О долговечности SSD на простом примере. Мифы против реальности

Главная » Уроки и статьи » Железо

Установка твердотельных накопителей используется гораздо реже, чем использование дисков HDD. Пользователей отпугивает низкий срок службы SSD.

Ускорить работу компьютера или ноутбука можно разными способами. Одно из проблемных мест — скорость работы жесткого диска HDD. Заменив жесткий диск твердотельным накопителем SSD, можно увеличить эту скорость, а значит, и работу всей системы.

Есть ли какие-то подводные камни у такой замены? Или установка SSD — способ, позволяющий решить проблему скорости раз и навсегда? Нужно знать, что у твердотельных накопителей существуют свои минусы. Основной параметр, уменьшающий долговечность SSD, это количество циклов перезаписи. По этому параметру твердотельные накопители проигрывают жестким дискам. Теоретически SSD живет меньше HDD. Рассмотрим, каким образом увеличить количество циклов перезаписи и как продлить жизнь SSD.

Как происходит процесс записи данных

Сердце HDD — вращающиеся пластины, как правило, из металла или керамики. Запись происходит на тонкий внешний металлический слой этих пластин. Головка HDD движется над поверхностью пластин и намагничивает или размагничивает определенные секторы. Таким образом, процесс записи — это процесс намагничивания/размагничивания.

Для процесса записи данных неважно, была ранее записана на нем информация или нет. Диску все равно: запись проходит одинаково в любом случае.

Особенность записи данных для твердотельного накопителя

В SSD-диске вместо вращающихся пластин применяются микросхемы памяти. Твердотельный накопитель — это фактически большая флешка.

По сравнению с HDD запись (и перезапись) данных на диски SSD имеет ряд особенностей.

Для процесса записи имеет значение, есть на данный момент информация на диске или нет. Когда в ячейке памяти имеются ранее записанные данные, сначала происходит их удаление, а только потом запись новых. То есть процесс записи проходит в 2 этапа: сначала удаление старых данных, а потом внесение новых.

Срок жизни SSD на сто процентов определяется количеством циклов перезаписи, то есть зависит  от того, сколько раз можно записать и удалить информацию с диска. Количество циклов перезаписи имеет свой предел. Каждый цикл сокращает срок службы ячейки памяти, и, если превысить некую границу, ячейка умирает. Что-либо записать на нее становится невозможно. Однако накопитель сможет прожить дольше. Продление времени жизни диска возможно только за счет увеличения количества циклов. Ячейки памяти объединены в блоки. Тонкость в том, что запись данных можно проводить в каждой ячейке по отдельности, а удалять можно только блок целиком. И, если надо изменить только одну ячейку из блока, приходится совершать несколько дополнительных действий: перенести все данные в другое место, стереть блок и только потом вернуть на место блок и измененную ячейку. В результате происходит увеличение циклов перезаписи на каждое изменение информации в SSD. Это еще больше сокращает ресурс SSD-устройства. Такое явление получило название Write Amplification. Минус его в том, что перезаписывает несколько раз одну и ту же информацию.

Поэтому стоит задача как увеличить срок службы SSD, так и сохранить преимущество в скорости. Поскольку надежность накопителя определяется количеством циклов перезаписи, возникает задача оценки продолжительности жизни SSD-диска. Для этого указывается такой параметр, как TBW (Total Bytes Written). Он показывает, какой максимальный объем информации можно гарантированно записать на диск. Оценивать TBW принято в терабайтах (Тб). Так, значение 150 TBW указывает, что на диск можно гарантированно записать 150 терабайт информации. Превышение этого значения надежную работу накопителя не гарантирует.

У дисков разных производителей это значение отличается. Например, у SSD Kingston HyperX 120 Gb этот параметр составляет 354 TBW. У SSD OCZ Trion 100 240 Gb — 60 TBW. Диск Crucial MX 100 — 72 TBW.

