что обычно достаточно одного SSD, чтобы заменить не меньше четырёх жёстких дисков, причём показатель AFR для четырёх HDD составляет около 20%, в то время как для одного SSD он равен 1,6%.

Softlayer: около 5000 SSD!

Softlayer: свыше 1000 SSD!

Люди из Softlayer - наши давние друзья, а ещё они создали крупнейшую в мире хостинг-компанию. Так что, о хранении данных они знают немало. Используя около 5000 SSD-накопителей, они предоставили нам впечатляющий объём данных для анализа. Вот отчёт, предоставленный компанией Softlayer.

Опыт Softlayer в отношении частоты отказов дисков SAS и SATA соотвествует отчёту Google, о которым мы говорили в начале данной статьи. Проще говоря, частота выхода из строя жёстких дисков прямо пропорциональна возрасту накопителя и на практике результаты очень близки к тому, что доказали исследования Google и Шрёдер. В первом году жизни процент отказов накопителей (AFR) составляет 0,5-1% и постепенно возрастает до 5-7% к пятому году жизни.

Частота выхода из строя жёстких дисков не удивляет, но показатель выхода из строя твердотельных накопителей оказался достаточно близок к результатам AFR по HDD. Конечно, SSD-диски эксплуатируются пока всего два года и нужно подождать, пока пройдёт 3-4 года с начала эксплуатации, чтобы узнать, сохранится или нет в отношении к SSD-дискам тенденция увеличения частоты отказов, характерная для магнитных накопителей.

Softlayer использует почти полностью SSD-накопители на основе SLC-памяти, чтобы избежать проблем с износом ячеек при многократных операциях перезаписи. Если основываться на сценариях использования компанией накопителей, то мы знаем, что ни один из дисков не вышел из строя по причине износа ячеек. Но многие из отказавших SSD вышли из строя без соответствующего предупреждения SMART. Это именно то, о чём мы уже неоднократно слышали от сотрудников дата-центров. Как отмечали специалисты компании InterServer, жёсткие диски имеют склонность выходить из строя более "благородно". SSD зачастую "умирают" внезапно, независимо от причины поломки, что отмечают многие конечные пользователи по всему миру. Опыт Softlayer более разнообразный, по сравнению с InterServer: некоторые накопители удалось восстановить, а другие - нет. Ни один из 11 накопителей Intel серии X25-M в Softlayer не вышел из строя, но дисков этой линейки слишком мало, чтобы на основе этого делать какие-либо выводы, да и эксплуатируются они менее года.

Так ли важна надёжность накопителя?

Несмотря на то, что твердотельные диски на SLC-памяти занимают всего лишь часть рынка SSD, мы получили намного больше информации по данному типу накопителей, чем по моделям, в которых используется более дешёвая память типа MLC. Даже с учётом того, что выборка накопителей в нашем обзоре составляет 1/20 от количества жёстких дисков в предыдущих обзорах, имеющаяся информация позволяет считать, что твердотельные диски на SLC-памяти нельзя назвать более надёжными, чем жёсткие диски с интерфейсом SAS и SATA.

Если вы потребитель, данный факт позволяет сделать важные выводы. Производители SSD пытаются акцентировать внимание на двух основных преимуществах данной технологии: лучшей производительности и надёжности. Однако, если хранить данные на SSD не более безопасно, чем на обычном жёстком диске, то производительность становится единственной реальной причиной для приобретения твердотельного диска.

Мы не утверждаем здесь, что производительность SSD не важна (или не впечатляет). Тем не менее, сама по себе технология SSD в данный момент имеет узкую специфику. Если бы вы собрались противопоставить твердотельные накопители против жёстких дисков по скоростным характеристикам, то обнаружили бы интересный факт: по производительности SSD-накопитель бюджетного класса превосходит HDD примерно на 85%. Твердотельный диск класса Hi-End обеспечивает преимущество над жёстким диском на 88%, что также не слишком впечатляет.

