2015/05/12 20:10:56

Твердотельный накопитель
SSD
Solid-state drive

Компьютерное запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. Не содержит движущихся механических частей.

Содержание

Различают два вида твердотельных накопителей: SSD на основе памяти, подобной оперативной памяти компьютеров, и SSD на основе флеш-памяти.

Твердотельные накопители используются в компактных устройствах: ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах. Некоторые известные производители переключились на выпуск твердотельных накопителей уже полностью, например Samsung продал бизнес по производству жёстких дисков компании Seagate.

Твердотельные накопители приобретают всё большую популярность в отрасли мониторинга и обеспечения безопасности. Функции видеонаблюдения - распознавание лица, аналитика данных, решения для "умного города" и т.д., - требуют оперативной обработки больших объёмов данных. Представьте себе, к примеру, оживлённый перекрёсток, движение на котором подчинено не контролируемым по времени сигналам, а изменяется динамически в зависимости от интенсивности трафика. Камеры отслеживают фазы спада и наплыва автомобилей и пешеходов, одновременно рассчитывая самые эффективные параметры транспортного потока. Данная задача требует больших вычислительных мощностей, и даже мельчайшее их увеличение приводит к значительной экономии общественных средств. Подобные функции современных систем видеонаблюдения и дают более высокопроизводительным SSD-накопителям преимущества перед традиционными жёсткими дисками (HDD).

Существуют и так называемые, гибридные жесткие диски, появившееся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD) и твердотельный накопитель относительно небольшого объёма, в качестве кэша (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления). Пока, такие диски используются, в основном, в переносных устройствах.

История развития

  • 1978 год — американская компания StorageTek разработала первый полупроводниковый накопитель современного типа (основанный на RAM-памяти).
  • 1982 год — американская компания Cray представила полупроводниковый накопитель на RAM-памяти для своих суперкомпьютеров Cray-1 со скоростью 100 МБит/с и Cray X-MP со скоростью 320 МБит/с, объемом 8, 16 или 32 миллиона 64 разрядных слов.
  • 1995 год — израильская компания M-Systems представила первый полупроводниковый накопитель на flash-памяти.
  • 2008 год — Южнокорейской компании Mtron Storage Technology удалось создать SSD накопитель со скоростью записи 240 МБ/с и скоростью чтения 260 МБ/с, который она продемонстрировала на выставке в Сеуле. Объём данного накопителя — 128 ГБ. По заявлению компании, выпуск таких устройств начнётся уже в 2009 году.
  • 2009 год — Super Talent Technology выпустила SSD объёмом 512 гигабайт, OCZ представляет SSD объёмом 1 терабайт. В настоящее время наиболее заметными компаниями, которые интенсивно развивают SSD-направление в своей деятельности, можно назвать Intel, Kingston, Samsung Electronics (Самсунг Электроникс Рус), SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial и ADATA. Кроме того, свой интерес к этому рынку демонстрирует Toshiba.

Мировой рынок

Основная статья: Твердотельные накопители - SSD (мировой рынок)

Технический прогресс, изменения динамики развития ПК индустрии, выход новых моделей промышленных серверов и новых архитектур систем хранения, а также краткосрочный кризис на рынке жестких дисков позволят рынку твердотельных накопителей (solid state storage, SSD) существенно прибавить в объеме в период с 2011 по 2015 год.

Архитектура и принцип работы

NAND SSD

Image:220px-Disassembled HDD and SSD.JPG

Сравнение: компоненты разобранного HDD (слева) и разобранный SSD (справа)

Накопители, построенные на использовании энергонезависимой памяти (NAND SSD), появились относительно недавно, но в связи с гораздо более низкой стоимостью (от 2 долларов США за гигабайт) начали уверенное завоевание рынка. До недавнего времени существенно уступали традиционным накопителям — жестким дискам — в скорости записи, но компенсировали это высокой скоростью поиска информации (начального позиционирования). Сейчас уже выпускаются твердотельные накопители Flash со скоростью чтения и записи, в разы превосходящие возможности жестких дисков. Характеризуются относительно небольшими размерами и низким энергопотреблением.

RAM SSD

Эти накопители, построенные на использовании энергозависимой памяти (такой же, какая используется в ОЗУ персонального компьютера) характеризуются сверхбыстрыми чтением, записью и поиском информации. Основным их недостатком является чрезвычайно высокая стоимость (от 80 до 800 долларов США за Гигабайт). Используются, в основном, для ускорения работы крупных систем управления базами данных и мощных графических станций. Такие накопители, как правило, оснащены аккумуляторами для сохранения данных при потере питания, а более дорогие модели — системами резервного и/или оперативного копирования.

