Дорогу молодым! Как SSD превратились в накопители будущего

    Привычка — штука въедливая. Вот пока все остальные комплектующие компьютеров изменялись внешне или революционно перетряхивали архитектуру, жёсткие диски всё ещё походили на усовершенствованное оружие древности — эдакую дубину с GPS и голосовым помощником для охоты на мамонтов. Тем удивительнее, что твердотельные накопители пришли на смену предшественникам и стали популярными лишь в XXI веке. Сегодня мы, разберёмся, откуда они вообще пришли в компьютеры, и как смогли перевоплотиться из сателлитов «тарахтелок с блинами» в миниатюрные, сверхскоростные и единственно «правильные» запоминающие устройства.



    На заре цифровой эры компьютеры с обильным количеством «подвижного» железа никого не удивляли — хотя бы потому, что вычислительные машины тех лет были размером со шкаф, а полупроводниковая индустрия переживала своё детство. И пусть SSD запомнились нам, как новомодный компонент компьютера, уже начиная с 1970-х годов инженеры колдовали над заменой нерасторопным и «вызывающе механическим» жёстким дискам.


    SSD в 1970-1990-х: беспощадно дорогая экзотика


    Подобно тому, как друг познаётся в беде — компьютерные технологии сначала обкатываются в корпоративном сегменте, и только потом попадают в крупносерийную технику. Можно завидовать «проклятым капиталистам», которые заполучают классные новшества прежде, чем последние станут доступны рядовому гику, но в случае с ранними моделями SSD такой пафос был полностью оправдан — домашние компьютеры были просто не в состоянии «раскачать» дичайше дорогие и быстрые накопители, в отличие от мейнфреймов со специализированными вычислениями в крупных корпорациях.
    Тем паче, что и сами SSD были уже ещё не те — первоначально термин относился к любому накопителю, в котором не было подвижных частей. То есть, задолго до изобретения флеш-памяти в продажу поступали модели, состоящие из нескольких модулей RAM вместо энергонезависимых компонентов для хранения данных. Яркий тому пример — первый в мире SSD «Bulk core» (1976 год!) производства корпорации Dataram: с 8 планками памяти суммарным объёмом 2 Мбайт, ценой порядка $10 тысяч (на эти деньги можно было купить примерно 7 компьютеров Apple) и дизайном элитного мангала.


    Первые SSD были набиты модулями RAM и походили на шашлычницу

    И ничего — никто не переживал, что такой накопитель слабо подходил для конечного потребителя. Учёные фиксировали на сверхбыстрой памяти требовательные к скорости отклика вычисления, нефтяные компании с помощью передового железа проводили сейсмические исследования, и т.д. Правда, долговечностью RAM-накопители не отличались, и подключались к рабочим станциям/серверам DEC и Data General посредством интерфейса Standard Disk Interconnect. Последователи придерживались примерно этой же концепции, поэтому в стане SSD царил далёкий от потребительского рынка корпоративный «мрак».
    За пределы бизнес-сектора твердотельные накопители впервые выглянули в 1982 году, когда компания Axlon выкатила «RAM Disk» для домашних компьютеров Apple II — целых 320 Кбайт на базе RAM-памяти с аккумуляторами на 3 часа работы, чтобы скоропостижно не потерять все эти данные. Стоила новинка едва ли не больше, чем сам компьютер (порядка $1400). А подключалось всё это добро к стандартным слотам расширения и было экзотикой почище, чем сегодня RAID-массивы из накопителей экстремального класса.


    Axlon RAM Disk — робкий шаг SSD в сторону домашних ПК

    Свой современный облик SSD начали приобретать только в середине 1990-х. Флеш-память, конечно, изобрели на 10 лет раньше, да и Digipro Flashdisk, первый твердотельный накопитель с новаторской памятью на борту, добрался до конвейера в 1989 году, предлагая 16 Мбайт памяти для IBM PC за какие-то $5000. А SSD современного размера (3.5 дюйма, вестимо) вышел в серию только в 1995-м.


