SSD: насколько надежны твердотельные накопители?

Приветствую!

Что вам не нравится в твердотельных накопителях (SSD)?

Они быстрее, чем обычные жесткие диски (HDD), более компактны, не имеют движущихся частей, потребляют меньше электроэнергии и могут выдерживать больше ударов и вибрации, чем обычные диски с магнитными дисками.

И они становятся доступными во все большей и большей емкости, в то время как их стоимость снижается.

В этом посте мы рассмотрим вопрос надежности SSD.

Мы рассмотрим подробнее:

• Технология SSD;
• SSD-накопитель;
• Факторы надежности;
• Признаки неисправности SSD.

Итак, насколько надежен SSD? Давайте копаться.

SSD-технологии

Почти все типы современных твердотельных накопителей используют флэш-память NAND.

NAND — это не аббревиатура, как многие компьютерные термины.

Вместо этого это имя происходит от его логического элемента под названием «NAND».

Для любопытных, элемент NAND — это логический элемент, который выдает выходные данные, которые являются ложными, только если все его входные данные являются истинными.

Флэш-память (термин после NAND) относится к энергонезависимой твердотельной памяти, которая сохраняет данные даже при отключении источника питания.

У хранилища NAND есть особые свойства, которые влияют на его срок службы.

Когда данные (1 или 0) записываются в ячейку NAND (это также называется программированием), данные должны быть стерты, прежде чем новые данные смогут быть записаны в ту же самую ячейку.

При записи и стирании ячейки NAND электроны проходят через изолятор и обратно, и изолятор начинает изнашиваться.

Со временем изолятор изнашивается до такой степени, что ему может быть трудно удерживать электроны в их правильном (запрограммированном) положении, что все больше затрудняет определение того, находятся ли электроны там, где они должны быть, и указание правильного значения (1 или 0) элемента.

Это означает, что ячейки флэш-памяти можно надежно запрограммировать и стереть только определенное количество раз.

Все это измеряется в циклах программирования/стирания, более известных как циклы P/E (programmed/erase).

Циклы P/E являются важным показателем надежности SSD, но есть и другие факторы, которые важно учитывать, включая TBW (terabytes written — записанные терабайты) и MTBF (mean time between failures — среднее время наработки на отказ).

Вот несколько определений, которые помогут разобраться во всем:

Циклы программирования/стирания (циклы P/E)

Цикл программного стирания твердотельного накопителя представляет собой последовательность событий, в ходе которой данные записываются в ячейку твердотельной флэш-памяти NAND, затем стираются, а затем перезаписываются.

Сколько циклов P/E может выдержать твердотельный накопитель, зависит от используемой технологии и составляет от 500 до 100 000 циклов P/E.

Записано терабайтов (TBW)

Записанные терабайты — это общий объем данных, который может быть записан на твердотельный накопитель до того, как он может выйти из строя.

Например, вот гарантии TBW на популярный Samsung V-NAND SSD 870 EVO:

• Модель 250 ГБ: 150 ТБ;
• Модель 500 ГБ: 300 ТБ;
• Модель 1 ТБ: 600 ТБ;
• Модель 2 ТБ: 1200 ТБ;
• Модель 4 ТБ: 2400 ТБ.

На все эти модели предоставляется гарантия пять лет или TBW, в зависимости от того, что наступит раньше.

Среднее время наработки на отказ (MTBF)

MTBF — это показатель того, насколько надежен аппаратный продукт или компонент в течение ожидаемого срока службы.

Для большинства компонентов этот показатель обычно измеряется тысячами или даже десятками тысяч часов между отказами.

Например, у жесткого диска среднее время наработки на отказ может составлять 300 000 часов, а у твердотельного накопителя — 1,5 миллиона часов.

Производитель твердотельного накопителя предоставит эти спецификации для своей продукции, и он поможет вам понять, как долго прослужит ваш накопитель и подходит ли конкретный накопитель для вашего применения.

Однако будьте осторожны при просмотре спецификаций, поскольку они не означают, что ваш конкретный твердотельный накопитель прослужит столько часов.

Это означает, что при использовании выборки этой модели SSD ошибки будут возникать с определенной частотой.

Среднее время безотказной работы в 1,2 миллиона часов означает, что если накопитель используется в среднем 8 часов в день, то ожидается, что в выборке из 1000 твердотельных накопителей произойдет один сбой каждые 150 дней, или примерно два раза в год.

SSD-накопитель

SSD имеет память, также известную как флэш-память NAND, для хранения данных.

