Nand flash, jak to działa. Pamięć flash. Dysk SSD. Rodzaje pamięci flash. Karta pamięci. Złe zarządzanie blokami

65 nanometrów to kolejny cel elektrowni Zelenograd Angstrem-T, która będzie kosztować 300-350 mln euro. Przedsiębiorstwo złożyło już wniosek o pożyczkę uprzywilejowaną na modernizację technologii produkcji do Vnesheconombank (VEB), poinformował w tym tygodniu Vedomosti, powołując się na prezesa zarządu zakładu Leonida Reimana. Teraz Angstrem-T przygotowuje się do uruchomienia linii do produkcji chipów o topologii 90nm. Spłaty poprzedniej pożyczki VEB, na którą została zakupiona, rozpoczną się w połowie 2017 roku.

Pekin załamał się na Wall Street

Kluczowe indeksy w USA zaznaczyły pierwsze dni Nowego Roku rekordowymi spadkami, miliarder George Soros ostrzegał już, że świat czeka powtórka z kryzysu z 2008 roku.

Pierwszy rosyjski procesor konsumencki Baikal-T1 w cenie 60 USD zostaje wprowadzony do masowej produkcji

Firma Baikal Electronics na początku 2016 roku obiecuje wystartować produkcja przemysłowa Rosyjski procesor Baikal-T1 kosztuje około 60 USD. Urządzenia będą poszukiwane, jeśli ten popyt zostanie stworzony przez państwo, mówią uczestnicy rynku.

MTS i Ericsson wspólnie opracują i wdrożą 5G w Rosji

PJSC „Mobile TeleSystems” i Ericsson podpisały umowy o współpracy w zakresie rozwoju i wdrażania technologii 5G w Rosji. W projekty pilotażowe, m.in. podczas Mistrzostw Świata 2018, MTS zamierza przetestować rozwój szwedzkiego sprzedawcy. Na początku przyszłego roku operator rozpocznie dialog z Ministerstwem Telekomunikacji i Komunikacji Masowej w sprawie formacji wymagania techniczne do piątej generacji komunikacji mobilnej.

Sergey Chemezov: Rostec jest już jedną z dziesięciu największych korporacji inżynieryjnych na świecie

W wywiadzie dla RBC szef Rostec Siergiej Czemezow odpowiedział na palące pytania: o system Platon, problemy i perspektywy AVTOVAZ, interesy Państwowej Korporacji w branży farmaceutycznej, mówił o współpracy międzynarodowej pod presją sankcji, imporcie zastępstwa, reorganizacje, strategie rozwoju i nowe możliwości w trudnych czasach.

Rostec jest „chroniony” i wkracza na laury Samsunga i General Electric

Rada Nadzorcza Rostec zatwierdziła „Strategię rozwoju do 2025 roku”. Główne zadania to zwiększenie udziału zaawansowanych technologicznie produktów cywilnych oraz dogonienie General Electric i Samsunga w kluczowych wskaźnikach finansowych.

Łatwym sposobem na przyspieszenie komputera jest zainstalowanie na nim dysku SSD. Pisaliśmy już o tym w jednym z poprzednich artykułów. Napędy te występują w kilku rodzajach i właśnie temu chciałbym poświęcić dzisiejszy artykuł. Pierwszym z nich jest dysk półprzewodnikowy SATA, zwykle w formacie 2,5", który jest wszechstronnym rozwiązaniem o bardzo dobrej szybkości i dość rozsądnej cenie.

Nadaje się do każdego komputera, prawie każdego laptopa (są wyjątki, jak np. modele SONY, które wykorzystują dysk 1,8"). Dalej na liście mamy PCI, szczególnie zwróćcie uwagę na dyski SSD PCI 3.0 - po prostu szaleją z szybkością i możesz być zaskoczony wydajnością, jaką uzyskasz dzięki tym dyskom.

Ale, jak wszystkie dobre rzeczy, mają jedną wadę - dość wysoką cenę, która często jest 2, a nawet 3 razy wyższa niż konwencjonalne dyski SSD SATA 2.5. Istnieją również mSATA (na zdjęciu poniżej), co jest skrótem od „mini SATA”, są one najczęściej stosowane w laptopach, jednak pod względem szybkości takie dyski nie różnią się od konwencjonalnego SATA 2, czyli jest to samo, ale w mniejszej obudowie.

Zobacz, o ile mniejszy jest dysk mSATA SSD (zielony płytka drukowana u góry) w porównaniu z konwencjonalnym 2,5-calowym dyskiem twardym

Warto zauważyć, że istnieją dyski SSD wyłącznie dla Apple (tu także pozostały odrębne „osobowości”) i są jeszcze droższe, chociaż nie różnią się wydajnością od tych samych dysków SSD PCI. Szybkość zapisu może tutaj wynosić 700 Mb / s - co jest eleganckim wskaźnikiem.

Jeśli chcesz kupić dysk SSD dla siebie, w każdym razie będziesz musiał wybierać między wersjami SATA i PCI, a już jest kwestia ceny. Jeśli spędzasz dużo czasu przy komputerze, koniecznie wypróbuj wersję napędu PCI. Ponieważ sam przechodzi w macierz RAID (to jest, gdy 2 dyski twarde są z grubsza połączone w jeden), w tym przypadku informacje są odczytywane z dwóch urządzeń jednocześnie, co przyspiesza system dokładnie 2 razy.

