10 практических советов обладателям SSD

Восстановление информации в Бишкеке | Data Recovery Bishkek
Один из первых PCIe SSD

Твердотельные диски (SSD) прочно вошли в нашу жизнь, их можно встретить практически в любых вычислительных устройствах: игровых приставках, персональных компьютерах (особенно широкое распространение SSD получили в ноутбуках), смартфонах, переносных дисках и т.п. Однако, не смотря на это, пользователи зачастую не придают значения тому, что вместо жесткого диска у них стоит твердотельный, не учитывают этого при эксплуатации и благодаря этому теряют как в производительности, так и в сроке жизни устройства.

Не секрет, что твердотельный диск — устройство, для которого производителем установлен конечный ресурс (количество циклов записи в ячейку памяти). Для разных устройств это значение различно и зависит от типа и производителя NAND-микросхем, установленных на SSD. Скажем лишь, что оно относительно невелико — для некоторых типов современной QLC-памяти оно составляет 3000 циклов на ячейку памяти, а иногда даже и меньше. Согласитесь, это очень немного, особенно в случае активного использования диска. Поэтому производители идут на разного рода ухищрения для того, чтобы увеличить этот ресурс: устанавливают в накопителе огромные объемы запасных ячеек памяти, хитрые алгоритмы их заполнения и использования, активно используют функции TRIM, переноса и оптимизации данных, и т.п. Но как бы они не старались, то, как используется твердотельный диск, в конечном счете и определяет его срок службы и производительность.

Ниже я дам 10 советов о том, как продлить срок службы вашего SSD, используя его на возможном максимуме производительности.

Восстановление информации в Бишкеке | Data Recovery Bishkek
SSD Micron

1. Не заполняйте SSD полностью

Для того, чтобы твердотельный накопитель мог отрабатывать свои алгоритмы увеличения срока службы, не рекомендуется заполнять SSD более чем на 75%; идеальным же является соотношение заполненного места к незаполненному 50/50. Почему так? Твердотельный диск только номинально (для операционной системы) имеет традиционный размер сектора, кратный 512 байт. Физически размер ячеек памяти сильно отличается от этой величины, и не только кратностью, но и наличием дополнительных областей, предназначенных для служебной информации и данных для коррекции битовых ошибок. По этой причине ячейки памяти SSD часто заполнены не полностью, и накопитель осуществляет внутренний перенос данных для освобождения частично заполненных ячеек для увеличения их ресурса.

2. Дефрагментация больше не нужна

Дефрагментация данных была придумана для того, чтобы уменьшить время доступа к файлу на жестких дисках. Для того, чтобы прочитать файл, записанный в разных местах диска фрагментами, в случае с жестким диском требуется несколько последовательных операций позиционирования головок (поиск информации о фрагментах файла в файловых таблицах; обращение к первому фрагменту; обращение ко второму фрагменту; и так до конца файла). При этом чем больше фрагментов, из которых состоит файл, тем больше будет время его чтения. В случае с твердотельными дисками операций позиционирования нет, диск с одинаковой скоростью читает данные из любого места диска, поэтому дефрагментация утрачивает смысл. Кроме того, все SSD самостоятельно производят дефрагментацию на физическом уровне.

Восстановление информации в Бишкеке | Data Recovery Bishkek
Контроллер SSD

3. Выбирайте правильный интерфейс

Твердотельный диск — устройство значительно более производительное, чем традиционный жесткий диск. Однако его производительность может раскрыться только тогда, когда он подключен на производительный интерфейс. Часто бывает так, что пользователь устанавливает быстрый SATA3 твердотельный диск на медленный SATA1 или SATA2 интерфейс и не видит особой разницы между тем, как работал его жесткий диск, и как работает его новый SSD. Поэтому, прежде, чем ставить себе SSD, убедитесь, что производительность интерфейса соответствует производительности твердотельного диска.

4. Не стоит использовать SSD как подключаемое хранилище данных

Как бы это ни звучало абсурдно, но SSD в его нынешнем исполнении — не то устройство, которому следует доверять хранение информации в классическом смысле. Что это значит? Довольно часто пользователи производят резервное копирование на накопитель, подключая его к компьютеру только на время резервного копирования; все остальное время накопитель отключен от ПК и находится где-то на хранении. При использовании жесткого диска проблем не возникает, чего не скажешь о SSD. Во-первых, при нечастом включении питания у твердотельного диска банально начинается процесс стекания заряда; во-вторых, накопитель не использует внутренние алгоритмы увеличения своего ресурса (дефрагментация, TRIM и т.д.), что закономерно приводит к уменьшению ресурса. Как бы странно это ни звучало, но для увеличения ресурса твердотельного диска требуется его держать включенным достаточно продолжительное время.

5. Не устанавливайте SSD для использования в старых операционных системах

Старые операционные системы (Windows XP, Windows Vista, iOS до версии 10.6.6 и т.п.) не имеют поддержки части технологий, используемых в SSD (в частности, TRIM), что заметно уменьшает их производительность и ресурс. Устанавливать SSD следует в тех системах, где имеется их полноценная поддержка.

Восстановление информации в Бишкеке | Data Recovery Bishkek
NAND-микросхемы хранят пользовательские данные

6. Файл подкачки не должен находиться на SSD

Файл подкачки в ОС семейства Windows — участок виртуальной памяти, сохраняемый на диске и используемый в случае нехватки физической оперативной памяти. Как правило, в этом файле находится то, что система использует наиболее часто, но при этом по каким-то причинам не может загрузить в ОЗУ. Казалось бы, почему нельзя его использовать на SSD? Можно, но при этом будьте готовы к резкому уменьшению ресурса диска по двум причинам: 1) объем файла подкачки достаточно велик и составляет обычно от 1 до 8 Гбайт; 2) данные в файле подкачки переписываются постоянно. Другими словами, операционная система постоянно переписывает определенные LBA-сектора SSD-диска, значительно уменьшая их ресурс. Наша практика показывает, что наиболее часто проблемы SSD начинаются именно с файла подкачки: в области его расположения появляются дефектные сектора (а это означает, что система саморемонта твердотельного диска уже ничего не может сделать с дефектами, появляющимися в результате лавинообразного уменьшения ресурса), что часто является «первой ласточкой» скоропостижной кончины устройства.

7. SSD необходимо охлаждать

Как ни странно, но SSD также нагреваются в процессе работы, как и другие компьютерные компоненты. Некоторые SSD греются довольно ощутимо. Как известно, нагрев не является для твердотельных дисков полезным, поэтому рекомендуется устанавливать их так, чтобы обеспечить максимальный отвод тепла.

8. Следите за обновлениями прошивки вашего SSD

Регулярно просматривайте сайт производителя вашего SSD, если там имеется актуальное обновление прошивки для вашего SSD, скачайте его и обновите прошивку. Очень часто обновление прошивки заметно увеличивает срок службы диска и его производительность, так как в обновлении учитываются обнаруженные в процессе эксплуатации накопителя ошибки и недочеты.

9. Перед обновлением прошивки SSD всегда резервируйте все данные

Обновление прошивки, как сказано выше — важный момент в сохранении ресурса и высокой производительности твердотельного диска. Однако следует учитывать, что при некоторых типах обновления (особенно это касается тех обновлений, которые запускаются в автоматическом режиме с загрузочной флешки) диск будет полностью стерт. При этом все данные с диска будут безвозвратно утеряны. Для того, чтобы такого не происходило, резервируйте данные с SSD перед тем, как обновлять его прошивку.

10. Установите программу для мониторинга состояния SSD от производителя

У всех основных производителей SSD имеется специализированная программа, предназначенная для мониторинга и обслуживания твердотельных накопителей: Intel Solid State Drive Toolbox, Samsung Magician, ADATA SSD Toolbox и др. Найти программу для Вашего SSD достаточно просто: зайдите на сайт производителя и следуйте инструкциям, имеющимся там, либо воспользуйтесь поиском в Интернете.

Что даст вам использование такого ПО? Прежде всего, вы сможете отслеживать состояние вашего SSD в режиме реального времени. Как правило, такие программы имеют систему предупреждения — как только накопитель подойдет к красной черте, программа об этом сообщит, и у вас будет время для резервирования информации. Кроме того, эти программы могут предложить вам необходимое обслуживание твердотельного диска: оптимизацию, обновление прошивки и т.п.

Заключение

Как видите, эксплуатация твердотельных дисков отличается от эксплуатации НЖМД. Если следовать данным выше советам, ваш SSD будет служить вам долго, и будет сохранять высокий уровень производительности.

SSD M.2 на 8 Тб: скоро в продаже

Твердотельные диски большой емкости — дело не сильно удивительное и не сильно используемое (благодаря их чудовищной цене), но все многотерабайтные диски всегда объединяла одна особенность: это диски довольно больших (для SSD, конечно) габаритов.

