Многие пользователи грезят о том, чтобы их ПК откликался и запускал приложения так же быстро, как, например, современные смартфоны и планшеты. А путь к исполнению этого желания лежит, как правило, не через более мощный ЦП и даже не через оперативную память большего объема. Наилучший результат приносит замена нерасторопного HDD (или старого SSD) на действительно быстрый твердотельный накопитель.

Мерилом всех вещей в этом отношении являются модули с интерфейсом M.2, работающие по спецификации NVMe. Шина PCI Express и специально предназначенный для подключенных по ней твердотельных накопителей протокол передачи данных прорывают все ограничения, из-за которых обычные твердотельные накопители с поддержкой SATA не могут развить скорость выше 550 Мбайт/с и которые представляют узкое место при параллельных запросах на многоядерных системах.

Твердотельные накопители SATA на 2,5 дюйма
Обычные твердотельные накопители в форм-факторе дисков 2,5 дюйма в большинстве случаев являются единственным вариантом для ноутбуков и старых ПК

Но такие SSD, как правило, заметно дороже, чем твердотельные накопители с SATA-подключением и требуют наличия современной материнской платы. Далее мы расскажем, для каких компьютеров подходит тот или иной тип дисков и насколько велика разница в скоростях на практике. Затем мы приводим результаты тестов твердотельных накопителей, работающих по протоколу NVMe, и в заключение советуем, как проще всего перенести систему со старого HDD или SSD на новый.

Выбор лучшей технологии: NVMe или SATA

Выбор типа накопителя зависит от системы, которую вы намерены переоснастить. Большинство ноутбуков (прежде всего старые) оснащены только одним разъемом SATA и отсеком для жесткого диска. В таком случае диск можно заменить только 2,5-дюймовым SATA SSD (см. ). Это же касается и большинства ПК вплоть до поколения Intel Broadwell, даже если на некоторых дорогих материнских платах предусмотрен слот M.2 (в нем наряду с линиями PCIe может использоваться и SATA с характерными для него ограничениями). Если современного слота M.2 на плате нет, можно подключить модуль форм-фактора M.2 к слоту PCIe через адаптер.

Адаптер M.2–PCIe
Простые недорогие адаптеры (от 300 руб.) позволяют использовать накопители M.2 в слотах PCIe на ПК. Чтобы можно было загружаться с них, в BIOS UEFI должна быть предусмотрена поддержка NVMe

Если вы собираетесь использовать твердотельный накопитель NVMe в качестве системного диска, то в UEFI должна быть поддержка загрузки с NVMe - убедиться в этом следует на сайте производителя материнской платы (опция NVMe Boot). В противном случае можно использовать SSD в качестве дополнительного диска под управлением Windows, но оправданно это будет только в отдельных случаях.
Слот M.2 стал широко использоваться в платформах, начиная с поколения Skylake (сокет LGA 1151) - информацию можно найти в технических характеристиках платы. Но будьте внимательны: M.2 - это в первую очередь обозначение форм-факто­ра карты (22×80 мм).

Их существует два типа. Модуль M.2 с так называемым ключом «B» поддерживает обычную технологию AHCI, которая используется для подключения накопителей по интерфейсу SATA. Подобные диски называются так же, как их 2,5-дюймовые аналоги SATA (например: Crucial MX300 M.2, Samsung SSD 850 Evo M.2) и по скорости от них не отличаются. Их преимущество в том, что с этими накопителями проблем с совместимостью или драйверами не возникает, и даже установка Windows 7 происходит без проблем.

Если на материнской плате ПК или ноутбуке предусмотрен слот M.2, оптимальным будет решение установить в него ­высокоскоростной SSD с поддержкой спецификации NVMe

Модуль же с ключом «M» и поддержкой протокола NVMe может использовать до четырех линий PCIe 3.0. Большинство современных материнских плат и многие ноутбуки оснащены слотами с заглушкой в позиции «M», то есть в принципе совместимы с дисками NVMe. Но в любом случае перед покупкой ­накопителя с поддержкой NVMe следует изучить документацию производителя и непременно принять во внимание следующее: первоначально установить ОС Windows 7 на диск NVMe сложно. Если же Windows 7 уже установлена на дооснащаемый компьютер, то можно перенести систему на твердотельный накопитель NVMe.

В первое время существования твердотельных накопителей из-за их ограниченных возможностей и высокой стоимости было популярно использовать параллельно один небольшой SSD под ОС и один HDD под файлы. Сейчас этот вариант, как и прежде, имеет право на существование, но из-за снижения цен на твердотельные накопители он теряет привлекательность. Самая выгодная цена за один гигабайт в настоящее время - у твердотельных накопителей SATA емкостью около 1 Тбайт: эти модели можно купить от 17 000 рублей. Для десктопов и ноутбуков со слотом M.2 и отсеком 2,5 дюйма оправдано также сочетание твердотельного накопителя под ОС и программы и HDD большой емкости под файлы.

NVMe против SATA: основные отличия
Интерфейс SATA был разработан для последовательного доступа к HDD. Протокол NVMe обеспечивает параллельный доступ к SSD

С другой стороны, разница в цене на новый терабайтный жесткий диск (около 2500 рублей) и 256-гигабайтный твердотельный накопитель (около 5500 рублей) с одной стороны и терабайтный SSD (от 17 000 рублей) - с другой пока достаточно велика, поэтому вариант с двумя дисками все еще актуален. Однако некоторым пользователям удобнее, когда ОС, программы и файлы находятся на одном накопителе.

Перед владельцами современных систем, желающими перейти на SSD NVMe, стоит выбор. С одной стороны, существуют высокопроизводительные и дорогие SSD-накопители (например, линейки Samsung 960), которые полностью используют потенциал NVMe. С другой стороны, Intel предлагает серию NVMe-накопителей под названием 600p, которые интересны оптимальной стоимостью гигабайта памяти, соотносимой с ценой за гигабайт накопителей с интерфейсом SATA, а их скорость в зависимости от сценария использования колеблется от «значительно более высокой, чем SATA» до «ниже, чем SATA».

NVMe против SATA: практические аспекты
Преимущества в скорости диска NVMe (Samsung) отражаются и при запуске программ. При копировании на SSD стандарт NVMe заметно превосходит современный (Crucial) и старый (Intel) диски SATA

Практическое сравнение SSD разных типов

Скорость передачи данных и значения IOPS накопителей NVMe «на бумаге» впечатляют. Но какие преимущества у этих накопителей в действительности? В первую очередь в чисто внешнем сравнении с 2,5-дюймовыми SATA-накопителями обращает на себя внимание практичность форм-фактора: модуль M.2 аккуратно располагается прямо в слоте материнской платы, тогда как SATA требует использования в корпусе ПК кабеля питания, который главным образом и мешает. Для того, чтобы наглядно показать преимущества в скорости, мы сравнили три твердотельных накопителя: раннего поколения из семейства Intel Postville, современного Crucial MX300, а также сверхскоростного с поддержкой NVMe Samsung 960 Evo 500 GB.

В десять раз больше скорости, чем у HDD
Твердотельные накопители на NVMe (здесь: Toshiba OCZ RD400 256GB) читают и записывают очень быстро - это демонстрирует специальное тестовое ПО

Преимущество в скорости должно было проявиться еще во время загрузки ПК, но в процессе практического тестирования мы натолкнулись на препятствия. В качестве платформы M.2/NVMe у нас была только новейшая система AMD Ryzen, материнская плата которой с момента включения до приведения десктопа в готовность потратила целых 25 секунд на инициализацию UEFI. И это несмотря на все оптимизированные под увеличение скорости параметры: Windows 10 была установлена в режиме UEFI (то есть и установочный носитель, и твердотельный накопитель инициализировались как поддерживающие стандарт GPT), технология UEFI была настроена на поддержку Windows 10 и быструю загрузку и т. д.