PCI SSD - zainstalowany wewnątrz jednostki systemowej komputera

Oznacza to, że na przykład ten sam system Windows jest instalowany natychmiast na 2 dyskach flash (2 różne układy scalone) i odczytywany z nich w tym samym czasie, co jest naprawdę świetnym rozwiązaniem dla zwiększenia wydajności komputera, zdecydowanie polecam jego zakup.

Jeśli po prostu chcesz jakoś przyspieszyć swój stary komputer, który być może wkrótce planujesz zmienić na coś bardziej produktywnego, lub po prostu chcesz po raz pierwszy wypróbować dysk SSD, zdecydowanie polecam zabranie ze sobą wszystkich znanych i sprawdzonych dysków SATA 2,5 SSD.

MLC lub TLC - co lepiej wybrać dla swojego komputera? Wszyscy użytkownicy, którzy kiedykolwiek korzystali z dysku półprzewodnikowego (pamięci SSD) wypowiadają się o nim pozytywnie. Dzięki niemu Twoje ulubione aplikacje ładują się szybciej, a ogólna wydajność systemu wzrasta. Ponadto dyski te są znacznie trwalsze i trwalsze niż tradycyjne dyski twarde. Ale dlaczego niektóre rodzaje pamięci są droższe od innych? Aby odpowiedzieć na to pytanie, musisz zrozumieć wewnętrzna organizacja napędy tego typu.

Płytę SSD można podzielić na 3 główne bloki:

Pamięć 3D NAND (nie mylić z NOR Flash). Ta część służy do przechowywania danych w jednostkach nieulotnych, które nie wymagają stałego zasilania z sieci.
NRD. Niewielka ilość pamięci ulotnej, która wymaga zasilania do przechowywania danych. Służy do buforowania informacji w celu uzyskania do nich dostępu w przyszłości. Ta opcja nie jest dostępna na wszystkich dyskach.
Kontroler. Pełni rolę pośrednika łączącego pamięć 3D NAND z komputerem. Kontroler zawiera również oprogramowanie układowe, które pomaga zarządzać dyskiem SSD.

Pamięć NAND, w przeciwieństwie do NOR, zbudowana jest z wielu komórek zawierających bity, które są włączane lub wyłączane przez ładunek elektryczny. Organizacja tych przełączalnych komórek reprezentuje dane przechowywane na dysku SSD. Liczba bitów w tych komórkach jest również określona przez typ pamięci. Na przykład w komórce jednopoziomowej (SLC) komórka zawiera 1 bit. Dyski NOR są powszechnie stosowane w urządzeniach sieciowych.

Powodem, dla którego pendrive SLC ma niewielką ilość pamięci, jest jego mały rozmiar fizyczny w porównaniu z innymi komponentami płytki drukowanej (PCB). Nie zapominajmy, że na płytce drukowanej znajduje się kontroler, pamięć DDR i pamięć 3D NAND, które jakoś trzeba umieścić wewnątrz jednostki systemowej PC. Pamięć MLC NAND podwaja liczbę bitów na komórkę, podczas gdy TLC potraja. Ma to pozytywny wpływ na ilość pamięci. Dyski NOR zapewniają dostęp do losowych informacji, dlatego nie są używane jak dysk twardy.

Istnieją pewne powody, dla których producenci nadal wypuszczają pamięć flash z 1 bitem na komórkę. Dyski SLC są uważane za najszybsze i najbardziej niezawodne, ale są stosunkowo drogie i mają ograniczoną pojemność. Dlatego takie urządzenie jest najbardziej preferowane dla komputerów, które są poddawane dużym obciążeniom.

Co to jest SLC

W konfrontacji SLC vs MLC czy TLC 3D zawsze wygrywa ten pierwszy typ pamięci, ale też kosztuje dużo więcej. Ma też więcej pamięci, ale jest wolniejszy i bardziej podatny na uszkodzenia. MLC i TLC to typy pamięci zalecane do normalnego, codziennego użytkowania komputera. NOR jest powszechnie używany w telefony komórkowe i tabletki. Znajomość własnych potrzeb pomoże użytkownikowi wybrać najbardziej odpowiedni ze wszystkich dysków SSD.

Komórka jednopoziomowa bierze swoją nazwę od pojedynczego bitu, który włącza się lub wyłącza w zależności od zasilania. Zaletą SLC jest to, że jest najdokładniejszy podczas odczytu i zapisu danych, a jego ciągły cykl pracy może być dłuższy. Liczba dozwolonych nadpisań to 90000-100000.

Ten typ pamięci dobrze zakorzenił się na rynku ze względu na długą żywotność, dokładność i ogólną wydajność. Taki dysk jest rzadko instalowany w komputerach domowych ze względu na wysoki koszt i małą ilość pamięci. Bardziej pasuje do użytek przemysłowy oraz duże obciążenia związane z ciągłym odczytywaniem i zapisywaniem informacji.