Типоразмер М.2 отличает строгое следование канону: больше 22 х 110 мм он быть не может. Это тонкая и достаточно короткая линейка текстолита с напаянными на нее элементами. Наиболее «ходовыми» объемами твердотельных дисков М.2 сейчас являются 120, 240 и 480 Гбайт; большие объемы (до 2 Тбайт) тоже встречаются, но стоят существенно дороже своих «жестких» собратьев.

И вот компания Phison, известная тем, что производит контроллеры для NAND-устройств (включая и SSD) продемонстрировала новый экспериментальный твердотельный диск форм-фактора М.2 емкостью аж 8 Тбайт! Это стало возможным благодаря тому, что Phison разработала новый контроллер, физические размеры которого существенно меньше текущих, что позволяет разместить на плате SSD M.2 до 8 чипов NAND-памяти. При использовании памяти QLC объемом 1 Тбайт на чип максимальный объем такого накопителя — 8 Тбайт. Его, собственно, и продемонстрировали.

Конечно, такой накопитель будет стоить весьма немало, и говорить о том, что М.2 устройства такого объема будут массово использоваться в компьютерах в ближайшем будущем, не приходится. Но надо понимать, что это — первая ласточка. Когда-то, много лет тому, экспериментальные образцы жестких дисков емкостью всего лишь 20 Гбайт считались чем-то дико вместительным и прорывным; сейчас флешка в сотовом телефоне у многих пользователей имеет больший объем. Прогресс идет вперед, и этого не остановить.

Безопасное извлечение USB-устройств. Почему и зачем?

Когда вышла из строя USB-флешка, как минимум в половине случаев это связано с тем, что она не была извлечена из компьютера корректно. Почему так происходит? Давайте разберемся.

USB и Plug-and-Play

Один из неоспоримых плюсов USB — легкость его монтирования в операционную систему. Принцип Plug-and-Play (вставил и работай) реализован давно, и для разных устройств, но все же наиболее полно он оказался открыт для USB-устройств. Подключая к компьютеру USB-флешку, смартфон, камеру, мышку или любое другое устройство с этим интерфейсом, мы получаем это устройство работающим практически незамедлительно после подключения. Поддержка устройств USB давно стала общемировым стандартом практически для всех операционных систем.

Современный внешний твердотельный накопитель на базе шины USB 3.1 (тип коннектора USB-C)

Не многие помнят, как это было в Windows 95, Windows 98 и других операционных системах того времени. Для того, чтобы подключить USB-флешку, требовалось сначала установить ее драйвер: или с дискеты, или с CD-ROM. Только после установки драйвера флешка начинала распознаваться в системе и с ней можно было работать. Соответственно, для того, чтобы перенести данные с одного компьютера на другой на этой самой флешке, требовалось нести с собой и диск с драйверами — в противном случае перенос был невозможен.

Скорости USB. Быстрее, выше, сильнее!

Надо ли говорить о том, что скорость работы первых устройств USB, ограниченная интерфейсом USB первого поколения, была весьма и весьма скромной?

Настоящий прорыв наступил с разработкой стандарта USB 2.0 в 2000 году и последовавшим за ним выходом в 2001 году Windows XP. Эта операционная система уже широко поддерживала огромный спектр USB-устройств, для их использования уже не требовалось установки каких-то особых драйверов (лишь в редких случаях, для устройств, для которых Windows XP не имел встроенного драйвера: некоторые сканеры, принтеры и т.п.; устройства хранения информации на базе интерфейса USB требовали установки особого драйвера крайне редко). Стандарт USB 2.0 обеспечивал неплохую скорость, и шина из Useless Serial Bus (бесполезная последовательная шина; так USB в шутку называли на заре его возникновения, поскольку устройств с его поддержкой было очень мало) революционными темпами превратилась в Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина).

Однако скоростей USB 2.0 очень быстро перестало хватать, и разработчики стандарта предложили USB 3.0 — стандарт, скорости которого были максимально приближены к SATA. За короткое время были разработаны три стандарта: 3.0, 3.1 и 3.2; в итоге производители решили, что для третьего поколения USB стандартов как-то многовато, и объединили их все под крылом USB 3.2.

В настоящее время устройства с интерфейсом 3.2 позволяют, например, копировать огромные объемы информации за короткое время. При соблюдении некоторых условий реальная скорость работы внешнего твердотельного диска на шине USB 3.2 будет больше, чем скорость работы внутреннего жесткого диска на интерфейсе SATA.

Безопасное извлечение USB-устройства. Как это работает?

Ну а теперь можно поговорить и о том, о чем, собственно, написана эта статья. Что такое безопасное извлечение USB-устройства?

Впервые эта функция появилась в операционной системе Windows XP, и была реализована на уровне драйверов системы. Конкретно за безопасное извлечение устройств в Windows отвечает драйвер hotplug.dll.

Меню безопасного извлечения устройств в трее Windows 8.1

Для того, чтобы безопасно извлечь USB-устройство, нужно перевести указатель мышки в область системного трея, где выбрать соответствующий значок (см. скриншот выше). После этого нажать на него, подождать, пока система оповестит о возможности безопасного извлечения, и уже после этого извлекать устройство.

При активации безопасного извлечения устройства происходят следующие акции:

  1. Если в очереди записи/чтения на устройство имелись задачи, им ставится наивысший приоритет и производится их выполнение и финализация.
  2. Производится очистка системных областей буферной памяти, имеющих отношение к отключаемому устройству.
  3. Закрываются окна, имеющие отношение к отключаемому устройству (работает не во всех версиях операционных систем).
  4. Производится отмена любых операций внутренней активности устройства с их завершением.
  5. Отключается питание с порта USB, где будет извлекаться устройство, или этот порт переводится в режим ожидания.

Почему так важно безопасно извлекать устройство?

Давайте теперь представим, как будет работать USB-устройство, если мы не используем безопасное извлечение и выдергиваем это устройство, что называется, на живую.

Начнем с того, что устройство вполне может не содержать тех данных, которые вы на него отправили. Я уже показывал то, как работает отложенная запись Windows (ниже привожу это видео еще раз).

Другими словами, то, что вы отправили на устройство какие-то файлы, при небезопасном извлечении устройства вовсе не гарантирует того, что эти файлы будут на вашей флешке.

Это первая опасность.

Вторая опасность заключается в том, что при небезопасном извлечении устройства оно может выйти из строя. Небольшой перекос при извлечении, неравномерность движения в разъеме, слишком сильный нажим и т.п. — могут привести к тому, что произойдет электрическое повреждение устройства (а при небезопасном извлечении оно в разъеме находится под током). После этого устройство остается или ремонтировать, или (в случае невозможности ремонта) восстанавливать более радикальными методами, связанными с выпаиванием NAND-микросхем.

Третья опасность — возможный выход из строя микропрограммы устройства. Любой USB-накопитель, кроме микросхем, в которых хранятся данные (NAND-микросхемы), имеет контроллер. Этим контроллером и управляется устройство. Для функционирования устройства имеется микропрограмма, одной из важных частей которой является трянслятор.

Транслятор — это часть микропрограммы, которая соединяет физиескую адресацию пространства внутри флешки с логической адресацией пространства для операционной системы. Грубо говоря, физические адреса секторов переводятся в LBA, понятные операционной системе. При этом физически первый сектор для Windows во флешке может быть где-то в середине или в конце (совпадение физической и логической адресаций нынче скорее исключение, чем правило).

Так вот, во включенном состоянии флешка довольно часто совершает операции по оптимизации своего адресного пространства, производя соответствующие изменения в микропрограмме. Если в момент начала записи каких-то критических данных флешку выдернуть из компьютера, то эти данные записаны не будут. При следующем включении микропрограмма начнет искать эти данные, не сможет их найти и, как следствие, остановит работу. Устройство попадет в состояние «ошибка». Вывод из ошибки USB-устройств возможен далеко не всегда, для восстановления данных могут потребоваться довольно дорогостоящие процедуры.

Ну и еще одна опасность (четвертая) — это возможный выход из строя внешних жестких дисков, подключаемых через USB. Внешние жесткие диски получают питание через USB, и, соответственно, при внезапном обесточивании (то есть небезопасном извлечении) могут не успеть запарковать головки. При этом головки останутся на поверхности, упадут на нее, что неизбежно приведет к повреждению и головок, и поверхностей — а значит, к потере данных. Извлечение данных с USB-дисков с заклинившими на поверхности головками часто является весьма нетривиальной задачей.

Пятая опасность — выход из строя самого разъема USB. Это возможно по тем же причинам, которые характерны для второй опасности.

Как обычно. Пара практических советов в конце =)

Первый и самый главный совет — не забывайте о безопасном извлечении устройств. Даже если вы очень спешите — поверьте, лишние 20 — 30 секунд, потраченные на эту несложную операцию, могут уберечь вас от значительно больших затрат времени, к которым может привести потеря данных.

Второй совет. Извлекая устройство, старайтесь не перекашивать его, ведь после активации протокола безопасного извлечения часто USB-порт находится в режиме ожидания, и при перекосе может случиться так, что флешка потеряет контакт с портом и потом восстановит его; для системы это будет сигналом того, что в порт попало новое устройство, и система начнет процедуру его определения и использования. А вы при этом устройство уже извлекаете. Системные или аппаратные ошибки при этом весьма вероятны.