Эта достаточно тонкая разница объясняет, почему такие компании, как Intel, акцентируют внимание именно на надёжности твердотельных накопителей. На недавней презентации новой линейки SSD 320 компания Intel вновь попыталась обыграть этот мотив, используя информацию по возвратам дисков с сайта Hardware.fr в качестве доказательства надёжности своих изделий. Несомненно, именно отличная репутация SSD-накопителей Intel является ответом на вопрос, почему у нас так много информации по твердотельным дискам данной марки. Но данные Hardware.fr, которые приводит Intel, похоже, не соотвествуют реальному положению вещей.

Производительность SSD-накопителей будет лишь расти, в то время как наиболее продвинутые производители будут снижать стоимость таких дисков. Вместе с тем, это означает, что производителям придётся искать иные способы дифференцировать свои изделия.

До тех пор, пока в новых SSD - даже hi-end класса - продолжают выявляться явные баги с прошивками и прочие недоработки, потребители, заинтересованные, в первую очередь, в надёжности хранения данных, будут рассматривать технологию SSD как недостаточно зрелую. Поэтому мы полагаем, что на сегодняшний день именно надёжность должна стать основной мишенью эволюции SSD.

Intel дал потребителям серьёзный запас уверенности, несколько месяцев назад подняв срок фирменной гарантии для новой линейки SSD 320 с трёх до пяти лет. Конкурирующие модели SSD mainstream-класса, основанные на контроллерах SandForse первого и второго поколения, а также контроллере Marvell с интерфейсом SATA 6 Гбит/с, продолжают продаваться с трёхлетней гарантией. Накопители Enterprise-класса также, в основном, поставляются с пятилетней гарантией. Понятно, что это стимулирует вендоров продавать системы, оснащённые более надёжными накопителями, чтобы снизить расходы на гарантийное обслуживание в течение трёх или пяти лет. Но, конечно, трудно закрыть глаза на "детские болезни" технологии SSD, вроде необходимости обновления прошивки, которые, по большому счёту, затрагивают и производительность твердотельных накопителей.

Пояснения к вопросу о надёжности

Жёсткие диски и накопители на основе NAND-памяти иногда выходят из строя и это связано с различными факторами, обусловленными их уникальной архитектурой и конструкцией. Когда мы говорим о надёжности жёстких дисков, на ум приходит тот факт, что они основаны на механических деталях, часть из которых во время работы диска находится в движении. И хотя конструктивно жёсткие диски соответствуют очень строгим допускам, тем не менее, каждая деталь имеет определённый срок службы.

Мы также знаем, что SSD-накопители лишены подобных проблем. Их "твердотельная" природа в принципе исключает риск повреждения считывающей головки или выхода из строя шпинделя.

Но хранение данных на SSD неотъемлемо связано с виртуализацией, так как здесь нельзя физически разметить статическое LBA-пространство, как на жёстком диске. Поэтому возникают другие факторы, определяющие надёжность накопителя. Прошивка - это самый существенный из них, мы видим воздействие данного фактора всякий раз, когда слышим о неполадках в работе SSD.

За последние три года все баги в SSD-накопителях Intel всегда решались обновлением прошивки. Проблемы Crucial с управлением энергосбережением модели m4 были решены выходом новой прошивки. И мы видели, что самый известный партнёр SandForce, - компания OCZ - ответила на многочисленные жалобы потребителей выходом сразу нескольких прошивок. Фактически, случай SandForce наиболее показателен. Поскольку производители SSD-дисков могут использовать различные прошивки в качестве средства дифференциации моделей, диски на основе контроллеров SandForce от разных производителей, очевидно, могут иметь различные баги, свойственные конкретной прошивке. Данный факт, несомненно, только усложняет задачу повышения надёжности твердотельных накопителей.

