На протяжении всей истории существования индустрией персональных компьютеров выпущены миллионы устройств. За это время технологии активно создавались и совершенствовались, а потому на сегодняшний день компьютерный рынок чрезвычайно развит — производители активно ищут новые решения для привлечения внимания и удовлетворения запросов конечных пользователей. Одной из сфер таких интересов является хранение данных.
Почти с момента появления персональные компьютеры нераздельно следуют во времени с магнитными жесткими дисками. И на сегодняшний день производство последних достигло невероятных высот, что для пользователя выражается в наиболее доступной цене за единицу ёмкости.
Но не так давно на горизонте возникли новые устройства, позволяющие совершенно иначе взглянуть на возможности хранения информации персональным компьютером. Речь идет о магнитных жестких дисках с кодировкой данных, гибридных винчестерах (HHD) и твердотельных SSD-накопителях. Последние – достаточно юные участники рынка хранения данных, но обладают рядом качеств, которые, возможно, позволят им стать альтернативой привычным накопителям на магнитных жестких дисках.
Определение
Твердотельный накопитель (англ. SSD — Solid State Drive) — перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство без движущихся частей. Создается такое устройство с использованием энергонезависимых полупроводниковых компонентов и передовых контроллеров, позволяющих системе воспринимать его как традиционный жесткий диск.
Строение
Существует два варианта твердотельных накопителей имеющих принципиальное отличие: основанные на энергозависимых элементах памяти DRAM и построенные из энергонезависимых компонентов NAND флеш-памяти.
Первый тип характеризуется быстрым доступом к данным, составляющим менее 0.01 мсек, а это в несколько сотен раз превышает показатели многих современных моделей винчестеров. Потому применение они находят преимущественно в работе с приложениями, выполнение которых неосуществимо при использовании других носителей из-за большего времени ожидания. С учетом того, что элементы такого устройства энергозависимы, обязательным компонентом их являются встроенные аккумуляторные батареи, снабжающие питанием при копировании данных с DRAM-памяти на backup-диск, который обеспечивает их сохранность до восстановления подачи энергии к системе.
С учетом узкой направленности подобного рода устройств, большинство OEM (Original Equipment Manufacturer — самостоятельный производитель оборудования) предпочитают использовать энергонезависимые полупроводниковые элементы для создания твердотельных накопителей.
.jpg)
Обосновано это и значительно меньшими габаритами конечных продуктов, отсутствием необходимости применения батарей, благодаря чему становится возможным выпуск устройств стандартных размеров: 1,8, 2,5, 3,5 дюймов — позволяющих даже при длительном нарушении энергоснабжения гарантированно сохранять данные.
Несмотря на меньшую по сравнению с DRAM SSD скорость, основанные на флеш-памяти носители обеспечивают скорейший доступ к данным по сравнению с привычными нам магнитными жесткими дисками. Это достигается за счет отсутствия механических частей, что позволяет избежать разного рода электро-механических задержек, характерных для HDD.
История
Своим появлением на свет твердотельные дисковые накопители обязаны компании StorageTek, создавшей в 1978 году первый solid state drive. В 1980 году был совершен следующий успешный шаг: Santa Clara Systems предъявили общественности разработанный ими SSD на основе DIP RAM: устройство представляло собой комбинацию ряда одномегабитных чипов, обычного контроллера, имитировавшего жесткий диск и, конечно, перезаряжаемой батарейки для предотвращения потери хранимых данных в случае отключения энергии.
Такие «RAM- диски» были популярны в 80е годы в качестве загрузочных, когда цена на магнитные жесткие диски была очень высока, а floppy-drive разочаровывали своими скоростными показателями. RAM SSD позволяли загружать программы и возвращаться к операционной системе за несколько секунд (во всяком случае, не более минуты), а те, что были оборудованы батареями, даже имели возможность сохранять загруженные приложения в период отключения системы.
Появление интерфейса SATA позволило подключать «RAM-диски» так же, как и HDD, что давало огромное преимущество в скорости обмена данными. Ну а новым достижением в сфере твердотельных накопителей мы обязаны компании M–Systems, разработавшей в 1995 г. первый основанный на флеш-памяти накопитель. С тех пор данный тип устройств с успехом используется в авиационной и военной промышленности, а также иных сферах, требующих применения устойчивых к экстремальным воздействиям технологий.
Для установки в персональные компьютеры массового пользования до недавнего времени SSD были слишком дороги. Но переход производителей флеш-памяти от NOR-типа к NAND означал более широкое использование кремния при производстве, а это положительно сказалось на стоимости и сейчас рассмотрим, каким образом.