SMR. Просто о сложном

Типичный представитель дисков с технологией SMR — Seagate Mobile HDD

Вместо предисловия

Когда-то давно (относительно, конечно) в индустрии производства накопителей на жестких магнитных дисках настал переломный момент: для того, чтобы увеличить емкость выпускаемых дисков, производители перешли от параллельной магнитной записи к записи перпендикулярной. Технология появилась 12 лет назад и ее единственной задачей было продлить век жесткого диска, сделать его конкурентноспособным за счет увеличения емкости и уменьшения цены. Надо сказать, что с задачей технология справилась на славу: емкость жестких дисков за эти годы выросла почти в 10 раз, а цена упала до смешного: за 1 Тбайт дискового пространства нынче просят меньше 50 долларов США.

Однако и технологии NAND, на которых строятся твердотельные диски, не стояли на месте. Появились ёмкие SSD (100 Тбайт) с очень высокой производительностью. Жесткие диски оказались позади аж по целым двум показателям: по емкости (потолок того, что можно сейчас купить на рынке — 18 Тбайт; производители обещают в скором времени диски емкостью 20 Тбайт, но по сравнению со 100 Тбайт это звучит, мягко говоря, не очень оптимистично) и по производительности (современный жесткий диск ограничен пропускной способностью интерфейса SATA или SAS, тогда как твердотельные диски последних поколений работают на скоростях шины PCI Express).

Единственный (и, надо сказать, пока еще определяющий выбор покупателя) плюс жестких дисков — их цена. Накопитель HDD на 1 Тбайт стоит в 3 — 5 раз дешевле твердотельного диска той же емкости, ну а повышение емкости SSD кратно одному Тбайту повышает его цену в некоторых случаях на порядок.

За то время, что развивалась технология перпендикулярной записи, ее возможности были практически исчерпаны, и перед производителем встала новая задача: как продолжать наращивать емкость? Для этого существует три пути: уменьшить толщину магнитных пластин и, как следствие, сделать возможным установить их в гермоблок жесткого диска больше (при этом по очевидным причинам страдает надежность); уменьшить величину записываемого участка (увеличить плотность на треке) и сделать возможным записать больше данных на трек (развиваются две технологии — MAMR и HAMR); изменить метод записи для более плотного расположения непосредственно треков. Вот об этом, последнем, пути увеличения емкости мы и поговорим.

Производители ведут разработки, естественно, во всех направлениях. Одним из революционных изобретений последних лет стала технология SMR — Shingled Magnetic Recording, черепичная магнитная запись. Про нее эта статья.

Что такое SMR

Черепичная запись — принцип организации записи треков так, чтобы они частично перекрывались. Соответственно, упаковка треков в этом случае максимальная — фактически они лежат так плотно, что головка чтения-записи уже не может работать с каким-то одним треком, ей приходится работать сразу с несколькими. Это заметно увеличивает скорость чтения и записи (пишем-то сразу несколько треков, как и читаем), но только в том случае, если запись или чтение производится последовательно. Если нам нужно работать с большим количеством мелких файлов, а тем более — начать перезапись данных внутри уже имеющихся (например, удалить один маленький файл и записать на его место другой), скорость записи и чтения может проваливаться всерьез и надолго — вплоть до значений, близких к единичным IOPS на несколько минут.

Схема упаковки треков при PMR-записи
Схема упаковки треков при SMR-записи

На рисунках выше мы показали разницу между PMR (причем не важно, параллельной или перпендикулярной) и SMR записью.

Как видим, писать-читать SMR-головки могут только порциями треков, причем довольно солидными, на ширину головки. Эти порции треков называются лентами (ленты могут быть и шире однократного прохода головки, но всегда кратны ему). Если старый добрый жесткий диск с PMR-записью оперировал треками, то новый, с записью SMR, оперирует уже лентами (хотя треками, естественно, оперировать он тоже умеет — но об этом ниже).

Как работает SMR-диск

Давайте представим, как это работает. Пользователь решил записать на SMR-диск какой-то файл. Система передала его на интерфейс, из которого он загрузился в буфер диска. Здесь уже логика жесткого диска определила, на какую ленту (или на какие ленты) этот файл положить. Если лента до этого была пустая — прекрасно, значит просто кладем туда данные, и дело в шляпе. А вот если там уже что-то лежало, то диску предстоит целый набор нетривиальных действий: считать то, что уже лежит на ленте; загрузить считанное в буфер; объединить с тем, что добавляется на ленту; положить весь кусок (старое и новое) туда, куда требуется. Если же укладываются не последовательно большие порции данных, то процесс может реально занимать немало времени — именно поэтому у SMR-дисков большой объем буферного ОЗУ. Хоть как-то процесс ускорить.

При последовательной записи картина обратная. На скриншоте ниже показана запись 2 Тбайт данных на SMR-диск с интерфейсом USB 3.0 производства Western Digital емкостью 4 Тбайт. Как видим, скорость весьма приличная, хотя и не максимальная. Если бы пересылались большие файлы (в нашем примере идет передача огромного количества фотографий), скорость записи была бы еще больше.

Копирование 2 ТБайт данных на внешний накопитель (SMR, 4 Tбайт, Western Digital) с интерфейсом USB 3.0

Возникает вопрос: а как тогда работает такой диск, если требуется многократная перезапись небольших файлов в разных местах диска, ведь получается, что диску предстоит перелопатить кучу лент и это, естественно, займет немало времени?

Да, это сложная задача, с которой программисты прошивок SMR-дисков постарались справиться двумя способами. Первый — это наличие у диска стандартных PMR-областей, а второй — введение в микропрограмму фоновых процессов реорганизации лент, сходных с обычной дефрагментацией (собственно, в микропрограмме она так и называется — фоновая дефрагментация).

PMR-области используются в тех случаях, когда буферное ОЗУ переполняется, и требуется быстро освободить его под новые очереди задач; также эти области используются для процессов фоновой дефрагментации.

Фоновая дефрагментация: корень всех зол или благо?

Теперь немного подробнее о самой дефрагментации. В те моменты, когда SMR-диск не имеет задач от операционной системы, микропрограмма автоматически запускает процессы реорганизации лент. Диск сканирует ленты, определяет, где данные следует перенести для оптимизации скорости чтения, и производит перенос: считывается вся лента (или несколько лент), выкладывается в буфер (и дублируется на другой части диска, в SMR- или PMR-области), затем данные переставляются в нужном порядке, лишнее удаляется, и лента (или ленты) кладется обратно. И так в цикле, пока не будет реорганизован весь массив данных.

Соответственно, чем больше на диске данных (и чем больше их было записано недавно и, соответственно, беспорядочно), тем больше диску требуется времени на фоновую дефрагментацию. Поскольку довольно часто сейчас SMR-диски используются во внешних накопителях, может возникнуть ситуация, когда ваш внешний диск начинает жутко «тормозить». Если при этом он не издает посторонних звуков, не был замечен в падениях или ударах и является относительно свежекупленным, мы рекомендуем подождать. Почти наверняка в нем идут фоновые процессы реорганизации информации, и через некоторое время диск завершит их и перейдет в нормальный режим работы. Если же вы будете пытаться в это время записать в него новые данные, то это просто приведет к значительной потере времени: данные вы, конечно, запишете. Но заметно дольше, чем могли бы.

Логика работы SMR-дисков. Двойной транслятор, шифрование и TRIM

Логика SMR-диска устроена по-другому, не как PMR-диск. Если в стандартных PMR-дисках имеется только одна система трансляции (физическая адресация сектор — трек — головка в логическую адресацию LBA), то у SMR-дисков систем трансляции две. Это классический транслятор «сектор — трек -головка в LBA» и новый транслятор «сектор — трек — головка в ленте», причем оба этих транслятора взаимосвязаны. Потеря любого из них приведет к полной потере данных (на этом, кстати, построены технологии «быстрого стирания» SMR-дисков — обнуляем один из трансляторов и все, данных нет). Восстановление будет возможно лишь в том случае, если получится восстановить утерянный транслятор. Это уже задача для компаний по восстановлению информации, на текущий момент — достаточно сложная и дорогостоящая.

Кроме того, не стоит забывать и про шифрование. Оно уже давно и прочно обосновалось в устройствах хранения информации — ну а в SMR-дисках его использование время от времени преподносит пользователям своеобразные и далеко не всегда приятные сюрпризы.

Третья особенность SMR-дисков — TRIM. Гораздо проще и быстрее не перестраивать структуру лент, если это не требуется, а менять транслятор: удалили данные — ленты помечаются как пустые, и, соответственно, при запросе данных возвращают заполненные нулями сектора. Это, с одной стороны, удобно. А с другой — даже простой логический заказ (удаленные данные) после отработки TRIM может оказаться уже сложным, с необходимостью поднимать транслятор диска и извлекать данные из помеченных как очищенные лент. Поэтому прежде чем удалять информацию с SMR-диска — убедитесь, что эти данные вам больше не нужны. Иначе можно серьезно пострадать.

