Эволюция SSD: магия меркантологов и ее разоблачение. Longread о проникновении твердотельных накопителей в нашу жизнь

Так что покупать?

Возвращаясь в начало трактата отметим, что выбор SSD методом «сортировать по возрастанию цены» в интернет-магазине не является таким уж провальным — если вы не знаете, что именно вам надо и почему, но купить все же хочется, то такой подход в общем-то решит поставленную задачу. Любой, абсолютно любой SSD сегодня будет отличным решением для улучшения опыта работы с повседневными задачами. Даже самые слабые из них покажут примерно 15–20 мегабайт в секунду скорости чтения 4К-блоков, что и является основной пользовательской нагрузкой. Можно только посоветовать выбирать модель с DRAM-буфером т.к. у самых-самых дешевых его обычно нет. Но зато может быть SLC-кэширование, которое призвано сгладить углы — из массива памяти выделяется часть и работает в режиме SLC c соответствующей неплохой скоростью. В зависимости от продвинутости контроллера конкретного носителя размер такого кэша может быть как фиксированным, так и динамическим. Работает это вполне неплохо, но важно понимать, что за пределами размера кэша скорости упадут. Но если у вас нет объемов, которые выходят за рамки такого кэша, то падения скорости вы можете не заметить, т.к. не попадете в условия, когда оно проявится. Ну и объем подбирать стоит под реальные задачи, но с падением цен на твердотельные накопители сегодня вряд ли имеет смысл рассматривать что-то ниже 256 гигабайт в общем случае.

Но, one more thing, как говорят любители фруктов

История с SSD имеет два поворота, которые я решил вынести в отдельную часть материала.

Как мы узнали, эволюция выносливости твердотельных накопителей в части количества перезаписей ячеек идет задом наперед — от 100 тыс. в SLC до 1000 в TLC. Инженеры и маркетологи сильно постарались загримировать этот нюанс. И хотя он обусловлен технически — приятного в нем нет ничего. Тем не менее, особо этот показатель на реальную эксплуатацию твердотельных накопителей сегодня не влияет — реальный ресурс позволяет говорить о том, что носитель «заржавеет» раньше, чем износится.

На этом фоне Intel и Micron в 2015-м представляют миру новую память — 3DXpoint и продукт с рыночным названием Optane на ее основе. Внутренние детали технологи не важны. Важно то, что это лучшее, что случалось в сфере накопителей и хранения: высочайшие скорости при минимальных задержках.

История SSD

Выдающимся представителем можно назвать Optane SSD 905P.

История SSD

Устройство подключается через слот PCI-E (этот класс я умышленно пропустил выше) и способно к линейной записи-чтению на скорости примерно 2500–2700 мегабайт в секунду. Но революционность не в этом — работа с 4К-блоками и глубиной запросов 1 происходит со скоростью около 300 мегабайт в секунду. Это почти фантастика на сегодня, ничего из существующего и рядом не стояло по этому показателю! Прекрасный результат. Цена тоже поражает воображение и надеяться на то, что скоро это станет мейнстримом, не приходится. При этом совершенно никаких вопросов по ресурсу. Даже заявленный покрывает практически все возможные потребности — для терабайтной модели это 17520 ТБ! Т.е. только официально заявлено 17 520 перезаписей ячеек.

Однако замечательное решение Intel таки решила продавать в розницу, но сначала NVMе-модулями по 16 и 32 ГБ для … кэширования медленных жестких дисков в системах, на базе своих процессоров и логики.

История SSD

Предполагалось, что драйвер перенесет часто используемые данные на такой маленький кэш-носитель и они будут читаться с него с поразительной скоростью. Запись тоже думалось осуществлять транзитом. Но все это оказалось невостребованно, т.к. те, кто мог за это заплатить, изначально устанавливали системным диском твердотельный накопитель и НЖМД имели в системе, в лучшем случае, под хранение холодных данных. Нечто подобное предлагает и AMD для кэширования HDD любыми твердотельными накопителями, но особой популярностью решение тоже не пользуется, ввиду того, что обе концепции опираются на новое дороге железо производителей, покупатели которого НЖМД как системными дисками ожидаемо не интересуются. Про PrimoCache и аналоги написано выше.

Казалось бы, вот он недостижимый конкурентами пик производительности, осталось только немного снизить цены. Так и вспоминается незабвенное — «Еще 65535 ведер и золотой ключик у нас в кармане» (с). Действительно, дотянуться до Optane и постоять рядом в реальных задачах может только Samsung 983 ZET на 64-слойной 64-Гбит SLC 3D V-NAND. Но это очень, очень дорого, примерно 2300 долларов за терабайт в розницу, т.е. для обычных людей в основном на картинках, хотя узкие профессионалы такое могут купить под конкретные высокооплачиваемые задачи.

История SSD

Будущее рядом, говорили они, и скоро пойдет в розницу за адекватные деньги, повторяли они.

А в это время айсберг…

Второй поворот история исполнила буквально недавно — летом 2018 было объявлено о передаче в производство и очень быстро таки произведены первые ласточки накопителей на … QLC-памяти.