В настоящее время существует пять различных технологий ячеек NAND, как указано ниже.

SLC (Single Level Cell — одноуровневая ячейка): один бит на ячейку

Первый тип хранилища.

Благодаря одному биту на ячейку хранение происходит быстро, а износ минимален.

С другой стороны, это дорого для используемого пространства — то есть физический размер используемого форм-фактора SSD.

MLC (Multi-Level Cell — многоуровневая ячейка): два бита на ячейку

Затем появились хранилища MLC с двумя битами на ячейку.

По сути, это удвоило объем памяти и снизило стоимость для данного форм-фактора, но было медленнее, поскольку необходимо было различать два бита в данной ячейке.

TLC (Triple Level Cell — трехуровневая ячейка): три бита на ячейку

Тенденция продолжилась и в TLC, где в каждой ячейке хранится три бита.

Это достижение имело два интересных последствия.

Во-первых, стоимость единицы продукции стала привлекательной для большинства аудиторий.

Несмотря на то, что твердотельный накопитель на основе TLC в два-три раза дороже сопоставимого жесткого диска, он доступен по цене.

Во-вторых, технология TLC ускорила внедрение кэширования на твердотельных накопителях, поскольку скорость чтения/записи без посторонней помощи упала почти до скорости жесткого диска.

QLC (Quad Level Cell — четырехуровневая ячейка): четыре бита на ячейку

Текущий «стандарт» QLC хранит четыре бита на ячейку.

Это еще раз увеличивает плотность хранения, еще больше снижает цену и, благодаря улучшениям кэширования, продолжает обеспечивать превосходную скорость.

С другой стороны, диск может изнашиваться быстрее, особенно по мере его заполнения.

3D NAND

В предыдущих технологиях клетки располагались рядом в один слой.

В 3D NAND ячейки расположены стопками.

Это повышает плотность и скорость хранения данных, но увеличивает производственные затраты и снижает срок службы с течением времени.

Если не считать маркетинговой шумихи вокруг 3D NAND, вы никогда не узнаете, какую технологию хранения использует SSD.

В целом SLC и MLC работают быстрее и служат дольше, но ограничены объемом места, в то время как технологии TLC и QLC могут хранить данные с меньшими затратами, но могут работать медленнее — этого вы не заметите.

Технология 3D NAND — отличный выбор, но будьте готовы платить больше.

Факторы надежности SSD, которые следует учитывать

Независимо от используемой технологии памяти, твердотельные накопители не имеют движущихся частей, таких как соленоидный привод головок и вращающиеся пластины, как жесткие диски.

Это одна из причин, почему твердотельные накопители лучше выдерживают случайные падения и другие удары, вибрацию, экстремальные температуры и магнитные поля, чем жесткие диски.

Добавьте к этому их небольшой размер и низкое энергопотребление, и идея замены жестких дисков на твердотельные накопители может стоить затраченного времени и усилий.

Тем не менее, вы можете спросить, существуют ли различные критерии производительности и надежности, которые вам следует использовать в зависимости от того, будет ли твердотельный накопитель использоваться в домашнем настольном компьютере, центре обработки данных или исследовательском корабле на Марсе.

Чтобы помочь вам, производители твердотельных накопителей все чаще продают твердотельные накопители для конкретных рабочих нагрузок, таких как интенсивная запись, интенсивное чтение или смешанное использование.

Это означает, что некоторые поставщики позволяют клиенту выбрать оптимальный уровень надежности и емкости для конкретного твердотельного накопителя.

Например, корпоративный пользователь с базой данных с большим количеством транзакций может выбрать большее количество операций записи на диск за счет емкости.

Или пользователь, работающий с базой данных, которая выполняет нечастую запись, может выбрать меньшее количество операций записи на диск и большую емкость.

Поступая таким образом, производители скрывают сложности, заложенные в технологию хранения данных NAND (SLC, MLC и т. д.), кэширование и т. д.

Тем не менее, это облегчает соответствие вашим требованиям к лучшему типу SSD.

Признаки неисправности SSD

Твердотельные накопители в конечном итоге выйдут из строя, но обычно есть предварительные предупреждения о том, когда это произойдет.

Вероятно, вы слышали ужасный щелкающий звук, исходящий от умирающего жесткого диска.

SSD не имеет движущихся частей, поэтому вы не получите звукового предупреждения о том, что SSD вот-вот выйдет из строя.

Вам следует обратить внимание на ряд индикаторов того, что срок службы вашего SSD приближается к концу, и принять меры, заменив этот диск на новый.