И как все это использовать?

Вполне закономерный вопрос, между прочим. Если вы дочитали до этого места, то уже поняли: SMR-диски очевидно лучше использовать под определенные задачи — по крайней мере, пока технология не обкатается и не будут решены описанные выше сложности. Ведь не спроста производители вдруг начали делить диски по типу использования: Survellance (для систем видеонаблюдения, то есть — для непрерывной потоковой записи), NAS (для дисковых массивов, то есть — для постоянной случайной записи и чтения), Gaming (для игр, то есть — для быстрого чтения больших объемов данных и предчтения их в буфер), Computing (для обычных персональных компьютеров, то есть — для стандартного повседневного использования).

Выбирая диск, обращайте внимание на его назначение, и покупайте именно такой, который максимально отвечает планируемому его использованию. Микропрограммы и физическая организация дисков могут оказаться (и обычно оказываются) оптимизированы под целевое использование, и диск для систем видеонаблюдения может оказаться совсем не подходящим для использования в бытовом компьютере.

В целом можно констатировать, что на текущий момент наиболее оптимально использовать SMR-диски в задачах, где производится последовательная запись и стирание данных — особенно больших объемов. С такими задачами в силу механизмов функционирования эти диски будут справляться намного лучше и быстрее PMR-дисков. Например, диски в системах видеонаблюдения, архивирования данных (системы резервного копирования, которые записывают резервную копию в виде одного файла), внешние накопители для хранения информации, и т.п. SMR-диски нежелательно использовать под установку операционной системы, под работу ПО (особенно, связанную с многочисленными постоянными переносами данных — например, в системах видеомонтажа или верстки документов типографского качества) и пр. Для этих задач мы рекомендуем или SSD, или HDD в традиционном PMR-исполнении.

SSD. Время перемен. Часть 3. Модернизируем настольный компьютер

Введение

В предыдущих частях этой статьи (первая посвящена общему анализу технологии, вторая — практическим примерам модернизации мобильных компьютеров) мы рассмотрели теоретические и некоторые практические вопросы применения твердотельных дисков. В этой, заключительной, части статьи мы рассмотрим вопросы практического применения SSD для настольных компьютеров.

Применение твердотельных дисков, в отличие от мобильных ПК, для настольных компьютеров до сих пор не является стандартом. Исключение составляют только некоторые продукты корпорации Apple (Apple iMac), оборудованные и SSD, и HDD. Эта связка в таких устройствах объединяется в своеобразный дисковый массив, называемый fusion drive. С одной стороны, использование такого массива заметно повышает производительность дисковой подсистемы iMac. С другой стороны, выход из строя любого элемента fusion drive приведет к отказу системы целиком.

Однако мы не будем касаться современных решений использования SSD в настольных компьютерах, а поговорим о модернизации.

Понятное дело, если на материнской плате компьютера имеется разъем M.2, который используется для подключения высокоскоростных SSD, все становится весьма просто: устанавливаем в этот разъем твердотельный диск, и все. Модернизация завершена.

Ну а если такого разъема нет? Действительно, большинство материнских плат компьютеров, купленных до 2018 года, такого разъема не имеет; да и для современных материнских плат это пока еще вовсе не широко распространенный стандарт. А высоких скоростей хочется. Как быть?

Ничего сложного. Более того: для модернизации настольного компьютера с использованием SSD у нас имеется два принципиально разных пути: использовать SATA SSD или использовать PCIe SSD.

Используем SATA SSD. Asrock G41M-VS3

SATA SSD мы будем использовать в том случае, когда материнская плата не поддерживает загрузки с PCIe-устройств — то есть для достаточно старых компьютеров. Основное требование при модернизации таких машин — дешевизна, так как суммарная стоимость установленных в них комплектующих может не превышать стоимости SSD, необходимого для модернизации.

С учетом того, что требуется максимальная дешевизна модернизации, будем использовать твердотельный диск минимального, но оптимального объема 128 Гбайт. Наш выбор пал на SSD Samsung Thin 128 GB mSATA MLC. Этот диск можно купить по цене 30 — 35 долларов США; переходник с mSATA на стандартный SATA будет стоить примерно 3 доллара. Таким образом, в самом неблагоприятном случае стоимость модернизации составит всего 40 долларов США.

SSD Samsung 128 GB для модернизации настольного ПК

Конфигурация ПК перед модернизацией: процессор Intel Core 2 Quad Q6600 (2,4 GHz), ОЗУ 4 Гбайт DDR3, жесткий диск 320 Гбайт Seagate Barracuda 7200.10. Видеокарта: интегрированная в чипсет. Первоначальая скорость загрузки операционной системы (Windows 8.1) составляет 52 секунды, скорость загрузки ПО Adobe Photoshop CC — 27 секунд.

После установки SSD мы получили: скорость загрузки операционной системы 14 секунд, скорость запуска ПО Adobe Photoshop CC — 9 секунд. Прирост производительности почти в 4 раза. Для настольного компьютера, для которого потолок производительности при замене процессора и установке максимального количества ОЗУ составит не более 30%, это совсем не плохой результат. Заметим попутно — результат за 40 долларов США.

Примечание. Перед тем, как использовать ваш новый SSD, включите в BIOS компьютера интерфейс AHCI, иначе прироста производительности, который получен нами, не будет.

Используем M.2 SSD. ASUS H110M-R

В тех случаях, когда в BIOS материнской платы имеется поддержка загрузки с устройств PCIe, имеет смысл (причем как в ключе увеличения производительности, так и в ключе стоимости модернизации) установить M.2 SSD в разъем PCIe. Это потребует несколько больших расходов, чем в предыдущем случае, но результатом вы точно не разочаруетесь.

Материнская плата ASUS H110M-R, конфигурация компьютера: процессор Core i5-7400 3 ГГц, 16 Гбайт ОЗУ двумя планками по 8 Гбайт (DDR4) и HDD 1 TB Seagate Barracuda. Видеоподсистема: интегрированная в чипсет графика.

SSD и M.2 — PCIe адаптер, используемые для модернизации ПК на базе материнской платы ASUS

Зарузка Windows 8.1: 43 секунды, запуск приложения Adobe Photoshop CC: 18 секунд.

Что нам потребуется? Непосредственно сам твердотельный диск и адаптер для его подключения на шину PCIe. Причем с адаптерами возникает довольно приятная ситуация: на рынке их довольно много, цена варьирует от 4 до 12 долларов США. Выбирать адаптер следует не по производителю, а по поддерживаемой скорости PCIe. Скажем, если на материнской плате вашего компьютера установлены PCIe разъемы х4, то смысла покупать более дорогие переходники на х16 нет. Конечно, они будут прекрасно работать и на х4, но стоить они будут заметно (минимум в 2 раза) дороже.

Теперь будем выбирать SSD. Тут все зависит от того, на какой бюджет вы рассчитываете. Для настольного ПК комбинация «SSD под систему, HDD под данные» является оптимальной, поэтому в большинстве случаев должно хватить твердотельного диска объемом 120 — 128 Гбайт (цена варьирует от 30 до 35 долларов США). Если вы любите время от времени поиграть в какие-то более-менее ресурсоемкие игры (например, шутеры), то лучше установить SSD побольше — 240 — 256 Гбайт (стоимость 40 — 50 долларов США). Как видите, цена отличается не слишком сильно. Однако имейте ввиду, что цены указаны для так называемых «средних» производителей — Kingston и ADATA. Если вы захотите что-то более «брендовое», например Samsung, то за M.2 SSD емкостью 128 Гбайт придется заплатить 80 долларов, а 256 Гбайт обойдется уже в 120.

Для нашего апгрейда мы выбрали SSD ADATA XPG SX6000 емкостью 256 Гбайт и ценой 49 долларов США и адптер-переходник PCIe — M.2 NGFF за 7 долларов США (на Aliexpress такой можно купить и за 5). Кстати, аббревиатура NGFF, часто встречающаяся как расширение М.2, на самом деле является синонимом этого интерфейса и буквально означает Next Generation Form Factor (форм-фактор следующего поколения).

Общая сумма модернизации: 56 долларов США. Теперь посмотрим, с какой скоростью работает машина.

Загрузка Windows 8.1 — 12 секунд. Запуск приложения Adobe Photoshop CC — также 8 секунд. Прирост производительности в 3 — 4 раза, и это для относительно свежего компьютера.

Выводы

Как результат описанных здесь и во второй части этой статьи модернизаций можно уверенно сделать три вывода.

Вывод первый. При соблюдении определенных условий модернизация компьютера с использованием SSD может привести к повышению производительности до 4 — 5 раз.

Вывод второй. Стоимость модернизации компьютера для достижения производительности в 4 — 5 раз превышающей исходную, обычно не превышает 100 долларов США.