Следующие обновления UEFI должны сократить паузы. Для NVMe-накопителя Samsung чистое время загрузки Windows составляет 8,6 секунды. Современному SSD с SATA (Crucial) требуется на 33% больше времени, а накопителю Intel Postville из-за невысокой скорости передачи данных - вообще вдвое больше. Другими словами, при повседневном использовании разница довольно ощутима.

Высокая скорость копирования NVMe

Особенно яркими оказались отличия во время копирования на накопители папки с программами. При параллельном чтении и записи накопитель NVMe продемонстрировал свои несравненные возможности многозадачности, достигнув скорости, в три и четыре раза превышающей показатели современного и старого SATA-накопителей соответственно. Но тем удивительней оказалось небольшое преимущество NVMe при установке LibreOffice.

Задержка загрузки BIOS/UEFI
Операционная система должна быть установлена в режиме UEFI, а сам UEFI должен быть правильно настроен, чтобы система быстро загружалась

После вызова установочного пакета MSI с параметром «/passive» сразу начинается процесс установки без запросов, причем оба современных накопителя по скорости заметно оторвались от старенького Intel - 23 секунды у Crucial и 22,2 секунды у Samsung против 38,7 секунды у Intel. При сканировании при помощи Защитника Windows копии папки «Программы» вообще обнаружилось, что силы накопителей равны - даже невысокую скорость старого накопителя SATA Защитник использует в незначительной степени.

Высокопроизводительный восьмиядерный ЦП Ryzen как узкое место можно исключить. Но в процессе дальнейшего тестирования выявилось, что если SATA-накопитель полностью занят сканированием, то система выполняет другие запросы (например, запуск программ) со значительной задержкой. Система же с накопителем на NVMe продолжает откликаться незамедлительно. Из-за этой ощутимой плавности и перспективности технологии мы рекомендуем приобрести накопитель, который работает по спецификации NVMe - конечно, при условии совместимости с системой.

Именно поэтому в следующей части статьи мы подробно расскажем о результатах тестирования NVMe-накопителей, проведенного в тестовом центре Chip. Но даже если вы хотите сэкономить или ваша система не совместима с накопителями M.2 с поддержкой NVMe, современный твердотельный накопитель с интерфейсом SATA вам не помешает, тем более что они стоят относительно недорого.

На высоких скоростях: испытание накопителей NVMe на выносливость

Если от диска требуется прежде всего высокая скорость передачи данных, тогда это должен быть твердотельный накопитель, работающий по протоколу NVMe. Если поначалу на рынке было представлено совсем небольшое количество подобных моделей (причем недешевых), то в настоящее время выбор стал значительно более разнообразным. Свои модели предлагают даже мелкие поставщики. Наше тестирование покажет, какая модель оптимально подходит для выполнения определенных задач. Мы решили ограничиться моделями для слота M.2. Они предпочтительнее экзотических дорогих карт PCIe, поскольку их можно установить на материнские платы и в ноутбуки как в слот M.2, так и через адаптер в слот PCIe.

Накопители NVMe: разные контроллеры
Производительность твердотельных накопителей NVMe во многом зависит от используемого контроллера. Наибольший потенциал предлагает Samsung Polaris с пятью ядрами на архитектуре ARM. Чип Silicon Motion накопителя Intel 600p (на рисунке) экономичен и доступен, но это один из самых медлительных контроллеров

Технические вопросы: контроллер и флеш-память

Задачи управляющего элемента твердотельного накопителя - контроллера - заключаются в обмене данными с процессором ПК по интерфейсу PCIe, а также в произведении записи в ячейки памяти и считывании из них данных. Его производительность играет особую роль при работе с большими объемами данных и параллельном доступе на чтение и запись. Наш тест охватывает широкий ассортимент современных накопителей с пятью различными типами контроллеров.

Обновление программного
обеспечения
Помимо мощного аппаратного обеспечения важное значение имеют также хорошие драйверы и обновления прошивки, с чем крупные производители справляются лучше всех других

Samsung разрабатывает и производит не только микросхемы памяти, но и собственные контроллеры с пятиядерным процессором на микроархитектуре ARM - самым мощным из тестируемых, который практически по каждому бенчмарку ­постоянно выдает высокие результаты. Накопители Corsair и Patriot с контроллером Phison по скорости чтения и передачи данных, а также количеству выполняемых операций в секунду конкуренцию Samsung составить могут - но, тем не менее, скорости записи у них оказались гораздо ниже. Однако эта разница при работе на домашнем десктопе или игровом ПК будет заметна в крайне редких случаях. В этот ряд устройств с производительностью и пометкой «очень хорошо» попадает также Toshiba OCZ RD400 с контроллером Toshiba, который обнаруживает сходство с чипом Marvell.

В нашей таблице ниже Toshiba прослеживается видимый и ощутимый отрыв в общей оценке, которая исходит в первую очередь из производительности: накопители с контроллерами Marvell и Silicon Motion (начиная от Plextor и до WD) отстают на добрых десять баллов от предыдущей позиции. Но следует учесть, что по крайней мере цена за один гигабайт у них значительно ниже. Тем не менее Plextor слишком маломощен для своей цены за гигабайт.

Поэтому выгодным предложением становится Intel 600p, стоимость гигабайта которого находится на уровне накопителей SATA - правда, характерную для накопителей NVMe производительность этот диск выдает совсем ненадолго. Дело в следующем: Intel использует многоуровневую технологию флеш-памяти Triple Level Cell, в ячейке которой хранятся три бита. Поскольку эта технология более сложная, чем обычно используемая двухбитовая память Multi Level Cell, процесс записи проходит медленнее. Чтобы исправить ситуацию, Intel 600p задействует определенную часть ячеек под SLC-кеш (Single Level Cell - однобитовая одноуровневая ячейка), который заполняется очень быстро.

Твердотельные накопители
для слотов PCIe
Накопители NVMe в виде карт PCIe,
например, Zotac Sonix (на рисунке)
или Intel 750, тоже характеризуются
высокими скоростями, но стоят дороже, чем модули M.2

Все поступающие данные сначала оказываются здесь, а потом постепенно сохраняются в стандартную TLC-память. Пока этот трюк срабатывает, Intel по скорости достигает уровня NVMe-накопителей. Но как только объем данных увеличивается, кеш перестает справляться. В этом случае кеш приходится высвобождать (а это весьма трудоемкий процесс), и только потом он сможет принять новые данные. А поскольку это перегружает контроллер, кеш, который сам по себе является оправданным решением, превращается в узкое место, а скорость работы снижается до уровня ниже накопителя SATA.

Флеш-память: MLC, TLC и другая

Твердотельные накопители используют флеш-память различной плотности записи, которая зависит от ступени развития технологии.

> SLC (Single Level Cell) - самая быстрая и надежная флеш-память. Каждая ячейка хранит один бит. В настоящее время SLC используется или в очень дорогих дисках, или в в качестве быстрого кеша.

> MLC (Multi Level Cell) - память с несколькими уровнями заряда, хранящая два бита на ячейку.

> TLC (Triple Level Cell) с большим количеством уровней заряда сохраняет по три бита на ячейку, из-за чего работает медленнее и оказывается чувствительнее, чем MLC.

> 3D-MLC или 3D-TLC означает, что ячейки располагаются не только в одной плоскости, но еще и слоями. Трехмерная структура обеспечивает более высокую плотность и надежность записи и более короткую линию передачи данных, а значит, и более высокую ее скорость.

Проблема нагрева и узкое место памяти

Последняя проблема не касается накопителей, которые используют технологию MLC на постоянной основе. Но зато им угрожают неприятности из-за нагрева. Долгий процесс записи доводит контроллер до максимально возможной температуры, а на небольшом модуле с чисто пассивным охлаждением тепло не может быть отведено эффективно, и поэтому контроллер убавляет скорость, чтобы охладиться. Но в повседневной эксплуатации вряд ли такое будет часто случаться: Corsair MP500 480 GB демонстрирует такое резкое падение после примерно 50 секунд непрерывной записи на максимально возможной скорости - а благодаря высокой скорости передачи данных этот промежуток времени соответствует записи 64 Гбайт.

