в каком году появился ssd
Эволюция твердотельных накопителей: от первых моделей 70-х до наших дней
Пионеры SSD — быстро, дорого, не для всех
Строго говоря, SSD появились задолго до изобретения флэш-памяти. Ведь что такое, по сути, Solid State Drive? Это накопитель информации, который не содержит каких-либо механических компонентов. Таким образом, самым первым в мире SSD можно назвать творение корпорации Dataram с гордым названием Bulk Core, представленное в 1976 году. Стальное шасси габаритами 19 на 15.75 дюймов содержало 8 планок энергозависимой RAM-памяти, каждая из которых имела объем 256 килобайт. Девайс размером с хороший UPS (и, благодаря наличию резервных аккумуляторов, соответствующим весом) стоил на старте 9700 долларов США. Устройства нашли применение в промышленности и наукоемких отраслях, однако из-за дороговизны и ненадежности (все же риск потери данных был чрезвычайно велик) так и не стали массовыми.
Dataram Bulk Core — самый первый SSD
Тем не менее всего через 6 лет компания Axlon предприняла попытку завоевать уже потребительский сегмент, выйдя на рынок с внешним накопителем RAM Disk, разработанным специально для выпущенных в 1982 году персональных компьютеров Apple II. Новинка несла на борту 320 килобайт RAM, имела размеры, сопоставимые с современными компактными NAS и оснащалась аккумуляторными батареями, обеспечивающими 3 часа автономной работы на случай перебоев энергоснабжения.
Рекламная брошюра Axlon RAM Disk призывает «прокачать» ваш Apple II
О том, насколько популярным стало такое решение можно догадаться, взглянув на цены: на старте продаж прибор стоил 1400 долларов, при этом сам Apple II в модификации с 4 килобайтами ОЗУ на тот момент обошелся бы вам в 1298 долларов. Пускай встроенной постоянной памяти данный ПК имел также 4 килобайта, возможность подключения кассетного магнитофона, а впоследствии и 5.25-дюймовых дисководов с лихвой компенсировали этот недостаток. В то же время, непомерный ценник и риск утраты всей информации делали RAM Disk малопривлекательным для конечного потребителя, тем более что большинству пользователей дополнительная скорость чтения/записи оказалась попросту не нужна.
Изобретение flash-памяти — новая эпоха в развитии SSD
Все перечисленные выше устройства были нерентабельны вследствие высокой стоимости, ненадежны из-за потребности в постоянном источнике питания и излишне громоздки в силу конструктивных особенностей. Иными словами, твердотельные накопители прошлого оказались лишены всех преимуществ современных моделей, что и объясняет их фиаско. Для создания же действительно революционного решения требовалась принципиально новая технология, которая появилась лишь в середине 80-х с изобретением флэш-памяти.
Полупроводниковые запоминающие устройства существовали и ранее: первый EPROM был создан Довом Фроманом еще в 1971 году, однако подобные чипы не годились на роль даже съемного накопителя. Все дело в том, что процедура стирания информации осуществлялась посредством прямого облучения матрицы транзисторов ультрафиолетовой ртутной лампой, для чего в корпусе даже присутствовало небольшое окошко из кварцевого стекла, располагавшееся непосредственно над чипом. Более совершенные EEPROM представляли собой уже электрически стираемые ПЗУ, однако для реализации этой возможности в стандартную ячейку пришлось внедрить второй транзистор, управляющий режимами записи и стирания. Из-за этого площадь разводки компонентов матрицы (а значит, и самого чипа) заметно увеличивалась, и в результате приходилось жертвовать компактностью устройств.
Поэтому основные научные изыскания велись в области создания микросхем с более плотным размещением цепей стирания. И таковые увенчались успехом в 1984 году, когда Фудзио Масуока, работавший в корпорации Toshiba, представил прототип энергонезависимой флэш-памяти на международной конференции International Electron Devices Meeting, проходившей в стенах Института инженеров электротехники и электроники (IEEE).