Наблюдается следующая тенденция: цена сырья для производства флеш-памяти падает примерно в два раза за год, а емкость носителей удваивается – эти важные обстоятельства и позволили твердотельным накопителям конкурировать с магнитными HDD за место в лэптопах, субноутбуках, UMPC и Tablet PC.
TCO
Многие аналитики берутся утверждать о перспективах SSD, как о светлых, так и не очень. Чтобы прояснить, насколько оправданы те или другие, давайте рассмотрим основные преимущества и недостатки SSD по сравнению с привычными винчестерами. Прежде всего, нас волнует, каким образом те или иные характеристики устройства найдут свое отражение в стоимости. Для определения этого существует несколько способов, мы же обратимся к одному из них – TCO (уверены, знакомая вам аббревиатура).
TCO — Total Cost of Ownership (совокупная стоимость владения) — это методика, предназначенная для определения затрат на информационную систему, рассчитывающихся на всех этапах ее жизненного цикла. Все затраты разделяются на прямые и косвенные: 1) прямые — явные – затраты составляют те, что (в отношении компаний) проходят через бухгалтерию, т.е. заработная плата сотрудников, закупки оборудования и программного обеспечения, оплата услуг консалтинга и прочие. 2) Непрямые — неявные — выявляются сложнее. В них включаются затраты на устранение сбоев или проблем на компьютерах, простои рабочего времени, командировочные, затраты на предотвращение рисков и на устранение их последствий, затраты на обучение персонала и другие подобного рода. Обычно неявные затраты превышают явные.
Касательно интересующих нас устройств прямые и непрямые затраты, определяющие их конечную стоимость, включают следующие основные пункты.
Приобретение – потраченная непосредственно на приобретение устройства сумма.
Установка – это средства, направленные на адаптацию устройства в системе, начальную его поддержку.
Работа устройства – затраты, связанные с функционированием устройства. Тут достаточно много моментов, потребующих вложения средств: производительность труда наемного служащего при использовании конкретного устройства; время, затрачиваемое на загрузку операционной системы, запуск и закрытие приложений; скорость передачи данных; простой, связанный с отказом и поломкой рассматриваемого оборудования.
Обслуживание и поддержка – затраты на выяснение причин нарушения работы, восстановление и поддержку функционирования устройства, включающие оплату труда нанятых сторонних работников.
Изъятие из эксплуатации – средства, затрачиваемые на замену и утилизацию устройства в конце его жизненного цикла, а также стоимость труда задействованных служащих.
SSD и показатели TCO
Компанией Samsung было спонсировано исследование, сравнивающее целесообразность приобретения твердотельных флеш-накопителей и жестких дисков с магнитными пластинами.
Проведением его занималась International Data Corporation (IDC) — аналитическая фирма, специализирующаяся на исследованиях рынка информационных технологий. Она является подразделением Массачусетской International Data Group (IDG) и, по ее собственным данным, в штате имеет более 850 аналитиков в 50 странах мира (!).
Основу исследования составило изучение вышеперечисленных показателей, влияющих на общую стоимость владения устройством. В качестве модели было выбрано влияние использования твердотельного носителя на TCO ноутбука, который им оборудован. Итак, результаты.
Большая надежность
SSD-накопители обладают большей стойкостью к неблагоприятным условиям окружающей среды: они способны работать в намного большем температурном диапазоне (от -25оС до +85оС против +5-+55оС), более широком диапазоне влажности, к тому же высоко устойчивы к ударам и вибрации. Очень приятной для пользователей является их полная бесшумность (редким исключением могут быть очень емкие флеш-диски, в конструкцию которых добавлены кулеры). Помимо этого в твердотельных накопителях напрочь отсутствуют какие-либо механические части, что значительно снижает вероятность их поломки. В цифровом выражении MTBF (для SSD – около 2 млн. ч) HDD уступают им в надежности до 6 раз. А соответственно, при использовании SSD уменьшится время простоя, стоимость поддержки и обслуживания компьютера. При переводе в проценты цифра составит 35%, ну а в денежном эквиваленте это будет экономия в размере $30 на одного пользователя ежегодно, что связано с сокращением времени работы без ПК по причине отказа работы SSD или его поломки.
В дополнение модель компании IDC предполагает, что ежегодная экономия на труде сотрудников занятых оценкой состояния, починкой, заменой сломанных или некорректно работающих дисков составит до 80% ($16 на одного пользователя в год) по сравнению с HDD-лэптопами.
Большая продуктивность работы
Использование в системе SSD позволяет ускорить работу, так как данный тип носителей обеспечивает более совершенный доступ к данным (он почти произвольный за счет отсутствия пишущей/читающей головки) и их чтение (скорость записи/чтения 2,5” SSD Samsung – 80/100 МБ/сек, HDD – 60/59). Продуктивность работы повышается засчет более быстрой загрузки приложений, включения и выключения компьютера. Это достигается засчет отсутствия механических элементов, приведение которых в действие отнимает время в случае с HDD. Эти преимущества позволяют экономить до $96 на одного пользователя в год, т.е. использование SSD-ноутбуков оказывается эффективнее на 37% по сравнению с HDD-лэптопами.