Скорость передачи данных: недостатки при записи
При чтении Corsair едва заметно вырывается вперед, а доступный Intel почти не отстает. При записи картина совершенно другая

Компания Samsung сама разрабатывает и производит память и контроллеры, поэтому ее продукция обходит большинство соперников. В ее модулях используется технология трехмерной флеш-памяти, которая позволяет располагать ячейки не только в плоскости, но еще и слоями, благодаря чему сокращается длина линий передачи данных и повышается ее скорость. Версия MLC (два бита на ячейку) предназначена для дорогих моделей 960 Pro, которые рассчитаны на то, чтобы выдерживать даже высокие нагрузки на рабочих станциях или серверах. Модели 960 Evo работают на более дешевой версии трехмерной памяти TLC (три бита на ячейку), их скорость ощутимо ниже, и поэтому, как и Intel, Samsung прибегает к SLC-кешу.

На 500-гигабайтном Evo очень хорошо заметно, когда SLC-кеш переполняется: через 11 секунд, или примерно 20 Гбайт, записи (несжимаемых данных) скорость падает с 1800 максимально возможных до 630 Мбайт/с. Эта скорость остается фиксированной, что говорит о том, что данные затем сохраняются прямо в трехмерную TLC-память. На 960 Evo с емкостью 1 Тбайт предусмотрен SLC-кеш большего объема и в два раза больше модулей памяти, на которые накопитель умеет записывать одновременно.

Диски с памятью TLC заметно медленнее
Часть памяти TLC-дисков отводится под быстрый SLC-кеш. Когда он переполняется, скорость заметно снижается

Фактически накопитель удерживает скорость на уровне 1800 Мбайт/с примерно в два раза дольше (23 секунды), а затем она снижается до уровня, примерно в два раза превышающего минимальную скорость модели емкостью 500 Гбайт. Но и в этом случае нужно копировать десятки гигабайтов данных из источника, скорость которого соответствует или превышает скорость твердотельного накопителя NVMe, чтобы достичь узкого места памяти - а это в обычном использовании едва ли когда-нибудь произойдет.

Застой тепла в форм-факторе M.2
В процессе интенсивной записи под долгой нагрузкой доступные накопители M.2 нагреваются и сбрасывают скорость, но Samsung Pro это почти совсем не касается

Будущее твердотельных накопителей

Как показывают выпущенные и анонсированные продукты, новые виды памяти открывают новые возможности использования дисков.

> Intel Optane - название технологии для дисков M.2, работающих на новой памяти 3D XPoint с мгновенным откликом. Модули Optane, однако, предназначены не для использования в качестве накопителей, а как быстрый кеш для часто используемых файлов, хранящихся на HDD или SSD.

> Samsung Z-NAND - следующий этап развития флеш-памяти. Накопитель с памятью Z-NAND емкостью 800 Гбайт обещает скорость до 3,2 Гбайт/с и 750 000 операций ввода/вывода в секунду. Правда, когда он выйдет, пока неясно.

Сервис и условия гарантии

Если вы покупаете дорогой накопитель с заделом на будущее, проследите за тем, чтобы срок гарантии вашего устройства был большим. Вообще, твердотельные накопители и их флеш-па­мять в последнее время не доставляют особых неудобств, поэтому некоторые производители - например, Adata, Intel, Plextor и Western Digital - дают на них целых пять лет гарантии.

Максимальная производительность с правильным драйвером
В Windows 10 есть драйвер для NVMe, но оптимальную производительность можно достичь только с драйверами производителя

Toshiba OCZ в течение срока даже бесплатно предлагает немедленно поменять устройство: вы получаете новый диск до того, как отправите неисправный. На модели Samsung Pro тоже действует пятилетняя гарантия - правда, с условием, что она перестает действовать, когда накопитель превышает установленный порог общего количества записанных байтов (Total Bytes Written). Для 960 Pro 512 Гбайт значение порога составляет целых 400 Тбайт.

То есть, чтобы досрочно закончить гарантию, нужно в течение пяти лет каждый день записывать на SSD не менее 220 Гбайт. Так или иначе, высокая скорость твердотельных накопителей, работающих на NVMe, обеспечивает их перспективность на следующие несколько лет.

ТОП-10 твердотельных накопителей SATA до 10 тыс. руб.

1.

Общая оценка: 95.6

Соотношение цена/качество: 74

2.

Общая оценка: 91.2

Соотношение цена/качество: 67

3.

Общая оценка: 89.8

Соотношение цена/качество: 48

4.

Общая оценка: 91.3

Соотношение цена/качество: 22

5.

Общая оценка: 89.6

Соотношение цена/качество: 28

6.

Общая оценка: 85.5

Соотношение цена/качество: 19

7.

Общая оценка: 87.9

Соотношение цена/качество: 69

8.

Общая оценка: 83.7

Соотношение цена/качество: 28

9.

Общая оценка: 83.3

Соотношение цена/качество: 15

10.

Скорость передачи данных (40%)

: 85.5

Время доступа / IOPS (25%)

: 46.2

Производительность в приложениях (25%)

: 89.3

Энергопотребление (10%)

: 100

Общая оценка: 78.1

Соотношение цена/качество: 53

ТОП-15 твердотельных накопителей M.2/NVME

1.

: 96.1

: 94.5

Общая оценка: 95.8

Соотношение цена/качество: 63

2.

Скорость передачи данных при чтении (80%)

: 95

Скорость передачи данных при записи (20%)

: 92.9

Общая оценка: 94.6

Соотношение цена/качество: 79

3.

Скорость передачи данных при чтении (80%)

: 91.4

Скорость передачи данных при записи (20%)

: 89.3

Общая оценка: 91

Соотношение цена/качество: 77

4.

Скорость передачи данных при чтении (80%)

: 94.1

Скорость передачи данных при записи (20%)

: 80.9

Эра популяризации SSD началась с введением на рынок Windows 7. Это первая система от Microsoft, которая правильно работала с этим типом памяти и не вела к преждевременному выходу диска из строя. В то же время появились первые серьезные проблемы с этими носителями.

Источник беспокойства

Вновь установленный носитель SSD в системе Windows XP работал плавно, однако, с течением времени, чрезмерное количество записей, генерируемых системой, вызывало неисправности в работе SSD. То не было ни виной системы, ни оборудования – плохой идеей было просто такое соединение продуктов.

В начальной стадии развития SSD возникали также проблемы с дисками Intel. В большинстве испытаний были отличные результаты, однако, попытка использования в тесте Iometer вела к повреждению носителя. В реальных условиях продукты работали без оговорок.

Большую неудачу потерпела компания OCZ, которая в серии дисков Vertex использовала новаторский контроллер, встроенный в SSD. По разным сообщениям, до ⅓ всех носителей вышли из строя в течение первого года работы.

Однако, для современных SSD производители гарантируют очень высокий уровень TBW. Поэтому слабая стойкость дисков SSD – это прошлое.

Total Bytes Written – главный параметр диска SSD

Указанный выше параметр TBW (от англ. Total Bytes Written) является наиболее важным параметром, определяющим качество SSD. Им обозначают общее количество терабайт, запись которых производитель гарантирует для данной модели.

Значения TBW зависят, в первую очередь, от типа используемой флэш-памяти. При условии, что система записывает на диск, в среднем, несколько гигабайт в день, типичный дешевый SSD с уровнем TBW порядка 20-50 ТБ прослужит около 10 лет.