Zalety SLC:

długa żywotność i duża ilość cykli ładowania w porównaniu z jakimkolwiek innym typem pamięci flash;
mniej błędów odczytu i zapisu;
może pracować w szerszym zakresie temperatur.

Wady SLC:

wysoka cena w porównaniu do innych dysków SSD;
stosunkowo niewielka ilość pamięci.

Typ pamięci eMLC

eMLC to pamięć flash zoptymalizowana dla sektora przedsiębiorstw. Charakteryzuje się lepszą wydajnością i trwałością. Liczba przeróbek waha się od 20 000 do 30 000. eMLC można postrzegać jako tańszą alternatywę dla SLC, która zapożycza niektóre zalety od swojego konkurenta.

Zalety eMLC:

znacznie tańszy niż SLC;
wyższą wydajność i wytrzymałość niż konwencjonalne MLC NAND.

Wady eMLC:

przegrywa z SLC pod względem wydajności;
nie nadaje się do użytku domowego.

Pamięć Flash MLC do dysku SSD

Pamięć Multi Level Cell bierze swoją nazwę od zdolności do przechowywania 2 bitów danych w jednej komórce. Dużą zaletą jest więcej niska cena w porównaniu do SLC. Niższy koszt z reguły staje się kluczem do popularności produktu. Problem polega na tym, że liczba możliwych nadpisań jednej komórki jest znacznie mniejsza w porównaniu do SLC.

Zalety MLC NAND:

stosunkowo niska cena, przeznaczona dla masowego konsumenta;
większa niezawodność w porównaniu z TLC.

Wady MLC NAND:

mniej niezawodne i trwałe niż SLC lub eMLC;
nie nadaje się do użytku komercyjnego.

pamięć TLC

Triple Level Cell to najtańsza forma pamięci flash. Jego największą wadą jest to, że nadaje się tylko do użytku domowego i jest przeciwwskazany do użytku w działalności biznesowej lub przemysłowej. Cykl życia komórki to 3000-5000 nadpisań.

Zalety TLC 3D:

najtańszy dysk SSD dostępny na rynku;
w stanie zaspokoić potrzeby większości użytkowników.

Wady TLC 3D:

najkrótsza oczekiwana długość życia w porównaniu z innymi typami;
nie nadaje się do użytku komercyjnego.

Trwałość SSD

Jak wszystkie dobre rzeczy na tym świecie, dysk SSD nie może trwać wiecznie. Jak wspomniano wyżej, koło życia dysk półprzewodnikowy zależy bezpośrednio od tego, jakiego rodzaju pamięci 3D NAND używa. Wielu użytkowników martwi się, jak długo mogą działać tańsze rodzaje dysków. W porównaniu do MLC i TLC pamięć SLC jest trwalsza, ale kosztuje więcej. Niezależne zespoły entuzjastów przetestowały niedrogie dyski SSD klasy konsumenckiej, z których większość to MLC, a tylko 1 używał 3D NAND TLC. Wyniki były obiecujące. Przed awarią większość z tych urządzeń potrafiła przepuścić przez siebie 700 TB informacji, a 2 z nich nawet 1 PB. To naprawdę ogromna ilość danych.

Możemy bezpiecznie odrzucić wszelkie obawy, że dysk SSD zawiedzie krótki czas. Jeśli używasz MLC lub TLC 3D V-NAND do codziennego użytku, takiego jak przechowywanie muzyki, zdjęć, oprogramowanie, dokumenty osobiste i gry wideo, możesz być pewien, że pamięć przetrwa kilka lat. W domu nie da się obciążyć komputera tak, jak robią to serwery korporacyjne. Dla tych, którzy martwią się o żywotność swojej pamięci, funkcje takie jak Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.) mogą pomóc w śledzeniu stanu dysku SSD.

Wybór odpowiedniego dysku SSD

W rzeczywistości różnica między dyskami komercyjnymi i konsumenckimi jest tak ogromna, że trudno to pojąć. Zespoły programistów zaczęły produkować drogie dyski SSD, aby sprostać wyższym wymaganiom działań związanych z zaawansowanymi technologiami, nauką i rozwojem wojskowym, które wymagają ciągłego przetwarzania informacji.

Serwery w dużych przedsiębiorstwach są dobrym przykładem wykorzystania drogich dysków flash, ponieważ działają 24 godziny na dobę, 5-7 dni w tygodniu. Dlatego potrzebują długich, szybkich czasów odczytu/zapisu i zwiększonej niezawodności. Dyski konsumenckie to uproszczone wersje dysków komercyjnych. Brakuje im pewnych funkcji, ale oferują więcej miejsca. Ponadto na świecie panuje przyjemna tendencja do zwiększania wydajności tanich NAND i obniżania ich kosztów.

Jaki rodzaj pamięci masowej wybrać? SLC czy MLC i TLC? Można stwierdzić, że pamięć SLC lub eMLC po prostu nie jest potrzebna do normalnego, codziennego użytku, więc nie ma sensu wydawać na nią okrągłej sumy. Jeśli wybierzesz typ pamięci NAND z TLC lub MLC, wszystko będzie zależeć od twoich możliwości finansowych.

