Твердотельные накопители: альтернатива HDD

Наверняка многие из вас теряли информацию в результате выхода из строя или сбоев в работе жесткого диска. Винчестер – это дамоклов меч, висящий над головой каждого пользователя, настоящий сплав механики и электроники, состоящий из вращающихся с огромной скоростью пластин, перемещающихся из стороны в сторону головок чтения-записи, микросхем и увесистого металлического корпуса. Там, где есть движущиеся части, всегда существует риск их неожиданного выхода из строя, и зачастую избежать этого невозможно. Если говорить об альтернативных накопителях, которые способны заменить собой привычные жесткие диски, то наибольший интерес здесь представляют устройства Solid State Drive (SSD).

Вскоре такие накопители будут конкурировать с жесткими дисками

Существуют два типа твердотельных накопителей: в одном используется флэш-память, в другом – SDRAM. Устройства на основе динамической памяти заметно быстрее традиционных винчестеров, но для хранения информации им требуется постоянное обеспечение электроэнергией. Если произойдет перебой в питании, то все записанные данные будут безвозвратно утеряны. Цена подобных SSD довольно высока, а объем ограничивается устанавливаемыми модулями памяти. Один из продуктов этого класса – Gigabyte i-RAM – был рассмотрен на страницах журнала («Домашний ПК», № 3, 2006), но устройство вряд ли можно воспринимать как замену винчестера, оно скорее дополнение к дисковой подсистеме.

Более привлекательными в данном отношении являются накопители на основе энергонезависимой флэш-памяти. С продуктами на ее основе, кстати, мы сталкиваемся уже довольно давно. Чипы флэш-памяти имеются в составе USB-накопителей, медиаплееров, мобильных телефонов, КПК и прочих портативных устройств. Теперь же флэш-память начинает активно использоваться в накопителях для ноутбуков и настольных систем, заменяя магнитные пластины. Хотя слово «теперь» не совсем точно передает суть и означает лишь то, что только сейчас эта технология вышла на потребительский рынок.

Как это было

Устройство твердотельных накопителей гораздо проще, чем у HDD

Предок твердотельного винчестера представлен еще в далеком 1980 году компанией Santa Clara Systems. Продукт, названный BatRam, был 1-мегабитным кластером, состоящим из чипов DIP RAM. Он имел специальный контроллер, эмулирующий работу винчестера, благодаря чему компьютер распознавал BatRam, как обычный жесткий диск. В 1984 году сотрудником компании Toshiba доктором Фуджио Масуока (Fujio Masuoka) была изобретена флэш-память (оба варианта NAND и NOR). Первый коммерческий чип NOR-флэш-памяти представила компания Intel в 1988 году. Через год Samsung и Toshiba вывели на рынок более дешевую разновидность энергонезависимой памяти, в которой применялась флэш-технология NAND.

Первые твердотельные винчестеры на основе NAND-флэш-памяти, представленные в формфакторе 2,5 и 3,5 дюйма, появились в 1995 году. Вначале производством таких накопителей занималась Msystems, к которой затем присоединился ряд других фирм, таких как Adtron, Bitmicro Net-works и Memtech. В прошлом веке из-за своей заоблачной цены твердотельные винчестеры использовались лишь в военной и аэрокосмической индустрии, а также других сферах, где требовалась устойчивость оборудования к вибрации, ударам и критическим температурам, а его стоимость большого значения не имела. Теперь же цена микросхем флэш-памяти значительно упала, и накопители SSD начинают постепенно осваивать массовый потребительский рынок.

Достоинства и недостатки

Уже доступны твердотельные накопители с ATA и SATA-интерфейсами

Повышенная устойчивость к вибрации, ударам и экстремальным температурам – это, конечно, хорошо, но зачастую некритично для пользователя ПК. Что же еще может нам предложить твердотельный накопитель? Прежде всего отметим, что среднее время доступа к данным у SSD на два порядка меньше, чем у традиционных жестких дисков (0,05–0,1 мс против 5–15 мс). Обращает на себя внимание и стабильно высокая скорость передачи данных, чем не могут похвастаться обычные винчестеры. В зависимости от места расположения информации на магнитной пластине меняется и быстродействие HDD: чем ближе данные к внутреннему радиусу диска, тем медленнее будет выполняться считывание и запись. С SSD таких проблем нет. Что касается производительности, для современных твердотельных накопителей скорость чтения составляет 60–80 МBps, записи – 40–60 МBps. Результаты очень хороши.