TBW зависит от количества, так называемых, циклов стирания и записи одной ячейки памяти. У памяти TLC (Triple Level Cell) 500-3000 циклов, а для памяти MLC (Multi Level Cell) этот параметр на уровне 3000-10000 циклов. Самые дорогие, но самый эффективный и наиболее надежные модели SSD используют память SLC (Single Level Cell) – количество операций стирания и записи ячеек памяти достигает 100 000 циклов.

Забота о прочности SSD

Инженеры, создающий SSD, разумеется, знают об этих ограничениях записи, поэтому используют соответствующие функции. К наиболее важным следует отнести Wear Leveling – равномерное чередование записей в наименее нагруженных ячейках.

Специальные таблицы, собирающие информацию о проделанном числе записей, позволяют размещать в ячейках, находящихся ближе «к концу жизни», те данные, которые предназначены только для чтения (чтение данных не расходует ресурс SSD ). Кроме того, каждая память SSD имеет запас ячеек для замены поврежденных.

Современные компьютеры имеют всё больше и больше оперативной памяти, поэтому в последнее время вернулись к идее использования её в качестве, так называемого, ram-диска, используемого для кэширования данных. Такие решения предлагают, в частности, Crucial и Plextor. Имея в виду продление работы SSD за счет уменьшения количества записей, виртуальный диск имеет смысл.

Появляются новые алгоритмы, управляющие сохранением данных в памяти, поэтому стоит проверять наличие новой прошивки для SSD. Установив программное обеспечение производителя, также стоит использовать предлагаемые изменения в конфигурации системы, которые направлены на увеличение срока службы и производительности SSD.

Тестирование SSD на прочность

Многие компании пытались измерить срок службы SSD – хороших результатов достигли в TechReport. В тесте проверили поведение несколько разных накопителей емкостью 240 ГБ. Самым слабым оказался Samsung SSD 840 с памятью TLC, который без проблем записал 100 ТБ данных, после чего стал происходить перенос данных из поврежденных ячеек в запасные. При дальнейшей работе диск смог перезаписать ещё почти 900 ТБ данных.

Kingston HyperX с памятью MLC записал без проблем около 600 ТБ, а при возникновении признаков перераспределения ячеек ещё 200 ТБ. Intel SSD 335 записал 728 ТБ, а затем переключился в режим «только чтение», что позволяет скачать записанные данные.

Лучший результат показал Samsung 840 Pro. Правда, переназначение секторов начало происходить после записи около 600 ТБ данных, однако, полное повреждение SSD произошло после сохранения 2,5 PB. Ни в одном из протестированных дисков не наблюдалось падения производительности.

Провести тесты SSD в большом масштабе обещает компания Backblaze – поставщик облачных услуг. В случае жестких магнитных дисков она регулярно выпускает отчеты для десятков тысяч используемых приводов.

SSD для параноиков

Если невероятно высокая долговечность SSD Вас ещё не убедила, Вы всегда можете перестраховаться. Одним из самых простых способов является массив RAID1, то есть дублирование данных на двух дисках.

Если у вас нет доверия к SSD, можно использовать массив RAID1, состоящий из одного твердотельного диска и одного жесткого диска. Благодаря этому, Вы получите скорость работы и уверенность в том, что никакие данные не будут потеряны в случае сбоя любого из носителей данных. Кроме того, решение будет дешевле, чем массив, состоящий из двух дисков SSD.

MTBF не определяет срока службы диска

Купив SSD, не стоит руководствоваться параметром MTBF (Mean Time Between Failures). В случае жестких дисков (HDD) он измеряется в сотнях тысяч, а SSD – в миллионах часов.

Например, среднее время наработки на отказ жесткого диска Seagate Barracuda 7200.11 – 700 тысяч. часов. Может показаться, что диск не завершит работу в течение 240 лет при работе по 8 часов в сутки. К сожалению, MTBF означает только вероятность отказа – 2920 часов в год (8 часов в день), деленное на 700 000 часов и умножить на 100%, означает, что вероятность отказа 0,42%. Другими словами один диск из 240 выходит из строя в течение года.

Начнем с понятия форм-фактора и интерфейса. «Классика» для SSD - это традиционный корпус 2,5-дюймового жесткого диска с интерфейсом SATA. Такие SSD наиболее универсальны - ими можно и «взбодрить» старый компьютер с портами SATA 2, и добиться высокой производительности от современного десктопного и ноутбучного «железа».

Однако возможности твердотельных накопителей гораздо больше, чем это позволяет SATA. И вот здесь уже начинается путаница, ибо SSD с интерфейсом M.2 - это, по сути, два разных типа накопителей - они могут работать как в SATA-режиме с теми же скоростными ограничениями (такие компактные диски в виде карт расширения использовались изначально для ноутбуков, но могут устанавливаться и в соответствующие разъемы на материнских платах стационарных ПК), а могут и использовать непосредственно шину PCI-E x4 (интерфейс PCI-E NVMe) с гораздо большей пропускной способностью - если вы собираетесь приобрести SSD именно с разъемом M.2, сразу уточните, в каком режиме он работает на вашем компьютере. Например, MacBook Air до 2012 года использовали M.2 SATA, а затем стали работать с M.2 PCI-E NVMe. Внешне их можно различить по числу вырезов на ключе: на M.2 SATA их два, у PCI-E NVMe - один.

Однако на рынке есть и нетипичные SSD M.2, рассчитанные на интерфейс PCI-E x2 и использующие тот же ключ с двумя вырезами, что и M.2 SATA. Они могут спокойно работать на материнских платах с разъемом M.2, имеющим и линии SATA, и линии PCI-E, но на платах, рассчитанных только под SATA-SSD, будут бесполезны, хотя внешне от SSD M.2 SATA ничем не отличаются. Поэтому тип поддерживаемых SSD учитывать нужно обязательно.

И, наконец, есть и SSD, устанавливающиеся в стандартный слот PCI-E на десктопных «материнках» как карты расширения ATX - это вариант для тех, кому нужна высокая скорость, а слота M.2 на «мамке» нет.

Ни один SSD-диск не вечен - таковы особенности работы флэш-памяти, допускающей лишь ограниченное число циклов записи. Поэтому, естественно, лучше всего выбирать накопитель с максимальным паспортным TBW (Total Bytes Written) - но не забывайте, что бледно выглядящие на фоне конкурентов SSD Samsung реально выдерживают значительно большее число циклов записи, чем прописано в паспорте.

Тип памяти определяет и ресурс SSD, и его скорость, и цену. Самые дешевые накопители используют TLC или 3D-TLC, допускающие лишь чуть более тысячи циклов перезаписи. Такой SSD стоит брать с приличным запасом по емкости - она обеспечит достаточный ресурс. MLC-память дороже, но позволяет перезаписывать ячейку уже несколько тысяч раз. Самая «живучая» память - SLC, выдерживающая до 100 тысяч циклов, она же и самая быстрая… и самая дорогая. Компромиссный вариант - это MLC SSD с SLC-кэшированием: незанятое пространство там работает в качестве высокоскоростного кэша, но такие диски чувствительны к свободному пространству, и при его уменьшении ниже критической черты скорость обмена данными у них снижается.

Что же касается производителя, то любой SSD - это комбинация из нескольких вариантов контроллеров и чипов памяти, поэтому некорректно сравнивать бренды: производители, сами не выпускающие память, будут использовать те же чипы, что и SSD ведущих производителей (Samsung, Micron/Intel, Toshiba, Hynix).

Надёжность SSD: находятся ли ваши данные в безопасности?

Подсистема хранения данных в наши дни является основным «узким местом» компьютера. Именно поэтому столько надежд сегодня связано с SSD, которые могут эффективно умножить производительность накопителей. Если вы установите твёрдотельный накопитель даже в дешёвый нетбук, то его отзывчивость увеличится намного сильнее, чем если бы вы удвоили его оперативную память.