TLC NAND to najbardziej budżetowa pamięć, która może zaspokoić potrzeby większości konsumentów. Pamięci MLC można uznać za bardziej zaawansowaną wersję pamięci NAND dla osób, które są gotowe sporo zainwestować w swój komputer osobisty. Nadaje się również dla tych, którzy planują przechowywać swoje dane przez wiele lat. Jeśli na monitorze pojawił się komunikat „NAND Flash nie wykryto”, oznacza to, że pamięć najprawdopodobniej wyczerpała swoje zasoby i uległa awarii.

Geneza pamięci NAND opierała się na pamięci flash, która pojawiła się znacznie wcześniej, stosowanej w dyskach półprzewodnikowych o wyraźnie mniejszej szybkości, trwałości i większej powierzchni chipa niż pamięć NAND. Pamięć flash została wynaleziona przez Fujio Masuokę w 1984 roku podczas pracy dla firmy Toshiba. Po zaprezentowaniu projektu Fujio Masuoki na IEEE 1984 (International Electron Devices Meeting) w San Francisco w Kalifornii, Intel wypuścił pierwszy komercyjny chip flash typu NOR w 1988 roku. Pojawienie się pamięci flash typu NAND zostało ogłoszone przez firmę Toshiba w 1989 roku na Międzynarodowej Konferencji Obwodów Półprzewodnikowych.

Pamięć flash, rodzaje pamięci NAND

Podstawowa różnica między pamięcią flash polega na tym, że przechowuje ona jeden bit informacji w tablicy tranzystorów z ruchomą bramką, zwanych komórkami. W dyskach SSD stosowane są dwa rodzaje pamięci NAND – SLC i MLC. Jaka jest różnica między typami pamięci SLC i MLC? Urządzenia SLC mają jednopoziomowe komórki, które przechowują tylko jeden bit w każdym tranzystorze, podczas gdy wielopoziomowe MLC mogą przechowywać kilka bitów informacji w każdej komórce. Jest to konsekwencją zastosowania różnych poziomów ładunku elektrycznego na pływającej bramce tranzystora. Zasada kodowania informacji (logiczne 0 lub 1) jest taka sama we wszystkich przypadkach, zostanie przez nas opisana poniżej. Różni się tylko struktura komórki. Głębokość poziomów MLC może dochodzić do 4, czyli przechowywać do 4 bitów informacji, podczas gdy SLC jest prostszą jednostką i przechowuje 1 bit.

Technologia MLC umożliwia znaczne zwiększenie objętości dysku poprzez zwiększenie poziomów, pozostawiając niezmienione jego wymiary fizyczne, co zmniejsza koszt każdego gigabajta. Na to pozytywne cechy ta technologia dobiega końca. Z każdym dodatkowym poziomem zadanie rozpoznawania poziomu sygnału staje się bardziej skomplikowane, nie wspominając już o zmniejszeniu zasobów dysku SSD, wydłuża się czas wyszukiwania adresu komórki i zwiększa się prawdopodobieństwo błędów. Kontrola błędów odbywa się sprzętowo, co w przypadku technologii MLC prowadzi do wzrostu kosztów elektroniki sterującej, a co za tym idzie, zwiększa ostateczny koszt dysku SSD. Masywne dyski SSD na światowym rynku wykorzystują technologię MLC z czteropoziomowym nagrywaniem. W tym przypadku dane są kodowane jako (11), (10), (01), (00). W przypadku SLC komórka jednopoziomowa może przyjmować tylko wartości 0 lub 1.

Rozwiązania z komórkami SLC o tej samej wielkości i cenie wyraźnie przegrywają z MLC pod względem ilości przechowywanych na nich informacji, ale jednocześnie są szybsze i trwalsze. Dlatego producenci muszą stosować więcej chipów przy mniejszej całkowitej pojemności dysku, co ostatecznie zwiększa cenę dysku SLC ponad dwukrotnie w porównaniu z dyskiem MLC o tej samej wielkości.

Mechanizmy zapisu i odczytu pamięci NAND komórki elementarnej

Spróbujmy opisać bardziej szczegółowo działanie tranzystora dla pamięci NAND, którym jest tranzystor polowy z izolowaną bramką lub MOSFET.

Główną cechą tranzystora polowego, która umożliwiła jego wykorzystanie do przechowywania informacji, była zdolność utrzymywania ładunku elektrycznego na „pływającej” bramce przez okres do 10 lat. Sama „pływająca” bramka jest wykonana z krzemu polikrystalicznego i jest całkowicie otoczona warstwą dielektryczną, co zapewnia jej całkowity brak kontaktu elektrycznego z elementami tranzystora. Znajduje się między bramką kontrolną a podłożem złącza p-n. Elektroda kontrolna tranzystora polowego nazywana jest bramką. W tym przypadku przewodnictwo złącze p-n, ze względu na opór elektryczny, jest kontrolowany przez różnicę potencjałów, która tworzy pole elektryczne, wpływając stan p-n przejścia.