Переводя абстрактные для обычного пользователя числа в понятные значения, можно привести такой пример. Возьмем TBW, равный 75. Это не самое большое значение, у многих производителей TBW существенно больше. Для того, чтобы накопитель гарантированно проработал 3 года, нужно каждый день записывать на него примерно 64 Гб информации. Величина для обычного пользователя практически нереальная. Мало кто записывает такой объем данных каждый день. А твердотельный накопитель Kingston HyperX с TBW, равным 354, в идеальных условиях, при ежедневной записи 2 Гб данных может прожить 100 лет! Только вдумайтесь, 100 лет службы хватит детям, внукам и даже правнукам.

Тесты показывают, что просмотр изображений или документов не влияет на запись данных. Это чтение данных. Только изменение документов или копирование файлов влечет за собой процесс записи на диск.

Что может предпринять пользователь

Эксплуатация SSD-устройства имеет свои особенности. Есть много способов, которые могут повысить надежность твердотельных накопителей. Опишем лишь некоторые из них. Дело в том, что в операционной системе есть некоторые функции, способные увеличивать скорость работы жесткого диска. Парадоксально, но увеличивая скорость HDD, они одновременно снижают надежность работы ССД. Что это за функции, снижающие долговечность SSD-диска?

Гибернация. При гибернации оперативная память компьютера сбрасывается на накопитель. После возобновления работы системы, данные опять переписываются в оперативную память для точного восстановления состояния компьютера. Это позволяет быстрее запускать систему и увеличивает скорость работы. Процесс, абсолютно безвредный для HDD, может сильно влиять на время жизни SSD. Дело в том, что при гибернации перезаписываются гигабайты информации. Если у компьютера 6 Гб оперативной памяти, то при гибернации может случится так, что этот объем придется весь записать, а потом удалить с диска. Чтобы SSD-устройство могло проработать долго, гибернацию лучше вообще не использовать.Дефрагментация. Цель дефрагментации — уменьшить количество перемещений головки жесткого диска, тем самым повышая скорость доступа к информации. У SSD нет движущихся частей и дефрагментация, как способ увеличения скорости работы, ему не нужна. Более того, она вредна, так как дефрагментация — это фактически перезапись информации с одного места накопителя на другое, что увеличивает количество циклов записи и удаления. Для увеличения срока службы устройства отключите эту функцию.Оптимизация дисков. Надежный способ повысить скорость работы HDD. Эта технология предварительно загружает из накопителя часто используемые данные в оперативную память. В процессе оптимизации кэш записывается на диск и регулярно обновляется. При установке HDD использование технологии оправдано. В случае SSD это только увеличивает количество циклов перезаписи. Данная технология может как продлить срок службы SSD, так и немного сэкономить место на диске.

Обращать внимание на эти функции стоит, если вы активно используете компьютер и в полной мере нагружаете SSD-накопитель. Большинству пользователей, даже если они оставят все настройки по умолчанию, не стоит беспокоиться о времени жизни твердотельного накопителя. Продолжительность жизни SSD будет такой же, как и у HDD. Для требовательных пользователей существует специальная программа, которая осуществляет тестирование SSD-дисков и дает полную информацию о состоянии накопителя.

Published 23.06.2016 · Updated 07.01.2019

Всем привет!

Твердотельные накопители (SSD – Solid State Drive) становятся все популярней, но у многих с ними все еще ассоциируются некоторые мифы и предрассудки. Дело в том, что на заре своего выхода на рынок компьютерных комплектующих SSD проявили себя как дорогие, но весьма недолговечные устройства. Первые модели дисков при среднестатистическом использовании умирали уже через 1-2 года их использования, что с учетом их стоимости было явным расточительством. С тех времен прошло много времени и технологии получили существенное развитие,  диски SSD стали надежней, долговечней и еще быстрее. Стоимость гигабайта устройства с каждым днем становится все более привлекательной.