IMFP: переход флэш-памяти NAND.

С учётом сказанного, производительность – это далеко ещё не всё. Именно по этой причине мир SSD фокусируется сегодня не столько на том, насколько быстрыми могут быть эти накопители, сколько на их надёжности. Тема надёжности в последнее время стала ещё более важной, в свете перехода с 3x-нм флэш-памяти NAND на флэш-память, производимую по 25-нм техпроцессу. Мы уже не раз общались со специалистами Intel в области SSD, и тема надёжности всплывала постоянно: 25-нм техпроцесс привёл к появлению вызовов, достойно ответить на которые оказалось намного сложнее, чем в случае 34-нм техпроцесса. Но все трудности удалось обойти, так что Intel по-прежнему предлагает лучшую производительность и надёжность по сравнению с продуктами предыдущего поколения. В общем, на меньшем количестве циклов программирования/стирания, которые неразрывно связаны с памятью NAND, производимой по меньшему техпроцессу, сегодня явно акцентируют слишком много внимания.

Честно говоря, вопрос количества циклов программирования/стирания (PE), которые может выдержать SSD, не так должен вас беспокоить. Предыдущие поколения SSD потребительского уровня, которые использовали 3x-нм MLC NAND, обычно были заявлены с 5000 циклов. Это означает, что вы можете записать и стереть данные 5000 раз, прежде чем ячейки NAND начнут терять возможность хранить данные. В случае 80-Гбайт накопителя вам придётся записать 114 Тбайт, прежде чем вы столкнётесь с эффектами износа ячеек. Учитывая, что средний пользователь настольного ПК записывает в день, максимум, 10 Гбайт информации, то ему придётся работать с накопителем примерно 31 год, прежде чем ячейки будут изношены. В случае 25-нм флэш-памяти NAND этот срок уменьшается до 18 лет. Конечно, мы упрощаем сложные расчёты износостойкости накопителей. Нужно учитывать такие проблемы, как усиление записи (WA), сжатие данных и сборку «мусора», которые по-своему влияют на прогнозы износа. Но, в целом, вам незачем следить за количеством циклов программирования/стирания у ячеек накопителя.

Конечно, мы знаем, что SSD выходят из строя, особенно это заметно в различных форумах и отзывах на сайтах популярных производителей, но связано это не с износом ячеек. На первом месте стоят проблемы с «сырой» прошивкой. В зависимости от того, какие данные вы записываете и как вы их записываете, у SSD может «слететь крыша», и накопитель уже не сможет считать данные. Когда происходят подобные печальные события, то фоновые задачи, подобные сборке мусора, перестают выполняться, и вскоре накопитель уже не может считывать или записывать данные вообще. Другие сбои, подобные сгоревшему конденсатору, не такие «изящные», но результат будет таким же – «мёртвый» SSD. Технически любой компонент – электрический или механический – с долей вероятности может выйти из строя в любой момент, да и со временем все компоненты изнашиваются. Но приводит ли отсутствие движущихся частей к более высокой надёжности? Можно ли сказать, что хранить данные на SSD не так опасно, как на жёстком диске?

Поскольку вопрос надёжности сегодня стоит как никогда остро, то мы решили глубже его исследовать, чтобы дать расширенный ответ, прежде чем вы купите себе SSD. В нашей статье мы рассмотрим все аспекты надёжности SSD, а также отделим факты от домыслов.

Что мы знаем о накопителях?

SSD – относительно новая технология (по крайней мере, если сравнивать с жёсткими дисками, которым исполнилось почти 60 лет). Вполне понятно, что мы должны сравнивать SSD с проверенной временем технологией. Но что мы знаем о старых добрых жёстких дисках? Здесь нам хотелось бы привести данные двух важных исследований.

2. Вместе с тем доктор Бианка Шредер (Dr. Bianca Schroeder) и эксперт доктор Гарт Гибсон (Dr. Garth Gibson) рассчитали частоту замены более 100 000 накопителей, которые использовались в одной из крупнейших национальных лабораторий США. Разница в том, что в лаборатории также использовались и жёсткие диски корпоративного класса с интерфейсами SCSI, SATA и FC.

Если вы не читали указанных документов раньше, то мы настоятельно рекомендуем с ними ознакомиться, ниже приведены краткие заключения по ним.

Уровень наработки на отказ (MTTF)

Помните, как рассчитывается показатель MTBF? Что подразумевается под временем безотказной работы? Возьмём в качестве примера жёсткий диск Seagate Barracuda 7200.7. Для него заявлено время наработки на отказ 600 000 часов. Таким образом, в крупном массиве подобных винчестеров, половина жёстких дисков должна выйти из строя за первые 600 000 часов работы. Если сбои будут распределены равномерно, то мы должны получить, например, один вышедший из строя жёсткий диск за час. Мы можем перевести это значение в ежегодную частоту отказов (annualized failure rate, (AFR) 1,44%. Но Google или доктор Шредер обнаружили совсем другое. Обратите внимание, что отказ не всегда соответствует замене жёсткого диска. Именно поэтому доктор Шредер измерял ежегодную частоту замены (annualized replacement rate, ARR). Она основывалась на количестве заменённых жёстких дисков в соответствие с сервисными журналами.

По спецификациям значение AFR указывалось между 0,58% и 0,88%, но полученное значение ежегодной частоты замены ARR составило от 0,5% до целых 13,5%. Таким образом, в зависимости от типа HDD и массива, значение ARR могло быть вплоть до 15 раз выше, чем значение AFR по спецификациям.

Производители жёстких дисков определяют сбои совсем по-другому, чем мы. Поэтому неудивительно, что их оценки надёжности оказываются чересчур оптимистичными. Как правило, значение MTBF высчитывается на основе ускоренных циклов тестирования, информации о возврате винчестеров или на основе результата краткосрочных тестов крупного массива накопителей. Конечно, информация о возвратах, полученная от производителя, продолжает оставаться довольно подозрительной. Как указывает Google, «мы сталкивались… с ситуациями, когда тестер накопителей постоянно давал «зелёный свет» модели, которая неизбежно отказывала на практике».

Выход из строя жёстких дисков со временем

Большинство пользователей считают, что кривая выхода из строя жёстких дисков напоминает ванную (см. первую иллюстрацию). То есть поначалу мы должны получить выход из строя значительного количества жёстких дисков из-за так называемой «детской смертности». Затем, после начального периода, уровень выхода из строя жёстких дисков должен быть низким. А в конце расчётного срока службы, по мере изнашивания накопителей, кривая выхода из строя должна резко поползти вверх. Но данное предположение не подтвердилось в обоих исследованиях. В целом, как обнаружили исследователи, частота сбоя жёстких дисков стабильно увеличивается со временем (см. вторую иллюстрацию).

Надёжность накопителей корпоративного класса

Если сравнивать два исследования, то 1 000 000 часов MTBF у накопителя Cheetah оказывается намного ближе к MTBF 300 000 часов. То есть у «корпоративных» и «потребительских» жёстких дисков мы получаем примерно одинаковый ежегодный выход из строя AFR, особенно если сравнивать схожие ёмкости. По информации, директора по технической стратегии NetApp (самый быстро растущий производитель систем хранения), «…то, как массивы накопителей справляются с соответствующими сбоями жёстких дисков, извечно продолжает убеждать потребителей, что более дорогие жёсткие диски работают более надёжно. Один из тщательно оберегаемых «грязных» секретов индустрии заключается в том, что большинство корпоративных и потребительских жёстких дисков состоят, по большей части, из одинаковых компонентов. Но их внешние интерфейсы (FC, SCSI, SAS и SATA) и, что более важно, приоритеты и цели при разработке дизайна прошивки, играют наиболее важную роль в определении поведения корпоративных или потребительских жёстких дисков в реальных условиях».