Фудзио Масуока, изобретатель флэш-памяти
Само название придумал его коллега, Седзи Ариидзуми, сравнивший процесс стирания данных со вспышкой молнии. В отличие от EEPROM, флэш-память была основана на МОП-транзисторах с дополнительным плавающим затвором, расположенным между p-слоем и управляющим затвором, что позволило создавать действительно миниатюрные чипы.
Первыми коммерческими образцами флэш-памяти стали микросхемы Intel, выполненные по технологии NOR (Not-Or), производство которых было запущено в 1988 году. Матрицы данного типа представляли собой двумерный массив, в котором каждая ячейка памяти находилась на пересечении строки и столбца (соответствующие проводники подключались к разным затворам транзистора, а исток — к общей подложке). Однако уже в 1989 году Toshiba представила флеш-память NAND. Массив имел аналогичную структуру, но в каждом его узле вместо одной ячейки теперь располагалось несколько последовательно включенных. Кроме того, в каждой линии использовалось два МОП-транзистора — управляющий, расположенный между разрядной линией и столбцом ячеек, и транзистор заземления.
Более высокая плотность компоновки помогла увеличить емкость чипа, но при этом усложнился и алгоритм чтения/записи, из-за чего пострадала скорость обмена информацией. В связи с этим новая архитектура не смогла полностью вытеснить NOR, нашедшую применение в создании встраиваемых ПЗУ, тогда как NAND использовали при изготовлении портативных накопителей (USB-флэшек, SD-карт). К слову, производство последних стало возможным лишь в 2000 году, когда стоимость флэш-памяти достаточно снизилась и подобные устройства могли окупиться, а первой «ласточкой» стала модель DiskOnKey от IBM, объем которой составлял всего 8 мегабайт. Немного, однако не будем забывать, что миниатюрный девайс размером с брелок успешно заменял собой восемь 3.5-дюймовых дискет.
Флэшка IBM DiskOnKey
Поскольку выпуск флэш-чипов является технологически сложным и наукоемким процессом, существует лишь несколько компаний, специализирующихся на их производстве, в числе которых следует выделить SanDisk. На ее счету свыше 200 патентов, лицензии на использование которых впоследствии приобрели такие известные игроки, как Intel, Hitachi, Samsung и Sony. Среди основных достижений предприятия стоит упомянуть внедрение стандарта CompactFlash (1994 год), разработку MultiMedia Card (1997 год) и созданный вместе с Toshiba в 2000 году формат Secure Digital Memory Card (SD). Не удивительно, что когда Toshiba взяла курс на рынок США, именно SanDisk был выбран в качестве стратегического партнера для основания совместного предприятия FlashVision LLC (начало работу в 2001 году) на базе производственных мощностей «дочки» японского гиганта Dominion Semiconductor. В октябре 2015 года SanDisk была приобретена Western Digital. Объединив усилия с одним из родоначальников технологии флэш и получив доступ ко всем ключевым наработкам и инновациям, сегодня мы имеем возможность создавать по-настоящему современные, конкурентоспособные и надежные решения потребительского класса.
Флэш-SSD для всех и каждого
Впрочем, вернемся к предмету обсуждения — SSD. Предок современных твердотельных накопителей на основе флэш-памяти был выпущен компанией Digipro еще в 1988 году: он нес на борту 16 мегабайт и стоил 5000 долларов. Годом позже M-Systems представила концепт устройства, уже более-менее напоминающего современные. Оно имело формат 3.5 дюйма и могло вмещать от 16 до 896 мегабайт информации. Серийная модель вышла лишь в 1995 году и носила название FFD-350 (Fast Flash Disk). Из-за высокой цены, достигающей нескольких десятков тысяч долларов, она нашла применение в таких отраслях, как ВПК и авиационная промышленность, для розницы рекордсмен по скорости и объему оказался непригоден.
Digipro Flashdisk — первый SSD на основе NAND
Первопроходцем потребительского сегмента можно назвать выпущенный в 2003 году Transcend IDE Flash Module, подключавшийся через 44-пиновый интерфейс Parallel ATA и имевший объем 128 или 512 мегабайт. Продукт позиционировался, как быстрый и отказоустойчивый накопитель для работы в экстремальных условиях. Низкопрофильный модуль возвышался над разъемом всего на 2 сантиметра, благодаря чему мог подключаться напрямую, без использования шлейфа.