Ważnymi elementami tranzystora są również dren i źródło. Aby zmienić bit informacji zapisywany w komórce, napięcie na bramce sterującej wytwarza pole elektryczne i występuje efekt tunelu. Pozwala to niektórym elektronom przejść przez warstwę dielektryczną do pływającej bramki, dostarczając jej ładunek, a tym samym wypełniając komórkę elementarną odrobiną informacji.

Nagromadzony ładunek na pływającej bramce wpływa na przewodnictwo kanału dren-źródło, który jest używany do odczytu.

Taka różnica w mechanizmie zapisu i odczytu wyraźnie wpływa na różny pobór mocy tych trybów. Pamięć NAND zużywa dość duży prąd podczas pisania, a wręcz przeciwnie, podczas czytania zużycie energii jest niewielkie. Aby usunąć informacje, do bramki kontrolnej przykładane jest wysokie napięcie ujemne, a elektrony z bramki pływającej trafiają do źródła. To z takich elementarnych komórek połączonych w strony, bloki i tablice składa się nowoczesny dysk półprzewodnikowy.

Żywotność pamięci NAND

Główną cechą pamięci NAND, pozwalającą na jej zastosowanie w dyskach SSD, była możliwość przechowywania danych bez zewnętrznego źródła zasilania. Technologia ta nakłada jednak ograniczenia na liczbę zmian stanu logicznego komórki, co prowadzi do skończonej liczby cykli przepisywania tej komórki. Wynika to ze stopniowego niszczenia warstwy dielektrycznej. Ten efekt zachodzi znacznie szybciej w przypadku ogniw MLC ze względu na ich niewielką rezerwę na zmianę ładunku bramki pływającej cechy konstrukcyjne. Odczyt komórki wpływa również na jej żywotność, jednak wpływ ten jest znacznie mniejszy niż przy zapisie/kasowaniu, co pozwala uznać cykle odczytu za nieograniczone, a żywotność dysku SSD mierzona jest liczbą możliwych cykli przepisania.

Wszystkie dyski SSD mają część niedostępną dla standardowych operacji zapisu/odczytu. Jest potrzebny jako rezerwa na wypadek zużycia ogniw, analogicznie do dysków magnetycznych HDD, które mają rezerwę na wymianę uszkodzonych bloków. Dodatkowa rezerwa ogniw jest wykorzystywana dynamicznie, a gdy ogniwa podstawowe ulegają fizycznemu zużyciu, dostarczane jest ogniwo zastępcze.

Oto przybliżona tabela porównawcza głównych cech, które wyróżniają działanie dysków SSD z technologią SLC i dysków z ogniwami MLC.

Tabela wyraźnie pokazuje wszystkie zalety i wady tych technologii. Pokazuje wyższość rozwiązań SLC nad MLC, ale nie wskazuje głównego kryterium popularności dysków SSD – ich ceny. Wskazywanie na to nie ma sensu w obliczu szybkiego obniżenia kosztów takich rozwiązań. Powiedzmy tylko, że chociaż dyski MLC są gorsze we wszystkim od SLC, wygrywają ponad dwukrotnie ceną i mogą być bardziej kompaktowe przy tej samej ilości przechowywanych danych.

Struktura dysku SSD: komórka, strona, rozmiar bloku NAND

Po więcej efektywne wykorzystanie elementarnych komórek pamięci, połączono je w tablice o kilkupoziomowej strukturze. Jedna komórka przechowująca jeden (dla SLC) lub z reguły dwa (dla obecnej generacji MLC) bity danych jest połączona w grupę zwaną stroną i zawiera 4 KB danych.

Specjalne algorytmy do pracy z dyskami SSD

Ze względu na ograniczone cykle zapisu / kasowania komórek pamięci flash, twórcy musieli stworzyć odpowiedni algorytm działania dysku SSD, który pozwala na równomierne „zużycie” całej jego przestrzeni dyskowej. Jak już zauważyliśmy, cały wolumin dysku jest podzielony na bloki 512 KB, a one z kolei na strony 4 KB, na których wykonywane są operacje odczytu i zapisu. Ale po zapisaniu informacji na stronie nie można ich nadpisać, dopóki nie zostaną wyczyszczone. Problem polega na tym, że minimalny rozmiar rejestrowanych informacji nie może być mniejszy niż 4 KB, a dane można kasować przynajmniej w blokach po 512 KB. Aby to zrobić, kontroler grupuje i przesyła dane (opiszemy ten algorytm poniżej), aby zwolnić cały blok. Ta operacja prowadzi do wydłużenia czasu reakcji i skrócenia żywotności dysku SSD, ale coś trzeba poświęcić.

Porozmawiajmy o algorytmie zapisu/usuwania.

Po żądaniu zapisu z systemu operacyjnego kontroler mediów określa rozmiar i strukturę informacji. Jeśli jest wystarczająca liczba pustych bloków, przydzielany jest nowy blok, na który dane przesyłane przez system operacyjny są kopiowane do zapisu. Jednak w miarę zapełniania się dysku i zmniejszania się wystarczającej liczby pustych bloków operacja ta staje się znacznie bardziej skomplikowana. Kontroler coraz częściej wyszukuje najbardziej odpowiedni (pod względem liczby wolnych stron), częściowo zajęty blok i przepisuje go na pusty blok, łącząc go z danymi pochodzącymi z systemu operacyjnego do zapisu, który całkowicie go wypełnia. stary blok następnie wyczyszczone. Dzięki temu algorytmowi otrzymujemy jeden całkowicie wypełniony blok i jeden pusty blok, który jest dodawany do grupy pustych bloków dostępnych do zapisu. Kiedy wysyłane jest żądanie zapisu, kontroler używa tylko bloków z tej grupy.