Если оставить специфику SSD в стороне, то теперь нам необходимо определить надёжность дисков различных производителей. Проблема здесь заключается в том, что способы, при помощи которых каждый вендор, реселлер или потребитель измеряет данный показатель, несколько различается, что делает объективное сравнение практически невозможным.

В частности, мы были очень впечатлены презентацией SSD-накопителей Intel на IDF 2011, где акцентировалось внимание на надёжности. Но в дискуссии с компанией ZT Systems, данные которой приводила Intel, мы выяснили, что в приводимом рейтинге AFR 0,26% не учитывается количество накопителей и речь идёт лишь об "подтверждённых" ошибках. На самом деле, если вы - IT-менеджер, то для вас важна и частота "незарегистрированных" ошибок. Речь идёт о ситуациях, когда вы отсылаете дефектное изделие продавцу, а он отвечает, что с диском всё в порядке. Это не означает, что диск свободен от неполадок, так как причина могла заключаться в конкретной конфигурации либо иных прикладных факторах. На самом деле, существует немало реальных примеров такого рода.

"Незарегистрированные" ошибки, как правило, случаются в 2-3 раза чаще, чем "утверждённые". На самом деле, компания ZT System приводит другие данные по частоте "неутверждённых" ошибок - 0,43% для 155 000 накопителей Intel X25-M. Но мы снова сталкиваемся с тем фактом, что эти данные не отсортированы по сроку службы накопителей, так как диски рассматриваются в группах. Согласно техническому директору ZT System Кейси Черетани (Casey Cerretani), конечная величина в данный момент лишь рассчитывается, но примерно мы можем говорить о показателе AFR 0,7% в первый год эксплуатации. Конечно, этот показатель по-прежнему ничего не значит с точки зрения надёжности в долгосрочной перспективе, что является одной из главных проблем при оценке надёжности твердотельных накопителей в сравнении с HDD.

Основной вывод состоит в том, что теперь мы знаем, какое влияние различные методы оценки надёжности накопителей оказывают на конечный результат. Более того, лишь время покажет, насколько надёжность SSD-накопителей превосходит соответствующий показатель для HDD. Зато теперь вы точно знаете, что сейчас какой-либо однозначный вывод сделать невозможно, так как очень много исходных данных вызывают сомнения.

В качестве заключения

Наш отчёт по дата-центрам охватывает только частоту выхода из строя SSD Intel, так как накопители именно этого производителя в настоящий момент пользуются наибольшим доверием у крупных предприятий. Учитывая проблемы с определением надёжности SSD, мы преднамеренно не ставим задачу найти самого надёжного производителя, но сотрудники отдела маркетинга Intel, судя по всему, не зря получают свою зарплату.

В исследовании Google отмечается следующее: "Известно, что частота отказов в значительной мере зависит от модели, производителя и возраста диска. Наши данные не противоречат этому факту. Но большинство отмечаемых со временем сбоев связаны именно с возрастом диска".

Опыт, о котором мы узнали от дата-центров, применим ко всем SSD. Один из директоров предприятий сообщил нам, что считает цену OCZ Vertex 2 замечательной, но их надёжность - ужасной. В конце прошлого года его компания запускала некую новую систему, по случаю чего было закуплено около 200 накопителей Vertex 2, 20 из которых не работали по прибытию. И это не первый человек, который рассказывает нечто подобное.

Что на практике это значит для SSD?

Давайте взглянем на всё изложенное здесь в некой рациональной перспективе. Вот что мы узнали о надёжности жёстких дисков из исследований Google и Шрёдер:

1. MTBF ничего не говорит о надёжности;
2. Ежегодная частота отказов (AFR) выше, чем заявляет производитель;
3. Диски не имеют тенденцию выходить из строя в первый год эксплуатации. Частота отказов постепенно увеличивается с возрастом диска;
4. SMART не является надёжной системой, определяющей скорый выход диска из строя;
5. Частота отказов "потребительских" дисков и накопителей "enterprise"-класса очень близка;
6. Отказ одного диска в массиве увеличивает риск подобного поведения других дисков;
7. Температура почти не оказывает влияния на надёжность накопителя.

