Типи та види SSD дисків

  Твердотільний накопичувач або ССД диск — це новий, більш сучасний в порівнянні з механічними аналогами, пристрій для зберігання інформації. За рахунок швидкого зчитування-запису даних і стійкості до фізичних і магнітних пошкоджень, рішення купити SSD диск для ПК або ноутбука стане відмінним варіантом для апгрейда комп'ютера.

  Щоб допомогти нам легше розібратися в тому, які типи SSD дисків можуть бути, які види підключення до материнської плати, а також які чіпи пам'яті для ССД краще і що впливає на вартість накопичувача - ми розділили статтю на кілька категорій.

Ось основні теми, які ми розглянемо в цій статті:

• Види SSD для комп'ютерів — форм-фактори дисків
• Типи підключення SSD дисків — інтерфейси
• Тип осередків пам'яті SSD — типи пам'яті ССД
• Фактори що впливають на вартість і вибір SSD-накопичувача

Переваги SSD-накопичувачів

  Накопичувачі SSD неспроста стали популярні, поступово витісняючи класичні рішення. У них великий набір якостей, які забезпечують швидкість і надійність роботи. Тому попит на них постійно зростає.  

• Швидкість. Жорсткий (магнітний) HDD диск набагато повільніше в роботі. Саме цей показник робить покупку SSD найбільш привабливою.
• Низький рівень шуму через відсутність рухомих механічних елементів.
• SSD накопичувачі менше гріються при роботі, дозволяючи тим самим економити ресурси системи охолодження.
• Міцність. Вібро-і ударостійкість цих дисків набагато вище. Практично не схильні до механічних пошкоджень.
• Не так сприйнятливі до електромагнітних полів.
• Невеликі розмір і вага. Є не першочерговим фактором при покупці, але в разі вибору диска для ноутбука — приємний бонус.
• Низький рівень споживання енергії. Ще один плюс при виборі ssd для апгрейда ноутбука. Навіть якщо лаптоп не новий, час роботи від батареї помітно збільшиться.

Види SSD для комп'ютерів — форм-фактори дисків

  Форм-фактор або типорозмір — це набір певних стандартів, яких необхідно дотримуватися при виробництві комп'ютерного (і не тільки) «заліза». Довжина-ширина-висота і форма компонентів, розташування кріпильних отворів і елементів повинні бути уніфіковані, інакше добірка комплектуючих перетвориться в досить трудомістке завдання. На сьогоднішній день існує чотири найбільш поширених форм-фактора SSD, а також кілька більш рідкісних типів (U.2, DDR-T, EDSFF, NF1), задіяних в комерційному сегменті або тільки знаходяться в розробці.

1. SATA SSD диск розміром 2.5 дюйма – класичний «ноутбучний», що підходить як для використання в стаціонарних ПК, так і для лаптопів. Підключаються по стандартному інтерфейсу SATA III або через спеціальний CD-ROM адаптер -перехіднік для ноутбука. Від аналогічного HDD зовні відрізняється тільки гладким корпусом і меншою масою.

   

2. SSD M.2. Невелика друкована плата з чіпами (іноді укомплектована радіаторами від виробника), трохи нагадує за своєю формою планку оперативної пам'яті. Встановлюється у відповідний роз'єм на материнській платі (коли він передбачений); в разі ж, якщо в комп'ютері не має роз'єму, можливо підключити SSD M.2 за допомогою спеціальних перехідників на місце для звичайного 2.5-дюйового диска або в роз'єм PCI-Express. В рамках даного форм-фактора є ще додатковий поділ:

   

   • За габаритними розмірами. Ширина стандартна, 22 мм, а довжина, як правило, приймає значення 80, 60 або 42 мм. Визначити розміри М2 ССД диска можна за маркуванням — 2280 (ширина — 22, довжина — 80), 2260 або 2242. Допустимі, але не так поширені варіанти в 110, 38, 30, 26 і 16 мм; іноді зустрічаються універсальні накопичувачі 80мм, які можна самостійно підігнати до 60 або 42 мм (всі життєво важливі елементи на них розміщені в межах перших 42 мм).