    Digipro Flashdisk — NAND пришла в твердотельные накопители

    Неудивительно, что твердотельные накопители ещё очень долго «созревали» до рыночной цены и поддержки современных интерфейсов. В корпоративных задачах они, правда, становились модными штуковинами — в 1990-х Digital Equipment Corporation выпускали уже вполне современные 5.25-дюймовые модели EZ5x на базе SCSI-1 и SCSI-2. Цены с непривычки повергали в шок (от $14 тысяч за 107 Мбайт до $135 тысяч за 1 Гбайт памяти), но бизнес на то и бизнес, чтобы окупать вложения в железо и прочую инфраструктуру.
    И только начиная с 2003 года в свет вышли первые SSD’шки с интерфейсом Parallel ATA, или IDE, если изъясняться расхожими терминами. Как видите, экспансия сверхбыстрых запоминающих устройств мучительно стартовала только в начале XXI века.


    «Своими ребятами»твердотельные накопители стали после того, как обзавелись распространенными разъёмами. Например, PATA

    2000-2010. Крохотные по объёму SSD пришли в розницу. Первая доза — платно


    «Прописка» в стране мечты ещё не означает замечательное в ней трудоустройство. А поддержка распространённого ПК-интерфейса не гарантирует серьёзной конкуренции с жёсткими дисками. В начале 2000-х производители носились с твердотельными накопителями аккурат так же, как сегодня создатели гибких матриц «на всякий случай» гнут смартфоны и телевизоры в новых модельных линейках.
    К быстрым накопителям с отличными от HDD принципами работы рынок был настолько же не готов, как коммунальщики не готовы 1 декабря к зиме, или застенчивая девушка к активному развитию событий после свидания с парнем. Покупатели ходили вокруг да около и спрашивали «а что это за флешки такие дорогие (свыше $200 за 512 Мбайт в 2003 году, $700 за 32 Гбайт в 2006-м), и как на них вместить операционную систему?». Да и сами системы (уж Windows XP и Vista так точно), в свою очередь, не ведали об этих ваших SSD, поэтому беззастенчиво индексировали-кэшировали данные, увеличивая счетчик циклов записей и укорачивая тем самым жизнь накопителя.
    Ёмкость SSD росла с каждым годом, но в качестве системного диска они ещё не годились. Apple и Microsoft не спешили внедрять полномасштабную поддержку новых накопителей в свои системы, хотя линуксоиды имели возможность смонтировать SSD-кэш чуть раньше пользователей остальных систем. Впрочем, неработающая в большинстве случаев «система самообслуживания» накопителя TRIM радости не вызывала ни у кого.
    Зато и многие свершения из разряда «ну наконец-то!» приходятся на период между 2000 и 2010 годом. Например, первый SATA-SSD (1 Гбит/с — это вам не шутки, товарищ!) в 2004-м, или первые 2,5-дюймовые ноутбукоугодные SSD ёмкостью 32 Гбайт в 2006 году — примерно тогда твердотельные накопители перевоплотились из дорогостоящих игрушек «не пришей к системе кэш» в пригодные для повседневного использования комплектующие.


    2004 год — первый SATA-SSD. Правда, не для пользовательских ПК и с ценой вплоть до $11,200...