W swoim wyposażeniu kontroler ma zwykle 10 kanałów, w szczególności kontrolery Intel SSD mają taką liczbę kanałów. Cała pula żetonów jest równomiernie przypisana do każdego kanału wymiany danych. Na tym etapie rozwoju technologii SSD układy pamięci współpracujące z pierwszym kanałem nie mogą przecinać się w operacjach z drugim, trzecim i kolejnymi kanałami, ale problem ten może zostać rozwiązany w niedalekiej przyszłości. Całkiem logiczne byłoby użycie „pływających” łączy dla całej pamięci znajdującej się na dysku. Często zachodzi potrzeba napisania kolejki małych danych, wtedy sterownik automatycznie rozdziela cały blok na wszystkie kanały, ale połączenie między komórkami zostaje zachowane, bo ta część danych to jedna jednostka logiczna.

Operacja usuwania danych zależy również bezpośrednio od objętości i lokalizacji usuniętych danych. Jeśli wszystkie informacje są zapisane w jednym bloku lub w grupie bloków, zajmując je całkowicie, wówczas blok / bloki są po prostu czyszczone i oznaczane jako puste i gotowe do późniejszego nagrywania z najwyższą możliwą prędkością. Ale ten idealny przypadek nie zawsze występuje.

W przypadku konieczności usunięcia nie całego bloku, ale kilku zawartych w nim stron, wówczas kontroler kasuje dane logicznie bez ich kasowania, a jedynie oznaczając dane strony jako usunięte. W przyszłości pozostałe informacje zostaną połączone z nową, która przyszła do nagrania i zapisana do pustego bloku, a oryginalny blok, jak już opisano w algorytmie zapisu, zostanie całkowicie usunięty i oznaczony jako pusty.

Dlaczego potrzebujesz przycinania?

Jest to kolejna ważna technologia, która zapewnia bardziej równomierne zużycie dysku SSD i szybszą pracę z danymi dzięki poleceniu TRIM. Pozwala zbudować łańcuch i określić priorytet uwalnianych bloków. Wcześniej ta operacja była przypisana do systemu operacyjnego, ale nowoczesne kontrolery SSD już ją obsługują ta funkcja sprzętu w oprogramowaniu sprzętowym dysku. Czas potrzebny na usunięcie bloków jest wykładniczo związany z wolnym miejscem na dysku. Im mniej informacji i więcej wolnego miejsca, tym szybsze „przycinanie” na dysku SSD. Ponieważ dysk zapełnia się do 75%, funkcja czyszczenia nadal nie jest bardzo wyraźna w stosunku do stanu bezczynności. Ale gdy tylko jest mniej niż 15% wolnego miejsca, „przycinanie” staje się trudne. Naturalnie, część zależności jest całkowicie zdeterminowana rodzajem informacji (statyczna, czyli rzadko przemieszczana i przeważnie tylko do odczytu, lub dynamiczna). Według badań IBM idealne warunki Działanie dysku SSD, gdy jest on zapełniony w mniej niż 75%, a stosunek statycznej i dynamicznej części informacji wynosi 3 do 1.

TRIM jest integralną częścią nowoczesnych dysków SSD. Zapewnia wzrost wydajności, gdy dyski są wypełnione danymi w więcej niż 2/3, dzięki odpowiedniemu sortowaniu bloków i przygotowaniu ich do zapisu. Pozwala to zmniejszyć różnicę w szybkości nowego i już w 75% pełnego dysku do 2-3%.

Nie zapomnij o tym domyślnie system operacyjny jest skonfigurowany do pracy ze zwykłym dyskiem HDD, co oznacza, że użytkownik musi definitywnie wyłączyć „stare” mechanizmy zwiększania prędkości dysku magnetycznego, a także algorytmy defragmentacji. Ponadto ważne jest, aby zadbać o niepełne wykorzystanie całej przestrzeni dysku SSD.

Do czego służy pamięć podręczna bufora na dyskach SSD?