Transcend IDE Flash Module открывает розничный рынок SSD
А первый SATA SSD появился всего через год: Adtron Corporation представила 2.5-дюймовый накопитель Flashpack, однако его рыночная стоимость, в зависимости от модификации, достигала 11 200 долларов. Переломить ситуацию с точки зрения ценовой политики удалось Samsung, предложившей покупателям устройство с незамысловатым названием Flash SSD объемом 32 гигабайта «всего» за 700 долларов! И пускай его все еще сложно было назвать по-настоящему массовым, энтузиастам, готовым раскошелиться за прирост производительности топового ПК, такой вариант пришелся по вкусу.
Adtron Flashpack — прообраз современных SSD
Снижение стоимости и повышение привлекательности SSD для рядового потребителя во многом стало возможным благодаря появлению многобитовых ячеек памяти. Изначально архитектура флэш-матриц предполагала возможность записи в каждую ячейку лишь одного бита информации, то есть плавающий затвор мог хранить только два уровня заряда (такой тип памяти получил название SLC — Single-Level Cell). Следующим шагом стало создание MLC (Multi-Level Cell), способной сохранять по 2 бита (четыре уровня заряда) на каждую ячейку. Еще более вместительной и дешевой в производстве оказалась 8-уровневая (3 бита) флэш-память TLC (triple-level cell), также называемая 3bit MLC — по состоянию на 2015 год ее себестоимость упала до 40 центов на гигабайт.
Подобно NOR и NAND, каждое из перечисленных решений заняло собственную нишу. Ведь если SLC обеспечивает максимальную скорость доступа к сохраненной информации и является чрезвычайно отказоустойчивой, то TLC характеризуют бюджетность и более высокая плотностью хранения. В минусы последней можно записать значительно меньший рабочий ресурс. Как следствие, SLC получила распространение в корпоративном сегменте, TLC стала безусловным монополистом в рознице, а продукция на основе MLC ориентирована, в первую очередь, на тех, кто ценит надежность и при этом хочет выжать все возможное из своей машины.
Дальнейшее развитие SSD осуществлялось уже за счет совершенствования интерфейсов микросхем. На момент, когда встал вопрос о введении единых стандартов, консорциум технологических компаний, куда вошли Intel, Sony, SanDisk, Micron Technology, Numonyx, Phison Electronics Corporation, SK Hynix, Spansion и STMicroelectronics разработал спецификацию Open NAND Flash Interface (ONFI), первая версия которого была представлена весной 2006 года. Пропускная способность ONFI 1.0 составляла всего 50 МБ/с и была не в состоянии раскрыть весь потенциал даже SATA II — только его 4-я ревизия, выпущенная в 2014 году, смогла перешагнуть планку, заданную SATA III, продемонстрировав скорость передачи данных в 800 МБ/с и обеспечив заметный прирост производительности.
Не менее важную роль сыграло совершенствование алгоритмов чтения/записи и кэширования. Например, создавая накопители WD Blue SSD, мы сосредоточились на повышении производительности путем внедрения технологии nCache 2.0, использующей часть доступной памяти в SLC-режиме и форсирующей произвольное чтение в реальных сценариях нагрузки.
WD Blue SSD 1 ТБ — флагман линейки первого поколения твердотельных накопителей от Western Digital
Прямое копирование данных из SLC-буфера в TLC, реализованное на уровне чипов в обход контроллера, позволило использовать более экономичную четырехканальную модель Marvell 88SS1074 без потерь в производительности. Кстати, последняя поддерживает коррекцию ошибок на основе LDPC-кодов, благодаря чему WD Blue SSD способен похвастаться ресурсом перезаписи до 400 TBW, что более чем на 50% выше по сравнению с другими решениями в данной ценовой категории. Таким образом, внедрив перечисленные инновации, нам удалось создать по-настоящему конкурентный продукт на основе TLC-памяти, сочетающий в себе высокую скорость и надежность при сравнительно низкой цене.