1. Ошибки, связанные с плохими блоками

Подобно поврежденным секторам на жестких дисках, на твердотельных накопителях существуют поврежденные блоки.

Обычно это сценарий, когда компьютер пытается прочитать или сохранить файл, но это занимает необычно много времени и заканчивается сбоем, поэтому система в конечном итоге сдается с сообщением об ошибке.

2. Файлы невозможно прочитать или записать

Есть два способа, которыми плохой блок может повлиять на ваши файлы.

Во-первых, система обнаруживает плохой блок во время записи данных на диск и, таким образом, отказывается записывать данные, или, во-вторых, система обнаруживает плохой блок после записи данных и, таким образом, отказывается читать эти данные.

3. Файловая система требует ремонта

Появление сообщения об ошибке на экране может произойти просто потому, что компьютер не был выключен должным образом, но это также может быть признаком того, что на твердотельном накопителе образовались поврежденные блоки или другие проблемы.

4. Сбой во время загрузки

Сбой во время загрузки компьютера является признаком того, что с вашим диском может возникнуть проблема.

Вам следует убедиться, что у вас есть текущая резервная копия всех ваших данных, прежде чем ситуация ухудшится и диск полностью выйдет из строя.

5. Диск становится доступным только для чтения

Ваш диск может отказаться записывать какие-либо данные на диск и может только читать данные.

К счастью, вы все равно можете удалить свои данные с диска.

Итак, насколько надежен SSD?

Для начала давайте разобьем надежность твердотельных накопителей на три вопроса:

Вопрос 1. Как долго мы можем разумно ожидать, что SSD прослужит?

Ответ: В идеале твердотельный накопитель должен прослужить столько, сколько ожидает его производитель (например, пять лет), при условии, что использование накопителя не является чрезмерным для используемой им технологии (например, использование QLC в приложении с большим количеством операций записи).

Ознакомьтесь с рекомендациями производителя, чтобы убедиться, что способ использования твердотельного накопителя соответствует его оптимальному использованию.

Здесь, мы используем твердотельные накопители для множества различных приложений.

Вопрос 2. SSD выходят из строя быстрее, чем жесткие диски?

Ответ: При сравнении надежности жестких и твердотельных накопителей существует множество переменных, основной из которых является то, как они используются.

В упомянутом выше отчете «SSD Drive Stats» мы сравнили загрузочные накопители SSD и HDD, поскольку они выполняли одну и ту же функцию в одних и тех же типах систем и серверах хранения.

Хотя кажется, что в первые три года или около того разные диски имеют схожие кривые отказов, кривые расходятся через четыре года, причем жесткие диски выходят из строя с более высокой частотой.

До сих пор твердотельные накопители сохраняли годовой уровень отказов (AFR — Annualized Failure Rate) на уровне 1% или менее в течение первых четырех лет.

Пользователи твердотельных накопителей с гораздо большей вероятностью заменят свой накопитель, потому что они готовы перейти на более новую технологию, более высокую емкость или более быстрый накопитель, чем необходимость замены диска из-за короткого срока службы.

При нормальном использовании мы можем ожидать, что SSD прослужит годы.

Если вы заменяете компьютер каждые три года, как это делает большинство пользователей, вам, вероятно, не нужно беспокоиться о том, прослужит ли ваш SSD столько же, сколько ваш компьютер.

Важно то, будет ли твердотельный накопитель достаточно надежным, чтобы вы не потеряли свои данные в течение его срока службы.

Вопрос 3. Подходят ли твердотельные накопители для длительного хранения?

Ответ: SSD-накопители, как и жесткие диски, предназначены для использования.

Внешний диск, засунутый в шкаф на пару лет, никогда не бывает хорошей вещью, и не важно, SSD это внутри или HDD.

Доказательства того, будет ли SSD работать лучше, чем HDD в таких обстоятельствах, в лучшем случае анекдотичны.

Тем не менее, лучше использовать внешний диск в качестве резервной копии вашего компьютера в рамках вашего плана резервного копирования — только не делайте его единственной резервной копией.

Подведем итог

Полезно понимать, как различные технологии SSD влияют на их надежность и стоит ли тратить дополнительные деньги на SLC вместо MLC или QLC.

Однако, если вы не используете твердотельный накопитель в специализированном приложении с большим количеством операций записи, чем чтения, как мы описали выше, простого выбора твердотельного накопителя хорошего качества от надежного производителя должно быть достаточно, чтобы вы были уверены, что ваш твердотельный накопитель прослужит долгий срок службы.