Bufor pamięci podręcznej na dyskach SSD nie jest używany do przyspieszenia procedury zapisu / odczytu, jak to ma miejsce w przypadku dysków HDD. Jego objętość nie jest nawet wskazana w Specyfikacja techniczna główni producenci dysków SSD. Nie można jej uznać za zwykłą pamięć podręczną, tak jak ją zwykliśmy rozumieć. Pamięć podręczna na dyskach SSD jest wykorzystywana dynamicznie do przechowywania tablic alokacji i zajętości komórek dyskowych. Równolegle może przechowywać tymczasowe informacje z wymazanych komórek, jeśli na dysku nie ma wystarczającej ilości wolnego miejsca. Tabele są trójwymiarową macierzą i są głównym pomocnikiem kontrolera SSD. Na podstawie tych danych dysk podejmuje decyzje o wymazaniu dodatkowych komórek. Przechowuje również informacje o częstotliwości i intensywności wykorzystania każdego dostępnego bloku na dysku. Dodatkowo zapisywane są tu adresy „miejsc”, których zapis jest niemożliwy ze względu na fizyczne zużycie.

kontroler dysku SSD

Bardzo ważnym i ciągle udoskonalanym elementem dysku SSD jest jego kontroler. Głównym zadaniem kontrolera jest zapewnienie operacji odczytu i zapisu, jednak ze względu na masę cech fizycznych dysku SSD, kontroler odpowiada również za zarządzanie strukturą układu danych. W oparciu o macierz rozmieszczenia bloków, w których komórkach zapisano, aw których jeszcze nie zapisano, kontroler optymalizuje prędkość zapisu i maksymalizuje żywotność dysku SSD. Ze względu na specyfikę budowy pamięci NAND niemożliwa jest praca z każdą komórką z osobna. Jak powiedzieliśmy powyżej, są one łączone w strony o wielkości 4 KB każda i można pisać informacje tylko wtedy, gdy strona jest całkowicie zajęta. Możesz usuwać dane w blokach, które są równe 512 KB. Wszystkie te ograniczenia nakładają pewne obowiązki na prawidłowy inteligentny algorytm sterownika. Dlatego odpowiednio skonfigurowany i zoptymalizowany kontroler może znacząco zmienić zarówno wydajność prędkości, jak i trwałość dysku SSD.

Wyniki

W tej chwili jest jeszcze za wcześnie, aby mówić o całkowitym zwycięstwie dysków SSD nad dyskami magnetycznymi. Biorąc pod uwagę rozmiar i szybkość dysku SSD w porównaniu z tradycyjnymi dyskami twardymi, głównym czynnikiem zniechęcającym do przejścia na dyski SSD jest nadal ich cena. Wielokrotna analiza ostatnie lata pokazał niechęć producentów do obniżenia ceny pamięci NAND. Tylko w ostatnim półroczu można zaobserwować lekką tendencję spadkową cen dysków SSD, co najprawdopodobniej jest spowodowane spadkiem popytu konsumpcyjnego, który jest spowodowany światowym kryzysem. Dyski półprzewodnikowe prezentowane są w szerokim asortymencie na światowym rynku od kilku lat, ale nawet tak znaczący okres dla technologii cyfrowych nie mógł wpłynąć na ich konkurencyjność pod względem „ceny za GB przechowywanych informacji” w stosunku do dysków magnetycznych. Gęstość zapisu na dysk magnetyczny stale rośnie, co przyczynia się do wypuszczania na rynek coraz to bardziej pojemnych modeli (obecnie powszechnie dostępne są dyski 2 TB). Taki rozkład rynku może zmusić kupującego do preferowania dysku SSD tylko w przypadku pilnej potrzeby szybkości odczytu lub odporności na wibracje/wstrząsy, ale większość informacji nadal będzie przechowywana na klasycznych dyskach twardych.

Zalety i wady dysków SSD w porównaniu z dyskami magnetycznymi HDD:

Zalety:

znacznie większa prędkość czytania;
całkowity brak hałasu;
niezawodność dzięki brakowi ruchomych części;
niskie zużycie energii;
wysoka odporność na wibracje.

Wady:

wysoki koszt w przeliczeniu na GB przechowywanych informacji;
ograniczona liczba cykli zapisu i kasowania danych.

Artykuł przeczytany 11417 razy

Subskrybuj nasze kanały

Wydajność i żywotność dysku SSD zależy przede wszystkim od pamięci flash NAND i kontrolera z oprogramowaniem układowym. Są to główne składniki ceny dysku i logiczne jest zwracanie uwagi na te elementy przy zakupie. Dzisiaj porozmawiamy o NAND.

Jeśli chcesz, możesz znaleźć subtelności procesu technologicznego do produkcji pamięci flash na stronach specjalizujących się w recenzjach dysków SSD. Mój artykuł skierowany jest do szerszego grona czytelników i ma dwa cele:

Podnieś zasłonę nad niejasnymi specyfikacjami publikowanymi na stronach internetowych producentów i sklepów SSD.
Wyeliminuj pytania, które możesz mieć podczas nauki specyfikacje pamięć różnych dysków i czytanie recenzji pisanych dla „żelaznych” maniaków.

Najpierw zilustruję problem zdjęciami.

Co jest wskazane w charakterystyce dysku SSD

Specyfikacje NAND publikowane na oficjalnych stronach producentów oraz w sieciach handlowych nie zawsze zawierają szczegółowe informacje. Co więcej, terminologia jest bardzo różna, a ja zebrałem dla ciebie dane na pięciu różnych dyskach.

Czy to zdjęcie coś ci mówi?

Ok, powiedzmy, że Yandex.Market nie jest najbardziej wiarygodnym źródłem informacji. Przejdźmy do stron producentów – czy stało się to łatwiejsze?

Może to rozjaśni sprawę?

A jeśli tak?

A może nadal jest lepiej?

