Как выбрать SSD-накопитель?
В 2021 году ССД-диски безраздельно властвуют в потребительском сегменте. Они опередили винчестеры по продажам ещё два года назад, а сейчас занимают до 60–65% рынка накопителей информации. Расскажем о том, как появились SSD и почему они стали такими популярными, а затем поможем выбрать подходящую модель.
Немного теории: суть и история создания SSD
SSD — сокращение от Solid State Drive, «твердотельный накопитель информации». В отличие от магнитного жёсткого диска, у него нет движущихся частей. Его память основана на полупроводниковых микросхемах. Они состоят из множества транзисторов с изолированными плавающими затворами. Такие чипы способны долго хранить заряд даже при отсутствии внешнего питания — от 6 месяцев до 10 лет в зависимости от модели и степени износа. Подавая определённые электрические сигналы, можно менять уровень заряда каждой ячейки, считывая, записывая и удаляя информацию.
Устройство SSD-дисков позволяет получить массу преимуществ по сравнению с винчестерами. Благодаря отсутствию движущихся частей они работают бесшумно и выделяют в 2–10 раз меньше тепла. Потери энергии также ниже, что увеличивает время работы ноутбуков и других портативных устройств. А ещё ССД лучше переносят удары и вибрации. Но главный плюс твердотельных накопителей — в скорости. Даже самые доступные модели работают в 3–4 раза быстрее винчестеров. Время их отклика в 5–25 раз меньше. А в премиальном сегменте разница ещё более впечатляющая — скорость в 5–15 раз выше, чем у магнитных дисков.
Справедливости ради, нужно рассказать и о минусах SSD-дисков. У твердотельных накопителей ограниченный ресурс, и чем выше плотность памяти, тем он меньше. Потребительские модели выдерживают 500–1500 циклов перезаписи, корпоративные — до 10 тысяч. У винчестеров нет подобных ограничений — срок их службы ограничивается только механическим износом. Кроме того, до недавнего времени стоимость гигабайта памяти ССД-накопителя была в несколько раз выше, чем у магнитного диска. В 2021 году цены потребительских моделей почти сравнялись — дальнейший рост рынка ограничивает только дефицит полупроводников. Скоро SSD вовсе могут стать дешевле винчестеров.
Хотя магнитные жёсткие диски доминировали в потребительском и корпоративном сегменте до недавнего времени, ССД нельзя назвать новинкой. Первый твердотельный накопитель SSD был создан в 1976 году компанией Dataram. Носитель информации ёмкостью 2 МБ стоил сотни тысяч долларов, но работал в 30 тысяч раз быстрее конкурирующих винчестеров. Хотя у него был серьёзный недостаток — RAM-память полностью очищалась при отключении электричества, поэтому компьютер приходилось оснащать резервным магнитным диском.
Следующим шагом было создание ССД-накопителя Axion RAMDISK 320. Он предназначался для потребительских компьютеров Apple, а потому вопрос автономного хранения данных был для него очень важен. Производитель решил проблему достаточно просто — установил аккумулятор, рассчитанный на три часа работы.
Тем временем, в Японии шла работа над совсем другим принципом хранения информации в полупроводниковых накопителях. Инженер компании Toshiba Фудзио Масуока изобрёл те самые ячейки памяти с изолированным плавающим затвором. В 1980 году он показал прототип двумерной матрицы хранения данных NOR, а в 1987 году — трёхмерной NAND. Оба варианта стали революционным изобретением — первый познакомил мир с энергонезависимой памятью, а второй многократно увеличил ёмкость SSD-дисков, позволив им конкурировать с винчестерами.
Дальнейшее развитие шло эволюционным путём — технологии развивались, улучшая характеристики ССД-накопителей. О том, какие твердотельные накопители существуют сегодня, мы расскажем более подробно.
Краткий обзор SSD-дисков
Конструкция твердотельного накопителя
Основная часть ССД — микросхемы памяти, состоящие из множества полупроводниковых ячеек NAND. Другие типы чипов сейчас почти не используются. Исключение — промышленные установки, где могут работать RAM-модули, требующие постоянной подачи питания.
Микросхемы установлены на печатной плате. Рядом с ними расположен контроллер — процессор, в который заложен особый набор команд. Он позволяет компьютеру быстро получать доступ к определённым ячейкам памяти, считывая, записывая или удаляя информацию.
