• Знакові релізи 2012 року і систематизований огляд компонентів SSD: найпопулярніші контролери і типи Flash-пам'яті, які використовуються зараз і будуть впроваджуватися в майбутньому. В черговий раз - міфи і правда про довговічності SSD. Також подивимося, чого досягли в 2012 році жорсткі диски і якими чудесами «механіка» здивує нас в 2013-м
    Що застосовується сьогодні
    2012 року споживчі SSD завершили міграцію на мікросхеми NAND-пам'яті, вироблені по техпроцесу 24 (від Toshiba) і 25 нм (від IMFT).
    Більшість накопичувачів, які нам довелося протестувати за рік, комплектуються 25-нм пам'яттю виробництва IMFT двох різновидів: мікросхеми з асинхронним інтерфейсом ONFi 1.0 або синхронні з ONFi 2.X. Поширені сьогодні чіпи стандарту ONFi 2.1/2.2 мають пропускну здатність в 166 або 200 Мбайт/с, у той час як пропускна здатність асинхронних чіпів становить усього 50 Мбайт/с.

    Незважаючи на низьку продуктивність, чіпи ONFi 1.0 все ще широко використовуються завдяки їх дешевизні порівняно з NAND Flash стандарту ONFi 2.X. Виробники твердотільних накопичувачів часто поєднують таку пам'ять з контролером SandForce SF-2281. За рахунок алгоритму стиснення даних на льоту контролери SandForce знижують вимоги до пропускної здібності масиву пам'яті, і при запису добре стисливих даних втрата продуктивності невелика. При роботі з погано сжимаемыми даними, навпаки, дефіцит пропускної здатності проявляється (о, скільки разів ми це вже повторили!).
    Третій різновид пам'яті, яка зараз зустрічається в споживчих SSD, - це 24-нм мікросхеми з інтерфейсом Toggle-Mode DDR 1.0 виробництва Toshiba, які мають пропускну здатність 133 Мб/с. Нарешті, є мікросхеми Samsung, також з інтерфейсом Toggle-Mode DDR 1.1, але вони виробляються по техпроцесу 27 нм. Шанс виявити їх у SSD, купленому в Росії, невеликий у зв'язку з мізерною представленностью накопичувачів Samsung в нашій роздробі. Хіба що в ноутбуці попадеться.
    Вперед, до техпроцесу 19-21 нм
    тим часом ми вже впритул підійшли до чергової зміни техпроцесу у виробництві NAND-мікросхем. Попереду всіх у цьому напрямку виявився Samsung, не тільки почав масовий випуск чіпів з інтерфейсом Toggle-Mode DDR 2.0 з норми 21 нм, але і вже продає накопичувачі SSD 840 Pro на їх основі. Який-або офіційної інформації про витривалості чіпів на новому техпроцесі від Samsung нам знайти не вдалося, але за деякими непрямими даними можна судити, що 21-нм чіпи витримують до трьох тисяч циклів перезапису. Новий інтерфейс збільшує пропускну здатність мікросхеми до 400 Мб/с. Samsung SSD 840 Pro також комплектується контролером Samsung власної розробки і є одним з найшвидших споживчих SSD на сьогодні. Тільки не питайте, де купити ці приводи в Росії. Нам самим цікаво.
    Також з'явилися перші SSD з пам'яттю Toggle-Mode DDR 2.0 і техпроцесом 19 нм виробництва Toshiba - Plextor M5 Pro. Про кількість циклів перезапису, призначеному для нових мікросхем, Toshiba не поширюється.
    Набагато більше нам відомо про новий техпроцес і новий інтерфейс пам'яті від IMFT. Цей виробник вже випускає мікросхеми за нормою 20 нм об'ємом 64 Гбіт на один кристал. Інтерфейс чіпів оновився до рівня ONFi 2.3, що не принесло збільшення пропускної здатності, але додав підтримку нової організації накопичувача під назвою EZ-NAND. EZ-NAND означає можливість перенести функцію контролю парності даних (ECC) з NAND-контролера на окремий чіп або інтегрувати її прямо в мікросхеми пам'яті. Завдяки відділенню ECC забезпечується легкий апгрейд цієї функції, який в майбутньому зовсім неминучий у міру переходу на більш тонкі техпроцеси і супутнього зниження якості сигналу. До речі, ще раз про хворого: кількість допустимих циклів перезапису для 20-нм пам'яті від IMFT вдалося утримати на рівні 25-нм чіпів: три тисячі циклів.

