Коротко про SSD | Geek Фреш

Всі ми дуже полюбляємо сперечатися про техінку. iOS чи Android, Intel чи AMD, Nvidia чи NVIDIA? У кожному з цих випадків ми наводимо численні аргументи, які часто не перевіряємо, або беремо на довіру послухавши блогерів. А потім у магазині невпевнено киваємо на аргументи продавана, також без можливості перевірити інформацію.

Світ SSD-пам’яті зазвичай дуже складний. У магазинах є до десятка моделей кожного бренда, інколи вони навіть називаються схоже, а змінюються лише код та рік. То як розібратися у всій цій катавасії та зрозуміти який SSD потрібен? Особливо у випадку, коли звідкись чув про те, що MLS кращий за QLC, а в характеристиках пише 3D-NAND. 

Ми підготували для вас стаканчик Geek фрешу по SSD, який швидко та просто дозволить розібратися у цій, на перший погляд, складній тематиці.

Дисклеймер: У даній статті уся інформація стосується як варіантів SATA SSD, так і M2 форматів.

Як працює пам’ять в SSD

Для початку варто розібратися як працює пам’ять. 

Кожен SSD (грубо кажучи) складається з:

• плати, на якій все розпаяно, 
• роз’єму підключення до вашого ПК, 
• перетворювача струму на той, який потрібен платі,
• контролера, який керує роботою SSD, читанням, записом, стиранням даних,
• чіпів “банок” пам’яті, які безпосередньо зберігають інформацію.

Всередині кожного чіпа розміщена велика кількість комірок пам’яті, роль яких виконують польові транзистори та провідників, які з’єднують комірки. Кожна комірка-транзистор має змогу зберігати у собі заряд. Завдяки специфічній будові цей заряд може утримуватися в транзисторі навіть тоді, коли пристрій знеструмлений. Саме тому дані не пропадають після вимикання вашого ПК, або ноутбука. 

Більшість користувачів розуміють, що сучасні комп’ютери сприймають інформацію у двійковому коді. Тому SSD повинні зберігати дані у вигляді логічних 0 та 1. Тому домовились наявність або відсутність заряду в транзисторі вважати за 1 або 0, що є одним бітом інформації.  Перевіряючи в комірках наявність та відсутність заряду формується список нулів та одиниць (бітів), які утворюють список ваших даних. 

Які типи пам’яті пам’яті SSD бувають

Такий підхід до зберігання даних виявився доволі хорошим. Проте людство постійно прагне до оптимізації та покращення процесів. Тут-то винахідникам і спало на думку: 

- А що, якщо в одній комірці тримати не 1 біт інформації а декілька?
- Чудова ідея! А як це зробити?
- А що, якщо зберігати в комірці не просто заряд, а заряд різної інтенсивності, і потім при зчитуванні перевіряти не лише наявність заряду (що б відповідало 0 або 1), а і його інтенсивність? У такому випадку стан транзистора буде не лише “Є заряд” і “Немає заряду”, а буде “Немає заряду”, “Заряд 1”, “Заряд 2”, “Заряд 3” і так далі..

Це дозволить зберігати в комірці не 1 біт інформації, а одразу декілька. 

Паралельно із цим велася постійна робота над зменшенням розміру кожного транзистора та ущільненням їх розміщення.

Розрізняти SSD пам’ять домовились за кількістю бітів, які здатна зберігати кожна комірка.

• SLC (Single Level Cell, однорівнева комірка) - найстаріший тип пам'яті, де на кожну комірку (транзистор) припадає по одному біту інформації (в осередку комірці одне з двох значень - 0 або 1).
• MLC ("Multi Level Cell", багаторівнева комірка) - містить два біти інформації. Кількість можливих значень у такій комірці зростає до чотирьох - "00", "01", "10", "11", а порогової напруги необхідно три рівні. Тобто у пам’яті такого виду є ступерні “Немає заряду”, “Заряд”, “Сильніший заряд“, “Ще сильніший заряд”.
  
• eMLC – ("Enterprise Multi Level Cell") – комірка, створена з урахуванням MLC, та її ресурс циклів запису/стирання значно збільшено. Надійність eMLC на рівні SLC, а ціна трохи більша, ніж у MLC. Також застосовують на різноманітних робочих станціях та серверах середньої ланки.
• TLC("Triple Level Cell", трирівнева комірка) - тип осередків пам'яті SSD, що містить три біти інформації. Число значень знову збільшилося вдвічі: "000", "001", "010", "011", "100", "101", "110" та "111". Число порогових напруг - сім.
• QLC («Quad Level Cell», чотирирівнева комірка), що містить, відповідно, чотири біти. Тут кількість можливих значень вже дорівнює 16: "0000", "0001", "0010", "0011", "0100", "0101", "0110", "0111", "1000", "1001", "1010" », «1011», «1100», «1101», «1110», «1111» - і вимагає 15 граничних напруг.
  

• PLC (Penta Level Cell, п'ятирівнева комірка). Цей тип флеш пам'яті SSD тільки анонсований до випуску і міститиме 5 бітів на комірку, кількість можливих значень - 32: "00000", "00001", "00010", "00011", "00100", "00101", "00110" , "00111", "01000", "01001", "01010", "01101", "01101", "01101", "01101", "10000" "10011", "10100", "10101", "10110", "0111", "11000", "11001", "11010", "11110", "11110" ; Число порогових напруг - 31.

