У 2021 році ССД-диски достатньо популярними у споживчому сегменті. Вони випередили вінчестери по продажах ще два роки тому, а зараз займають до 60–65% ринку накопичувачів інформації. Розкажемо про те, як з'явилися SSD і чому вони стали такими популярними, а потім допоможемо вибрати потрібну модель.

Вибір SSD накопичувача

SSD: суть та історія створення

SSD - скорочено від Solid State Drive, "твердотільний накопичувач інформації". На відміну від магнітного жорсткого диска, у нього немає частин, що рухаються. Його пам'ять ґрунтується на напівпровідникових мікросхемах. Вони складаються з безлічі транзисторів з ізольованими плаваючими затворами. Такі чіпи здатні довго зберігати заряд навіть за відсутності зовнішнього живлення – від 6 місяців до 10 років залежно від моделі та ступеня зношування. Подаючи певні електричні сигнали, можна змінювати рівень заряду кожного осередку, зчитуючи, записуючи та видаляючи інформацію.

Пристрій SSD-дисків дозволяє отримати масу переваг, у порівнянні з вінчестерами. Завдяки відсутності рухомих частин вони працюють безшумно і виділяють у 2-10 разів менше тепла. Втрати енергії також нижчі, що збільшує час роботи ноутбуків та інших портативних пристроїв. А ще ССД краще переносять удари та вібрації. Але головний плюс твердотільних накопичувачів у швидкості. Навіть найдоступніші моделі працюють у 3–4 рази швидше за вінчестери. Час їхнього відклику в 5–25 разів менший. А в преміальному сегменті різниця ще більш вражаюча — швидкість у 5–15 разів вища, ніж магнітні диски.

Заради справедливості, потрібно розповісти й про мінуси SSD-дисків. У твердотільних накопичувачів обмежений ресурс, і що вище щільність пам'яті, то він менше. Споживчі моделі витримують 500-1500 циклів перезапису, корпоративні – до 10 тисяч. Вінчестери не мають подібних обмежень — термін їхньої служби здатний лімітуватися лише механічним зносом. Крім того, донедавна вартість гігабайта пам'яті ССД-накопичувача була в кілька разів вищою, ніж у магнітного диска. 2021 році ціни споживчих моделей майже зрівнялися — подальше зростання ринку обмежує лише дефіцит напівпровідників. Незабаром SSD можуть стати набагато дешевшими за вінчестери.

Хоча магнітні жорсткі диски домінували у споживчому та корпоративному сегменті донедавна, ССД не можна назвати новинкою. Перший твердотільний накопичувач SSD був створений 1976 року компанією Dataram. Носій інформації місткістю 2 МБ коштував сотні тисяч доларів, але працював у 30 тисяч разів швидше ніж конкурентні вінчестери. Хоча він мав серйозний недолік — RAM-пам'ять повністю очищалася при відключенні електрики, тому комп'ютер доводилося оснащувати резервним магнітним диском.

Наступним кроком було створення ССД-накопичувача Axion RAMDISK 320. Він призначався для споживчих комп'ютерів Apple, а тому питання автономного зберігання даних було для нього дуже важливим. Виробник вирішив проблему досить просто – встановив акумулятор, розрахований на три години роботи.

Тим часом у Японії йшла робота над зовсім іншим принципом зберігання інформації в напівпровідникових накопичувачах. Інженер компанії Toshiba Фудзіо Масуока винайшов ті самі осередки пам'яті з ізольованим плаваючим затвором. В 1980 він показав прототип двовимірної матриці зберігання даних NOR, а в 1987 - тривимірної NAND. Обидва варіанти стали революційним винаходом – перший познайомив світ з енергонезалежною пам'яттю, а другий багаторазово збільшив місткість SSD-дисків, дозволивши їм конкурувати з вінчестерами.

Подальший розвиток йшов еволюційним шляхом - технології розвивалися, покращуючи характеристики ССД-накопичувачів. Про те, які твердотільні накопичувачі існують сьогодні, ми розповімо докладніше.

Короткий огляд SSD-дисків

Конструкція твердотільного накопичувача

Основна частина ССД - мікросхеми пам'яті, що складаються з безлічі напівпровідникових осередків NAND. Інші типи чіпів зараз майже не використовуються. Виняток — промислові установки, де можуть працювати RAM-модулі, які потребують постійного живлення.

Мікросхеми встановлені на друкованій платі. Поруч із ними розташований контролер — процесор, у якому закладено особливий набір команд. Він дозволяє комп'ютеру швидко отримувати доступ до певних осередків пам'яті, зчитуючи, записуючи або видаляючи інформацію.