     

   • За формою ключа — розташування вирізу на смузі контактів (залежить від інтерфейсу підключення). Існують три різновиди ключів — B (SATA і PCI-E x2), M (PCI-E x4 і SATA), M + B (універсальний ключ під обидва роз'єми, обмежений при цьому по швидкості значенням PCI-E x2).

     

3. mSATA SSD (mini-SATA). Відмирає варіант, витіснений більш успішним M.2. Відрізняється відсутністю корпусу і скромним розміром в 1,8 дюйма, що робило свого часу особливо привабливим вибір SSD mSATA диска для ноутбука, і особливо — ультрабуків. До материнської плати підключається через спеціальний роз'єм mSATA, присутній на деяких десктопних і ноутбучних платах. За швидкістю роботи mSATA відповідає SATA III.

   

4. PCI-E SSD. Встановлюються тільки в стаціонарних комп'ютерах в роз'єм PCI-Express, можуть бути укомплектовані радіаторами для охолодження. За розміром зустрічаються стандартного FHFL (Full-Height Full-Length — 120 мм по висоті, 312 мм в довжину), половинного FHHL і мінімального HHHL (Half-Height Half-Length 79.2 мм х 175.26 мм) профілів. Залежно від накопичувача працюють з інтерфейсами PCI-Express x2, x4 або x8.

   

Типи підключення SSD дисків — інтерфейси

  Інтерфейс підключення визначає швидкість роботи SSD. Варто врахувати, що тут в рівній мірі все залежить як від самого накопичувача, так від параметрів материнської плати і обраної схеми підключення (підключення в «приписаний» роз'єм або через перехідник, замість приводу ноутбука в спеціальну кишеню-адаптер та ін.). Тобто швидкість обміну даними буде визначатися швидкістю найслабшої ланки. Проте, навіть для старого ПК покупка ССД може значно поліпшити його роботу.

1. SATA III. Третя версія стандарту SATA, сумісна з двома попередніми (тобто ви спокійно можете підключити SSD накопичувач SATA III до материнських плат з роз'ємами SATA I або SATA II, він буде працювати, хоча і зі швидкостями найслабшого елементу). Це найдешевший інтерфейс, який має найкращу апаратну сумісність. Пропускна здатність — 6 Гбіт / с, але так як при передачі даних кожен байт даних супроводжується двома бітами службової інформації, реальна пропускна здатність — приблизно 4.8 Гбіт/с або 550-600 Мбайт/с. Однак, для більшості домашніх і офісних ПК інтерфейсу SATA буде цілком достатньо.

   

2. SATA-Express. Інтерфейс був розроблений на зміну SATA, але по факту — програв еволюційну гонку накопичувачів М2, і зараз майже не зустрічається. Підключення відбувається з використанням двох ліній PCI-Express і двох портів SATA III, що дозволяє досягти максимальної пропускної спроможності близько 10 Гбіт / с. Для материнської плати і накопичувачів використовуються спеціальні роз'єм і кабель.

   

   До одного гнізда SATA-Express на материнській платі можна також підключити два звичайних диска SATA.
3. PCI-E. Використовує обмін даними через шину PCI-Express, можливості якої значно перевершують шину SATA. У 2017 році з'явилася четверта версія інтерфейсу — PCI-E 4.0, в 2019 — затвердили остаточну специфікацію PCI-E 5.0. Крім самого покоління PCI-Express, слід враховувати, що пристрої, що задіюють шину PCI-E, працюють на 1, 4, 8 або 16 смугах (або лініях), що позначається як x1, x2, x4, x8 або x16. Таким чином, якщо взяти для прикладу PCI-Express 3.0 (ефективна швидкість передачі даних 985 Мбайт/с по одній лінії в кожному напрямку), то PCI-Express 3.0 з чотирма лініями (PCI-E 3.0 x4) покаже 3.94 Гбайт/с.