Вывод третий, он же основной. Как нам думается, пришло время для перевода компьютеров с основного загрузочного устройства HDD на SSD. Соотношение «стоимость модернизации/прирост производительности» значительно лучше, чем раньше, когда для достижения более-менее приемлемого и видимого глазу результата требовалась замена едва ли не всех комплектующих.

Seagate анонсировала начало отгрузки дисков 20 ТБ в 2020 году, и 50 ТБ в 2026: мечты или реальность?

Год назад, 2 ноября 2018 года, на презентации в Лондоне (Tech Live Event) компания Seagate анонсировала развитие двух своих технологий: HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording: термо-магнитная запись; при записи данных участок поверхности локально нагревается до примерно 450 градусов Цельсия, что позволяет произвести запись более точечно, тем самым увеличив плотность записи) и MACH.2 (двойной актуатор; в теории позволяет в два раза увеличить производительность устройства за счет наличия в гермоблоке двух независимых актуаторов; в перспективе предполагается использовать больше двух актуаторов (multi-actuator)) уже не в виде опытных образцов, а в виде промышленных продуктов.

На слайдах с этой презентации, мгновенно просочившихся в Сеть, показан довольно любопытный график: планы Seagate по производству и отгрузке жестких дисков определенной емкости и технологии.

Фрагмент презентации компании Seagate о перспективах и планах по производству жестких дисков с технологией HAMR

Как видно из этого графика, планы компании Seagate пока сбываются: на текущий момент купить диск емкостью 16 Тбайт не представляет сложности. Ниже вы можете просмотреть презентационное видео о технологии HAMR (на английском языке).

Другая ипостась производства дисков высокой емкости — использование технологии MACH.2, относительно которой Seagate на упомянутой выше презентации представляла следующее:

Планы Seagate о производстве мультиактуаторных дисков (слайд из презентации на Tech Live Event в Лондоне)

Как мы видим из приведенного графика, производство первого поколения мультиактуаторных дисков (емкость 14 ТБайт) была намечена на текущий год.

Начнем с MACH.2. Не смотря на анонсы, массового производства этих дисков пока не наблюдается. Возможно, они появятся в ноябре (который, к слову, скоро уже перевалит за половину), или в декабре; но скорее всего, мы увидим их выпуск в следующем, 2020, году. Чтож, подождем.

Гораздо интереснее нам видится вопрос с увеличением емкости. Согласно первому графику, в 2019 году мы должны были увидеть в продаже жесткие диски емкостью 16 Тбайт. И действительно, такие диски можно легко купить в большинстве компьютерных магазинов — например, в российском интернет-магазине DNS.

Начало продаж дисков емкостью 18 Тбайт, построенных на архитектуре HAMR, ожидается в первой половине следующего года, а диски емкостью 20 Тбайт должны появиться уже во второй половине 2020. Эти планы выглядят гораздо более реалистичными, чем начало продаж дисков с двойными актуаторами хотя бы потому, что диски емкостью 16 Тбайт в продаже уже минимум полгода.

Известен закон увеличения емкости жестких дисков: ежегодно прирост емкости составляет от 40 до 60%. То есть, даже если предположить 40%-ный прирост емкости ежегодно, то есть движение по самому пессимистичному сценарию, в 2020 году относительно сегодняшних 16 ТБайт емкость дисков должна увеличиться минимум на 6 Тбайт, то есть предел, которого достигнут жесткие диски к концу 2020 года, теоретически составит 22 Тбайта. На этом фоне заявление корпорации Seagate о начале отгрузок 20-терабайтных монстров во второй половине 2020 года выглядит более чем реально.

Давайте примерим этот же алгоритм на 2026 год и подумаем, сбудется ли прогноз о дисках емкостью 50 Тбайт (заметим, что твердотельные диски емкостью 100 Тбайт уже давно есть в продаже, правда стоимость их не внушает оптимизма). Итак, 2020 год — максимальная емкость НЖМД составит 20 ТБ. Соответственно, в 2021 году — 28, в 2022 — около 40, а уже в 2023 — 50 и выше. Очевидно, корпорация Seagate не питает иллюзий в плане увеличения емкости своих изделий и берет пару лет на раскачку. Чтож, это разумно.

Какие выводы можно сделать из всего, сказанного выше? Нас еще очень долго ждет неравная борьба между SSD и HDD, и HDD в этой борьбе вовсе не будут сдаваться. Думаю, что мы еще увидим жесткие диски емкостью 100 Тбайт — и будут они намного дешевле, чем аналогичные SSD.

Заметим, что другой гигант индустрии устройств для хранения данных, Western Digital, анонсировал, что диски емкостью 20 Тбайт будут выпущены им еще до конца 2020 года. Toshiba тоже самое обещает про диски емкостью 18 Тбайт. Гиганты наступают друг другу на пятки, а мы запасаемся попкорном и ожидаем, кто же в итоге первым перешагнет порог в 50 Тбайт.

SSD. Время перемен. Часть 2. Модернизируем ноутбук

В первой части этой статьи мы поговорили о том, какими положительными и отрицательными качествами обладают твердотельные диски, и пришли к выводу, что эти диски, не смотря на все еще относительно высокую цену, являются достойной заменой жестким дискам.

Во второй части этой статьи мы предлагаем конкретные примеры модернизации компьютеров с использованием SSD. Это наш личный опыт, поэтому рекомендации не являются голым теоретизированием, а подкреплены практикой.

Итак, поехали.

Lenovo B570e

Ноутбук, скажем так, далеко не первой свежести. Исходная конфигурация: HDD 1 TB Hitachi, ОЗУ 2 Гбайт DDR3, процессор Core i3-2350M 2,3 GHz; видеоподсистема представлена двумя графическими ядрами: встроенное в чипсет Intel HM65, а также «внешняя» видеокарта NVidia N12M (1 Гбайт памяти). Возраст устройства: около 10 лет.

Как мы можем видеть из приведенной конфигурации, у этого мобильного компьютера имеется три слабых места: процессор, ОЗУ и жесткий диск. Предустановленная операционная система (Windows 7 Home) в оригинальной конфигурации загружается 44 секунды. Для открытия ресурсоемкого приложения Adobe Photoshop CC требуется 32 секунды. Компьютер можно охарактеризовать одним словом: тормоз.

Lenovo B570E: заменяемые узлы

C учетом того, что материнская плата ноутбука не поддерживает процессоры старше Core i5-2520, не сильно отличающийся от установленного Core i3-2350 (фактически отличия лишь в том, что процессор пятого поколения может быть сильнее разогнан, чем процессор третьего; ну и, естественно, другой производственный процесс), модернизировать процессор не требуется.

Таким образом, требуется замена жесткого диска на твердотельный и наращивание ОЗУ. Владелец ноутбука очень требователен к количеству свободного места на своих дисках — твердотельный диск необходимой емкости превышает по стоимости сам ноутбук, поэтому в дисковую подсистему было принято решение добавить дополнительный жесткий диск, подключенный вместо оптического привода.

Модули памяти для ноутбука Lenovo B570e, общий объем 16 Гбайт

Итак, что у нас получилось. Вместо модуля памяти SODIMM DDR3 2 GB было установлено 2 модуля памяти SODIMM DDR3 8 GB, суммарный объем ОЗУ увеличен с 2 Гбайт до 16. Стоимость двух модулей памяти составила 60 долларов США.

Вместо жесткого диска HDD Hitachi 1 TB был установлен SSD ADATA SU-800 емкостью 512 Гбайт; вместо оптиеского привода был установлен second caddy, в который смонтирован жесткий диск Seagate Mobile HDD емкостью 2 Тбайт. Суммарная емкость дисковой подсистемы увеличена с 1 Тбайт до 2,5 Тбайт. Стоимость составила: SSD — 65 долларов США, second caddy — 9 долларов США, HDD — 80 долларов США. Итоговая сумма, потребовавшаяся на модернизацию устройства: 214 долларов США.

Second caddy и диск Seagate Mobile HDD 2 TB, установленные в ноутбук Lenovo B570e.

Довольно солидная сумма, но то мы в итоге получили?

Загрузка операционной системы Windows 7 Home: 5 секунд (против 44 в исходной конфигурации). Загрузка ПО Adobe Photoshop CC: 3 секунды (против 32 в исходной конфигурации). Прирост производительности, как мы видим, примерно в 10 (ДЕСЯТЬ!!!) раз.

Стоит ли такой прирост производительности этих расходов? Бесспорно. Работа без тормозов на этом ноутбуке теперь совершенно точно обеспечена.

HP Pavilion 15-e057sr

Также, как и предыдущий пример — довольно старый ноутбук, произведен в 2015 году. Конфигурация несколько лучше, чем у предыдущего: HDD 1 TB Samsung, ОЗУ 6 Гбайт DDR3, процессор Core i5-3230M 2,6 GHz; видеоподсистема представлена двумя графическими ядрами: встроенное в чипсет Intel HM76, а также «внешняя» видеокарта AMD Radeon HD 8670M (1 Гбайт памяти).