Плюсы и минусы

Преимущества, по сравнению с жёсткими дисками (HDD):

  • отсутствие движущихся частей;
  • высокая скорость чтения/записи, нередко превосходящая пропускную способность интерфейса жесткого диска (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6 Gb/s, SCSI, Fibre Channel и т. д.);
  • низкое энергопотребление;
  • полное отсутствие шума из-за отсуствия движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;
  • высокая механическая стойкость;
  • широкий диапазон рабочих температур;
  • стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
  • малые габариты и вес;
  • большой модернизационный потенциал как у самих накопителей так и у технологий их производства.
  • намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям.

Недостатки

  • Главный недостаток SSD — ограниченное количество циклов перезаписи. Обычная (MLC, Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) флеш-память позволяет записывать данные примерно 10 000 раз. Более дорогостоящие виды памяти (SLC, Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) — более 100 000 раз. Для борьбы с неравномерным износом применяются схемы балансирования нагрузки. Контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались и при необходимости «меняет их местами»;
  • Подпроблема совместимости SSD накопителей с устаревшими и даже многими актуальными версиями ОС семейства Microsoft Windows, которые не учитывают специфику SSD накопителей и дополнительно изнашивают их. Использование операционными системами механизма свопинга (подкачки) на SSD также, с большой вероятностью, уменьшает срок эксплуатации накопителя;
  • Цена гигабайта SSD-накопителей существенно выше цены гигабайта HDD. К тому же, стоимость SSD прямо пропорциональна их ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма накопителя.


Зависимость времени хранения на обесточенных SSD-накопителях от температуры

12 мая 2015 года стало известно о публикации доклада Элвина Кокса (Alvin Cox), руководителя компании Seagate и председателя комитета JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council). В докладе[1] он обозначил особенности нового стандарта, определяющего требования к SSD-накопителям на платформе NAND-памяти и методы оценки их надёжности[2].

В тексте доклада сообщается об ограниченном времени сохранения данных при отключении SSD-накопителя от электропитания:

  • для серверных устройств гарантированное время автономного сохранения всех данных определено в три месяца при температуре 40° С,
  • для клиентских систем - 1 год при температуре 30° С.

Таблица демонстрирует соответствие температуры/времени хранения в обесточенном состоянии, 2015

В докладе также указано, что в соответствии с исследованиями компаний Samsung, Seagate и Intel период времени сохранения данных уменьшается вдвое при увеличении температуры места, где хранится SSD-накопитель, на каждые 5° С. Например, при температуре 55° С время сохранения всех данных при нахождении накопителя в отключенном состоянии снижается до недели.

Утилизация систем хранения: практика отстает от теории

На рынке широко распространен опыт утилизации HDD-накопителей без учета особенностей SSD. Неправильная утилизация может привести к утечке данных. Как показал аудит, проведенный в США в 2015 г., неправильные методы стирания файлов привели к утечке персональной информации граждан из баз данных 12 американских ведомств, включая налоговые и здравоохранение[3].

По данным исследования Data Breach Investigation Report от компании Verizon, опубликованного в конце апреля 2016 г., 86% попыток хищения конфиденциальных данных — это попытки завладеть финансовой информацией. С этой точки зрения накопители корпоративных СХД — идеальный источник чужих данных, ведь при удалении файлов информация на дисках на самом деле не исчезает.

Технология утилизации жестких дисков HDD в конце жизненного цикла уже отработана: размагничивание надежно стирает все данные. Для SSD размагничивание не работает. Поэтому некоторые компании выбирают физическое уничтожение SSD — в итоге молоток становится лучшим другом системного администратора. Однако такой подход нельзя назвать оптимальным, ведь повторная продажа или переработка ценного устройства более выгодна с точки зрения экологии и частичного возмещения стоимости.

Правила для SSD

Обязательным при утилизации корпоративных SSD является криптографическое стирание. Этот процесс предполагает изменение ключа, который используется для шифрования и дешифрования данных. В итоге восстановить данные на «дезинфицированном» носителе практически невозможно. Данную процедуру должны выполнять только квалифицированные специалисты. При этом отчет о процедуре стирания должен содержать точные сведения о том, кто проводил процедуру, название, серийный номер накопителя и т.д. Такие отчеты злоумышленники часто пытаются подделать, поэтому к отчету обязательно прилагаются соответствующие логи о выполнении всех перечисленных в отчете процедур.

Процедуру дезинфекции нужно проводить даже в случае, если принято решение отправить накопители на переработку. Таким образом, утилизация SSD не более сложна, чем утилизация HDD, необходимо лишь учитывать технологические особенности носителя нового поколения.

Миграция бизнес-приложений на SSD

Перемещение данных наиболее требовательных к производительности бизнес-приложений на SSD во многих случаях оправдано. Рост производительности, достигаемый за счет SSD, зачастую эффективнее традиционного увеличения количества обычных жестких дисков в системе хранения.