Благодаря Softlayer с их парком SSD в 5000 штук, мы знаем, что первые четыре утверждения также применимы к SSD. Как мы видели в обоих исследованиях HDD, существенно влияние на их надёжность оказывает контроллер, прошивка и интерфейс (SAS против SATA). Для SSD-дисков основными факторами также являются контроллер и прошивка, причём их роль даже выше. Если правда, что износ ячеек из-за многократных операций перезаписи не играет никакой роли в статистике отказов SSD-накопителей и качество применяемой в "потребительских" дисках MCL-памяти сравнимо с SLC, напрашивается вывод, что твердотельные диски Enterprise-класса, в целом, не надёжнее "потребительских".

Меньше дисков - выше надёжность

Конечно, для систем хранения данных корпоративного класса важна не только надёжность, но и производительность. Чтобы достичь высокой производительности операций ввода/вывода, IT-специалистам приходится создавать RAID-массивы на основе жёстких дисков со скоростью шпинделя 15 000 об/мин. Нередко апгрейд для увеличения количества операций I/O приводит к покупке нового сервера, оснащённого более мощной RAID-платой и позволяющего установить больше накопителей. Учитывая превосходные характеристики I/O для твердотельных дисков, в случае их использования можно было бы ограничиться намного более скромной конфигурацией сервера, не говоря об экономии энергии и снижении температуры.

Здесь есть ещё один интересный момент.

Частота выхода из строя отдельных дисков для большого массива будет выше: по данным исследования Шредер, после отказа одного диска в массиве возрастает вероятность выхода из строя других дисков. Кроме того, существенно выше будет вероятность отказа одного из дисков в массиве, так как здесь начинает играть роль математический фактор.

В данном случае мы не поднимаем тему сохранности данных, что зависит от уровня RAID и других факторов. Понятно, что с точки зрения сохранности данных один SSD не заменит два зеркалируемых HDD, несмотря на то, что вероятность выхода из строя для него будет ниже, чем для одного из дисков в системе. Однако, если речь идёт о крупной RAID-системе, то достаточно очевидно, что надёжнее иметь конфигурацию на четырёх SSD-дисках, чем сравнимую по скорости систему на 16 HDD.

Сам факт использования SSD не снимает необходимости избыточности данных для RAID либо резервного копирования. Но вместо того, чтобы создавать громоздкие RAID-конфигурации на HDD, можно ограничиться значительно более простым решением на основе твердотельных дисков. Как пишет Робин Харрис на сайте StorageMojo: "Забудьте RAID, просто копируйте данные три раза" .

Избыточность хранения данных на SSD не приводит к высокой стоимости. Если вы работаете в среднем и крупном бизнесе, вам нужно лишь скопировать информацию с производительного SSD-диска на HDD, который служит для резервного копирования.

Идея получить более высокую производительность, потратив меньше денег, не нова. SSD-диски в самом деле позволяют получить чрезвычайно высокое количество операций ввода/вывода, высокую надёжность и обеспечить избыточность хранения данных - причём цена такого решения будет ниже, чем в случае громоздкой RAID-конфигурации. Вместе с тем, массив на HDD может превосходить свой аналог на SSD в плане объёма дискового пространства. На сегодняшний день, цена за гигабайт для твердотельных дисков всё ещё слишком высока и к вопросу размещения данных на SSD следует подойти с умом, ведь хранить на них все данные вряд ли получится.

О том же для десктопов

Всё вышесказанное относится к серверам. Возложим ответственность за принятие решения о переходе или не переходе на SSD на сотрудников дата-центров.

