Что такое SSD?

Твердотельный накопитель (SSD) — это электронное запоминающее устройство, которое заменяет движущиеся части механических дисков электронными компонентами и использует флэш-память для записи и чтения информации. В отличие от HDD-накопителей, которые имеют вращающиеся диски и магнитные головки для чтения и записи данных, SSD-накопители не имеют движущихся частей. Вместо этого они состоят из чипов, хранящих информацию в виде электрических сигналов.

Использование твердотельных накопителей заметно ускоряет работу серверов. SSD-накопители меньше, чем HDD, они тише и более устойчивы к внешним повреждениям. Самый важный факт: твердотельные накопители слишком быстро дешевеют, одновременно увеличивая емкость.

Давайте поговорим о типах и стандартах формата SSD с накопителями, а также разберемся, какие выбрать для сервера и на что обратить внимание.

Стандарты твердотельных накопителей

В твердотельных накопителях используется несколько стандартов интерфейса. Вот некоторые из наиболее распространенных интерфейсов:

• SATA — наиболее распространенный интерфейс для твердотельных накопителей. Он используется для подключения SSD к материнской плате компьютера или другому устройству. Интерфейс SATA обеспечивает скорость передачи данных до 6 Гбит/с (SATA III), хотя более старые версии SATA могут иметь более низкую скорость.
• Интерфейс PCIe обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем SATA. Он используется для подключения SSD к слоту PCIe на материнской плате. Твердотельные накопители PCIe могут обеспечить более высокую скорость передачи данных и обеспечить более быстрый доступ к памяти.
• NVMe — это протокол связи, разработанный специально для работы с флэш-памятью и высокопроизводительными твердотельными накопителями. Твердотельные накопители NVMe также используют интерфейс PCIe для подключения и обеспечивают более высокую скорость передачи данных и меньшую задержку, чем твердотельные накопители SATA или стандартные PCIe.
• U.2 (ранее известный как SFF-8639) — это интерфейс, который также использует PCIe для подключения SSD, но имеет отдельный физический разъем от обычного слота PCIe. Твердотельные накопители U.2 обычно используются в серверах и высокопроизводительных системах.

Обратите внимание, что некоторые твердотельные накопители могут поддерживать несколько интерфейсов. Например, твердотельный накопитель M.2 может использовать интерфейсы SATA и PCIe. При выборе SSD важно убедиться, что интерфейс совместим с вашей системой и соответствует вашим требованиям к производительности и функциональности.

Типы SSD: NAND и NOR

Существуют разные типы SSD. Например, NAND и NOR (сокращение от Not AND и Not OR).

Принципы работы микросхем NOR и NAND схематически выглядят так:

NOR дает доступ к каждой конкретной ячейке, позволяя записывать туда данные. В варианте NAND отдельные ячейки памяти соединены последовательно. Для записи информации в один из них необходимо, чтобы все остальные были открыты.

NOR и NAND в настоящее время практически не конкурируют друг с другом, поскольку их свойства используются в различных областях.

Скоростные характеристики технологии NAND слишком высоки. Возможно увеличение объема памяти без увеличения размера чипа. Поэтому его часто используют для хранения больших объемов данных и для их передачи. Наиболее распространенными устройствами, использующими технологию NAND, являются флэш-накопители и карты памяти.

Типы NAND-памяти: SLC и MLC

Теперь давайте посмотрим на различия NAND-памяти. Все это можно разделить на две разновидности: SLC и MLC.

SLC (от Single Level Cell — одноуровневые ячейки) — классические элементы памяти. Каждый из них может хранить 1 бит информации. Такая память долговечна и энергоэффективна. Несмотря на неоспоримые преимущества перед любой другой категорией, флэш-память имеет максимальный срок службы и максимальное количество циклов перезаписи. Но главный недостаток тоже весьма существенен: низкая плотность информации делает эту память самой дорогой на рынке.