    В это же самое время стартовала всяческая стандартизация и ликвидация «детских болезней» накопителей. Начиная с преобладания на рынке нескольких типов памяти (о чём мы писали чуть раньше) и продолжая унификацией интерфейсов накопителей — после долгих лет, когда инженеры городили «велосипеды» всяк на свой лад, стараниями Intel большинство производителей SSD озадачились стандартизацией своих моделей (ликвидировать проблемы совместимости и снижать затраты на разработку было давно пора).
    Как результат — в 2006 году консорциум из Intel-Micron, Hynix и Spectek «родил» универсальный интерфейс для микросхем флеш-памяти — ONFi (Open NAND Flash interface). Скорость ONFi 1.0 составляла смешные 50 Мбайт/с на канал, однако современный ONFi 3.0 «раскочегарили» уже до 400 Мбайт/с. А вот Samsung, Toshiba и SanDisk выступили за создание более подходящего к их памяти интерфейса – Toggle Mode уже год спустя. Альтернативный интерфейс существует в двух вариациях — Toggle Mode 1.0 (166 Мбайт/с) и 2.0 (400 Мбайт/с). Что любопытно — «архаичные» варианты интерфейсов были приняты в коротком промежутке между 2006 и 2007 годом, а новейшие ревизии интерфейсов одновременно вышли на рынок в 2011-м.


    Нетбуки превратили SSD в действительно массовые и полезные для конечного покупателя накопители

    Но все эти новшества были нацелены на осознанный выбор покупателя, который по-прежнему с бОльшим воодушевлением поглядывал на растущие в объёмах жёсткие диски. Поэтому «звёздный час» для SSD открылся вместе с бумом нетбуков — в 2007-2008 году крохотный ASUS Eee PC 700 и 900 серии щеголяли твердотельными накопителями взамен HDD, и наглядно показывали, что ноутбук может обходиться без хруста французской булки паркующихся головок и проблем с ударопрочностью (нетбуки же — самые походные устройства!). Кстати, ASUS для своих дебютных устройств пришлось разработать специальный разъём под названием Flash Connector — эдакая модификация MiniPCI-E в эпоху, когда для потребителей существовали только PATA и SATA. Впрочем, на рубеже 2009-2011 годов в народ пошли стандартизированные миниатюрные накопители в форм-факторе mSATA, которые энтузиасты с радостью «колхозили» для совместимости со своими нетбуками — разъём, разработанный ASUS отличался незначительно и несколько перерезанных контактов превращали накопитель в совместимую с Eee PC модель.


    ASUS одним из первых научил SSD загружать операционные системы в массовых ПК. Расплачиваться за это пришлось своеобразным разъёмом

    Ещё одним «звоночком» стал выпуск первого компьютера Apple с SSD (скандально тощий и смелый MacBook Air, если кто забыл). От первоначального размера 1,8 дюйма и модифицированного интерфейса SATA компания перешла к более компактным аналогам на базе PCIe.
    И в 2009-м, когда покупатели поняли суть новых накопителей, а эти самые SSD доросли до вменяемой ёмкости, на рынок ворвались первые накопители Kingston.


    Apple MacBook Air — твердотельные накопители приходят в элитную компьютерную технику

