Что такое SSD (твердотельный накопитель)?

Что на самом деле представляет собой SSD? Сам по себе SSD — это современная и быстрая технология жестких дисков. Однако предшественники SSD существовали с 1950-х годов, а собственно SSD-накопители — с 1970 года. Решения того времени были чрезвычайно дорогими, имели низкий срок службы и теряли свое содержимое при работе без питания (летучее хранение данных).

Только в 1990-х годах на рынке появились первые твердотельные накопители на основе флэш-памяти, которые сохраняли данные после их хранения независимо от источника питания, т.е. были энергонезависимыми. Помимо флеш-модулей использовались также модули памяти SDRAM — в основном в качестве промежуточного хранилища, — которые были энергонезависимыми, но значительно более быстрыми, чем обычная оперативная память. В настоящее время промышленные твердотельные накопители достигают емкости до 100 терабайт при 5 миллионах циклов записи и гарантированном хранении данных до 10 лет. Они используются, например, в серверах с твердотельными накопителями.

Аббревиатура «SSD» означает «твердотельный накопитель». Термин «solid state» относится к полупроводниковым компонентам; «drive» — это термин, обозначающий накопитель, другими словами, «накопитель из полупроводниковых компонентов». Термин «твердотельный накопитель» используется нечасто. Таким образом, твердотельный накопитель — это набор полупроводниковых элементов, которые используются системой управления файлами для хранения цифровых данных. Для организации данных на SSD используются системы управления файлами FAT32 и NTFS — о том, как это делается, рассказывается в отдельных статьях.

В твердотельных накопителях хранимая информация записывается на полупроводниковые ячейки. Эти ячейки сохраняют свое состояние даже при отсутствии питания — принцип работы флэш-памяти. Одна ячейка памяти может иметь только два состояния: заряженное или незаряженное. Этот метод называется одноуровневой ячейкой (SLC) и используется в основном в очень дорогих промышленных твердотельных накопителях. Одна ячейка соответствует одному биту, что показывает, сколько таких ячеек необходимо для реализации одного гигабайта (1 ГБ), например, 10⁹ = 1 миллиард ячеек памяти (точное значение: 2³⁰ = 1,073,741,824). Одна буква в кодировке ASCII занимает 8 бит. Это может дать вам представление о том, сколько памяти необходимо для текстового документа или для изображений.

Однако можно также использовать различные размеры напряжения в одной ячейке, так что в одной ячейке памяти может храниться более 1 бита. Такой тип памяти называется многоуровневой ячейкой (MLC) и обычно позволяет хранить 2 бита на ячейку. Таким образом, в пространстве можно разместить больше данных, и это оказывается более экономичным. Его недостатком является меньшее количество циклов записи. Другая ступень сжатия называется трехуровневой ячейкой (TLC), которая еще больше снижает производственные затраты.

Полупроводники имеют ограниченный срок службы. Чтобы противостоять этому, твердотельный накопитель имеет внутренний мониторинг, который определяет изношенные ячейки памяти. Система Bad Block Management отмечает блоки ячеек с уменьшающимся количеством ячеек памяти как неисправные и заменяет их ячейками из резервного запаса. В зависимости от конструкции твердотельного накопителя это составляет от двух до семи процентов от общей емкости памяти и значительно продлевает срок службы SSD.

Не стоит забывать и о гибридных жестких дисках (HHD). Это комбинация жесткого диска HDD и SSD. Быстрая флэш-память SSD может увеличить общую скорость работы такого гибрида по сравнению с обычными жесткими дисками, но не приближается к скорости работы отдельных SSD.

Хорошее приходит вместе с плохим, но плохих сторон у твердотельных накопителей не так много.

Ярким преимуществом твердотельных накопителей является малое время доступа к данным, которое составляет примерно одну сотую от времени доступа к данным на жестких дисках. Кроме того, скорость передачи данных при чтении и записи намного выше. SSD не требует времени на запуск и не имеет механических компонентов (кроме разъемов для подключения). Кроме того, эта технология устойчива к ударам и вибрации, имеет низкое энергопотребление, что означает меньшее внутреннее тепловыделение. Соотношение объема и пространства для хранения данных также лучше, а работа SSD бесшумна, что многие оценят по достоинству.

Жесткие диски SSD (все еще) значительно дороже обычных жестких дисков, а количество циклов чтения-записи ограничено из-за свойств используемых полупроводников. SSD-накопители также чувствительны к очень высоким температурам.

Более подробную информацию о преимуществах и недостатках обычных жестких дисков и твердотельных накопителей вы можете найти в нашем руководстве SSD vs. HDD. Подробнее о процессе Shingled Magnetic Recording для увеличения плотности хранения данных на магнитных носителях вы можете узнать из нашей статьи о SMR.

В частном секторе все больше устройств оснащаются твердотельными накопителями. К ним относятся ноутбуки, ПК, цифровые камеры или цифровые музыкальные плееры. В ПК твердотельные накопители часто устанавливаются в качестве системных дисков для операционной системы и программ, в то время как на жестком диске (часто гораздо большего объема) хранятся рабочие данные. Смартфоны и планшеты обычно имеют более короткий срок службы, чем немобильные устройства, поэтому они являются идеальными кандидатами для использования твердотельных накопителей. Все эти устройства выигрывают от малого веса, скорости и ударопрочности твердотельных накопителей. Более низкая цена на твердотельные накопители позволяет предположить, что в будущем все решения для хранения данных в частном секторе будут оснащаться твердотельными накопителями.

Профессиональные или промышленные приложения — это в основном высокопроизводительные серверы, такие как сервер IONOS с SSD, как перспективные решения для хранения данных. Однако ноутбуки или настольные компьютеры высокого класса также оснащаются твердотельными накопителями. Кроме того, эта технология хранения данных используется там, где большие объемы информации должны предоставляться в режиме (почти) реального времени. Это относится к аэрокосмической отрасли — например, к бортовым самописцам, — а также к военным условиям.