Лучшие SSD также оснащаются RAM-буфером. Это дополнительная микросхема энергозависимой памяти, которая очищается при отключении компьютера. Во время работы накопителя в неё загружаются часто используемые фрагменты информации, что ускоряет копирование файлов, запуск приложений и другие операции. Если у ССД нет RAM-буфера, он может медленнее работать с большими массивами данных.
Объём SSD
При выборе твердотельного накопителя ССД ориентируйтесь на свои потребности. К примеру, операционная система Windows 10 занимает около 20–25 ГБ дискового пространства, поэтому модели меньше 100 ГБ сейчас можно не рассматривать. Современные SSD-накопители могут иметь ёмкость от 100 ГБ до 20 ТБ. Подбирая подходящую модель, учитывайте следующие цифры:
Час видео 8K — 24 ГБ, 4K — 9 ГБ, Full HD — 4 ГБ.
Средняя музыкальная композиция MP3 320 кбит/с — 15–20 МБ, FLAC без сжатия — до 50–100 МБ.
Одна фотография с разрешением 12 МП — 10 МБ в формате JPEG, до 30–50 МБ в формате RAW.
Средний документ Microsoft Word или Excel — до 1 МБ.
Установочный образ приложения — около 5 ГБ, операционной системы — 10 ГБ, игры — до 30 ГБ.
Память SSD-накопителя
Жёсткие диски ССД отличаются по плотности записи информации. Первыми были разработаны одноуровневые SLC-накопители. Их ячейки могут хранить только один бит информации — для этого используются два логических элемента, соответствующих нулю и единице. Такая память существует и сегодня — она устанавливается в серверы и промышленное оборудование, где на первый план выходит надёжность. Ёмкость SLC-накопителей относительно мала — до 1 ТБ, а стоимость гигабайта памяти очень высока. Зато по долговечности они сравнимы с винчестерами — выдерживают сотни тысяч циклов полной перезаписи.
Чуть позже появились двухуровневые ячейки памяти MLC. Они хранят два бита информации, для чего используются уже четыре логических элемента. Плотность записи данных в два раза выше, поэтому ёмкость может достигать 2–4 ТБ. Стоимость ниже, но и ресурс меньше — он достигает 2–10 тысяч циклов перезаписи. Особый тип памяти SSD — eMLC, то есть двухуровневые ячейки корпоративного уровня надёжности. Они стоят дешевле SLC, но почти не отличаются от них по долговечности.
Самый популярный вид SSD-накопителей сегодня — TLC. Трёхуровневым ячейкам нужно уже восемь логических элементов, чтобы хранить три бита информации. Такая память предназначается для потребительского сегмента — она доступная, а 800–2000 циклов перезаписи хватает рядовым пользователям на 5–7 лет.
Новинка в сфере твердотельных накопителей ССД — четырёхуровневая память QLC. Её ячейки содержат уже шестнадцать логических элементов, что позволяет хранить четыре бита информации. Такие SSD-диски ставят рекорды по вместимости — до 20 ГБ. По стоимости гигабайта памяти они сравнимы с магнитными винчестерами. Их слабое место — ресурс, который редко превышает 1000 циклов перезаписи.
Скорость SSD
В технических характеристиках обычно указывается только теоретическая производительность накопителя. Под ней понимают скорость SSD при последовательной записи в близлежащие секторы. В реальности такая ситуация встречается очень редко.
И всё же, теоретический предел скорости можно использовать для оценки производительности ССД и сравнения разных моделей:
у бюджетных накопителей скорости чтения и записи не превышают 300–400 МБ/с;
в среднем классе скорость чтения достигает 1200–1500 МБ/с, а записи — 500–800 МБ/с;
топовые модели могут похвастаться скоростью чтения до 3500 МБ/с, а записи — до 2000 МБ/с.
Настоящую скорость записи можно узнать при помощи специальных приложений, например, CrystalDiskMark. Наиболее приближенный к реальным условиям тест — произвольная запись фрагментами по 4 КБ в 8 потоков с глубиной очереди в 8 запросов (4 KiB Q8T8). Как правило, это значение в 3–5 раз ниже теоретического предела скорости. Оно позволяет узнать, как быстро вы сможете переносить файлы, сохранять трёхмерные модели и обрабатывать библиотеки видео.