    2010-2016. Не роскошь, а самые массовые накопители


    С тех пор индустрия SSD переживает свой расцвет и растёт, как тесто на дрожжах. А главное — постепенно сбрасывает с себя наследие механических дисков.
    Одной из главных проблем массовых SSD стало падение скорости накопителя по мере того, как в нём уменьшалось количество свободного места. Всё потому, что твердотельные накопители «размазывают» работу с данными на многочисленные блоки и страницы, и работают из соображения равного износа всех ячеек памяти, а не так, как завещает им файловая система. Поэтому там, где соседствуют нужный и бесполезный файл, при удалении последнего его «сосед» перемещается в новую ячейку, а старое «место жительства» контроллер SSD очищает решительно и полностью — в лучших традициях сноса нелегальных пунктов торговли.
    Но чтобы такая замысловатая «миграция» была возможна, накопителю нужно свободное пространство, а оно не всегда есть. В условиях тесноты накопитель начинает расселять своих «квартирантов» не в соседние блоки, а куда получится. Соответственно, от «накладных расходов» падает и скорость работы SSD. С тех пор вошло в традицию оставлять на твердотельном накопителе хотя бы 10% места не занятым, чтобы продлить срок его службы и не потерять в скорости работы. И, хотя в современных моделях порядочное количество места «откусывается» переквалифицируют в служебную область уже на этапе изготовления, немало пользователей до сих пор оставляют часть ёмкости накопителя неразмеченной для перестраховки.
    После того, как в архаичном параллельном интерфейсе ATA (IDE) были задействованы все доступные каналы и выжата вся скорость, накопители (жёсткие диски в своём подавляющем большинстве) перебрались на последовательный SATA, который со своим протоколом AHCI замечательно стыковался с неповоротливыми HDD, но с твердотельными накопителями стал провоцировать задержки в выполнении команд.
    А ещё раньше встал вопрос о том, что дань истории — это, конечно, хорошо, но SSD давно пора перестать «эмулировать» жёсткие диски габаритами, и хорошо бы уменьшить твердотельные накопители до приемлемых для мобильной техники габаритов.
    Сказано — сделано! В 2009 году на свет появился компромиссный вариант — миниатюрные накопители форм-фактора mSATA, которые, при скромных габаритах, не требовали разработки новых протоколов для взаимодействия с SSD и просто «эффективно похудели» в сравнении со своими предшественниками. Да, скорость работы таких накопителей ограничивалась возможностями набившего энтузиастам оскомину SATA-III, а скорость последовательной передачи данных уже стала упираться в реальный максимум (не 6 Гбит/с, а чуть более приземленные цифры) интерфейса и грозила стать «бутылочным горлышком» на пути развития SSD.


    mSATA не были техническим прорывом, но принцип «тех же щей, да побольше поменьше» замечательно прижился в тонких ноутбуках

    Была ли возможность обойти ограничения SATA в былые времена? В настольных компьютерах — ещё как была! Накопители на базе интерфейса PCI-Express x2, x4 или x8 во всю «зажигали» в высокоскоростных системах на пиковых скоростях свыше 1 Гбайт/с.
    Впрочем, «бутылочное горлышко» в виде SATA-III досаждало не всем, а теория с цифрами в замерах последовательной записи/чтения и реальное повышение отзывчивости накопителей — таки две большие разницы. Это как замерять крутизну автомобиля по разметке на спидометре. Мало какой мальчишка не судил машины по максимально возможной скорости, но со временем все понимают — в транспортных средствах есть гораздо более важные вещи. Словом, за 4 года яркой жизни mSATA поселился в большинстве тощих и вообще премиальных ноутбуков, а иногда и планшетов.


    До внедрения протокола NVMe самые быстрые SSD представляли собой RAID-массив в переходнике на PCI-Express

    Только двигаться дальше всё равно было необходимо, поэтому с 2013 года вершится новейшая история SSD. На свет появился самый современный и прогрессивный формат — M.2. Он, по своей сути, является «достойным сыном» привычного нам PCI-Express: некоторые накопители «переходного периода» для десктопов состояли из модуля SSD в форм-факторе M.2 (с классическим протоколом AHCI во главе), упакованного в переходник PCI Express x2 2.0/x4 2.0. Современные материнские платы нередко обходятся без таких полумер и располагают «родным» разъёмом под SSD в форм-факторе M.2. Для всех остальных случаев нужно помнить о трех возможных размерностях таких накопителей (80, 60 и 42 мм длины печатной платы соответственно) и помнить, что самыми прогрессивными по части скорости и минимальных задержек будут накопители, работающие по протоколу NVMe, который пришёл на смену разработанному для жёстких дисков AHCI.


    SSD формата M.2 — модно, стильно, производительно

    Где матчасть и леденящие душу подробности?


    Теперь, когда мы разобрались в этапах становления SSD, не грех вникнуть в принципы работы таких накопителей и оценить, как развивалась начинка новаторских компьютерных комплектующих. Оставайтесь с нами, и уже скоро мы подадим вам «жареные» железные факты под легко усваивающимся «соусом»!

    To be continued, товарищи!

    Спасибо за внимание и оставайтесь с Kingston на Гиктаймс!

    Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.



    Наши предыдущие посты:

    Kingston Technology
    101,00
    Компания
    Поделиться публикацией

    Похожие публикации

    Комментарии 25

      +7
      Вот пока все остальные комплектующие компьютеров изменялись внешне или революционно перетряхивали архитектуру, жёсткие диски всё ещё походили на усовершенствованное оружие древности

      А вот это тогда что, венец инженерного искусства?


      Это вообще какой-то ужас, плата с pcie x4 вставленная в x16, размером с видеокарту с мизерной полезно используемой площадью, представляющая собой, по сути, пассивный переходник pcie.
      Это — ваш обещанный 21-й век?
        0
        Покапитанствую.
        Плата собственно да — переходник для М.2 дисков разных форматов, потому-что по сути М.2 это прямой коннект к pci-e. Если присмотреться — на плате видна лишняя дырка — туда может вставляться более длинный (около)террабайтный ССД, или более короткий на сотку. Тут вижу полутеррабайтник — средний по длине. Для тех у кого материнка имеет родные М.2 — диск можно воткнуть в них, ну и купить без платы-переходника (как владелец такого-же предатора пока нашел единственный минус — порой М.2 на материнке вынесены под pci-e и диск будет прекрыт или даже прогрет видеокартой).

        +1
        А еще на этой материнке просто-напросто нет х4: https://www.msi.com/Motherboard/Z87-GD65-GAMING.html
          0
          а что по вашему 21-й век? вот есть определенный формат материнских карт, предложите как туда помещать подобное устройство
          0
          2010-2016. Не роскошь, а самые массовые накопители

          1 ТБ SSD — от 30 тысяч рублей.
          1 ТБ HDD — от 5 тысяч рублей.

          Разница в ~5-6 раз. Не роскошь, ок.
            –1
            Так нафига под систему и программы брать терабайтник? А если брать просто винт (ПЗУ) для системы и программ + пользовательские файлы в виде документов, то цена за устройство начинается примерно одинаково. Вот в чём логика доступности ссд
              +1
              Что бы сделать компьютер совершенно бесшумным. Ну и торрент с SSD лучше раздает, по скольку паттерн обращения к диску у него очень сложен.
                +1
                Под изрядно разожравшиеся игры терабайтник сейчас самое оно.
                  +1
                  Наверное затем, что и программы тоже в размерах растут. Особенно этим грешат игры. Так что терабайтник отлично пойдет «на вырост». Но сидеть и ждать минутами загрузки уже не придется.
                0
                >Была ли возможность обойти ограничения SATA в былые времена? В настольных компьютерах — ещё как была! Накопители на базе интерфейса PCI-Express x2, x4 или x8 во всю «зажигали» в высокоскоростных системах на пиковых скоростях свыше 1 Гбайт/с.

                Ага, помню. Это были серверные накопители OCZ RevoDrive по каким-то совершенно диким ценам — от 80 т.р. и выше.
                  0
                  Наши дни: перспективная технология хранит данные от двух недель до двух месяцев. В зависимости от температуры. Охренеть, дайте два. Файлопомойку на магнитных дисках ssd заменить не может. Ладно помойка, у меня же есть небольшое количество данных, к которым я часто обращаюсь. И я не о софте, если что, большАя часть программ у меня висит в памяти, не отключаясь. А вот что реально меняются — гигабайтные файлики с 2д картинками, и десятигабайтные файлики с моделями под скульптинг. Казалось бы вот — идеальный повод применить ssd. Но смотришь на его количество записываемых за всю жизнь данных, и понимаешь, что диск с «трёхлетней» гарантией сотрётся за 3-4 месяца. И это если я буду делать сейв раз в час. А если чаще? Мне скажут, покупай профессиональные SSD, но их цена уже не в 5-6 раз выше, а в 20.
                    0
                    я вас чуть-чуть поправлю

                    перспективная технология хранит данные от двух недель до двух месяцев.