    Архітектура EZ-NAND: функція ECC винесена з NAND-контролера (схема з Anandtech.com)
    20-нм мікросхеми ONFi об'ємом 64 Гбіт на одне NAND-пристрій зараз проходять обкатку у складі накопичувача Intel SSD 335 на базі контролера SandForce SF-2281. Одночасно готуються до випуску 20-нм кристали об'ємом 128 Гб, які вже мають інтерфейсом ONFi 3.0 з пропускною здатністю 400 Мбайт/с. Але є вагомі причини, за якими нам доведеться ще почекати появи 128-Гбитных чіпів в споживчих накопичувачах. По-перше, інтерфейс ONFi 3.0 не має зворотної сумісності з ONFi 2.X (серед іншого, збільшився обсяг сторінки з 8 до 16 Кбайт, що вже саме по собі вимагає оновлення прошивки контролерів). По-друге, IMFT потрібно час для того, щоб довести кількість виходу придатних кристалів до прийнятного рівня. Але в результаті, крім приросту продуктивності, з'явиться можливість упаковувати в один корпус до восьми 128-Гбіт NAND-пристроїв, актуальна для мобільних платформ.
    TLC NAND: ще дешевше, ще тонше
    Отже, це майже все, що потрібно знати про Flash-пам'ять на сьогодні. Для повноти картини залишилося тільки розповісти про TLC NAND - пам'ять з новим типом комірок, представлену на додаток до вже відомих SLC і MLC. У минулому році Samsung випустив перший серійний накопичувач на TLC-пам'яті - SSD 840 без приставки Pro. Інтерфейс чіпів - Mode Toggle DDR 2.0, техпроцес - 21 нм. Не вдаючись у подробиці архітектури TLC, відзначимо головне - ця пам'ять дозволяє зберігати в комірці три біт інформації і тому працює повільніше, ніж MLC, і, найголовніше, має меншу витривалістю. Точних даних про цей параметр у нас немає, але, знаючи про те, яка різниця між SLC і MLC і як витривалість змінювалася при зміні техпроцесу, можна припустити, що комірки TLC в пам'яті Samsung витримують в районі 1 000-1 500 циклів перезапису. Крім того, TLC вимагає більш потужного механізму контролю цілісності даних.
    Що стосується продуктивності TLC, то вона менше, ніж у MLC, але той же Samsung SSD 840 демонструє цілком пристойну для сучасного SSD початкового рівня продуктивність.

    Витривалість Flash-пам'яті різних типів і вимоги до ECC (схема з Anandtech.com)
    Поки важко сказати, наскільки TLC NAND вигідніше за собівартістю щодо MLC. Теоретично потрійні комірки в змозі знизити ціну виробництва на 30% порівняно з MLC, хоча зараз різниця напевно компенсується високим попитом і великим об'ємом поставок MLC, з одного боку, і обмеженим випуском TLC - з іншого. І все ж TLC є перспективним способом знизити ціни на твердотільні накопичувачі, не приносячи великих жертв в області продуктивності. Ну а Samsung, володіючи власним виробництвом NAND Flash, технологією TLC і власними контролерами, стає великою загрозою для тих виробників SSD, які лише займаються збиранням накопичувачів з «чужих» компонентів. На щастя останніх, азіатська імперія поки не повернула в цьому напрямку своє вогняне око.
    Ще раз про довговічності SSD
    Той факт, що у Flash-пам'яті у міру переходу на нові техпроцеси знижується допустима кількість циклів перезапису, викликає у користувачів неослабну занепокоєння. Щоб перевірити гіпотезу про нібито має місце надзвичайної ненадійність і недовговічності SSD, одного разу ми вирахували теоретичний термін життя накопичувача об'ємом 128 Гбайт з NAND-пам'яттю на три тисячі циклів і показали, що міф про недовговічність SSD - це не більш ніж міф. Врешті-решт, будь-який накопичувач має свій термін життя, і навіть краще знати його заздалегідь. Тим більше що виробники жорстких дисків жодного терміну життя не повідомляють. Тільки казкові значення часу наробітку на відмову понад сотні років (sic!), які на насправді означають не більше того, що з сотні дисків за рік вмирає один. Ну так от, повторно розрахуємо, скільки років нещадної експлуатації потрібно для того, щоб повністю вичерпати запас циклів перезапису сучасної MCL-пам'яті:
    Порахуємо, скільки років при десктопної навантаженні потрібно накопичувача об'ємом 128 Гбайт, щоб виснажити всі свої комірки. Візьмемо обсяг записуваних в день даних по максимуму - 10 Гбайт, хоча мало хто реально записує стільки на десктопі, а якщо записує, то це, швидше за все, завантаження з Інтернету відео і подібних даних, які немає сенсу тримати на SSD.
    Більшість контролерів збільшить обсяг 10 Гбайт ще в кілька разів за рахунок явища під назвою write amplification. Write amplification складається з декількох факторів. По-перше, SSD може записувати дані в комірки тільки у вигляді так званих сторінок, типовий розмір яких - 4 Кбайт. А стираються дані так званими блоками, як правило, по 512 Кбайт. До того ж контролер постійно перетасовують дані в пам'яті, виконуючи очищення від сміттєвих записів. Тому і може скластися така ситуація, коли замість 10 Гбайт, відправлених на SSD хост-контролером, в NAND-мікросхеми записується 100 Гбайт.
    Отже, скільки в таких умовах протягне накопичувач з чіпами, що витримують 5 тис. циклів перезапису? Так як контролер стежить за тим, щоб комірки зношувалися рівномірно, всі вони повинні підійти до кінця життя одночасно, і це станеться через 17,8 року (допитливі читачі можуть повторити розрахунок). Після цього останні записані дані залишаться цілими протягом ще 12 місяців.
    Як бачите, навіть найменш сприятливою гіпотетичної ситуації десктопний SSD об'ємом 128 Гбайт з MLC-пам'яттю на 5 тис. циклів у стані пропрацювати термін, за який можна виростити дитину. Відповідно, з пам'яттю на 3 тис. циклів тривалість життя накопичувача складе 10,7 року, що теж