Хотя все перечисленное позволило улучшить быстродействие и отказоустойчивость накопителей, потенциал двумерной NAND оказался ограничен. Когда возможности 15-нанометрового технологического процесса были практически исчерпаны, а дальнейшее совершенствование программной части перестало обеспечивать сколь-либо заметного прироста ключевых показателей, на смену планарным микросхемам пришла флэш-память 3D NAND. Ее архитектура характеризуется вертикальной компоновкой: проводящие и изолирующие слои напыляются на кристалл послойно. В полученной «слойке» формируются каналы, на стенки которых наносятся структуры изоляторов и плавающих затворов — в результате мы получаем столбцы кольцеобразных полевых транзисторов. Такой подход позволяет в значительной степени увеличить плотность чипов, а значит, повысить и емкость памяти.
Схема строения 3D NAND
Само по себе изобретение нельзя назвать ноу-хау — например, Samsung выпускает трехмерные чипы еще с 2013 года. Но, как известно, история движется по спирали: подобно тому, как флэшки появились через десяток лет после создания NAND из-за дороговизны последней, первые 3D-чипы оказались также слишком дороги, а значит, непригодны для потребительского рынка. Именно поэтому основные усилия альянса Toshiba и SanDisk, уже являвшегося на тот момент подразделением Western Digital, были направлены на разработку принципиально иного подхода, который позволил бы оптимизировать производство, сделав чипы более доступными.
Изыскания увенчались успехом — результатом кропотливой работы инженеров стало появление BiCS (Bit Cost Scalable) 3D NAND. По сравнению с решением от Samsung, поддерживающим лишь 48 слоев в каждом чипе, технология BiCS позволяет увеличить плотность упаковки в 1.4 раза и повысить количество слоев до 64. Изменения претерпела и архитектура: место линейных строк заняли U-образные. Главная их особенность заключается в том, что линии истока вместе с переключающими транзисторами расположены в верхней части кристалла, что практически полностью исключает появление ошибок при операциях чтения/записи вследствие высокотемпературного воздействия.
Что же это означает на практике? Поскольку BiCS 3D NAND создается по 40-нм техпроцессу, причем потребность в применении фотолитографии в глубоком ультрафиолете полностью отсутствует, отпадает и необходимость модернизации существующих производственных мощностей. С учетом большей плотности хранения данных, себестоимость производства в сравнении с планарными микросхемами практически не меняется, позволяя создавать накопители повышенной емкости. Кроме того, новый дизайн повышает энергоэффективность чипов на 25% и увеличивает их надежность за счет исключения вероятности термического повреждения.
Все вышеперечисленное сделало возможным создание твердотельных накопителей WD SSD Blue следующего поколения, в основу которых легли 64-слойные чипы. По сравнению с предшественниками, диски отличаются высоким быстродействием (скорость чтения достигает 560 МБ/с, записи — 540 МБ/с), временем наработки на отказ до 1.75 миллионов часов и ресурсом перезаписи вплоть до 500 TBW. Иными словами, даже при нагрузке до 80 гигабайт в день накопители исправно проработают в течение 7 лет, что является абсолютным рекордом в средней ценовой категории. Кроме того, благодаря увеличению плотности записи, обновленная линейка пополнилась двухтерабайтным флагманом — впечатляющий объем и превосходные характеристики делают данную модель идеальным решением для профессионалов и энтузиастов.
Вместо заключения
Уже сейчас можно утверждать, что удешевление 3D NAND сделает ее использование повсеместным. Дальнейшая гонка вооружений сместится в сторону увеличения плотности трехмерных кристаллов и разработки оригинальных архитектурных решений, что позволит создавать по-настоящему доступные и экономичные продукты. Вполне возможно, что в таких сегментах, как производство лэптопов, классические HDD окажутся полностью вытеснены с рынка твердотельными накопителями. Тенденция прослеживается уже сейчас: согласно прогнозам DRAMeXchange (подразделение аналитического агентства TrendForce), уже в этом году доля ноутбуков, снабженных исключительно SSD, превысит 56% от всех проданных устройств, а в дальнейшем эта цифра будет лишь увеличиваться. Впрочем, перспективы развития отрасли — тема отдельного материала, который мы обязательно подготовим для читателей Хабра. Следите за обновлениями блога!