Кратко о преимуществах SSD перед традиционными HDD:

• отсутствие механических частей и шума от них;
• по той же причине – высокая устойчивость к механическим воздействиям и перегрузкам, чего не скажешь про HDD, которые часто выходят из строя даже при незначительных ударах или падениях;
• высокая скорость считывая данных и стабильность скоростных характеристик независимо от расположения файлов и их фрагментации;
• на порядок более высокие значения показателей случайных операций ввода/вывода IOPS, что наиболее критично для работы операционной системы и приложений;
• более низкое среднее энергопотребление, т.к. при простоях энергия не тратится на вращение шпинделя или перемещение головок, как это происходит в HDD;
• малый вес и габариты.

Дегтя в “бочку мёда” в отношении SSD подливает самый основной недостаток –  ограниченный ресурс. Данное ограничение связано с ограниченным количеством циклов перезаписи ячеек применяемой в SSD flash-памяти. В современных носителях данный показатель зависит от используемого типа памяти и составляет в среднем 3000 циклов для MLC и 1000 циклов для TLC ячеек. Много это или мало разберемся немного позже, а пока пару слов о типах ячеек и какие лучше выбрать при покупке.

Наибольшее распространение получили сегодня 2 типа ячеек, о которых я только что упомянул – MLC (Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) и TLC (Tripple-level cell, трёхуровневые ячейки памяти). TLC более новый тип памяти и фактически их тоже можно назвать многоуровневыми, т.е. MLC, но ввиду существенного отличия в характеристиках используется название TLC, т.к. MLC началось применяться ранее для двухуровневых ячеек. Существует еще SLC (Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) с ресурсом от 100 тыс. циклов и более, но в виду сложности производства и, следовательно, большой стоимости, в чистом виде применяются мало, преимущественно для промышленного применения. Некоторые производители используют небольшой объём SLC в качестве кэша совместно с основной TLC-памятью для продления ресурса последней.

Почему более новый тип памяти TLC имеет меньший ресурс и как это коррелируется с  “мифом о долговечности”?

В ответе на поставленный вопрос есть две основных составляющих – экономическая и технологическая. Обе эти составляющих взаимосвязаны. Желание производителей сделать более ёмкие устройства по более доступным ценам приводит к снижению ресурса ячеек флэш-памяти. Открыв любой сайт с предложениями по SSD не трудно заметить, что самые дешевые устройства оснащены именно этим типом памяти.

Выходит, что раньше SSD оснащались более дорогими и долговечными модулями памяти, но почему же тогда они служили мало? Но тут дело не только в используемом типе памяти. Важную роль играет применяемый контроллер и микропрограмма, зашитая в него. Дело в том, что запись данных во флэш память имеет свои особенности и нюансы. Простое количество циклов перезаписи ячеек еще не говорит о надежности и долговечности SSD. Существует понятие мультипликатора записи, который в среднем может составлять 2-3, хотя это величина непостоянная и мало предсказуема, т.к. зависит от типа данных, их размера и частоты их записи. Наличие мультипликатора вызвано наличием служебных функций контроллера диска, призванные обеспечивать стабильность рабочих характеристик и равномерность износа ячеек диска.

Что такое SSD Endurance (TBW)?

В технических описаниях современных SSD можно встретить информацию о количестве информации, которую физически можно записать на диск. Такая информация часто представляется числом суммарно записываемой информации в ТБ (терабайтах) или же в объеме дневной записи на диск в течении определенного срока, как правило, срока гарантии, предоставляемого производителем на данный диск. К примеру, для моего текущего диска Transcend 256GMTS800 производитель заявляет 280 TBW, что говорит о том, что диск можно полностью перезаписать примерно 1000-1100 раз. Где же тут 3000 циклов для ячеек памяти? От того и 1000 вместо 3000, что при расчетах производитель учел какой-то свой раcчетный показатель усиления записи, который составил примерно 2,75.