Очевидно, что с процессором в данном устройстве пока еще все более-менее хорошо; объем ОЗУ также вполне удовлетворительный. Однако скорость загрузки операционной системы (Windows 8.1 x64 Professional) составляет 29 секунд, а скорость запуска приложения Adobe Photoshop CC — 20 секунд. Результаты намного лучше, чем в исходной конфигурации предыдущего устройства, однако, как мы понимаем, могут быть заметно улучшены.

Модернизируемые узлы ноутбука HP Pavilion 15-e57sr

Принято решение модернизировать объем ОЗУ (в этом ноутбуке ОЗУ организовано в виде двух слотов SODIMM DDR3; в заводской конфигурации поставляется с двумя предустановленными планками SODIMM: 4 GB и 2 GB). Вместо планки на 2 Гбайт мы установим планку 4 Гбайт. Большого прироста производительности это не даст, но все же…

Жесткий диск будет меняться на SSD Samsung 850 EVO емкостью 256 Гбайт. Для устройства не требуется большой объем дискового пространства, поэтому данный объем является оптимальным и для функционирования операционной системы и установленных приложений, и для хранения некоторого объема необходимых данных (после установки ОС и ПО на диске остается не менее 150 Гбайт свободного места, которое можно использовать).

Модули SODIMM DDR3 для ноутбука HP Pavilion 15-e057sr

Итоговая сумма за модернизацию: SODIMM DDR3 4 GB — 30 долларов США, SSD — 70 долларов США; вся модернизация обошлась в 100 долларов США. Насколько мы выиграли при этом в производительности?

Загрузка операционной системы — 5 секунд. Загрузка ПО Adobe Photoshop CC — 3 секунды. Среднее увеличение производительности относительно исходной конфигурации минимум в 5 раз — солидный показатель, не так ли? За 100 долларов США получить компьютер в 5 раз быстрее старого — это более чем приятно.

Выводы

Очевидно, что самый главный вывод из этого материала будет очень простым: замена НЖМД на SSD в мобильном компьютере приводит к увеличению его производительности в разы, а если заменить не только жесткий диск, но еще и нарастить ОЗУ, то производительность может увеличиться на порядок.

Очевидно, что такой прирост производительности стоит всех вложенных в него денег до последнего цента.

Второй вывод: настало время для модернизаций. Стоимость SSD заметно снизилась, и теперь ваше до этого довольно медлительное устройство на жестком диске может обрести высокую скорость работы, при этом объем инвестиций не будет критически большим.

Рекомендации

Для того, чтобы провести модернизацию вашего ноутбука, вам нужно знать его характеристики: какой тип накопителя в нем установлен, поддерживает ли BIOS компьютера интерфейс AHCI (одна из важнейших характеристик интерфейса AHCI — MultiQueue, или многопоточная очередь задач, позволяющая использовать SSD в несколько потоков — за счет чего, собственно, и увеличивается производительность), какая в нем стоит ОЗУ, и пр. Если вы не уверены в том, что обладаете корректной информацией — вы всегда можете уточнить ее на сайте производителя или позвонить нам для бесплатной консультации.

Как вы уже поняли, для того, чтобы SSD функционировал на полную мощность, AHCI должен быть включен. Это легко можно сделать в BIOS устройства.

Наконец, последняя рекомендация. Если вы держите на своем ноутбуке важную информацию, приобретите внешний накопитель для резервного копирования или настройте облако (с теми же целями). А в идеале пусть у вас будет и то, и другое.

Следите за новостями — скоро будет опубликована третья часть этой статьи, в которой мы расскажем о том, как модернизировать настольный компьютер.

SSD. Время перемен. Часть 1. Преимущества и недостатки

Чуть больше 10 лет назад, когда первые твердотельные диски (SSD: solid state drive) появились в массовом использовании (сначала в 2007 году в нетбуке Asus EEE PC-701, а затем в 2008 году корейская компания Mtron Storage Technology выпускает SSD уже как отдельное устройство), им прочили великое будущее. И, как мы можем видеть сейчас, не ошиблись.

Преимущества SSD

Как устройства хранения информации (или, по классической схеме компьютера фон Неймана, запоминающее устройство (память)), твердотельные диски обладают перед жесткими дисками (HDD — hard disk drive) рядом преимуществ, а именно: высокая производительность, высокая устойчивость к физическим воздействиям, бесшумность, низкое энергопотребление и, соответственно, небольшой нагрев во время работы.

Высокая производительность.

Узкое место любого жесткого диска — система считывания и записи информации. Это головка чтения-записи. Увеличение производительности этой подсистемы возможно тремя способами: уменьшение времени поиска (или времени позиционирования на треке/секторе) программными и аппаратными средствами; увеличение скорости вращения шпиндельного двигателя для уменьшения времени поиска; установка нескольких независимых актуаторов для того, чтобы в процессе поиска данных участвовала не одна, а несколько головок. Первые два способа повышения производительности жесткого диска фактически исчерпаны, третий — пока находится на стадии разработок и тестирования; хотя он был анонсирован довольно давно, коммерческих моделей жестких дисков с двойным актуатором в продаже пока не появилось.

Таким образом, производительность жесткого диска ограничена пропускной способностью и производительностью головок чтения-записи, практически уже достигшей предела.

Твердотельные диски, в отличие от жестких, не имеют таких ограничений. Доступ к данным может быть организован (и организуется) в несколько независимых потоков. Фактически для SSD в SATA-исполнении верхней границей производительности является максимальная пропускная способность SATA-интерфейса (для SATA-3 это 6000 Mbit/s), для SSD, подключаемых на шину PCI Express — это максимальная пропускная способность PCIe (для наиболее распространенного на текущий момент PCIe x4 — 7,88 Гбайт/с; для наиболее быстрого на данный момент PCIe x16 — 63 Гбайт/с). Это совершенно фантастчиеские цифры для дисковой подсистемы.

Высокая устойчивость к физическим воздействиям

Жесткие диски — достаточно хрупкие устройства. Очень часто достаточно небольшого физического воздействия (легкий удар, падение с небольшой высоты и т.п.), чтобы жесткий диск перестал нормально функционировать. Более того — в результате такого воздействия можно полностью потерять доступ к данным, довольно часто — необратимо. Причина — выход из строя магнитных головок и/или повреждение поверхности. Продаваемые сейчас в массе внешние жесткие диски на базе 2.5-дюймовых НЖМД, хотя и позиционируются как противоударные, также не лишены этого недостатка.

Твердотельный диск, поскольку не имеет в своей конструкции движущихся частей, может выдерживать серьезные физические воздействия. Это послужило основанием для того, чтобы заменить в «черных ящиках» самолетов магнитную ленту или проволоку на SSD-диски. Таким образом, твердотельному диску не страшно то, что может полностью уничтожить жесткий диск. В целом, физическая устойчивость твердотельного диска практически полностью зависит от его корпуса: чем крепче корпус, тем более устойчив диск.

Бесшумность

В твердотельном накопителе, в отличие от жесткого диска, нет движущихся частей — следовательно, нечему издавать звуки. В отличие от традиционных жестких дисков, SSD работают абсолютно бесшумно.

Наиболее важным это свойство видится нам в ключе построения систем хранения данных (дисковых массивов и data-серверов). Если современный дисковый массив на базе SAS-накопителей производит много шума (шумят вентиляторы охлаждения и сами диски), то такой же массив на базе SSD будет намного тише, так как шум будет производить только система охлаждения.

Низкое энергопотребление

Жесткие диски для настольных ПК (даже произведенные в последние годы) имеют довольно высокие показатели энергопотребления: в зависимости от режима работы и того, куда они установлены, они могут потреблять до 25 — 30 Ватт электроэнергии. Диски для портативных компьютеров потребляют ощутимо меньше, но все же их среднее энергопотребление составляет 4 — 5 Ватт.

Твердотельные диски в этом плане намного выгоднее — их энергоэффективность минимум в 3 раза лучше, чем у НЖМД форм-фактора 2.5′, и примерно в 15 раз лучше, чем у 3,5′ дисков.

Низкие значения нагрева во время работы

Очевидно, что при низком энергопотреблении уменьшается и тепловыделение, а, следовательно, и нагрев. Это особенно важно в замкнутых системах (портативных компьютерах, планшетах, трансформерах и пр.). Нагрев — это бессмысленное рассеивание энергии, соответственно, чем он меньше, тем более энергоэффективным является устройство.

Недостатки SSD

К сожалению, устройств без недостатков не бывает. Не лишены недостатков и твердотельные диски. Это: относительно высокая цена и ограниченный ресурс.

Цена SSD

За то время, что твердотельные накопители эволюционировали, их стоимость, естественно, падала — и продолжает падать до сих пор. В некоторых случаях стоимость SSD уже всего лишь в 2 раза выше стоимостью HDD той же емкости. Например, SSD Crucial емкостью 480 Гбайт стоит в среднем 55 долларов США; жесткий диск аналогичной емкости стоит около 30 долларов США. SSD некоторых производителей (SmartBuy, KingSpec и пр.) могут стоить почти столько же, сколько и жесткий диск аналогичной емкости (однако они заметно проигрывают в производительности и надежности более известным брэндам).