Технология MLC (Multi Level Cell – многоуровневые ячейки) значительно дешевле. Он предлагает более высокую емкость хранилища, но с более коротким сроком службы, более низкой скоростью и более длительным временем доступа.

Среди многоуровневых клеток выделяют:

• MLC — это запоминающее устройство, способное хранить 2 бита информации. Взаимодействие с данными MLC происходит медленнее, чем с SLC: для записи в ячейку двух битов вместо одного требуется больше времени. Кроме того, по мере увеличения количества бит долговечность и надежность твердотельных накопителей снижается. Однако все вышеперечисленные недостатки памяти MLC полностью компенсируются более доступной стоимостью. На данный момент эта технология демонстрирует оптимальный баланс между скоростью, ресурсами и ценой.
• eMLC аналогичен структуре MLC, но имеет увеличенный ресурс. Он поддерживает больше циклов записи и предназначен для корпоративных целей. Буква «е» в названии — от английского (Enterprise).
• TLC (Triple Level Cell) — 3-уровневые ячейки, которые могут хранить 3 бита данных. Их отличает более высокая плотность информации и в то же время меньшие ресурсы и скоростные характеристики по сравнению с MLC. Память на основе TLC дешевле в производстве. Этот факт в конечном итоге приводит к снижению стоимости SSD.
• QLC (Quad Level Cell) — 4-уровневые ячейки, в которых размещаются 4 бита данных. По цене за гигабайт информации SSD с памятью QLC приближаются к HDD. Они рекомендуются, когда бюджет ограничен.

Память 3D NAND

Память 3D NAND имеет трехмерную структуру и поэтому содержит слишком много информации на единицу площади.

Именно цилиндр позволяет разместить несколько ячеек памяти на каждом слое микросхемы.

Трехмерная флэш-память отличается от двухмерных аналогов более высокой скоростью и меньшим ресурсом работы. Ее емкость и надежность сравнимы с памятью TLC.

Преимущества твердотельных накопителей

Они обеспечивают более высокую скорость чтения и записи, чем жесткие диски, что приводит к более высокой производительности системы, загрузке приложений и передаче файлов. Благодаря отсутствию движущихся частей и механическим задержкам, связанным с вращением накопителя, твердотельные накопители способны быстро обрабатывать операции ввода-вывода. Это позволяет виртуальным серверам быстро загружать операционную систему, запускать приложения и обеспечивать оперативную обработку данных.

Из-за отсутствия механических частей твердотельные накопители имеют низкую задержку при доступе к данным, что делает их более отзывчивыми и обеспечивает быструю операцию ввода-вывода. Это особенно важно для виртуальных серверов, где быстрый доступ к данным имеет решающее значение для производительности и скорости реагирования. Благодаря SSD-накопителям VPS может мгновенно обрабатывать запросы и операции.

SSD-накопители обеспечивают высокую гибкость и масштабируемость для виртуальных серверов. Они упрощают масштабирование хранилища, добавление или расширение емкости хранилища и управление виртуальными машинами. Благодаря высокой производительности твердотельных накопителей виртуальные серверы могут обрабатывать различные рабочие нагрузки и обеспечивать стабильную производительность.

Твердотельные накопители менее подвержены повреждениям, вызванным механическими воздействиями, такими как удары или вибрация, что делает их более прочными и устойчивыми к отказам. Это снижает риск сбоев виртуального сервера и потери данных. SSD-накопители также имеют встроенные механизмы обнаружения и исправления ошибок, повышающие надежность хранения данных.

SSD потребляют меньше энергии, чем HDD. Отсутствие вращающихся дисков и движущихся частей снижает энергопотребление, что приводит к снижению затрат на электроэнергию и снижению нагрузки на систему охлаждения сервера. Это особенно важно для крупных центров обработки данных, где энергоэффективность является решающим фактором.

Твердотельные накопители совместимы с различными операционными системами и платформами виртуализации, что делает их универсальным решением для виртуальных серверов. Их можно легко интегрировать в существующую инфраструктуру и совместно использовать с другими решениями хранения данных, обеспечивая гибкость и совместимость с различными конфигурациями и требованиями системы.