На самом же деле, декларируемая производителем величина – это всего лишь теоретически гарантированная величина, которую выдержит диск в течении действия гарантии производителя. У большинства производителей гарантия, помимо времени, привязывается к величине Endurance (TDW) и при ее превышении гарантия прекращает свое действие, даже если не прошел установленный гарантийный срок. Это дает основание ожидать, что реальный объем данных может быть выше,  что неоднократно подтверждалось реальными эксплуатационными тестами и отчеты о которых есть на просторах Интернета. Хотя в конечном виде во многом зависит от условий и типа записываемых данных.

При этом, даже отталкиваясь от предложенных производителем TDW давайте прикинем, как долго может прослужить диск. Вернусь к своему диску и определю объем текущей перезаписанной на него информации, воспользовавшись фирменной утилитой SSD Scope и данными SMART с устройства.

Выделенный показатель показывает объем записанных данных кратно 32 Мб, т.е. чтобы получить реально записанный объем на диск данных необходимо значение 70052 умножить на 32 Мб. Полученное значение 2241664 Мб = 2241б6 Гб = 2,24 Тб. Срок службы примерно 3 месяца, т.е. порядка 700 Гб в месяц, 23 Гб в день. Специальных оптимизаций под SSD, которые считаю вредными, не проводил, файл подкачки и гибернации не отключал. К тому же последний используется постоянно, т.к. выключаю ноутбук исключительно в гибернацию. Единственно, что выбрал размер файла гибернации на минимальные 40% от ОЗУ, объем которого у меня 12 Гб, следовательно файл гибернации более 5 Гб. В работе использую традиционный офисный набор программ, а так же графические и видео редакторы, которые любят создавать немаленькие временные файлы на системном диске, хотя для хранения медиа файлов используется второй диск HDD.

На сколько хватит диска SSD?

При упомянутых 700 Гб в месяц несложно посчитать сколько таких месяцев может быть. Разделив декларируемые TBW 280 Тб на 0,7 Тб, получим 400 месяцев, что эквивалентно 33+ годам. Вы уверены, что через такой срок данный диск будет востребован даже если он будет рабочим?

Думаю, что через пару тройку лет наверняка возникнет заменить его на что-то более ёмкое и более производительное.

Для полноты картины, давайте подойдем с другой стороны и оценим сколько мы можем записать информации на диск, даже если он у нас единственный в системе и на него пишутся в том числе и объемные медиа-файлы. Для этого прикинем, что мы планируем использовать диск в течении максимум 5 лет, что при TBW 280 Tb будет эквивалентно 150 Гб в день. Что такое 150 Гб? Это более 12 часов видео FullHD в максимальном качестве, т.е. 6 полнометражных фильмов слитых с Bluray дисков. Вы часто записываете такие массивы данных? А тут каждый день в течении пяти лет.

И это речь о бюджетном носителе, который хоть и имеет не самый маленький ресурс и основан на MLC памяти, все же значительно уступает профессиональным решениям, имеющим куда более внушительные характеристики. Основным же недостатком SSD остается достаточно высокая цена за Гб объема. При этом технологии не стоят на месте и постепенно цена снижается, что делает диски SSD все популярнее с каждым днем. С каждым днем все больше HDD отправляются на полки или во внешние карманы для резервного копирования данных на них.

Какие напрашиваются выводы?

А такие, что ресурс современных SSD далеко не самый актуальный параметр, который должен вас смущать. С большой вероятностью вы захотите его заменить на более быстрое и ёмкое решение прежде, чем исчерпается его ресурс. Для тех же, кто пишет очень много информации на SSD, а это явно не бытовой признак, существуют профессиональные решения, имеющие в разы больший ресурс за несколько большую стоимость.

До новых встреч!

Сохранить

Сохранить

Используемые источники:

• https://linchakin.com/posts/ssd-average-lifetime/
• https://hddiq.ru/tverdotelnye-nakopiteli-ssd/resurs-ssd-diska-tbw
• https://igorosa.com/o-dolgovechnosti-ssd-na-prostom-primere-mify-protiv-realnosti/