Между тем не стоит сравнивать жесткие диски с твердотельными из нижнего ценового диапазона, так как в нем находятся не самые надежные и производительные устройства. Давайте сравним жесткие диски известного производителя (например, Western Digital) и твердотельные диски известного бренда (скажем, Samsung).

Стоимость жесткого диска WD Slim емкостью 500 Гбайт составляет 35 долларов США, диск для настольного компьютера WD Survellance емкостью 1 Тбайт стоит 42 доллара США. SSD Samsung аналогичной емкости будут стоить 120 и 200 долларов США соответственно — то есть примерно в 4 — 5 раз дороже. Согласитесь, это серьезный недостаток.

Ресурс твердотельного диска

Это, пожалуй, основной недостаток SSD, не позволяющий на текущий момент безоговорочно доверять этим устройствам.

Как известно, существует определенное значение циклов перезаписи, на которое рассчитан твердотельный диск. Для современной MLC-памяти это значение в среднем составляет 3000. В грубейшем приближении это означает, что мы можем полностью переписать SSD 3 тысячи раз, после чего его ресурс будет выработан. На практике все намного сложнее, и диск выходит из строя раньше окончания этого цикла. Проблема в том, что операционная система использует часть пространства диска весьма интенсивно — например, ядро ОС, файл подкачки, сброшенные на диск части буферной памяти и пр. Это приводит к критическому износу небольшой части поверхности. Пока у диска есть резервные сектора, это не страшно, однако после их окончания диск начинает, что называется, «сыпаться», и в итоге выходит из строя.

Не будем голословными, а обратимся к исследованиям серьезных организаций.

Компания Google совместно с университетом Торонто провели исследование используемых в их серверах SSD и пришли к выводу, что чем старше твердотельный диск, тем больше он содержит ошибок. Вывод вполне естественный: с возрастом изнашивается любое устройство, причем для части из них совсем не обязательно при этом работать (например, от долгого стояния приходят в негодность резиновые части автомобиля).

Гораздо более интересным в этом ключе выглядит исследование журнала Tech Report о том, насколько в действительности хватает ресурса SSD на прямую перезапись данных. Журналом были выбраны диски только известных брендов, и заголовок статьи, в которой опубликовано исследование, говорит сам за себя: They’re all dead (они все мертвы). Тестировались диски емкостью 250 Гбайт, только половина из которых выдержала запись 1000 терабайт данных; другая половина вышла из строя при записи от 700 до 900 Тбайт. Может показаться, что это огромные цифры, однако только в процессе работы со swap-файлом операционная система ежедневно переписывает гигабайты (а в случае с компьютерными играми — десятки и даже сотни гигабайт) данных — из этого и складывается износ.

Выводы из первой части

Какие следует сделать выводы из всего, сказанного выше?

Первый, и самый главный, вывод: технический прогресс идет вперед, и очень скоро стоимость твердотельного диска сравняется со стоимостью жесткого. Я помню времена примерно 10 лет назад, когда SSD OCZ на 256 Гбайт стоил 750 евро; сейчас даже Samsung такой же емкости стоит уже 60 — 70 долларов, то есть цена за 10 лет упала более чем в 10 раз. Это хорошая тенденция, настраивающая на то, что пора подумать о постоянном использовании твердотельных накопителей.

Второй вывод: не смотря на все минусы, твердотельные диски выгодно отличает высокая производительность, низкое энергопотребление и теплоотдача. Кроме того, эти диски устойчивы к физическим воздействиям.

Ну и вывод третий. Во второй части этой статьи я расскажу вам, как организовать использование твердотельного диска в вашем компьютере и обезопасить себя от потенциальной потери данных.

Новые горизонты SED: еще более жесткая привязка шифрования и электроники HDD

В 2007 г. корпорацией Seagate были представлены Self Encrypting Drives (самошифрующиеся диски). Позже эта технология была имплементирована и в диски других производителей (Western Digital, Toshiba, HGST и т.п.). Большинство твердотельных накопителей (если не все) также являются самошифрующимися.

Суть технологии достаточно проста. В схему обработки данных устройства встраивается аппаратный модуль шифрования, отвечающий за зашифровывание и расшифровывание данных на лету. В качестве стандарта шифрования используется AES c длиной ключа 128 или 256 бит.

Основной функцией SED является моментальное стирание диска по команде извне. Если для стирания данных ранее требовалось записать в каждый сектор определенные данные, то теперь достаточно просто изменить ключ шифрования. Данные, которые были на диске, уже не получится прочитать, ведь они будут аппаратно дешифровываться жестким диском уже с новым ключем. Соответственно, на выходе будут получаться не работающие файлы, а бессмысленный набор байт.

Казалось бы, вот она — надежная схема! Открытый ключ лежит на поверхности диска, но он зашифрован. В открытом виде он появляется только в аппаратной части диска (в той самой шифрующей микросхеме) — следовательно, его невозможно ни перехватить, ни подсмотреть. Однако, как оказалось, это не так.

Сначала компания АСЕ Lab, а потом и другие компании, выпускающие ПО и ПАК для восстановления данных, научились вытаскивать ключи шифрования из служебной или пользовательской зон жесткого диска. SED-шифрование накопителей Western Digital и Seagate перестало быть трудной задачей восстановления информации.

Тогда производители жестких дисков пошли дальше. Они заблокировали доступ к служебной области, где хранятся ключи шифрования. Некоторое время извлечение данных с таких накопителей представляло проблему — но, в итоге, и это было решено, и решение появилось в продуктах для восстановления информации.

Заметим, что до текущего года данные с самошифруемых дисков можно было восстановить и с использованием чужой (донорской) платы электроники. Скажем, часто для дисков, имеющих распаянный на плате электроники USB-разъем, подбиралась совместимая SATA-плата.

Очевидно, что производители HDD не могли мириться с тем, что их технология SED, позиционировавшаяся как очень надежная (АНБ США даже признало AES с длиной ключа 128 — 256 бит достаточной для защиты государственной тайны уровней secret и top secret). И вот этот момент, наконец, наступил.

Примерно с середины 2019 года жесткие диски, поддерживающие технологию SED (а это подавляющее большинство выпускаемых на рынок моделей), перешли на принципиально новый алгоритм обработки шифрования. Теперь ключ шифрования не будет работать на сторонней плате электроники. Ключи шифрования, что называется, намертво прибиваются гвоздями к уникальному ID микроконтроллера — без него расшифровать диск просто не получится, даже если удастся как-то достать ключи.

Это означает, что если у вас диск, произведенный с 2019 г., у которого активирована и работает функция самошифрования, выходит из строя, то восстановление с него информации будет возможно тогда и только тогда, когда сохранена его оригинальная плата электроники. Поставить «чужую» плату пока еще возможно — но лишь для того, чтобы получить доступ в служебную зону. Доступ к пользовательским данным может обеспечить только «родная» плата электроники — родной микроконтроллер. Если он по каким-либо причинам сгорел — данные на современном этапе развития технологий восстановления информации, увы, уже не восстановить.

Возможно, что в будущем будет решена и эта проблема — и скорее всего, так и будет. Однако сложность задачи очень высокая, и когда появится такое решение — никому неизвестно.

Поэтому мы дадим вам два простых совета.

  1. Старайтесь запитывать ваш жесткий диск максимально аккуратно, чтобы не произошел электрический шок устройства.
  2. Если ваш диск по каким-либо причинам вышел из строя, обращайтесь только к профессиональным специалистам, которые знают, что делать с самошифрующимися дисками нового поколения.

К вопросу о том, какой жесткий диск купить. Жесткие диски разной степени бюджетности

Выбирая себе жесткий диск, многие обращают внимание только на три характеристики: объем, стоимость и производительность, при этом стараясь выбирать диски с наименьшим соотношением цена/объем. Вполне очевидно, что реселлеры, ощущая потребность пользователя в недорогих и емких устройствах, стараются максимально заполнить эту нишу; при этом более дорогие жесткие диски той же емкости либо не предлагаются вообще, либо предлагаются в ограниченном числе моделей и часто – на заказ.

Между тем дешево – далеко не всегда означает «хорошо», и уж тем более не означает «долговечно». Покупая жесткий диск из нижнего ценового сегмента, мало кто обращает внимание на то, что его гарантия – всего лишь 1 год (при этом более дорогие диски продаются с гарантией 3 – 5 лет); ожидать от диска с гарантией 12 месяцев долгих лет безупречной работы довольно наивно.

Производители жестких дисков уже давно выпускают их нескольких основных типов – по степени надежности и, соответственно, по цене. Это: диски начального уровня, или бюджетные (low cost drives); диски среднего уровня (стандартные диски, regular drives), диски высокого уровня (корпоративные, enterprise drives), и диски наивысшего уровня (диски для систем хранения данных, data center drives). Чем они отличаются?