SSD-накопители компактны по размеру и легче HDD. Это делает их идеальным выбором для виртуальных серверов, особенно в средах с ограниченным пространством, таких как серверы, монтируемые в стойку. Они упрощают установку и обслуживание сервера.

В серверных системах и центрах обработки данных твердотельные накопители используются для обеспечения высокой производительности, надежности и масштабируемости. Они ускоряют операции ввода-вывода, сокращают время доступа к данным, повышают эффективность сервера и улучшают обработку больших объемов данных.

Как выбрать SSD?

Если вы не хотите заморачиваться с выбором SSD для своего сервера, вы можете использовать облачную инфраструктуру от провайдера, который уже позаботился об этом. Однако, если вы хотите глубже разобраться в этой проблеме, вы можете использовать эти критерии для выбора системных дисков:

• Оцените требуемую производительность сервера и задачи, которые он будет выполнять. Рассмотрим скорость чтения и записи данных, измеряемую в мегабайтах или гигабайтах в секунду. Выбирайте SSD-накопители, способные обеспечить достаточную скорость для необходимых операций.
• Рассчитайте необходимую емкость хранилища, принимая во внимание размер и тип данных, которые будут храниться на сервере. Определите объем данных, которые вы планируете обрабатывать, и выберите твердотельные накопители соответствующей емкости.
  Обратите внимание на показатели надежности, такие как MTBF (среднее время наработки на отказ) и TBW (количество терабайт, которое можно записать на диск). Чем выше эти значения, тем надежнее и долговечнее будет SSD.
• Убедитесь, что твердотельные накопители поддерживают совместимый интерфейс вашего сервера. Наиболее распространенными интерфейсами являются SATA, PCIe и NVMe. Проверьте, какой интерфейс поддерживается вашим сервером, и выберите твердотельные накопители, совместимые с этим интерфейсом.
• Изучите возможности управления и функциональность твердотельных накопителей. Некоторые твердотельные накопители предлагают дополнительные функции, такие как аппаратное шифрование данных, технология защиты от сбоев питания, функции управления износом и т.д.
• Выбирайте твердотельный накопитель с функциями, которые соответствуют вашим требованиям к безопасности, управлению и надежности данных.
• Убедитесь, что выбранные твердотельные накопители совместимы с архитектурой вашего сервера и операционной системой. Проверьте наличие драйверов и поддержку выбранных SSD. Также рассмотрите возможность масштабирования и добавления дополнительных твердотельных накопителей в будущем, чтобы обеспечить гибкость вашей серверной инфраструктуры.

Твердотельные накопители представляют собой значительный прогресс в области хранения данных, предлагая высокую производительность, надежность, энергоэффективность и мобильность. Их преимущества и широкий спектр приложений делают их правильным выбором для различных сценариев, включая персональные компьютеры, серверы, мобильные устройства и центры обработки данных. По мере развития технологий твердотельные накопители продолжают совершенствоваться, обеспечивая еще большую емкость и производительность, что делает их, пожалуй, самым важным компонентом современных систем хранения данных.

Выводы

Какой SSD нужен для сервера? В идеале это должен быть быстрый и надежный SLC SSD. Однако окончательное решение этого вопроса будет зависеть от конкретных задач и от средств, которые вы собираетесь вложить.

Преимущества технологии SLC заключаются в скорости и долговечности. Но есть и недостатки: их производство самое дорогое, а емкость хранения практически невелика. SLC в первую очередь подходит для промышленного использования и высокоинтенсивных рабочих нагрузок.

Выбирая SSD для сервера, нужно выбирать между SLC и eMLC. С точки зрения надежности eMLC находится между SLC и MLC. При этом стоит он немного дороже, чем MLC. Оптимальное применение eMLC — рабочие станции и серверные платформы среднего класса.