Потребитель только отошел от удивления падению ресурса в TLC, как ему предлагают уже 4-х ячеечную QLC. Приведу известную картинку.

История SSD

16 разных уровней заряда и непонятные перспективы по скорости и ресурсу. Естественно сетевое сообщество разразилось шутками про полуразовые накопители и прочими колкостями, но так ли все плохо на сомом деле?

Сперва необходимо вспомнить, что при переходе к трёхъячеечной памяти фактически возросла плотность, и на той же пластине можно было получить больше гигабайт на выходе. Т.е., или заработать больше, или цену опустить для завоевания части рынка, но с ресурсом будет хуже. Здесь картина похожая, но технически сложнее.

И одной из первых в новой нише отметилась компания Samsung SATA-изделием 860 QVO на QLC 3D V-NAND. Платформа там была типичная — на терабайт объема гигабайт буфера из LPDDR4, максимальные линейные скорости в ширину SATA3 примерно и 360 терабайт гарантированной записи. Цена, правда, на уровне известных скоростями и надежностью конкурентов. С учетом того, что QLC должна была быть заведомо относительно медленной, производитель сообщил, что на терабайтном носителе 6 гигабайт будут работать в режиме статического SLC, т.е. быстрого кэша, и 36 — динамического. Итого 42 ГБ кэша в быстром режиме. Как это все должно отражаться на ресурсе — вопрос открытый, но 360 терабайт гарантировали, а это лично для меня почти 200 лет типично ежедневной работы.

Забегая вперед скажу, что тесты показали прямую линейную запись в QLC для 1 терабайтного носителя на скорости около 75 мегабайт в секунду. Вроде фиаско, но не совсем. Во-первых, ввиду многоканальности более объемные варианты будут быстрее. Так 2 терабайтная модель будет в 2 раза быстрее, но это не решит проблему т.к. такие линейные скорости давно по зубам обычным НЖМД, а 2 терабайта даже QLC дешевыми быть не обещают.

На самом же деле встретиться лицом к лицу с такой скоростью практически не получится — быстрый кэш в режиме SLC (именно в режиме, той, самой первой SLC, здесь, конечно же, нет и в помине) примет на себя поток данных в ширину интерфейса. Такового 42 ГБ. Т.е. скорость сильно упадет только на 43-м гигабайте записи подряд. Я такие проекты уже и не помню, когда ходом записывал, но я ведь не показатель, а те, кто таки так записывает — QLC не интересуется. В общем, разовые тормоза при записи никого особо не огорчат — до них пойди еще доберись.

Далее, когда нагрузка упадет, контроллер перенесет из SLC-кэша данные в QLC-память. Фоново и незаметно. Правда, потратив немного и так небольшого ресурса QLC — здесь о ресурсе стоит вспомнить чисто академически. Запись, по сути, получится двойной, а, вероятно, в силу технологии — и поболее, чем двойной. Последовательное чтение идет в ширину SATA3, что мы отмечаем чисто информационно.

А вот случайное чтение 4К всего 15 мегабайт в секунду, запись — 123,2 МБ/с. А вот тут уже перекос совсем не очень. В общем, решение получается слабое в самой важной точке — случайном чтении 4К, т.е. при обычной повседневной нагрузке. В остальном Samsung вполне конструктивно реализовал QLC, но кому это надо по цене конкурентов, которые куда лучше выглядят за цену этого накопителя? Причем конкурентов от Samsung же и на TLC, которые в дисциплине повседневной нагрузки покажу результат лучше раза в два с половиной?

Для ответа надо бы увидеть конкурентов на QLC. Может, мы что-то поняли не так? И такие очень быстро нашлись в лице Intel 660p и Сrucial P1, правда в виде NVMe. Intel на 1 терабайт носителя предлагает 200 терабайт ресурса записи.

К слову, Intel в данном случае блеснула маркетингом и заявила о лидирующем в отрасли количестве бит на ячейку.

История SSD

Т.е. QLC это такая победа. Видимо над здравым смыслом, но линейные скорости записи в рамках SLC-кэша (решение аналогичное вышеописанному) и чтения вполне себе «NVMешные» — около 1000 мб в секунду. А вот случайное чтение 4К и запись, что является обычной нагрузкой, примерно 30 и 180 МБ в секунду. Т.е. на уровне многих конкурентов, хотя сегодня такими цифрами никого в хорошем смысле не удивить, особенно на фоне лидера по количеству бит на ячейку. Сrucial  P1 ожидаемо концептуально похож. Маркетологи такие маркетологи.

В итоге решения на QLC в общем хоть и жизнеспособны, но их стоимость могла бы быть и пониже. Иначе разбирающийся покупатель обойдет их стороной, а покупающий по цене не обратит внимания.

Немного скрепя сердце можно сказать, что выбирать по цене можно смело продолжать — сильно ошибиться не получится, правда Samsung здесь выглядит не молодцом и ударил в штангу.

Но зачем так детально было рассматривать QLC-накопители в контексте данного материала?