    

   	Пропускна здатність PCI-E, Гбайт/с
   	x1	x2	x4	x8	x16
   PCI-Express 1.0	0.25	0.5	1	2	4
   PCI-Express 2.0	0.5	1	2	4	8
   PCI-Express 3.0	0.98	0.97	3.94	7.88	15.75
   PCI-Express 4.0	1.97	3.94	7.88	15.75	31.51

    

   Основна частина представлених зараз в призначеному для користувача сегменті SSD, що підключаються по інтерфейсу PCI-E, відноситься до PCI-E 3.0 x4. Вибір PCI-E 4.0 x4 поки не дуже великий. Це обумовлено тим, що до недавнього часу був розроблений усього один контролер для SSD з підтримкою PCI-E 4.0 — Phison PS5016-E16. Однак, до осені 2020 року до нього додалися три рішення від Silicon Motion - SM2264, SM2267, SM2267XT, новий контролер Elpis виробництва Samsung, ще дві розробки Phison - PS5018-E18 і PS5019-E19T, і контролери 88SS1321, 88SS1322 і 88SS1323 компанії Marvell. Крім цього, підтримка нового інтерфейсу PCI-E 4.0 (раніше реалізована тільки в частині процесорів компанії AMD), нарешті з'являється і для Intel - в серії процесорів Intel Rocket Lake-S. Так що в найближчому майбутньому ринок очікує збільшення кількості накопичувачів з інтерфейсом 4 покоління.
4. SAS. Інтерфейс призначений для високопродуктивних накопичувачів корпоративного класу (серверних SSD), в призначеному для користувача сегменті не зустрічається. Пропускна здатність до 12 Гбіт/с.

Тип осередків пам'яті SSD — типи пам'яті ССД

  NAND SSD

  Основна частина представлених на ринку SSD накопичувачів заснована на незалежній пам'яті з назвою NAND. На поточний момент існує чотири типи її осередків — SLC, MLC, TLC і QLC. Назва, ціна, швидкісні характеристики, надійність і довговічність чипів залежать від того, скільки бітів інформації (від одного — single до чотирьох, quad) можна записати в одну клітинку. З 2019 року планується розробка PLC-чіпів (п'ять бітів на осередок), про відповідні наміри заявили кілька великих корпорацій, включаючи Intel. Чим більше бітів в осередку — тим бюджетні накопичувач, нижче швидкість його роботи і менше заявлений ресурс довговічності. SSD на SLC-чіпах найдорожчі, швидкі і надійні; Зараз їх неможливо зустріти в призначеному для користувача сегменті.

  Вивчаючи чіпи пам'яті, користувач також може зіткнутися з термінами V-NAND або 3D-NAND. Вони стосуються технології розміщення елементів пам'яті на чіпах в кілька шарів (на відміну від попереднього покоління, планарних, або 2D-NAND чіпів). Самі осередки при цьому точно так само можуть бути MLC, TLC або QLC; технологія 3D при цьому, за словами виробників, зменшує вартість і підвищує надійність — аж до того, що в багатьох рекомендаціях по вибору SSD 3D-NAND TLC чіпи займають більш високе місце в рейтингу в порівнянні з планарними MLC.

  3D XPOINT SSD

  Принципово нова технологічна розробка компаній Micron і Intel, яка не належить до NAND-пам'яті і відрізняється високою швидкістю роботи і великим числом циклів перезапису (довговічністю). Зустрічаються ці чіпи тільки в серії Intel Optane.

Вартість таких накопичувачів досить висока, при цьому є безліч технічних обмежень на процесор, чіпсет (тільки Intel від 200 серії і вище), ОС (виключно 64-бітна Windows10), БІОС і ін.

  RAM SSD

  Дорога і досить своєрідна розробка 2005-2008 років, заснована на планках оперативної пам'яті. Нині залишилася тільки у вигляді історичного факту.