Если же разговор заходит о десктопных системах, то мы не имеем оснований предполагать, что SSD надёжнее жёстких дисков. Так или иначе, недавние события с отзывами SSD-дисков и багами в прошивках достаточно ярко показали, что ограниченное число циклов перезаписи ячеек NAND на данный момент является далеко не основным недостатком технологии.

В конце концов, любой накопитель представляет собой электронное устройство, независимо от того, есть ли там движущихся детали или нет. И тот факт, что твердотельные диски не имеют таких деталей, в полной мере не говорит об их надёжности.

Мы задали вопрос специалистам из CMRR (Center for Magnetic Recording Research) - научного центра, располагающего исчерпывающей информацией о системах хранения данных на магнитных носителях.

Доктор Гордон Хьюз (Gordon Hughes), один из основных разработчиков технологий SMART и Secure Erase, отмечает, что и HDD, и SSD в своей эволюции расширяют границы соответствующих технологий. И когда это происходит, не ставится цели создать самые надёжные накопители в мире.

Как отмечает доктор Стив Свансон (Steve Swanson), исследующий NAND-память: "Не похоже на то, чтобы производители делали свои диски столь надёжными, как они могут делать. Они делают диски настолько надёжными, насколько это целесообразно с точки зрения финансовых затрат" . Рынок определяет стоимость компонентов накопителя и она не может быть выше определённой величины.

Так, например, производители NAND-памяти продолжают выпуск 50-нм чипов, обладающих более высоким ресурсом циклов перезаписи, чем 34-нм и 25-нм чипы. Но стоимость $7-8 за гигабайт не позволит использовать такие модули в накопителях, ориентированных на массовый рынок.

Возможно, самое большое раздражение вызывает тот факт, что каждый вендор продаёт жёсткие диски и SSD, не представляя объективных данных об их надёжности, хотя все они определенно знают об истинном положении вещей, продавая миллионы устройств в год (по данным IDC, в 2009 году продано 11 миллионов SSD) и фиксируя каждый возврат.

Несомненно, частота поломок зависит от многих факторов, часть из которых находится вне компетенции производителя (качество доставки, специфика эксплуатации накопителя). Но при благоприятном стечении обстоятельств HDD достигают 3% AFR на пятый год эксплуатации, что вполне сравнимо с аналогичным показателем для SSD. Не удивительно, что специалисты из CMRR говорят о том, что на сегодня SSD не обеспечивают более высокую надёжность, по сравнению с жёсткими дисками.

Надёжность накопителей - чувствительная тема и мы потратили немало времени, общаясь с вендорами и ритейлерами, стремясь провести собственное исследование SSD, предназначенных для массового рынка. И единственный вывод, который можно сделать прямо сейчас, заключается в том, что к любой информации от производителя SSD необходимо относиться с определённой долей скептицизма.

Стоит отметить, что SSD Intel на сегодняшний день пользуются максимальным доверием у потребителей и информация от дета-центров неизменно основывается на SLC-накопителях этой марки как "золотом стандарте" для SSD. Но согласно доктору Хьюзу, нет никаких оснований полагать, что продукты Intel более надёжны, чем лучшие модели HDD. У нас нет возможности исследовать интенсивность отказов SSD, находящихся в эксплуатации более двух лет, поэтому вполне возможно, что эта статистика изменится в ту или иную сторону.

Стоит ли сейчас воздерживаться от покупки SSD? Если вы защищаете свои данные регулярно делая резервные копии файлов, то нет никаких причин избегать использования твердотельных накопителей. Например, мы применяем SSD на всех наших тестовых платформах и в большинстве рабочих станций.

Цель данного обзора состояла в том, чтобы определиться, действительно ли SSD так надёжны, что о резервном копировании хранимой на них информации можно забыть как о пережитке прошлого. Теперь мы знаем ответ на этот вопрос.

Надёжность жёстких дисков хорошо изучена в массивных исследованиях и это не удивительно, так как этот тип накопителей используется уже очень давно. Со временем мы, несомненно, узнаем значительно больше о надёжности SSD.