Срок службы твердотельных винчестеров потребительского уровня в среднем составляет около 10 лет. Хотя производители в спецификациях жестких дисков для серверов и указывают время наработки на отказ в пределах 1,5 млн часов (171 год), а у накопителей для настольных систем – 500 тыс. часов (57 лет), но это теоретический показатель, не отражающий реального положения вещей. Статистика свидетельствует: средний срок жизни современного винчестера в лучшем случае составляет 5–6 лет, так что SSD в этом плане должен быть надежнее.

Подобные SDD могут использоваться в ноутбуках, UMPC и других портативных устройствах

Gigabyte i-RAM для хранения данных требует постоянного питания

Важным преимуществом является отсутствие механических частей в твердотельном накопителе, что автоматически исключает шум и вибрацию во время работы – извечную головную боль для многих пользователей HDD. Отметим и более низкий уровень энергопотребления твердотельных винчестеров. Для настольных ПК это не столь актуально, а вот использование SSD в ноутбуках, UMPC и другой портативной технике позволит увеличить время их автономной работы. Некоторые производители мобильных устройств уже предлагают модели с такими накопителями или делают опциональной возможность заменить винчестер на SSD.

Преимуществ, конечно, множество, но имеется и обратная сторона медали. Основным недостатком SSD на данный момент является его стоимость. За каждый гигабайт в SSD-накопителе придется платить от 10 долларов. Безусловно, цены постепенно снижаются, но не так быстро, как хотелось бы. Если говорить о максимальном объеме, то здесь традиционные винчестеры пока бесспорные лидеры. Производители только готовятся представить модели твердотельных накопителей объемом 256 (компания PNY – начало 2008 года) и 512 GB (компания STEC – 3 квартал этого года), а вот жесткие диски уже покорили рубеж в 1 TB.

Немалой проблемой является и количество циклов записи в твердотельных винчестерах. Оно ограничено, и ограничено довольно серьезно: в среднем – 100–300 тыс. циклов записи, хотя существуют варианты устройств, способные выдержать от 1 до 5 млн таких циклов, но опять-таки по цене эти накопители будут пока недоступны многим пользователям.

Альтернатива и перспективы

На текущий момент объем твердотельных накопителей меньше, чем у HDD

Прогресс не стоит на месте, и рано или поздно SSD-накопители избавятся от своих «детских болезней», став серьезной угрозой HDD. С другой стороны, технологии магнитной записи тоже продолжают развиваться не меньшими темпами. Обе разработки имеют собственные плюсы и минусы. Последние в случае с SSD со временем сойдут на нет, но вот вопрос: сколько лет для этого должно миновать? Когда мы сможем наслаждаться высокой надежностью и большой скоростью функционирования накопителей в наших домашних ПК? Через три года, четыре, пять? Это долго, но отчаиваться не стоит, так как существует и альтернатива – гибридные накопители (HHD – Hybrid Hard Drive). Подобные устройства, возможно, станут той самой золотой серединой, находящейся на стыке двух технологий и объединяющей их преимущества.

HHD – это по сути традиционный винчестер, но с небольшой доработкой в виде буфера обмена, состоящего из флэш-памяти объемом от 128 МB. Буфер такой емкости позволяет хранить в нем наиболее часто используемые данные, лишний раз не обращаясь к пластинам, тем самым снижая нагрузку на механику жесткого диска. Однако на текущий момент эффективно задействовать установленную флэш-память можно лишь в Windows Vista, обладающей технологией ReadyDrive. В итоге имеем пониженный уровень шума, быстрый запуск операционной системы и приложений, уменьшенное энергопотребление и, по идее, приемлемую цену готового изделия.

В гибридных HDD установлены чипы флэш-памяти довольно большого объема

Первый серийный HHD-накопитель в начале 2007 года был представлен компанией Samsung. Эти гибридные винчестеры серии MH80, выполненные в формфакторе 2,5 дюйма, имеют объем от 80 до 160 GB основной памяти и 128–256 MB флэш-памяти. О своих планах по производству гибридных накопителей также заявили компании Seagate и Hitachi.

Итак, лед тронулся! Эволюционное развитие наиболее консервативной части персонального компьютера приобретает характер революционного. Вначале старый добрый винчестер обзавелся флэш-памятью, а со временем и окончательно лишится магнитных пластин. Возможно, лет эдак через десять молодое поколение пользователей ПК будет вспоминать о HDD так же, как мы сегодня вспоминаем о 5-дюймовых дисководах.