Найкращі SSD також оснащуються RAM-буфером. Це додаткова мікросхема енергозалежної пам'яті, яка очищається при вимкненні комп'ютера. Під час роботи накопичувача до неї завантажуються часто використовувані фрагменти інформації, що прискорює копіювання файлів, запуск програм та інші операції. Якщо ССД не має RAM-буфера, він може повільніше працювати з великими масивами даних.

Об'єм SSD

При виборі твердотільного накопичувача ССД орієнтуйтеся на потреби. Наприклад, операційна система Windows 10 займає близько 20-25 ГБ дискового простору, тому моделі менше ніж 100 ГБ зараз можна не розглядати. Сучасні SSD-накопичувачі можуть мати місткість від 100 ГБ до 20 ТБ. Підбираючи відповідну модель, враховуйте такі цифри:

  • Година відео 8K - 24 ГБ, 4K - 9 ГБ, Full HD - 4 ГБ.

  • Середня музична композиція MP3 320 кбіт/с - 15-20 МБ, FLAC без стиснення - до 50-100 МБ.

  • Одна фотографія з роздільною здатністю 12 МП - 10 МБ у форматі JPEG, до 30-50 МБ у форматі RAW.

  • Середній документ Microsoft Word або Excel – до 1 МБ.

  • Інсталяційний образ програми - близько 5 ГБ, операційної системи - 10 ГБ, гри - до 30 ГБ.

Пам'ять SSD-накопичувача

Жорсткі диски ССД відрізняються щільністю запису інформації. Першими були розроблені однорівневі SLC-накопичувачі. Їхні комірки можуть зберігати лише один біт інформації — для цього використовуються два логічні елементи, що відповідають нулю та одиниці. Така пам'ять існує і сьогодні — вона встановлюється на сервери та промислове обладнання, де на перший план виходить надійність. Місткість SLC-накопичувачів відносно мала - до 1 ТБ, а вартість гігабайта пам'яті дуже висока. Натомість за довговічністю їх можна порівняти з вінчестерами — витримують сотні тисяч циклів повного перезапису.

Трохи згодом з'явилися дворівневі осередки пам'яті MLC. Вони зберігають два біти інформації, для чого використовуються вже чотири логічні елементи. Щільність запису даних вдвічі вища, тому місткість може досягати 2-4 ТБ. Вартість нижча, але й ресурс менший — він сягає 2–10 тисяч циклів перезапису. Особливий тип пам'яті SSD – eMLC, тобто дворівневі комірки корпоративного рівня надійності. Вони коштують дешевше за SLC, але майже не відрізняються від них за довговічністю.

Найпопулярніший вид SSD-накопичувачів сьогодні - TLC. Трирівневим осередкам потрібно вже вісім логічних елементів, щоб зберігати три біти інформації. Така пам'ять призначається для споживчого сегмента — вона доступна, а 800–2000 циклів перезапису вистачає пересічним користувачам на 5–7 років.

Новинка у сфері твердотільних накопичувачів ССД – чотирирівнева пам'ять QLC. Її комірки містять вже шістнадцять логічних елементів, що дозволяє зберігати чотири біти інформації. Такі SSD-диски ставлять рекорди місткості - до 20 ГБ. За вартістю гігабайта пам'яті їх можна порівняти з магнітними вінчестерами. Їхнє слабке місце — ресурс, який рідко перевищує 1000 циклів перезапису.

Характеристики SSD диску

Швидкість SSD

У технічних характеристиках зазвичай вказується лише теоретична продуктивність накопичувача. Під нею розуміють швидкість SSD при послідовному запису до довколишніх секторів. Насправді така ситуація зустрічається дуже рідко.

І все ж таки, теоретичну межу швидкості можна використовувати для оцінки продуктивності ССД і порівняння різних моделей:

  • у бюджетних накопичувачів швидкості читання та запису не перевищують 300–400 МБ/с;

  • у середньому класі швидкість читання досягає 1200-1500 МБ/с, а записи - 500-800 МБ/с;

  • топові моделі можуть похвалитися швидкістю читання до 3500 МБ/с, а записи – до 2000 МБ/с.

Цю швидкість запису можна дізнатися за допомогою спеціальних програм, наприклад, CrystalDiskMark. Найбільш наближений до реальних умов тест — довільний запис фрагментами по 4 КБ у 8 потоків із глибиною черги до 8 запитів (4 KiB Q8T8). Як правило, це значення в 3-5 разів нижче за теоретичну межу швидкості. Воно дозволяє дізнатися, як швидко ви зможете переносити файли, зберігати тривимірні моделі та обробляти бібліотеки відео.