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.
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
Хронология событий
2020: Материал на основе графена позволит продлить срок службы устройств хранения данных
27 января 2020 года стало известно о том, что международная группа ученых НИТУ «МИСиС» и Национального института квантовых наук и радиологии (Япония) разработали материал, который позволит существенно увеличить плотность записываемой информации в устройствах хранения данных, таких как твердотельные диски и флеш-накопители. Подробнее здесь.
2009: Выпущены SSD объёмом 512 гигабайт и 1 терабайт
В 2009 году компания 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.
2008: Создан SSD-накопитель со скоростью записи 240 МБ/с и скоростью чтения 260 МБ/с
В 2008 году 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.
1995: Первый полупроводниковый накопитель на flash-памяти
В 1995 году израильская компания M-Systems представила первый полупроводниковый накопитель на flash-памяти.
1982: Представлен полупроводниковый накопитель на RAM-памяти
В 1982 году 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.
1978: Разработан первый полупроводниковый накопитель современного типа
В 1978 году американская компания StorageTek разработала первый полупроводниковый накопитель современного типа (основанный на RAM-памяти).
От дисков к SSD
Первые диски, в таком конструктиве, который стал прототипом для современных накопителей, создала шотландская компания Rodime, она выбрала в качестве образца формат популярных тогда 3,5 флоппи-дисков. Выпущенные ею в 1983 году модели RO351 и RO352 имели емкость 6,38 и 12,75 Мб соответственно. По тем временам этот не так мало, оригинальные PC XT комплектовались 5-дюймовыми дисками 5–10 Мб, заметно большими по размеру. В дальнейшем прогресс в области ферримагнитных материалов, способов записи и приводов позволили за 25 лет увеличить емкость дисков в миллион раз. Эволюция механики дисков, материалов и способов записи заслуживает специального рассмотрения.
Однако, как бы ни были высоки показатели емкости и соотношения емкость/цена у самых совершенных HDD, при них остаются их врожденные недостатки – большая задержка как неизбежное следствие механики и последовательные операции чтения и записи, неизбежные при перемещении головки над дорожкой.
Против ожиданий процесс создания быстродействующей электронной твердотельной постоянной памяти (Solid State Device, SSD) проходил медленно: потребовалось более четверти века экспериментов, чтобы лишь в конце 1990-х на рынке появились первые накопители NVM (Non-Volatile Memory). Успешнее других оказались эксперименты с технологией NAND, которую стали называть «флэш». С начала 2000-х она прочно вошла на рынок гаджетов, но только в 2013 году проникла и в корпоративные системы.
Длительность процедуры внедрения NVM обусловлена не столько техническими проблемами, сколько тем обстоятельством, что изначально все современные корпоративные информационные системы создавались именно в расчете на HDD, поэтому сдерживающим фактором стала инерционная масса существующей инсталляционной базы.
Флэш-память является частью более широкой совокупности возможных решений для создания NVM, или «памяти класса хранилища» (Storage-Class Memory, SCM). Помимо флэш-памяти, в эту категорию технологий попадают еще более десятка альтернативных физических методов, среди которых преимущество пока имеют следующие пять: мемристоры (Resistive Random Access Memory, ReRAM); магниторезистивная память с произвольным доступом (Magneto-resistive Random-Access Memory, MRAM); память с изменением фазового состояния (Phase-change memory, PCM); память на доменной стене (Domain-Wall Memory, DWM) и атомная память (Atomic memory). Кроме них, известны еще энергонезависимая статическая память с произвольным доступом (nvSRAM); сегнетоэлектрическая оперативная память (Ferroelectric RAM, FeRAM или FRAM); память на основе механического позиционирования углеродных нанотрубок (Nano-RAM). Из всего этого множества наиболее близки к практическому внедрению ReRAM и PCM.