Меньший расход энергии
Среди компонентов ноутбука основное лепту в потребление электроэнергии вносят процессор, ЖК-дисплей, запоминающие и охлаждающие устройства. С учетом того, что твердотельные накопители лишены вращающихся частей, их энергопотребление значительно меньше, чем магнитных жестких дисков. Было установлено, что это позволяет уберечь до $1,5 ежегодно на одного пользователя. Благодаря более продолжительной работе от батареи, а это около 6% дополнительных часов в год, экономится до $28/год на каждого пользователя.
Таким образом, суммируя все преимущества, ежегодная экономия составляет до $176 в год. Эти средства являются результатом повышения производительности труда, большей надежности, снижения стоимости ремонта, обслуживания, утилизации, а также экономии энергии. К тому же неучтенной остается экономия средств, затрачиваемых на восстановление данных со сломанных HDD.
Перспектива
Используемые в течение десятков лет HDD — наиболее экономичное решение для хранения данных, обеспечивающее достаточно быстрый и эффективный доступ к ним. SSD – относительно новое запоминающее устройство и потому не совсем ясно, как оно себя проявит там, где HDD себя успели отлично зарекомендовать. Прежде чем флеш-носители смогут получить столь же широкое распространение разработчикам предстоит решить несколько весьма весомых задач:
Стоимость. Пока стоимость одного гигабайта SSD-накопителей значительно превосходит таковую HDD (примерно $15 против $1), и пользователям будет нелегко склониться в сторону основанных на SSD систем до момента ее значительного снижения.
Надежность. Твердотельные накопители, основанные на флеш-памяти типа NAND, имеют ограниченное число циклов записи для каждой ячейки. На данный момент эта цифра составляет около 300 000 – 500 000 для каждого блока. Сейчас производители пытаются нивелировать это обстоятельство и продлить работу устройства до такой степени, чтоб это время превысило жизненный цикл обычного портативного персонального компьютера. Это необходимо, ведь для магнитных дисков HDD число записей/удалений фактически не ограничено.
Производительность. Большинство проведенных тестов, касающихся SSD, указывают на их превосходство по отношению к HDD во всех областях применения, но есть исключения — приложения, требующие длительной и объемной записи на носители.
Емкость. В SSD-носителях ограничена емкость каждого элемента, а потому, чтобы сохранять доступность цены устройств, остается ограниченным объем в целом. Но темпы роста вместительности флеш-носителей очень велики. Так, на CES 2008 компанией BiTMICRO Networks уже была представлена модель емкостью 832 Гб. Та же компании сообщила о создании рекордного 1,6 Тб твердотельного накопителя в формате 3,5”.
Прогнозы
«SSD станут оправданным вложением средств в 2009-м, но популярность наступит куда позже», — вот мнение J Gold Associates, опубликованное на ZDNet. Через два года, на их взгляд, использование твердотельных накопителей станет оправданным с точки зрения затрат и функциональности, по крайней мере для корпоративных пользователей. В то же время прогнозируется, что доля рынка накопителей для мобильных ПК у SSD к 2011 году достигнет лишь 15%. В отношении цены: в 2009 году за установку в свой ноутбук твердотельного накопителя придется заплатить в среднем на 200 долларов дороже, чем за HDD, тогда как последующее владение таким устройством обойдется дешевле. Дополнительные преимущества в виде большей надежности и времени автономной работы могут склонить крупные компании к повсеместному внедрению SSD в корпоративных ноутбуках. J Gold Associates также предсказывает появление на рынке флеш-носителей большого количества производителей в течение двух следующих лет, что повлечет за собой снижение цен. Несколько иное мнение высказывает iSuppli. Они сообщают, что уже к концу 2009 года предположительно до 12% ноутбуков будут использовать твердотельные накопители.
Заключение
От портативных компьютеров пользователями требуется все большая надежность и производительность, а главная задача индустрии — обеспечить их потребности на достойном уровне. Что касается сферы хранения данных, твердотельные накопители имеют ряд преимуществ, которые на фоне падения стоимости флеш-памяти вполне смогут сделать SSD достойной альтернативой магнитных жестких дисков. К тому же, как показывают цифры продаж, некоторые портативные устройства с solid state drive добились выдающихся коммерческих успехов и успели стать хитами: взять, например, Eee Pc от Asus, Samsung Q1 и Apple MacBook Air.