Контролери ССД-дисків

Контролер - це "мозок" твердотільного накопичувача. Багато в чому від нього залежать реальні швидкісні характеристики носія інформації. При виборі SSD слід звертати увагу на інтерфейс, з яким може працювати контролер:

  • SATA – теоретична межа швидкості до 600 МБ/с;

  • PCI-E NVMe – швидкість до 7500 МБ/с;

  • універсальні – можуть працювати з обома інтерфейсами залежно від характеристик материнської плати та вибраних налаштувань.

Контролери можуть відрізнятися за кількістю ядер та оброблюваних потоків інформації, за типом використовуваного RAM-буфера та особливостями прошивки. Але ці відомості цікаві скоріше для корпоративних споживачів. Пересічним користувачам краще звертати увагу на швидкісні характеристики. Тим більше, що виробники не поспішають озвучувати параметри контролерів — багато чіпів невідомі навіть експертам.

Надійність SSD-накопичувачів

Як ми вже говорили вище, слабке місце нових SSD з багатошаровими осередками пам'яті – ресурс. Вони витримують обмежену кількість циклів запису, після чого мікросхеми деградують і можуть стабільно утримувати заряд. Щоб боротися із цим явищем, виробники ССД використовують різні механізми.

Почнемо з того, що всі типи SSD підтримують функцію «збору сміття» - garbage collection. Перед очищенням блоку від застарілої інформації вона переносить потрібні фрагменти даних на чисті сектори диска. Це зменшує ресурс накопичувача, але збільшує обсяг доступного користувачеві простору.

Проблема «збору сміття» полягає в тому, що при такому способі видалення файлу операційною системою сектор очиститься лише тоді, коли до нього звернеться контролер. Поки цього не станеться, інформація в ньому перекидатиметься між блоками, прискорюючи знос SSD. Тому у багатьох ССД-дисках реалізовано підтримку команди TRIM. Вона налагоджує зв'язок між операційною системою та контролером, дозволяючи фізично видаляти інформацію після подачі логічної команди. Накопичувачі з підтримкою команди TRIM зношуються повільніше та служать довше.

Частий перезапис призводить до того, що певні осередки пам'яті починають деградувати швидше за інших. Коли накопичується критична маса таких «битих блоків», SSD-накопичувач виходить з ладу. Продовжити термін служби ССД-диска допомагає функція вирівнювання зношення. Вона чергує блоки, в які записується інформація, намагаючись підтримувати однакову кількість звернень до кожного сектора.

У SSD з високою щільністю запису можуть виникати перехресні зв'язки між осередками пам'яті, які спотворюють дані. Для запобігання такій ситуації використовується механізм пошуку та виправлення помилок ECC. Він частіше використовується в накопичувачах корпоративного рівня, де пріоритет віддається безпеці інформації.

Формати SSD-дисків

Корпусні накопичувачі залишаються популярними, хоча з кожним роком їхня частка на ринку носіїв інформації знижується. За формою вони схожі на традиційні вінчестери у 2,5-дюймових корпусах, але важать лише 50–250 грамів — у 2–5 разів менше за магнітні жорсткі диски. Їх розміри – до 100х90х9 мм.

Перші місця у рейтингу SSD-дисків зараз займають накопичувачі-ключі без додаткового корпусу. Вони встановлюються у невеликі роз'єми на материнській платі – M.2 або mSATA. Розмір такого носія інформації - від 22х30х1, 5 мм до 22х110х3, 5 мм. Вага – від 10 до 50 грамів.

Найменша частка ринку посідає стандартні карти розширення. Ці накопичувачі підключаються до роз'ємів PCI-Express на материнській платі. Вони займають стільки ж місця, як бюджетна відеокарта. Такі носії інформації відрізняються високою швидкістю та швидким відгуком, але виходять досить громіздкими. Тому найчастіше їх використовують у корпоративному сегменті, наприклад, у серверах та центрах обробки даних.

Окремо потрібно розповісти про зовнішні SSD-диски. У чомусь вони схожі на компактні флеш-диски — такі носії інформації вдвічі менші за смартфони та важать до 100–150 грамів. Але в них використовується такий же тип пам'яті та такі ж контролери, як у внутрішніх накопичувачах. В результаті ви отримуєте швидкість читання та запису в 5-10 разів вище - до 1500-2000 МБ/с. Зовнішні жорсткі диски SSD частіше підключаються до комп'ютера через порти USB 3.0/3.1/3.2, рідше через Thunderbolt 3 і 4.