Логично предположить, что основное их отличие – это количество использованных для производства дисков материалов и, как следствие, разная износостойкость и надежность.

Разберем это на примерах.

Пример первый. Бюджетный жесткий диск. Toshiba DT01ACA100

Первое, что бросается в глаза – это вес. Диск емкостью 1 Тбайт очень легкий,

Откроем диск. Что сразу привлекает внимание? Необычная форма магнита – первое. Она действительно нехарактерна, магнит прямой и очень маленький. Далее – пластиковый ограничитель хода актуатора. Ну и вишенка на торте – весьма аскетичный дизайн головок и дикий минимализм использованных деталей. Да, на материалах явно сэкономили: там, где можно поставить пластик – поставили пластик. Там, где можно сделать металл потоньше – сделали потоньше. Результат: накопитель получился легким, дешевым и не слишком долговечным. Первым износится ограничитель актуатора, который получает ежедневно сотни и тысячи ударов упора позиционера. В принципе, этого будет достаточно: лишенный ограничителя, блок магнитных головок начнет неприлично стучать, оповещая владельца такого диска о необходимости посетить офис компании по восстановлению данных.

Toshiba DT01ACA100. Вся аскетичность внутреннего дизайна в одном фото.

Думаете, это утопия? Увы, такие диски – частые гости в нашем офисе. Пользователь покупает самый дешевый диск и наивно полагает, что купил диск как минимум лет на пять. Однако бюджетные диски не часто доживают до столь почтенного возраста: если такой накопитель проживет 3 года, это уже будет очень хорошо.

Пример второй. Средний, или стандартный, жесткий диск. Hitachi HTS541616J9SA00

Стандартные жесткие диски – огромный пласт устройств, находящихся по уровню качества между бюджетными и корпоративными накопителями. Их отличают два момента: относительная (относительно enterprise устройств, конечно) дешевизна и весьма неплохое (относительно уже бюджетных) качество сборки и материалов. Давайте рассмотрим такой диск на примере ноутбучного накопителя Hitachi HTS541616J9SA00.

Почему для демонстрации накопителей этого класса мы выбрали именно диск форм-фактора 2.5 дюйма? Все просто. Ноутбук – пожалуй, наиболее распространенный тип персонального компьютера на сегодняшний день, и подавляющее большинство жестких дисков для ноутбуков относятся именно к среднему классу. Эти диски, если их не беспокоить сильными вибрациями или ударами, могут легко «прожить» 3 – 5 лет (нередко и десяток), их отличает высокая надежность.

Hitachi HTS541616J9SA00. Внешний вид накопителя среднего уровня.
Диск Hitachi HTS541616J9SA00 внутри.

Если заглянуть внутрь такого накопителя, то мы увидим, что в нем, как и в бюджетном диске, нет ничего лишнего. Однако магнит имеет полукруглую форму, перекрывая полностью актуатор, головки лишены аскетичности в своем дизайне, экономии на шурупах нет, да и металла в корпусе явно больше, чем в бюджетном диске (конечно, относительно, ведь мы сравниваем диски форм-фактора 2.5 и 3.5 дюйма). Кроме того, бросается в глаза качество материалов: относительно бюджетных дисков в гермоблоке средних материалы отшлифованы явно лучше, используется хромирование и никелирование, и другие методы продления жизни металла.

Пример третий. Накопитель enterprise уровня. Seagate Barracuda 7200.12

Да, не удивляйтесь. Когда этот диск выпускался серийно и продавался в магазинах, он был дороже своих терабайтных коллег. Это сейчас такой диск стоит немного, да и слава «мухи це-це» производства Seagate заметно снижает его ценность. Однако – повторюсь – эти диски относятся к корпоративному сегменту.

Если взять такой диск в руки, то вы ощутите вес. Но самое интересное в том, что этот вес примерно на 30% составлен массой узлов, отсутствующих в дисках двух предыдущих классов.

Прежде всего, это заметно увеличенный магнит, который не просто закрывает актуатор, а закрывает его с хорошим запасом. Стабильность магнитного поля увеличивает точность позиционирования, а значит – скорость работы диска и время его жизни.

Жесткий диск Seagate Barracuda 7200.12 внутри. Как видим, материалов производители не пожалели.

Дизайн головок относительно простой, но кронштейны достаточно толстые. Справа от блока магнитных головок расположен большой пластиковый футляр, внутри которого находится дыхательный фильтр диска и кусочки силикагеля. Таким образом при фильтрации воздуха, поступающего снаружи, в диске поддерживается одна и та же влажность, что очень важно как для производительности устройства, так и для сохранения его внутренних частей.

Рассекатель воздуха накопителя Seagate Barracuda 7200.12
Пакет магнитных пластин Seagate Barracuda 7200.12, верхний рассекатель удален.

Ну и, наконец, пакет магнитных пластин. Бросаются в глаза расположенные над каждой пластиной металлические полоски округлой формы – рассекатели. Их основная функция – обеспечение внутри гермоблока, в зоне действия каждой головки, стабильного потока воздуха определенного направления и силы. Организация такой сложной аэродинамики заметно повышает надежность механической части, а также позволяет нарастить производительность диска.

Пример четвертый. Накопитель наивысшего уровня. DELL MBE2073RC

Самые надежные диски производятся для систем хранения информации и дата-центров. Эти диски отличают три основных момента: очень высокая производительность, очень высокая надежность и очень высокая цена. Обычно накопители enterprise-уровня делаются высокоскоростных стандартов SCSI/SAS, но могут быть и SATA.

Все три характеристики дисков наивысшего уровня напрямую зависят от качества их исполнения. Если заглянуть внутрь такого диска, то мы увидим, что там почти нет свободного места: огромный магнит закрывает все пространство вокруг актуатора, справа от него – не менее огромный фильтр с силикагелевой закладкой, весьма приличной толщины кронштейны головок и в целом довольно сложно устроенный блок магнитных головок. Фильтры-уловители пыли с обеих сторон от пакета магнитных пластин, уже обязательные для дорогостоящих конструкций рассекатели (кстати, в дисках форм-фактора 3.5 дюйма (а мы рассматриваем в качестве примера 2.5-дюймовый диск) пакет магнитных пластин имеет размер 2.5 дюймовых, что дополнительно повышает надежность и увеличивает стабильность системы). Абсолютно никакой экономии на шурупах, все соединения крепки и надежны. Металла в корпусе очень много, диск по настоящему тяжелый.

Жесткий диск SAS форм-фактора 2.5 дюйма DELL MBE2073RC
Жесткий диск DELL MBE2073RC внутри

При такой конструкции допуски и погрешности в работе устройства очень невелики, а значит – устройство работает надежнее, быстрее и дольше. Не даром на такие диски гарантия производителя составляет 5 лет, а время их наработки на отказ исчисляется миллионами часов.

Так что же выбрать?

Вот этот вопрос – самый важный. Исходить надо из того, что с повышением уровня диска повышается и его надежность, однако абсолютно надежных дисков не бывает. Поэтому: если вы собираете устройство невысокой стоимости для домашнего использования и не планируете хранить на нем важных данных, то можно выбрать бюджетный диск. Задумываясь о компьютере для работы (на котором будут храниться важные данные), следует выбирать диск среднего или даже корпоративного уровня. Диски наивысшего уровня обычно не ставят в персональные компьютеры, но это не значит, что их туда ставить нельзя. Я наблюдал офисные машины, работающие на SAS-дисках.

Подбирая диски для системы хранения (NAS-бокс или сервер), нельзя ни в коем случае ставить диски бюджетного уровня. Эти диски не рассчитаны на серьезные нагрузки и начнут сбоить очень быстро, ну а выход их из строя произойдет задолго до окончания их гарантии. Для систем хранения данных лучше всего выбрать диски высокого уровня – тем более, что сейчас с этим абсолютно нет проблем. Все без исключения производители в настоящее время разделяют диски по типам их использования. Например, корпорация Seagate выпускает диски для ПК и игр (Barracuda и Firecuda, отличаются максимальным объемом; Barracuda выпускаются объемом до 14 ТБ, Firecuda – до 2), для NAS (то есть для устройств хранения данных) (IronWolf) и для систем видеонаблюдения (SkyHawk). Надо заметить, что среди современных дисков этого производителя нет устройств бюджетного класса. Отказ от производства такого продукта я считаю абсолютно правильным, ведь для устройств хранения информации надежность все же является определяющим фактором.

Конечно, как потратить ваши деньги при покупке такого важного устройства, как жесткий диск, решать вам. Однако учитывая назначение диска и степень риска выхода его из строя, лучше строить систему так, чтобы отказ накопителя не привел к фатальным или серьезным последствиям. Выбирая диск, исходите из описанных выше конструктивных особенностей. Безопасного хранения вашим данным и долгих лет жизни вашим дискам!



Мы принимаем к оплате | We accept payments


Мы стажировались и работали в странах | We worked or practiced in following countries