Область внедрения SCM лежит между памятью и дисками, а поскольку производительность и стоимость технологий, потенциально пригодных для создания SCM, варьируются, то среди решений могут быть более быстрые, близкие по производительности к памяти, и более медленные, сравнимые по производительности с дисками. Сопоставимая по скорости с DRAM память на мемристорах или PCM позволит напрямую подключить к процессору большой объем памяти.
Из нескольких путей самый радикальный и логически простой предполагает подключение карт Solid State Card (SSC) в форм-факторе PCIe по интерфейсу NVMe непосредственно к серверам, хотя это самый логичный и высокоскоростной способ, но он пока применим для ограниченного числа новых приложений. Поэтому широкое распространение получают твердотельные накопители Solid State Drive с той же аббревиатурой SSD, выпускаемые в тех же форм-факторах, что и HDD — 5,25, 3,5, 2,5 и 1,8 дюйма, эмулирующие HDD.
Прямая замена HDD на SDD в существующих СХД вполне допустима, однако она не позволяет в полной мере реализовать потенциал флэш, поэтому остается несколько вариантов создания новых СХД. На данный же момент по экономическим соображениям в количественном отношении будут преобладать гибридные СХД, сочетающие в себе лучшие качества обоих видов накопителей: и HDD, и SDD – их производство растет со скоростью 8–10% в год.
Параллельно, по мере снижения цены флэш-памяти, все большую массовость приобретают массивы All-Flash Arrays (AFA), построенные исключительно на SDD. Этот сегмент рынка пока меньше гибридного, но растет в несколько раз быстрее. И здесь тоже есть свои варианты. Ряд компаний, главным образом стартапы, создают принципиально новые решения класса AFA с нуля (built from the ground up). Те же крупные вендоры, чьи проверенные временем массивы сохраняют потенциал для модернизации, доводят свои существующие продукты путем модернизации ПО и железа до уровня AFA. Они создают системы, которые называют оптимизированными под SDD (flash optimizing storage systems). Можно привести в качестве примера HP с 3PAR StoreServ.
Преимущество массивов AFA, относящихся к категории built from the ground up, по сравнению с optimizing storage systems состоит в том, что их заново написанные операционные системы лучше используют физические возможности флэш, это очевидно и не вызывает возражений. Но не менее очевидно и другое обстоятельство: из-за короткого периода существования built from the ground up им не хватает возможностей тех системных средств для управления данными корпоративного уровня (advanced data management features), которые были разработаны за десятилетия для HDD. Вот почему серьезные унаследованные приложения используют эти наработки, без них преимущества в скорости SDD сводится к нулю. Из сказанного следует, что нельзя в лоб сравнивать описанные выше два типа систем, на данный момент у каждого из них есть свои преимущества и перед пользователем стоит проблема выбора той СХД, которая точнее соответствует его требованиям. Для тех, кому важна в чистом виде скорость работы, больше подходят built from the ground up, если же критичны еще и требования корпоративного уровня, то предпочтительнее optimizing storage systems, сочетающие зрелые программные платформы с высокой надежностью и стабильностью, с более высокой, свойственной AFA скоростью работы.
HDD своих позиций не уступают, в прошлом году компания Western Digital представила HDD объемом 14 Тб по технологии черепичной магнитной записи и гермозоны с гелием, а на подходе технология микроволновой магнитной записи (MAMR), в 2022 году та же WD планирует выпустит диск емкостью 40 Тб, у которого удельная стоимость хранения будет на порядок ниже, чем у SSD.
Подробнее об эволюции СХД читайте здесь.
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.
Российский рынок
Архитектура и принцип работы
NAND SSD
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):
Зависимость времени хранения на обесточенных SSD-накопителях от температуры
В тексте доклада сообщается об ограниченном времени сохранения данных при отключении SSD-накопителя от электропитания:
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
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.
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.
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
Обзор TAdviser: Услуги ЦОД в России 2015