                    в полностью обесточенном состоянии. Если же есть питание, то контроллер сам "обновит" состояние ячеек через некоторое время, что обеспечит сохранность данных. Т.е. документ может лежать у вас хоть год без обращений, но если вы включаете комп хотя бы пару раз в месяц, с файлом ничего не случится.

                    Но смотришь на его количество записываемых за всю жизнь данных, и понимаешь, что диск с «трёхлетней» гарантией сотрётся за 3-4 месяца.

                    Обычно мрет контроллер. Имеется на работе пример, отдел САПР и моделирования, у ребят недорогие ССДшки от осз и кингстон. Живут около года-полутора под серьезными нагрузками — в день иной раз через диски прогоняется до 200-250Гб инфы при объеме в 120-240гб. На момент помирания лайфбар показывает обычно от 50 до 80% здоровья, но контроллеры уходят раньше, виной всему отвратительное охлаждение самых убогих корпусов. повышенные температуры в самом помещении (летом там нередко +35 бывает, но это отдельный разговор) и просто тонны металло и графитосодержащей пыли, летающие по заводу. В домашних условиях ССДшки обычно живут по 2-3 года независимо от использования — то ли по 10гб в день гонять, то ли по 100.
                    К тому же можно присмотреться к "полупрофессиональным" ССДшкам или выбрать менее быструю, но более живучую технологию SLC или e-MLC, они хотя и дороже, но все же доступны — средний диск на 240Гб технологии e-MLC можно найти за 200-300 баксов, например, OCZ серии Intrepid 3700 . Для него обещают ресурс по 240Гб каждый день в течении 5 лет гарантии.
                      0
                      а еще контроллер SandForce на OСZ (не знаю используют ли его еще) умирал очень часто
                        0
                        Мне почему-то кажется, что дело не в самом контроллере, а в банальном отвале шаров от частой смены температуры.
                        У меня и моих знакомых около десятка SSD на этом контроллере работают уже более 3 лет и пока что никаких сбоев не зафиксировано.
                          0
                          Технологии совершенствуются. Я описал ситуацию, когда выбирал себе SSD — 5 лет назад, а сами диски были 7-8 летней давности. Люди на профильных форумах только и жаловались на этот контроллер.

                        0
                        > в полностью обесточенном состоянии.
                        Самое лучшее состояние, какое бывает. MAID называется.
                      –1
                      Да уж, Kingston на PCI-e забавная штучка))
                        0
                        Статья на столько наполнена жаргоном, что заставляет перепроверить с какого ресурса её читаешь.
                        Если у потребителя нет проблем со скоростным доступом в сеть, то можно обойтись доступными, в финансовом плане, объёмами SSD. В ином случае конкурентов у HDD в хранении локальных данных пока нет. Большинство пользуется схемой: система на SSD + данные на HDD (внутренний, внешний, NAS).
                        Пиарщикам производителей SSD стоит понять, что потребитель уже уверен в качестве и не боится использовать твердотельные накопители, но умеет соотносить свои финансовые возможности с потребностями. Автор, оперируйте всё же цифрами, а не уклоном на современность и крутость, хотя бы, на пока ещё, техническом ресурсе.
                          0
                          SSD пока что дорого. Массовыми накопителями, а не просто системными дисками, они станут когда 4тб будет стоить не больше 100$ и будет работать на отказ минимум лет 8-10.
                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                              0
                              8-10 лет на отказ? Хмм, обычные диски мрут раньше, и это при домашнем использовании. Немного экземпляров доживает до 8-10 лет.
                              0
                              Стоит сказать, что нетбуки ASUS Eee PC 900 были очень "медленными" и стоило в них поменять носитель информации на более быстрый, как у них резко повышалась "прыть" и они становились пригодными для нормальной работы.
                                0
                                Они про Intel PCI-e не слышали? NVMe + 18 каналов к флеш

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                Самое читаемое