Що таке 3D NAND, V-NAND та BiCS пам’ять

Подібна “гонка озброєнь”, яка полягає у збільшенні бітової ємності комірок, та зменшенні розмірів цих комірок не могла тривати безкінечно. В один момент вчені просто “вперлися” в можливості обладнання створювати компоненти мікроелектроніки в певному розмірі (виражається в нанометрах (нм) та часто називається техпроцесом). 

Саме тоді і була запропонована ще одна чудова ідея. "А що, якщо розширяти наш умовний “склад” комірок не лише в одній площині, але і зробити його багатоповерховим?"

Пам’ять, створену за такою концепцією і назвали 3D NAND. При цьому новий вид пам’яті продовжував складатися з SLC, MLC, TLC та QLC комірок.

Однією із перших цю концепцію застосувала компанія Samsung. У них така конструкція пам’яті називалась V-NAND (Vertical NAND). Реалізація від Toshiba та SanDisk назвалась BiCS 3D NAND. Це дозволило відкотити виробництво  до більш стабільного техпроцесу, а також збільшити швидкість зчитування даних. 

На даний момент виготовляється пам’ять до 176 шарів комірок, одне на одному. (Анонсовано розробку пам’яті до 600 шарів)

Виросла також і кількість гарантованих циклів перезапису до відмови, порівняно із 2D пам’яттю. До прикладу 3D NAND TLC пам’ять по більшості характеристик буде кращою за звичайну 2D MLС.

Які недоліки є у SSD пам’яті

Щоб ускладнити вам вибір (найлегший варіант це послухати якогось дядьку з ютуба), та дати можливість самостійно оцінювати якість SSD ми розповімо вам про недоліки та підводні камені, які можуть вас зустріти при виборі SSD у форматі списку.

• Збільшення кількості бітів у комірці не могло пройти безслідно. Чим більше порогових напруг потрібно записати та зчитати з транзистора, тим більшою є імовірність записати хибний результат. Тоді і значення в усьому кластері буде некоректним (при похибці замість "0011" можна отримати "0010" або "0100"). 

  Також збільшується кількість записів у комірку. Якщо в SLC це 1 біт, який потребує запису, то в комірку MLC потрібно записати 2 біти інформації, відповідно транзистор швидше зношується. Тому найненадійнішою вважається QLC пам’ять. Зазвичай користувачі залежно від фінансів вибирають або MLC, або TLC пам’ять.
  Дисків на SLC майже немає у продажі. Вони вважаються найдорожчими та використовуються переважно в комерційному сегменті, де потрібна максимальна надійність зберігання даних та довговічність диска, незважаючи на його вартість.
  

• Також в SSD існують такі поняття як Корекція та Стискання даних. У першому випадку при записі некоректного значення у одну комірку, його повторно записують в іншу. У випадку стискання даних, SSD спочатку записує дані в велику кількість комірок по всьому диску для забезпечення швидкості запису, а згодом “утрамбовує” дані в меншій кількості комірок. В обох випадках це впливає на довговічність та швидкість роботи диска. Саме тому існує рекомендація купляти диски з більшим об’ємом пам’яті, щоб дані процедури відбувалися не так часто, та постійно задіювались інші комірки. Тобто диски з однаковим типом пам’яті, але різного об’єму матимуть різну довговічність. 1ТБ пропрацює довше ніж 500GB. Також більший об'єм пам'яті дозволить виділити місце під "резерв", який інколи пропонує зробити програмне забезпечення (наприклад Samsung Magician) для продовження часу роботи диска.
  
  
• Часто в інтернет магазинах тип пам’яті позначають, як 3D NAND і не вказують конкретний тип пам’яті. У такому випадку потрібно звернутись до продавця, або відвідати сайт виробника і переглянути якою пам’яттю оснащується SSD (3D NAND MLC, TLC чи QLC).
• Вас можуть намагатися переконати у тому, що вам необхідний саме 3D NAND MLC або 3D NAND TLC SSD, хоча варто звернути увагу на конкретні завдання для диска. Якщо ви бажаєте записати на диск колекцію файлів, фільмів, музики та інших даних, які в подальшому не маєте наміру часто перезаписувати- вам може підійти 3D NAND QLC - дешевий диск з низькою швидкістю запису, малою кількістю циклів перезапису та великою швидкістю зчитування. Якщо ж ви плануєте активно перезаписувати диск, варто придбати MLC або TLC варіант з більшою кількістю циклів перезапису. 
• Часто існує пряма залежність між популярністю бренда та якістю диска. Навіть бюджетний варіант диска виробник оснащуватиме хорошим контролером та перевірятиме пам’ять на наявність браку. У той же час маловідомі бренди, або продавці з Алібазару часто займаються перепайкою вторинних чіпів пам’яті з неробочих дисків на власну плату та оснащують їх дешевими контролерами. Такі пристрої можуть вести себе непередбачувано, а транзистори уже мати певний “пробіг”.

Діліться і своїми знаннями про SSD у коментарях а також доповнюйте матеріал власними знаннями. Надіємось вам було цікаво!