Tymczasem wszystkie te dyski mają zainstalowaną tę samą pamięć! Trudno w to uwierzyć, zwłaszcza patrząc na dwa ostatnie zdjęcia, prawda? Przeczytawszy wpis do końca, nie tylko się o tym przekonasz, ale przeczytasz też takie cechy jak otwarta księga.

Producenci pamięci NAND

Producentów pamięci flash jest znacznie mniej niż firm sprzedających dyski SSD pod własnymi markami. Większość dysków ma teraz pamięć z:

Intel/Mikron
Hyniks
SAMSUNG
Toshiba/SanDisk

Intel i Micron nie bez powodu zajmują to samo miejsce na liście. Produkują NAND na tych samych technologiach w ramach joint venture IMFT.

W czołowej fabryce w amerykańskim stanie Utah ta sama pamięć jest produkowana pod markami tych dwóch firm w niemal równych proporcjach. Z fabryki w Singapurze, która jest teraz kontrolowana przez Micron, pamięć może również pochodzić pod marką swojej spółki zależnej SpecTek.

Wszyscy producenci dysków SSD kupują NAND od firm wymienionych powyżej, więc różne dyski mogą mieć praktycznie tę samą pamięć, nawet jeśli ich marka jest inna.

Wydawałoby się, że w tej sytuacji z pamięcią wszystko powinno być proste. Istnieje jednak kilka typów NAND, które z kolei są podzielone według różnych parametrów, wprowadzając zamieszanie.

Typy pamięci NAND: SLC, MLC i TLC

Jest trzecia różne rodzaje NAND, główną różnicą technologiczną między nimi jest liczba bitów przechowywanych w komórce pamięci.

SLC jest najstarszą z trzech technologii i trudno znaleźć nowoczesny dysk SSD z tą pamięcią NAND. Większość dysków ma teraz na pokładzie MLC, a TLC to nowe słowo na rynku pamięci SSD.

Ogólnie rzecz biorąc, TLC od dawna jest używany w dyskach flash USB, w których wytrzymałość pamięci nie ma wartość praktyczna. Nowy procesy technologiczne pozwalają obniżyć koszt gigabajta TLC NAND dla SSD, zapewniając akceptowalną wydajność i żywotność, co logicznie interesuje wszystkich producentów.

Co ciekawe, podczas gdy opinia publiczna jest zaniepokojona ograniczoną liczbą cykli zapisu SSD, w miarę rozwoju technologii NAND parametr ten tylko maleje!

Jak określić konkretny typ pamięci w dysku SSD

Niezależnie od tego, czy właśnie kupiłeś dysk SSD, czy planujesz go kupić, po przeczytaniu tego postu możesz mieć pytanie postawione w podtytule.

Żaden program nie pokazuje typu pamięci. Informacje te można znaleźć w recenzjach dysków, ale istnieje krótsza droga, zwłaszcza gdy trzeba porównać kilka kandydatów do zakupu.

Na wyspecjalizowanych stronach można znaleźć bazy danych SSD, a oto przykład.

Specyfikacje pamięci moich dysków znalazłem tam bez problemu, z wyjątkiem SanDisk P4 (mSATA) zainstalowanego w tablecie.

Który dysk SSD ma najlepszą pamięć

Najpierw przejrzyjmy główne punkty artykułu:

Producentów NAND można policzyć na palcach jednej ręki
nowoczesne dyski półprzewodnikowe wykorzystują dwa rodzaje NAND: MLC i TLC, co dopiero nabiera rozpędu
MLC NAND różni się interfejsami: ONFi (Intel, Micron) i Toggle Mode (Samsung, Toshiba)
ONFi MLC NAND dzieli się na asynchroniczne (tańsze i wolniejsze) oraz synchroniczne (droższe i szybsze)
Producenci dysków SSD wykorzystują pamięci o różnych interfejsach i typach, tworząc różnorodne kolejka na dowolny portfel
oficjalne specyfikacje rzadko zawierają konkretne informacje, ale bazy danych SSD pozwalają dokładnie określić typ NAND

Oczywiście w takim zoo nie może być jednoznacznej odpowiedzi na pytanie postawione w podtytule. Niezależnie od marki dysku, NAND jest zgodny z deklarowaną specyfikacją, inaczej nie ma sensu kupować go przez producentów OEM (dają gwarancję na dyski SSD).

Jednak… wyobraź sobie, że lato zadowoliło Cię niespotykanymi w kraju zbiorami truskawek!

Wszystko jest soczyste i słodkie, ale po prostu nie możesz jeść tak dużo, więc postanawiasz sprzedać część zebranych jagód.

Czy najlepsze truskawki zatrzymasz dla siebie, czy wystawisz je na sprzedaż? :)

Można założyć, że producenci NAND instalują w swoich dyskach najlepsze pamięci. Biorąc pod uwagę ograniczoną liczbę firm NAND, lista producentów dysków SSD jest jeszcze krótsza:

Crucial (oddział firmy Micron)
Intel
SAMSUNG

Ponownie, jest to tylko przypuszczenie, niepoparte wiarygodnymi faktami. Ale czy postąpiłbyś inaczej na miejscu tych firm?