Логічні інтерфейси

Коли йдеться про роз'єми SATA і mSATA, користувачеві доступний лише один інтерфейс - AHCI з пропускною здатністю до 600 МБ/с. А ось карти розширення PCI-Express працюють лише з інтерфейсом NVMe, що забезпечує швидкість до 7500 МБ/с. Цей протокол передачі був розроблений «з нуля». На відміну від AHCI, він містить набір команд, призначених лише для твердотільних дисків і не сумісні з магнітними вінчестерами. NVMe SSD залучає можливості сучасних багатоядерних процесорів, дозволяючи обробляти більше потоків інформації одночасно. Це підвищує швидкість читання та запису, а також зменшує затримку при зверненні до накопичувача.

А ось роз'єми M.2 можуть бути сумісні як з AHCI, так і NVMe. При виборі SSD необхідно уточнювати, які інтерфейси підтримуються материнською платою і контролером твердотільного накопичувача. Якщо є підтримка обох варіантів, система автоматично вибере протокол зі швидкістю передачі даних. З деяких причин цього може не статися - тоді вам потрібно буде змінити налаштування BIOS.

Фірми ССД-накопичувачів: яку краще вибрати

Якщо ви хочете вижати максимум зі свого комп'ютера, порівнюючи SSD краще спиратися на результати незалежних тестів, які публікують лабораторії та техно-блогери. Але більшістю користувачів важливо лише те, що ССД має бути швидким та надійним. Тому зазвичай під час вибору твердотільного накопичувача керуються брендом виробника, а чи не технічними характеристиками. У рейтингу SSD-дисків лідирують такі торгові марки: 

SSD-накопичувач Samsung

  • Samsung.

  • Kingston.

  • Crucial.

  • Intel.

  • Toshiba.

  • Western Digital.

  • Silicon Power.

  • Transcend.

  • ADATA.

  • Патріот.

 

 

 

Найкращі SSD-диски 2021 року: рейтинг компанії CompX

SSD M.2 NVMe

  • Samsung 980 Pro. Найкращий у світі SSD для M.2-роз'єму. Швидкість читання – до 7000 МБ/с, записи – до 5000 МБ/с. Нікелевий радіатор контролера покращує охолодження SSD, майже не збільшуючи його розмірів. Завдяки цьому диск стабільно працює при високих навантаженнях, що є важливим як для геймерів, так і для фахівців з обробки відео.

  • Western Digital Black SN850. Пропонує більший обсяг SSD - до 2 ТБ при тих же швидкісних характеристиках, що Samsung. Але базова модель сильно гріється під час роботи — потрібне додаткове охолодження. Зате версія з радіатором може похвалитися налаштованням RGB-підсвічуванням.

  • Crucial P5 Plus. Модель на стику споживчого та професійного класу. Відмінність SSD – у підвищеному ресурсі та підтримці 256-бітного шифрування інформації на апаратному рівні. Але й відповідні мінуси — високе енергоспоживання та сильне нагрівання.

  • Patriot Viper VPR100. Геймерський накопичувач з яскравим підсвічуванням та алюмінієвим радіатором, що знижує температуру SSD. Швидкість читання інформації – до 3300 МБ/с, записи – до 2900 МБ/с. Його датчики можна зв'язати із системою охолодження комп'ютера, щоб зберігати стабільну продуктивність при високих навантаженнях.

  • SK Hynix Gold P31. Ультратонкий ССД, що підходить для ноутбуків. RAM-буфер на основі DDR4 та потужний контролер дозволяють розраховувати на високу реальну швидкість запису інформації під час роботи з довільними блоками.

SATA SSD

  • Western Digital Red 500 NAS. 2,5-дюймовий накопичувач із високою швидкістю довільного запису. Ідеально підходить для ігор, тривимірного моделювання та трансляції відео з роздільною здатністю 4K.

  • ADATA AGAMMIXS5. Геймерський диск зі швидким контролером та алюмінієвим радіатором, що допомагає підтримувати температуру SSD менше ніж 45–50°.

  • Samsung EVO 870. Один з найнадійніших SSD з роз'ємом SATA – витримує до 1200 циклів повного перезапису.

  • Kingston SA 400. 2,5-дюймовий корпусний накопичувач. Завдяки дуже низькому споживанню електроенергії ідеально підходить для ноутбуків.

  • Crucial MX500. – бюджетний ССД з місткістю до 4 ТБ. Сучасні технології кешування дозволяють отримати високу швидкість роботи з великими файлами.

Висновок

Вибір накопичувача SSD залежить від ваших потреб і параметрів комп'ютера. Так, для робочих станцій підійдуть швидкі та надійні диски з одно- та двошаровою пам'яттю. Пересічному користувачеві буде важливим обсяг і надійність носія інформації. А геймерам та спеціалістам, які працюють у мультимедійних галузях, потрібно шукати високошвидкісні моделі. Втім, є ситуації, коли вибір обмежується лише двома-трьома накопичувачами. Приклад – застарілі SSD mSATA, які майже зникли з каталогів виробників.