Новые гибриды и танцы на граблях

Ответ кроется в завершающем аккорде — в январе компания Intel представила Optane Memory H10.

История SSD

Это М.2-гибрид из массива памяти QLC, которая проваливается по случайному чтению 4К, а именно в повседневной нагрузке, но с кэшем из… молниеносного Optane. Варианты будут разными. Интересно выглядит 32 ГБ Optane + 1 ТБ QLC. Как это будет работать несложно спрогнозировать заранее — данные по критерию востребованности будут распределяться в быструю и медленную память, плюс транзитный кэш: самое востребованное будет мгновенно читаться из Optane, остальное — уже из QLC. Как видим, Intel заранее подстраховывает слабые места самого медленного сегодня типа твердотельной памяти самым быстрым решением. Гибрид прямо скажем, странный и нишевой. Дешевым он не будет, а дорогим, опять же, мало кому интересен, но его можно будет предлагать в комплекте с дефицитными ныне процессорами производителям ноутбуков — нет покупок Н10, нет и процессоров. Единственный плюс в том, что данное решение сегодня почти что самое технологичное на рынке и достойно академического внимания, ведь таких мутантов даже в кино не показывают. Этим кадром мы символично завершим серию инфографики — от магнитофона ATARI до Optane.

Что же в итоге?

SSD прочно и бесповоротно вошли в рынок, они быстры, относительно надежны и сегодня уже совершенно приемлемы по цене, вероятнее всего будут системными в большинстве нового парка на рынке и развиваются, хоть и специфически. Наряду с преимуществами, главным из которых является таки скорость, они, ввиду используемых технологических решений, одновременно несут риски относительно неожиданного выхода из строя с низкими шансами восстановления информации и плохими перспективами сохранения данных в отключенном состоянии уже в среднесрочном периоде. При этом указанные риски, для обеспечения использования преимуществ, подлежат урегулированию вполне доступными инструментами — резервными копиями, разными видами RAID и т.п. Важно принимать риски осознанно, выполнять несложный набор действий для минимизации неблагоприятных последствий и все будет хорошо, быстро и инновационно.

Н.Ж.М.Д – все?

Не совсем. Поставки SSD растут и прогресс останавливать смысла особого нет, но Н.Ж.М.Д. в долгосрочной перспективе примерно настолько же надежней, насколько и медленней твердотельных накопителей. Свои ниши они найдут, но системными в массе быть со временем перестанут. Это произойдет, конечно же, не завтра — сегодняшний тренд на падение цен всегда можно притормозить снижением поставок и производства, пожарами, наводнениями и даже землетрясениями if you understand what I mean. Поэтому доступны они будут еще весьма долго для разных сфер потребления, а технологии, позволяющие несколько продлить им жизнь и поднять скорости без ущерба надёжности уже давно подвезли и частный пример в виде ReadyBoost всем известен, но есть и куда более современные, но привязанные к железу, такие как Optane-кэширование, AMD Storemi, а так же вполне конкурентоспособные независимые продукты для работы на любом железе вообще, в т.ч. и серверном, такие как PrimoCache от Romex Software. Так что списывать HDD со счетов, в т.ч. и системных, еще рановато и об этом мы еще поговорим.

И что с протирателями флэша до дыр — они занимаются тратой времени на кликбейт без прикладного результата?

Не совсем так. Выше мы прочитали про видение этого вопроса в плоскости стандартов. И с этих позиций толку в марафонах немного. Но используемые технологии постоянно усложняются, а техпроцессы утончаются. Вводятся новые подходы во внутренней логике работы контроллеров, типа многократных попыток чтения с разными электрическими характеристиками — авось при каком-то напряжении ошибок не будет. На этом фоне протиратели достигли одного неочевидного на первый взгляд, но подтвержденного статистически достоверно, вывода — при постоянном хорошем питании твердотельные накопители уверенно превосходят паспортные показатели. Но какой от этого толк? Его мы, скорее всего, увидим уже в будущих сериях SSD. Возможно даже в каких-то реализациях QLC-технологий или позже, т.к. количество доступных перепрограммирований ячеек с последующим уверенным чтением, как мы видим, неуклонно падает по конкретно-физическим причинам. Это, скорее всего, будет снабжение накопителей оффлайн-питанием, т.е. аккумуляторами, чтобы хотя бы между включениями рабочей станции такой накопитель не голодал. Но это только предположение. Правда, основанное на статистике. Но так уже и до i-ram недалеко — там что-то похожее уже было. Но все это потом, а в данный момент рынок флэш-памяти NAND, на которой и построены твердотельные напотели, выглядит вот так, т.е. почти олигопольно, что не может не намекать на перспективы динамики цен на востребованный продукт.

История SSD

Lead-out

Спасибо дочитавшим до конца. Свои отзывы и предложения прошу оставлять в комментариях. Возможно, я что-то не осветил в стремлении к лапидарности или кто-то с чем-то не согласен, и мы вместе повысим образовательный уровень наш и тех, кто эту статью найдет в поиске в будущем.

Оверклокинг. Только слепой не увидит различий!