Безопасность данных и RAID

Исследование доктора Шредера охватывает использование корпоративных жёстких дисков в крупных массивах RAID в одной из крупнейших лабораторий по высокопроизводительным вычислениям. Как правило, мы ожидаем, что данные будут безопасность храниться в правильно подобранных режимах RAID, но результаты исследования оказались удивительными.

Распределение времени между заменами дисков показывает снижение интенсивности отказов, то есть предполагаемое время до замены следующего диска увеличивается вместе со временем, которое прошло с момента последней замены диска.

Это означает, что сбой одного накопителя в массиве повышает вероятность сбоя другого накопителя. Чем больше времени пройдёт с момента последнего сбоя, тем больше времени должно пройти до следующего. Конечно, всё это приводит к последствиям по реконструкции массива RAID. После первого сбоя вероятность того, что ещё один жёсткий диск выйдет из строя в пределах часа увеличивается в четыре раза. В течение же 10 часов вероятность последующего сбоя увеличивается только в два раза.

Температура

Из документа Google мы получили весьма странное заключение. Исследователи брали измерения температуры SMART, технологии мониторинга, которая встроена в большинство жёстких дисков, и обнаружили, что более высокая температура не коррелирует с более высокой частотой отказов. Температура оказывает определённое влияние на старые накопители, но оно не такое значительное.

Насколько умна SMART?

Если дать краткий ответ, то SMART не умна. Технология SMART была предназначена для сообщения об ошибках на раннем этапе, чтобы пользователь мог заблаговременно зарезервировать свои данные, но, по информации Google, более трети сбойных жёстких дисков не включали тревогу SMART. В принципе, это неудивительно, поскольку многие специалисты говорили об этом многие годы. Технология SMART оптимизирована на обнаружение механических сбоев, но большую часть жёсткого диска составляет электроника. Именно поэтому проблемы с поведением HDD и различные ситуации, подобные сбою электропитания, остаются незамеченными, пока не возникают проблемы с целостностью данных. Если вы надеетесь, что SMART предскажет вам сбой, то вам всё равно необходимо добавить ещё один уровень избыточности для гарантии защиты данных.

Теперь давайте перейдём к тому, как SSD показывают себя по сравнению с жёсткими дисками.

Взгляд на надёжность SSD

К сожалению, ни один производитель жёстких дисков не публикует данных о возврате, то же самое касается и производителей SSD. Но в декабре 2010 сайт Hardware.fr представил информацию о частоте сбоев SSD, полученную от своей родительской компании LDLC, являющейся одной из ведущих розничных сетей во Франции. На сайте были даны следующие пояснения по поводу расчёта представленных показателей.

Частота возврата касается продуктов, проданных между 1 октября 2009 и первым апрелем 2010, возвраты были осуществлены до октября 2010, то есть после периода эксплуатации от 6 месяцев до года. Статистика по производителям бралась при условии минимальных продаж в 500 экземпляров, а по моделям – при минимальной продаже ста экземпляров.

Обратим внимание, что представлена статистика частоты возврата, а не частоты сбоев.

Продажа между 1 октября 2009 и 1 апрелем 2010, возвраты осуществлены до 1 октября 2010
Жёсткие диски 1 Тбайт	Частота возврата	Жёсткие диски 2 Тбайт	Частота возврата	SSD	Частота возврата
Hitachi Deskstar 7K1000.B	5,76%	WD Caviar Black WD2001FASS	9,71%	Intel	0,59%
Hitachi Deskstar 7K1000.C	5,20%	Hitachi Deskstar 7K2000	6,87%	Corsair	2,17%
Seagate Barracuda 7200.11	3,68%	WD Caviar Green WD20EARS	4,83%	Crucial	2,25%
Samsung SpinPoint F1	3,37%	Seagate Barracuda LP	4,35%	Kingston	2,39%
Seagate Barracuda 7200.12	2,51%	Samsung EcoGreen F3	4,17%	OCZ	2,93%
WD Caviar Green WD10EARS	2,37%	WD Caviar Green WD20EADS	2.90%	-	-
Seagate Barracuda LP	2,10%	-	-	-	-
Samsung SpinPoint F3	1,57%	-	-	-	-
WD Caviar Green WD10EADS	1,55%	-	-	-	-
WD Caviar Black WD1001FALS	1,35%	-	-	-	-
Maxtor DiamondMax 23	1,24%	-	-	-	-

Жёсткие диски 1 Тбайт	Частота возврата	Жёсткие диски 2 Тбайт	Частота возврата	SSD	Частота возврата
Samsung SpinPoint F1	5,2%	Hitachi Deskstar 7K2000	5,7%	Intel	0,3%
WD Caviar Green (WD10EADS)	4,8%	WD Caviar Green WD20EADS	3,7%	Kingston	1,2%
Hitachi Deskstar 7K1000.C	4,4%	Seagate Barracuda LP	3,7%	Crucial	1,9%
Seagate Barracuda LP	4,1%	WD Caviar Black WD2001FALS	3,0%	Corsair	2,7%
WD Caviar RE3 WD1002FBYS	2,9%	WD Caviar Green WD20EARS	2,6%	OCZ	3,5%
Seagate Barracuda 7200.12	2,2%	WD Caviar RE4-GP WD2002FYPS	1,6%	-	-
WD Caviar Black WD1002FAEX	1,5%	Samsung EcoGreen F3	1,4%	-	-
Samsung SpinPoint F3	1,4%	-	-	-	-
WD Caviar Black WD1001FALS	1,3%	-	-	-	-
WD Caviar Blue WD10EALS	1,3%	-	-	-	-
WD Caviar Green WD10EARS	1,2%	-	-	-	-

Ещё раз отметим, что сбой накопителя означает выход из строя. Но возврат потребитель может выполнять по различным причинам. И с этим возникают проблемы, поскольку у нас нет дополнительной информации по возвращенным накопителям – получил ли потребитель их уже «мёртвыми», или они вышли из строя со временем, либо возврат был произведён по причине несовместимости продукта.

Продажа между 1 октября 2009 и 1 апреля 2010, возвраты осуществлены до 1 октября 2010
Три ведущие позиции SSD	Частота возврата	Три ведущие позиции HDD	Частота возврата
OCZ Vertex 2 90 Гбайт	2,8%		8,62%
OCZ Agility 2 120 Гбайт	2,66%	Samsung SpinPoint F1 1 Тбайт	4,48%
OCZ Agility 2 90 Гбайт	1,83%	Hitachi Deskstar 7K2000	3,41%

Продажа между 1 апреля 2010 и 1 октября 2010, возвраты осуществлены до 1 апреля 2011
Три ведущие позиции SSD	Частота возврата	Три ведущие позиции HDD	Частота возврата
OCZ Agility 2 120 Гбайт	6,7%	Seagate Barracuda 7200.11 160 Гбайт	16,0%
OCZ Agility 2 60 Гбайт	3,7%	Hitachi Deskstar 7K2000 2 Тбайт	4,2%
OCZ Agility 2 40 Гбайт	3,6%	WD Caviar Black WD2001FASS	4,0%

Приобретались ли SSD Intel оптом? Представленная информация приводит к новым вопросам. Если большую часть продаж жёстких дисков составляет Интернет, то плохая упаковка и порча во время доставки могут заметно сказаться на частоте возврата. Более того, не мешает провести нормализацию по сценариям, в которых потребители используют жёсткие диски. И существенный разброс возвратов жёстких дисков только подчёркивает эту проблему. Например, частота возврата Seagate Barracuda LP увеличилась с 2,1% до 4,1%, а для Western Digital Caviar Green WD10EARS она упала с 2,4% до 1,2%.

Вместе с тем, приведённые данные не позволяют судить о надёжности. Какие же выводы можно по ним сделать? О том, что во Франции больше клиентов оказались удовлетворены покупкой SSD Intel, чем приобретением накопителя другого производителя. Удовлетворение потребителя – тема интересная, но она имеет мало отношения к частоте сбоев. Поэтому идём дальше.