Контроллеры ССД-дисков
Контроллер — это «мозг» твердотельного накопителя. Во многом именно от него зависят реальные скоростные характеристики носителя информации. При выборе SSD нужно обращать внимание на интерфейс, с которым может работать контроллер:
SATA — теоретический предел скорости до 600 МБ/с;
PCI-E NVMe — скорость до 7500 МБ/с;
универсальные — могут работать с обоими интерфейсами в зависимости от характеристик материнской платы и выбранных настроек.
Контроллеры могут отличаться по количеству ядер и обрабатываемых потоков информации, по типу используемого RAM-буфера и особенностям прошивки. Но эти сведения интересны скорее для корпоративных потребителей. Рядовым пользователям лучше обращать внимание на скоростные характеристики. Тем более, что производители не спешат озвучивать параметры контроллеров — у многих чипов они неизвестны даже экспертам.
Надёжность SSD-накопителей
Как мы уже говорили выше, слабое место новых SSD с многослойными ячейками памяти — ресурс. Они выдерживают ограниченное число циклов записи, после чего микросхемы деградируют и не могут стабильно удерживать заряд. Чтобы бороться с этим явлением, производители ССД используют разные механизмы.
Начнём с того, что все типы SSD поддерживают функцию «сбора мусора» — garbage collection. Перед очисткой блока от устаревшей информации она переносит нужные фрагменты данных в чистые секторы диска. Это несколько уменьшает ресурс накопителя, но увеличивает объём доступного пользователю пространства.
Проблема «сбора мусора» заключается в том, что при таком способе удалении файла операционной системой сектор очистится только тогда, когда к нему обратится контроллер. Пока этого не произойдёт, информация в нём будет перебрасываться между блоками, ускоряя износ SSD. Поэтому во многих ССД-дисках реализована поддержка команды TRIM. Она налаживает связь между операционной системой и контроллером, позволяя физически удалять информацию после подачи логической команды. Накопители с поддержкой команды TRIM изнашиваются медленнее и служат дольше.
Частая перезапись приводит к тому, что определённые ячейки памяти начинают деградировать быстрее остальных. Когда накапливается критическая масса таких «битых блоков», SSD-накопитель выходит из строя. Продлить срок службы ССД-диска помогает функция выравнивания износа. Она чередует блоки, в которые записывается информация, стараясь поддерживать одинаковое количество обращений к каждому сектору.
В SSD с высокой плотностью записи могут возникать перекрёстные связи между ячейками памяти, которые искажают данные. Для предотвращения такой ситуации используется механизм поиска и исправления ошибок ECC. Он чаще используется в накопителях корпоративного уровня, где приоритет отдаётся сохранности информации.
Форматы SSD-дисков
Корпусные накопители остаются популярными, хотя с каждым годом их доля на рынке носителей информации снижается. По форме они похожи на традиционные винчестеры в 2,5-дюймовых корпусах, но весят всего 50–250 граммов — в 2–5 раз меньше магнитных жёстких дисков. Их размеры — до 100х90х9 мм.
Первые места в рейтинге SSD-дисков сейчас занимают накопители-ключи без дополнительного корпуса. Они устанавливаются в небольшие разъёмы на материнской плате — M.2 или mSATA. Размер такого носителя информации — от 22х30х1,5 мм до 22х110х3,5 мм. Вес — от 10 до 50 граммов.
Наименьшая доля рынка приходится на стандартные карты расширения. Эти накопители подключаются к разъёмам PCI-Express на материнской плате. Они занимают столько же места, сколько бюджетная видеокарта. Такие носители информации отличаются высокой скоростью и быстрым откликом, но получаются достаточно громоздкими. Поэтому чаще их используют в корпоративном сегменте, например, в серверах и центрах обработки данных.
Отдельно нужно рассказать о внешних SSD-дисках. В чём-то они похожи на компактные флеш-диски — такие носители информации вдвое меньше смартфонов и весят до 100–150 граммов. Но в них используется такой же тип памяти и такие же контроллеры, как во внутренних накопителях. В результате вы получаете скорость чтения и записи в 5–10 раз выше — до 1500–2000 МБ/с. Внешние жёсткие диски SSD чаще подключаются к компьютеру через порты USB 3.0/3.1/3.2, реже — через Thunderbolt 3 и 4.
Логические интерфейсы
Когда речь идёт о разъёмах SATA и mSATA, пользователю доступен только один интерфейс — AHCI с пропускной способностью до 600 МБ/с. А вот карты расширения PCI-Express работают только с интерфейсом NVMe, который обеспечивает скорость до 7500 МБ/с. Этот протокол передачи данных был разработан «с нуля». В отличие от AHCI, он содержит набор команд, которые предназначены только для твердотельных дисков и не совместимы с магнитными винчестерами. NVMe SSD задействует возможности современных многоядерных процессоров, позволяя обрабатывать большее число потоков информации одновременно. Это повышает скорость чтения и записи, а также уменьшает задержку при обращении к накопителю.