Post scriptum
Основные новшества рынка SSD на несколько кварталов прошлого года
Март
Компания SanDisk вошла в число производителей 2.5" SATA SSD. Теперь производством SSD занято больше OEM, чем выпуском HDD.
Intel представили свой первый SSD-накопитель: относительно медленный 8 Гб USB-модуль.
Samsung объявили о создании 64 Гб 1.8" SSD, который стал, к тому же, на 60% быстрее их предыдущей 32 Гб версии.
Апрель
Компанией STEC анонсирован 512 Гб 3.5" флеш-накопитель.
Dell присоединились к производителям ноутбуков с solid state drive.
Fujitsu объявили о завершении разработки своего 1.8" SSD. Компания делает акцент на миниатюрном форм-факторе, позволяющем обеспечить скорейшую работу с данными, меньшие энергопотребление, массу и стоимость.
Май
MOSAID Technologies представили новое поколение флеш-чипов, позволяющих обеспечить пропускную способность в 800 Мбит/сек, что на тот момент в 10 раз превышало скорость уже продаваемых накопителей.
Июнь
Еще один производитель объявил о желании выйти на рынок SSD — PNY Technologies представили 5 июня свой первый продукт в этой сфере.
SanDisk стали выпускать 64 Гб 1.8" и 2.5" флеш-носители для ноутбуков.
Apacer анонсировали 2.5" 128 Гб SSD на выставке Computex и поделились идеями о создании RAID-массивов накопителей.
Cenatek начали выпуск Rocket Drive Micro – флеш-накопителя в форм-факторе ExpressCard.
На сайте STORAGEsearch.com опубликован список 2.5" SSD, включающий около 100 моделей от 25 OEM (!).
Samsung начали массовое производство 64 Гб 1.8" SSD для мобильных устройств.
SiliconSystems запатентовали технологию защиты от потери данных на SSD в результате нарушения энергоснабжения.
Июль
Та же компания стала производить первый высоко надежный USB SSD в форм-факторе Compact Flash.
Solid Data Systems начали выпуск StorageSPIRE – терабайтного SSD-массива с волоконными контактами.
Август
Violin Memory объявили о создании самого быстрого DRAM SSD: скорость записи Violin 1010 составляет 1400 МБ/сек, чтения – 1000 МБ/сек.
Сентябрь
Memoright продемонстрировали 2.5" флеш-накопитель со скоростью записи/чтения 100 МБ/сек.
Fusion-io создали ioDrive – PCIe-устройство с 640 Гб флеш-памяти и возможностью совершения до 100 000 операций ввода/вывода в секунду.
Октябрь
SiliconSystems разработали solid state drive размером с почтовую марку объемом 2 Гб.
Ноябрь
BiTMICRO Networks поделились планами создания терабайтного флеш-накопителя. Модель будет выполнена в форм-факторе 3,5", объем ее составит 1,6 Тб, скорость чтения/записи – 230 МБ/сек, а число операций ввода/вывода – 55 000/сек.
Samsung усовершенствовали свои 64 Гб 1.8" и 2.5" SATA SSD: теперь их скорость чтения/записи — 120 и 100 МБ/сек соответственно.
SanDisk разработали PCIe SSD объемом 16 Гб.
Micron Technology решили заняться производством SATA 1.8" и 2.5" SSD, доводя тем самым число производителей флеш-дисков до 60.
Декабрь
STEC начали изготовление 1.8" и 2.5" PATA/SATA SSD объемом до 512 Гб для ноутбуков. Цены установили кусачие: $5/Гб, рассчитывая снизить до $2/Гб в течение 2 лет.
Toshiba рассказали о своих намерениях производить SSD и запланировали выход на рынок на январь 2008 г. с 1.8" и 2.5" SATA-моделями.
Список сокращений
MTBF – Mean Time Between Failures (среднее время между отказами)
HHD — Hybrid Hard Drive (гибридные диски) – компьютерные жесткие диски отличающиеся большим объемом буфера (он представлен энергонезависимой флеш-памятью)
Intel turbo memory – внедренная компанией Intel технология, позволяющая за счет использования флеш-памяти ускорить загрузку компьютера, запуск приложений и запись данных на винчестер
DRAM — Dynamic Random Access Memory – один из видов компьютерной памяти с произвольным доступом, наиболее широко используемый в качестве ОЗУ современных компьютеров
SATA – Serial ATA — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации, обеспечивающий пропускную способность 1,2 Гбит/сек и 2,4 Гбит/сек соответственно
Типы флеш-памяти, выделяемые в зависимости от принципа изменения информации в её ячейках:
NOR — английская аббревиатура логической операции «not or» («не-или»)
NAND — английская аббревиатура логической операции «not and» («не-и»)