Статистика дата-центров: меньше 100 SSD

Цены за гигабайт продолжают оставаться основным барьером, не позволяющим даже крупным организациям использовать тысячи SSD одновременно. Но даже то, что у нас не было доступа к массивным инфраструктурам, отнюдь не означает, что мы не сможем сделать выводов по поводу надёжности SSD в реальных условиях на основе менее крупных структур. Мы попытались связаться со всеми нашими знакомыми в сфере ИТ и смогли получить интересную информацию от некоторых дата-центров.

NoSupportLinuxHosting.com

Загрузочный том на «зеркале» из двух X25-V.

Компания «No Support Linux Hosting» не сообщила нам о количестве установленных накопителей, но представитель компании сказал, что она «использует немалое количество» SSD. Мы знаем, что компания использует меньше 100 SSD, и они распределены по следующим сценариям:

• 40-Гбайт X25-V используются в «зеркале» в качестве загрузочных томов для blade-серверов и серверов ZFS.
• 160-Гбайт X25-M используются в качестве накопителей для кэширования (L2ARC) в серверах ZFS.
• 32-Гбайт X25-E используются в «зеркале» в качестве томов ZIL в серверах ZFS.

Все эти накопители использовались не меньше одного года, а некоторые из них отметили свой второй год рождения. И на данный момент компания не столкнулась ни с одним сбоем SSD. Когда мы спросили «Дают ли SSD преимущества, которые нельзя получить на обычных механических жёстких дисках?» компания ответила, что «с ZFS и гибридными системами хранения накопители SSD дают существенный прирост производительности по сравнению с вращающимися пластинами. Мы по-прежнему используем вращающиеся пластины для основного хранилища, поэтому мы смогли сохранить преимущество HDD по цене, и вместе с тем смогли получить преимущества SSD по скорости. Рано или поздно мы планируем перевести все наши SAN на системы хранения, использующие только SSD. Но для 2011 года мы будем придерживаться гибридного хранилища с помощью ZFS.»

InterServer.net

Компания InterServer использует в своих серверах баз данных только SSD. В частности, компания оснащает свои серверы Xeon накопителями Intel X25-E (SSDSA2SH032G1GN), чтобы в полной мере задействовать преимущества по высокой пропускной способности данных. Но какой прирост производительности это даёт? InterServer сообщила нам о получении в среднем 4514,405 запросов MySQL в секунду. На старой системе Xeon, оснащённой накопителями IDE, можно было получить примерно 200-300 запросов MySQL в секунду. Мы знаем, что эти накопители используются компанией с 2009 года, и пока что сбоев не было зафиксировано.

InterServer сообщила нам следующую информацию по поводу использования SSD.

«Intel SSD как небо и земля отличаются по частоте сбоев от некоторых других накопителей. Например, у SSD SuperTalent мы получили очень высокую частоту сбоев, включая модели FTM32GL25H, FTM32G225H и FTM32GX25H. По нашим подсчётам, 2/3 этих накопителей вышли из строя после начала эксплуатации. Причём они выходили из строя так, что информацию считать уже не получалось. То есть накопитель просто полностью исчезал и больше не появлялся. Вращающиеся пластины умирают более «благородно», восстановить с них информацию намного легче. Я не могу сравнить данную статистику с накопителями Intel, поскольку мы пока не сталкивались с их сбоями».

Steadfast Networks: более 100 SSD

Steadfast Networks использует около 150 SSD Intel, то есть опирается на более крупную базу накопителей, чем две предыдущие компании. В Steadfast Networks используются модели X25-E (32 Гбайт и 64 Гбайт) и X25-M (80 Гбайт и 160 Гбайт). В меньшей степени компания задействует 40-Гбайт X25-V, да и некоторые клиенты использовали/запросили накопители OCZ Vertex 2, SuperTalent и MTron Pro. Независимо от марки, все SSD используются только в серверах баз данных или в качестве кэша.

На протяжении двух лет компания столкнулась только с двумя случаями, потребовавшими замены накопителей. Восстановление данных с вышедшего из строя SSD зависит от взаимодействия между контроллером и прошивкой. Опыт InterServer с накопителями SuperTalent является сценарием худшего случая, когда данные восстановить не получилось. Но специалисты Steadfast Networks сообщили нам, что смогли восстановить все данные с SSD Intel.

С более крупным массивом SSD мы, наконец, столкнулись с выходом накопителей из строя. Но по сравнению с жёсткими дисками частота выхода из строя намного ниже. Но президент Steadfast Networks Карл Зиммерман (Karl Zimmerman) считает, что это всё равно преуменьшает преимущества SSD. Он дал следующее объяснение.

«Мы просто получаем существенно более высокую производительность ввода/вывода [с SSD] по меньшей цене, чем мы можем достичь со стандартными жёсткими дисками. Многим нашим клиентам требуется большая производительность ввода/вывода, чем могут дать 4x накопителя SAS на 15 000 об/мин в массиве RAID 10, и данный апгрейд приводит к переходу на сервер с большим шасси, поддерживающим более 4 накопителей, крупной карте RAID и так далее. Другим конфигурациям требуется больше 16 жёстких дисков на 15 000 об/мин, чтобы получить требуемый уровень операций ввода/вывода. Переход на один SSD (или на пару SSD в RAID) значительно упрощает конфигурацию, да и удешевляет в целом.

Всё это дополняется тем, что вам, как правило, нужно использовать 1 SSD для замены 4+ стандартных жёстких дисков в среднем, при этом вы получите частоту сбоя AFR у жёстких дисков 20% и выше, а у SSD она составляет 1,6%.

Softlayer: около 5000 SSD!

В Softlayer у нас работает много друзей, при этом они организовали самую крупную компанию по web-хостингу в мире. Поэтому о накопителях они знают немало. В компании используется почти 5000 SSD, так что мы получили более впечатляющий массив данных для анализа. Вот, что сообщила нам Softlayer.

Компания получила схожую частоту выхода из строя накопителей SAS и SATA, что и в исследовании Google. Если не вдаваться в детали, то частота выхода из строя увеличивается пропорционально возрасту накопителя, и на практике она довольно близка к результатам двух исследований, которые мы привели раньше. В первый год частота выхода из строя AFR составляет 0,5-1%, она увеличивается до 5-7% в пятый год.

Частота сбоя жёстких дисков нас не удивила, но частота AFR для SSD шокировала. Если судить по числам, то частота сбоя SSD близка к жёстким дискам. Конечно, накопители эксплуатируются всего два года. Нам нужно подождать, пока SSD не завершат третий и четвёртый год своей эксплуатации, после чего мы посмотрим, будет ли разница.

Softlayer почти полностью использует SSD на основе SLC-памяти из-за опасений с износом при выполнении операций записи. Если верить сценариям использования компании, то ни один из сбоев не был связан с износом ячеек памяти при записи, но многие SSD вышли из строя без раннего предупреждения SMART. Мы уже неоднократно слышали об этом от разных дата-центров. Как указали специалисты InterServer, жёсткие диски «умирают» более «благородно». SSD часто «умирают» внезапно, возможно из-за некорректной работы прошивки. Опыт Softlayer более разнообразный, некоторые накопители восстановить удалось, другие нет. Ни один из 11 накопителей X25-M у компании не вышел из строя, но количество образцов мизерное. Да и в работе они находятся с июня 2010.

Так ли важна надёжность?

Несмотря на то, что SLC-накопители составляют всего часть рынка NAND, мы собрали намного больше данных по SLC-накопителям SSD, чем по моделям с MLC-технологией. Конечно, наш набор исследуемых накопителей составляет 1/20 от набора предыдущих исследований жёстких дисков, но по имеющейся информации SLC-накопители SSD нельзя назвать более надёжными, чем жёсткие диски SATA и SAS. Если флэш-память SLC является самой лучшей из NAND, тогда SSD с MLC-памятью должны демонстрировать более высокую частоту выхода из строя.