Фактори, що впливають на вартість і вибір SSD-накопичувача

• Інтерфейс підключення. ССД з PCI-Express буде коштувати дорожче диска SATA.
• Виробник. Зрозуміло, при виборі таких важливих комплектуючих багато хто воліє бренди першої лінійки, як гарантію якості виробу. Kingston, Transcend, Western Digital, Samsung, Intel. Однак, ні для кого не секрет, що «націнка за бренд» може становити до 50% вартості аналогів від менш іменитих виробників. У такій ситуації вибір якісного «середнячка» серед брендів, наприклад, тайванського AITC або китайських DM, може виявитися розумним компромісом між економією і бажанням більшого.
• Тип чіпів. MLC пам'ять дорожче, ніж TLC. TLC дорожче, ніж QLC. Який тип пам'яті SSD краще? Залежить від вашого комп'ютера, бюджету та цільового використання. Для системного диска і професійної роботи покупцеві має сенс зробити вибір між MLC і TLC чіпами. Купуючи другий ємний SSD в якості додаткового файлового сховища, можна розглянути варіанти на QLC або TLC чіпах.
• Контролер ССД накопичувача. Мікросхема, яка управляє роботою диска, організовує обмін даними по шині, записом і читанням інформації, перевіряє стан осередків пам'яті і займається їх обслуговуванням.

  

  Від того, якими функціями володіє контролер, наскільки ефективно і швидко він виконує свою роботу, чи добре написана для нього програма, залежить ціна самого контролера, а також вартість, якість, швидкість і надійність накопичувача в цілому.
• Буфер обміну накопичувача (DRAM-буфер, DRAM-кеш). Буфер заснований на мікросхемах DDR3 або DDR4 (в ранніх моделях — DDR2), і використовується для зберігання таблиці з адресами даних в осередках пам'яті. Розміри буфера прямо пропорційні обсягу SSD, і розраховуються як 1 Мбайт кешу на 1 Гбайт обсягу накопичувача, тобто для SSD в 120 Гбайт буде потрібно 120 Мбайт кеша. Його наявність збільшує як швидкість роботи накопичувача, так і, відповідно, його ціну.
• SLC-кеш і його розміри (не плутати з DRAM-кешем). Дозволяє значно прискорити роботу дисків на TLC і QLC чіпах. При використанні технології SLC-кешування в кожну з комірок кеша (фізично що є MLC, TLC або QLC) спочатку записують тільки по одному біту інформації. У такому режимі ці осередки пам'яті можуть записувати дані зі швидкістю, що наближається до швидкості справжніх SLC-чипів. Як правило, цю величину виробники зазвичай і заявляють в якості максимальної швидкості запису. Потім контролер ущільнює інформацію в осередках до 2 (MLC), 3 (TLC) або 4 (QLC) бітів. Але як тільки SLC-кеш заповнюється, швидкість запису різко падає, що помітно при копіюванні об'ємних файлів. Залежно від контролера під SLC-кеш може виділятися невеликий фіксований простір в прихованій області диска (приблизно 2 Гбайт на кожні 250 Гбайт обсягу) або створюватися динамічний кеш, який використовує вільний простір на SSD. На деяких бюджетних SSD SLC-кеш взагалі відсутня.
• Наявність захисту від збоїв живлення (power loss protection, PLP). Буває реалізована апаратним шляхом, за допомогою вбудованих конденсаторів живлення. Або програмним шляхом, через вбудоване програмне забезпечення накопичувача, шляхом відновлення таблиць розміщення даних. У користувацьких накопичувачах захист по живленню зазвичай відсутній.
• Обсяг накопичувача.

• Не варто забивати накопичувач файлами «під зав'язку», краще залишити 10-20% не розміченого або незайнятого простору, яке буде використовуватися контролером як резервна область, необхідна для вирівнювання зносу, збору сміття і заміни поламаних блоків пам'яті . Спочатку така область вже закладена виробником, займаючи близько 7% обсягу (саме тому, наприклад, ви можете виявити, що диск об'ємом в 240 GB відображається в ОС як 223 GB, а 120 GB — 111). Збільшення її за рахунок незайнятого простору прискорить роботу і продовжить термін служби SSD.

  Таким чином, можна переконатися, що купити твердотільні накопичувачі SSD в Києві більш краще класичних HDD. Єдине, що може викликати сумніви у потенційного покупця — більш високі ціни, однак, навіть у бюджетному сегменті знайдуться відмінні варіанти ССД дисків для домашніх і офісних десктопів і ноутбуків.