А вот разъёмы M.2 могут быть совместимы как с AHCI, так и с NVMe. При подборе SSD нужно уточнять, какие интерфейсы поддерживаются материнской платой и контроллером твердотельного накопителя. Если есть поддержка обоих вариантов, система автоматически выберет протокол с высокой скоростью передачи данных. По некоторым причинам этого может не произойти — тогда вам нужно будет поменять настройки BIOS.
Фирмы ССД-накопителей: какую лучше выбрать
Если вы хотите выжать максимум из своего компьютера, при сравнении SSD лучше опираться на результаты независимых тестов, которые публикуют лаборатории и техноблогеры. Но большинству пользователей важно лишь то, что ССД должен быть быстрым и надёжным. Поэтому обычно при выборе твердотельного накопителя руководствуются брендом производителя, а не техническими характеристиками. В рейтинге SSD-дисков лидируют следующие торговые марки:
Samsung.
Kingston.
Crucial.
Intel.
Toshiba.
Western Digital.
Silicon Power.
Transcend.
ADATA.
Patriot.
Лучшие SSD-диски 2021 года: рейтинг компании CompX
SSD M.2 NVMe
Samsung 980 Pro. Лучший в мире SSD для M.2-разъёма. Скорость чтения — до 7000 МБ/с, записи — до 5000 МБ/с. Никелевый радиатор контроллера улучшает охлаждение SSD, почти не увеличивая его размеров. Благодаря этому диск стабильно работает при высоких нагрузках, что важно как для геймеров, так и для специалистов по обработке видео.
Western Digital Black SN850. Предлагает больший объём SSD — до 2 ТБ при тех же скоростных характеристиках, что и Samsung. Но базовая модель сильно греется при работе — нужно дополнительное охлаждение. Зато версия с радиатором может похвастаться настраиваемой RGB-подсветкой.
Crucial P5 Plus. Модель на стыке потребительского и профессионального класса. Отличие SSD — в повышенном ресурсе и поддержке 256-битного шифрования информации на аппаратном уровне. Но и минусы соответствующие — высокое энергопотребление и сильный нагрев.
Patriot Viper VPR100. Геймерский накопитель с яркой подсветкой и алюминиевым радиатором, снижающим температуру SSD. Скорость чтения информации — до 3300 МБ/с, записи — до 2900 МБ/с. Его датчики можно связать с системой охлаждения компьютера, чтобы сохранять стабильную производительность при высоких нагрузках.
SK Hynix Gold P31. Ультратонкий ССД, подходящий для ноутбуков. RAM-буфер на основе DDR4 и мощный контроллер позволяют рассчитывать на высокую реальную скорость записи информации при работе с произвольными блоками.
SATA SSD
Western Digital Red SA 500 NAS. 2,5-дюймовый накопитель с высокой скоростью произвольной записи. Идеально подходит для игр, трёхмерного моделирования и трансляции видео с разрешением 4K.
ADATA AGAMMIXS5. Геймерский диск с быстрым контроллером и алюминиевым радиатором, помогающим поддерживать температуру SSD менее 45–50°.
Samsung EVO 870. Один из самых надёжных SSD с разъёмом SATA — выдерживает до 1200 циклов полной перезаписи.
Kingston SA 400. 2,5-дюймовый корпусный накопитель. Благодаря очень низкому энергопотреблению идеально подходит для ноутбуков.
Crucial MX500. — бюджетный ССД с ёмкостью до 4 ТБ. Современные технологии кэширования позволяют получить высокую скорость при работе с большими файлами.
Заключение
Выбор SSD-накопителя во многом зависит от ваших потребностей и параметров компьютера. Так, для рабочих станций подойдут быстрые и надёжные диски с одно- и двухслойной памятью. Рядовому пользователю будет важны объём и надёжность носителя информации. А геймерам и специалистам, работающим в мультимедийных отраслях, нужно искать высокоскоростные модели. Впрочем, есть ситуации, когда выбор ограничивается всего двумя-тремя накопителями. Пример — устаревшие SSD mSATA, которые почти исчезли из каталогов производителей.