Если вы являетесь потребителем, то подобный факт наверняка вызовет замешательство. Производители SSD пытаются подчеркнуть, что они предоставляют два существенных преимущества: производительность и надёжность. Но если данные на SSD хранить не безопаснее, чем на жёстком диске, то основной причиной выбора твёрдотельных накопителей является производительность.

Мы не утверждаем, что производительность не важна (или не впечатляет), но большинство SSD находятся в узком разбросе по производительности. Например, если вы отобразите на графике скорость жёстких дисков по сравнению с SSD, то low-end SSD работают примерно на 85% быстрее, чем жёсткие диски. А high-end SSD дают только 88% преимущество по производительности в среднем.

Именно поэтому Intel пытается всех убедить, что предлагает самые надёжные SSD. Недавно на пресс-конференции по поводу выхода SSD 320 компания попыталась акцентировать эту точку зрения. Конечно, репутация Intel повлияла на то, что мы получили столь много информации по поводу SSD этой компании, но результаты эксплуатации, похоже, не соответствуют тому, что мы слышим от Intel.

Производительность SSD будет продолжать увеличиваться, а цены будут одновременно с этим снижаться. Такова природа новой технологии. Однако это также означает, что производителям SSD потребуется найти другие способы дифференциации своих продуктов. Сегодня мы как раз начинаем это видеть. По мере того, как относительный зазор по производительности между SSD начинает сужаться, надёжность становится всё более важной.

Заключение

Конечно, получилось так, что наш опрос дата-центров охватывает только частоту выхода из строя SSD Intel, поскольку накопители именно этого производителя используются сегодня в большинстве крупных компаний. Маркетинг Intel работает на самом деле, поскольку компанию считают одной из самых надёжных марок. Мы не подразумеваем этим, что другие марки более или менее надёжны. Исследователи Google по поводу жёстких дисков написали следующее: «частоту сбоев тесно связывают с моделями накопителей, производителями и возрастом. Наши исследования этому не противоречат. Но большинство результатов, связанных с возрастом накопителя, связаны именно с возрастом».

По информации, представленной нам дата-центрами, то же самое верно и для SSD. Один из управляющих крупной компании сообщил, что OCZ даёт замечательные цены, но по его информации у накопителя Vertex 2 ужасная надёжность. Примерно два месяца назад компания заказала новое оборудование, но после вскрытия коробки оказалось, что из 200 накопителей Vertex 2 Pro примерно 20 были уже «мёртвыми». Да и один из дата-центров сообщил нам, что регулярно сбрасывает клиентские серверы с накопителями Vertex 2.

Что это значит для SSD?

Но позвольте оценить всё с перспективы. Вот, что мы узнали о жёстких дисках из двух приведённых исследований.

• Заявленное время наработки на отказ MTBF ничего не говорит о надёжности.
• Ежегодная частота выхода из строя (AFR) в несколько раз выше, чем заявляют производители.
• Для накопителей не характерна заметная тенденция выходить из строя после года использования. Частота выхода из строя стабильно повышается вместе с возрастом жёстких дисков.
• SMART не является надёжной системой оповещения о грядущих сбоях жёсткого диска.
• Частота выхода из строя «корпоративных» и «потребительских» жёстких дисков примерно одинаковая.
• Выход из строя одного накопителя в массиве повышает вероятность выхода из строя другого накопителя.
• Температура оказывает пренебрежимо малое или незначительное влияние на частоту сбоев.

Благодаря Softlayer мы знаем, что первые четыре пункта также относятся и к SSD. Помните, что разница между корпоративными и потребительскими жёсткими дисками, влияющая на частоту сбоев, кроется в контроллере, прошивке и интерфейсе (SAS против SATA). Что касается SSD, то разница сужается до контроллера и прошивки. Если качество производства MLC-памяти NAND такое же, как и SLC-памяти, то корпоративные SSD не надёжнее потребительских SSD (помните, что износ при записи/программировании не имеет ничего общего со случайными сбоями накопителей).

Конечно, корпоративный рынок интересует не только надёжность. Свою роль играет и производительность. Чтобы получить высокую производительность ввода/вывода с жёсткими дисками, нужно использовать не меньше четырёх накопителей SAS на 15 000 об/мин в RAID 10. Если такого уровня всё равно мало, то придётся выполнить апгрейд на более крупный сервер с большим количеством накопителей и более ёмкой картой RAID. Если производительность вас интересует больше, чем ёмкость, то выбор нескольких SSD в RAID упрощает конфигурацию, её развёртывание и поддержка обходятся дешевле. Поскольку вы используете один SSD для замены нескольких жёстких дисков, то частота сбоя каждого жёсткого диска влияет на эффективную частоту сбоя. И с этой точки зрения намного лучше использовать четыре SSD для замены шестнадцати жёстких дисков. Конечно, конфигурация из одного SSD не даёт избыточности хранения данных. Но, как указано в исследовании доктора Шредера, сбой жёсткого диска в массиве RAID увеличивает вероятность ещё одного сбоя. Для профессионалов ИТ, внедряющих SSD, наши новости прольются как бальзам на душу. Как написал Робин Харрис (Robin Harris) на StorageMojo , «Забудьте о RAID, просто копируйте данные три раза». Избыточность хранения данных c SSD не приводит к дополнительным расходам. Скажем, в ИТ-инфраструктуре информация с одного SSD будет постоянно копироваться на несколько жёстких дисков. А идея траты меньшего количества денег на получение существенного прироста производительности должна быть очень привлекательной. Собственно, в этом нет ничего нового. Google уже многие годы использует подобный подход (дешёвой избыточности) со своими серверами на жёстких дисках, но перенос данной концепции на SSD приводит к очень высокой пропускной способности ввода/вывода, высокой надёжности и избыточности данных – всё это при дешёвом и простом способе дублирования файлов подобно кластеру.

К сожалению, всё это касается профессионалов в области ИТ. Что касается потребителей, то не стоит доверять SSD больше, чем вы доверяете жёсткому диску. В конце концов, электрическая деталь остаётся электрической, независимо от того, движется она или нет. (Конечно, мы не имеем в виду, что вы будете трясти жёсткий диск во время работы.) Данные от Softlayer подтверждают нашу точку зрения, поскольку у более ёмкой модели X25-E частота выхода из строя выше (у неё используется больше чипов памяти). Возможно, именно по этой причине мы не были шокированы тем, что SSD имеют схожую частоту выхода из строя, что и накопители с вращающимися пластинами. Конечно, у нас нет полных данных для SSD старше двух лет, поэтому, возможно, в будущем ситуация изменится, но пока мы эти данные не получим, лучше следовать давно известной пословице «бережёного Бог бережёт».

Самое обидное во всём этом исследовании заключается в том, что мы не должны сами собирать все эти данные. Производители знают об истинной надёжности своих продуктов, поскольку они выпускают миллионы SSD в год (IDC: 11 млн. SSD в 2009) и отслеживают возвраты. Если SSD Intel на MLC-памяти являются «золотым стандартом», то лучшие SSD кажутся не более надёжными, чем лучшие жёсткие диски. Получается, что худшие SSD такие же надёжные, что и худшие жёсткие диски?

В заключении мы оставляем открытым приглашение Intel, OCZ, Micron, Crucial, Kingston, Corsair, Mushkin, SandForce и Marvell, чтобы предоставить нам информацию о частоте выхода из строя своих продуктов, либо опубликовать список крупных клиентов, у которых можно будет получить дополнительную информацию.

Примечание. Мы выражаем благодарность компании Softlayer и всем дата-центрам, предоставившим нам данные. Всё это позволило оценить надёжность SSD.

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.