Показатели общей стоимости владения улучшаются за счет снижения расходов на кондиционирование и электропитание. Массив более компактен и способен обслуживать большее количество транзакций. Но если стоимость обработки одной транзакции в подобной системе достаточно низка, то цена за гигабайт хранения остается весьма значительной. Flash-накопители по-прежнему очень дороги, и это ограничивает возможности миграции бизнес-приложений на SSD.

При этом для оборудования большинства вендоров сохраняется ряд проблем. Во-первых, это нестандартное оборудование, технологически не вполне совместимое с тем, что уже имеется. Вторая проблема – износ накопителей. Известно, что число циклов перезаписи SSD ограничено, и по мере использования повышается риск потери данных. Третья проблема – ограниченные функции программного обеспечения контроллеров в части интеграции, сжатия данных и поддержки сетевых протоколов.

Существует качественная альтернатива от HP – специализированный массив HP 3PAR 7450, на котором работает стандартный набор ПО 3PAR OS. Это система хранения с увеличенной производительностью контроллеров, позволяющих обрабатывать до 900 000 операций ввода-вывода в секунду со временем отклика менее 0,7 миллисекунд, и пропускной способность до 5,2 Гб/с. HP 3PAR 7450 умеет «упаковывать» информацию с коэффициентом от 4:1 до 10:1, в зависимости от профиля нагрузки и характера данных. Аппаратная реализация позволяет не только повышать эффективность использования дискового пространства, но и равномерно распределять нагрузку и предотвращать избыточный износ SSD.

В традиционных массивах, предназначенных для работы с жесткими дисками, операции чтения сравнительно медленные и данные помещаются в кэш большими блоками по 16 KB. Это повышает шансы на то, что следующая операция чтения будет происходить уже из кэша, и тем самым снижается время отклика. Накопители SSD гораздо быстрее, и при их использовании предварительное перемещение данных в кэш не имеет смысла.

При этом HP гарантирует надежность четырехконтроллерных HP 3PAR StoreServ на уровне 99.9999% доступности данных. Это означает, что время простоя массива составит не более 31,5 секунд в год, или 2,59 в месяц, или 0,605 секунды в неделю.

Использование в компьютерах Apple и ПК

Microsoft Windows и компьютеры данной платформы с твердотельными накопителями

В ОС Windows 7 введена специальная оптимизация для работы с твердотельными накопителями. При наличии SSD-накопителей, эта операционная система работает с ними иначе, чем с обычными HDD-дисками. Например, Windows 7 не применяет к SSD-диску дефрагментацию, технологии Superfetch и ReadyBoost и другие техники упреждающего чтения, ускоряющие загрузку приложений с обычных HDD-дисков.

Предыдущие версии Microsoft Windows такой специальной оптимизации не имеют и рассчитаны на работу только с обычными жесткими дисками. Поэтому, например, некоторые файловые операции Windows Vista, не будучи отключенными, могут уменьшить срок службы SSD-накопителя. Операция дефрагментации должна быть отключена, так как она практически никак не влияет на производительность SSD-носителя и лишь дополнительно изнашивает его.

Компания ASUS ещё в 2007 г. выпустила нетбук EEE PC 701 с SSD-накопителем объёмом 4Гб. Компания Dell 9 сентября 2011 года заявила о первой на рынке комплектации ноутбуков Dell Precision твердотельной памятью объемами 512Гб одним накопителем и 1Тб двумя накопителями для моделей компьютеров M4600 и M6600 соответственно. Производитель установил цену за один 512Гб SATA3 накопитель на момент объявления в $1120 долларов США. 

На SSD-накопителе работают планшеты компании Acer — модели Iconia Tab W500 и W501, Fujitsu Stylistic Q550 под управлением Windows 7.

Mac OS X и компьютеры Макинтош с твердотельными накопителями

Операционная система Mac OS X начиная с версии 10.7 (Lion) полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти. 

С 2010 года компания Apple представила компьютеры линейки Air полностью комплектуемые только твердотельной памятью на основе Флеш-NAND памяти. До 2010 г. покупатель мог выбрать для данного компьютера обычный жесткий диск в комплектации, но дальнейшее развитие линейки в пользу максимального облегчения и уменьшения корпуса компьютеров данной серии потребовало полного отказа от обычных жестких дисков в пользу твердотельных накопителей. Объем комплектуемой памяти в компьютерах серии Air составляет от 64Гб до 512Гб. По данным J.P. Morgan с момента представления было продано 420 000 компьютеров этой серии полностью на твердотельной Флеш-NAND памяти. 

Примечания

См.также

Твердотельные накопители (мировой рынок)

Обзор TAdviser: Услуги ЦОД в России 2015