Следите за любыми признаками сбоя или поврежденных секторов и, конечно же, обязательно имейте надежный план резервного копирования, независимо от того, какой тип диска вы используете.

Часто задаваемые вопросы о надежности твердотельных накопителей

1. Как вы оцениваете надежность SSD?

Существует ряд показателей, которые могут помочь вам понять надежность SSD, включая циклы программирования/стирания (PE), записанные терабайты (TBW) и среднее время наработки на отказ (MBTF).

Сами по себе эти показатели не смогут сказать вам, как долго прослужит тот или иной твердотельный накопитель, но они могут помочь вам примерно понять, на каком этапе жизненного цикла находится ваш твердотельный накопитель.

Проверьте гарантию производителя и рейтинг долговечности в TBW. Более высокие значения указывают на лучшую долговечность.

2. Что такое циклы программирования/стирания (PE)?

Цикл программного стирания твердотельного накопителя представляет собой последовательность событий, в ходе которой данные записываются в ячейку твердотельной флэш-памяти NAND, затем стираются, а затем перезаписываются.

Сколько циклов P/E может выдержать твердотельный накопитель, зависит от используемой технологии и составляет от 500 до 100 000 циклов P/E.

3. Какой SSD мне купить?

Идеальный SSD для покупки зависит от ваших конкретных потребностей.

Учитывайте такие факторы, как емкость, скорость и бюджет.

Для большинства пользователей твердотельный накопитель среднего класса от известного бренда предлагает хороший баланс производительности и доступности.

Производители твердотельных накопителей все чаще продают твердотельные накопители для конкретных рабочих нагрузок, таких как интенсивная запись, интенсивное чтение или смешанное использование.

Это означает, что некоторые поставщики позволяют клиенту выбрать оптимальный уровень надежности и емкости для конкретного твердотельного накопителя.

Например, корпоративный пользователь с базой данных с большим количеством транзакций может выбрать большее количество операций записи на диск за счет емкости.

Или пользователь, работающий с базой данных, которая выполняет нечастую запись, может выбрать меньшее количество операций записи на диск и большую емкость.

4. Как узнать, что мой SSD выйдет из строя?

Твердотельные накопители в конечном итоге выйдут из строя, но обычно есть предварительные предупреждения о том, когда это произойдет.

Некоторые предупреждающие знаки включают ошибки, связанные с поврежденными блоками, невозможность чтения или записи файлов, получение сообщений об ошибках о том, что файловая система нуждается в ремонте, сбои во время загрузки или когда ваш диск становится доступным только для чтения.

В этом случае убедитесь, что у вас есть хорошая резервная копия.

5. Как долго я могу рассчитывать на срок службы SSD?

В идеале твердотельный накопитель должен прослужить столько, сколько ожидает его производитель (обычно пять лет), при условии, что использование накопителя не является чрезмерным для используемой в нем технологии.

Ознакомьтесь с рекомендациями производителя, чтобы убедиться, что способ использования твердотельного накопителя соответствует его оптимальному использованию.

6. SSD выходят из строя быстрее, чем HDD?

При сравнении надежности жестких дисков и твердотельных накопителей существует множество переменных, основной из которых является то, как они используются.

Пользователи твердотельных накопителей с гораздо большей вероятностью заменят свой накопитель, потому что они готовы перейти на более новую технологию, более высокую емкость или более быстрый накопитель, чем необходимость замены диска из-за короткого срока службы.

При нормальном использовании мы можем ожидать, что SSD прослужит годы.

Если вы заменяете компьютер каждые три года, как это делает большинство пользователей, вам, вероятно, не нужно беспокоиться о том, прослужит ли ваш SSD столько же, сколько ваш компьютер.

Важно то, будет ли твердотельный накопитель достаточно надежным, чтобы вы не потеряли свои данные в течение его срока службы.

7. Подходят ли твердотельные накопители для длительного хранения?

SSD-накопители, как и жесткие диски, предназначены для использования.

Внешний диск, засунутый в шкаф на пару лет, никогда не бывает хорошей вещью, и не важно, SSD это внутри или HDD.

Доказательства того, будет ли SSD работать лучше, чем HDD в таких обстоятельствах, в лучшем случае анекдотичны.

Тем не менее, лучше использовать внешний диск в качестве резервной копии вашего компьютера в рамках вашего плана резервного копирования — только не делайте его единственной резервной копией.

Ответы пишите в комментариях ниже.