SSD uzticamība: izturības testa rezultāti

Pastāv viedoklis, ka viens no nozīmīgākajiem cietvielu disku trūkumiem ir to ierobežotā un turklāt salīdzinoši zemā uzticamība. Patiešām, ierobežoto zibatmiņas resursu dēļ, ko izraisa tā pusvadītāju struktūras pakāpeniska degradācija, jebkurš SSD agrāk vai vēlāk zaudē spēju uzglabāt informāciju. Jautājums par to, kad tas var notikt, daudziem lietotājiem joprojām ir galvenais, tāpēc daudzi pircēji, izvēloties diskus, vadās ne tik daudz pēc to ātruma, cik uzticamības rādītājiem. Eļļu šaubu ugunij pielej arī paši ražotāji, kuri mārketinga apsvērumu dēļ saviem plaša patēriņa precēm garantijas nosacījumos nosaka salīdzinoši zemus atļauto ierakstu apjomus.

Tomēr praksē galvenie SSD ir vairāk nekā pietiekami uzticami, lai tiem varētu uzticēties lietotāju datu glabāšanai. Pirms kāda laika TechReport vietne veica eksperimentu, kas parādīja, ka nav reālu iemeslu bažām par viņu resursa ierobežotību. Viņi veica testu, kas parādīja, ka, neskatoties uz visām šaubām, SSD izturība jau ir pieaugusi tik daudz, ka jums par to nemaz nav jādomā. Eksperimenta ietvaros tika praktiski apstiprināts, ka lielākā daļa patērētāju disku modeļu spēj pārsūtīt aptuveni 1 PB informācijas ierakstu pirms kļūmes, un īpaši veiksmīgi modeļi, piemēram, Samsung 840 Pro, paliek dzīvi pēc 2 PB datu sagremošanas. . Šādi ierakstīšanas apjomi parastajā personālajā datorā praktiski nav sasniedzami, tāpēc cietvielu diskdziņa mūžs vienkārši nevar beigties, pirms tas nav pilnībā novecojis un tiks aizstāts ar jaunu modeli.

Tomēr šis tests nespēja pārliecināt skeptiķus. Fakts ir tāds, ka tas tika veikts 2013.–2014. gadā, kad tika izmantoti cietvielu diskdziņi, kas būvēti uz planāra MLC NAND bāzes, kas ražots, izmantojot 25 nm procesa tehnoloģiju. Šāda atmiņa spēj izturēt aptuveni 3000-5000 programmēšanas-dzēšanas ciklus pirms tās degradācijas, un tagad tiek izmantotas pavisam citas tehnoloģijas. Mūsdienās zibatmiņa ar trīs bitu šūnu ir nonākusi SSD masveida modeļos, un mūsdienu plakanajos ražošanas procesos tiek izmantota 15-16 nm izšķirtspēja. Tajā pašā laikā zibatmiņa ar principiāli jaunu trīsdimensiju struktūru kļūst plaši izplatīta. Jebkurš no šiem faktoriem var radikāli mainīt situāciju ar uzticamību, un kopumā mūsdienu zibatmiņa sola tikai 500–1500 pārrakstīšanas ciklu resursu. Vai atmiņas ierīces pasliktinās līdz ar atmiņu, un jums atkal jāuztraucas par to uzticamību?

Visticamāk ne. Fakts ir tāds, ka līdz ar pusvadītāju tehnoloģiju izmaiņām pastāvīgi tiek uzlaboti kontrolieri, kas kontrolē zibatmiņu. Tie ievieš progresīvākus algoritmus, kam vajadzētu kompensēt NAND notiekošās izmaiņas. Un, kā sola ražotāji, pašreizējie SSD modeļi ir vismaz tikpat uzticami kā to priekšgājēji. Taču objektīvs pamats šaubām joprojām ir. Patiešām, psiholoģiskā līmenī diskdziņi, kuru pamatā ir vecais 25 nm MLC NAND ar 3000 pārrakstīšanas cikliem, izskatās daudz stabilāk nekā mūsdienu SSD modeļi ar 15/16 nm TLC NAND, kas, ja visas pārējās lietas ir vienādas, var garantēt tikai 500 pārrakstīšanas ciklus. TLC 3D NAND pieaugošā popularitāte, kas, lai arī ražota pēc lielākiem tehnoloģiskiem standartiem, tomēr nav pārāk iepriecinoša, ir pakļauta spēcīgākai šūnu savstarpējai ietekmei.

Ņemot to visu vērā, nolēmām veikt savu eksperimentu, kas ļautu noteikt, kādus mūsdienās aktuālos disku izturības modeļus, balstoties uz biežāk izmantotajiem zibatmiņas veidiem, var garantēt.

Kontrolieri lemj

Uz zibatmiņas balstīto disku darbmūža ierobežotība jau sen nevienam nav bijis pārsteigums. Ikviens jau sen ir pieradis, ka viena no NAND atmiņas īpašībām ir garantēts pārrakstīšanas ciklu skaits, pēc kuru pārsniegšanas šūnas var sākt izkropļot informāciju vai vienkārši neizdoties. Tas izskaidrojams ar pašu šādas atmiņas darbības principu, kas balstās uz elektronu uztveršanu un lādiņa uzglabāšanu peldošo vārtu iekšpusē. Šūnu stāvokļu izmaiņas notiek, pateicoties salīdzinoši augsta sprieguma pielikšanai peldošajiem vārtiem, kuru dēļ elektroni vienā vai otrā virzienā pārvar plāno dielektrisko slāni un tiek saglabāti šūnā.

NAND šūnas pusvadītāju struktūra

Tomēr šāda elektronu kustība ir līdzīga sadalīšanai - tā pakāpeniski nolieto izolācijas materiālu, un galu galā tas noved pie visas pusvadītāju struktūras pārkāpuma. Turklāt ir otra problēma, kas ietver pakāpenisku šūnu veiktspējas pasliktināšanos - kad notiek tunelēšana, elektroni var iestrēgt dielektriskajā slānī, neļaujot pareizi atpazīt peldošajos vārtos glabāto lādiņu. Tas viss nozīmē, ka brīdis, kad zibatmiņas šūnas pārstāj normāli darboties, ir neizbēgams. Jauni tehnoloģiskie procesi tikai saasina problēmu: dielektriskais slānis kļūst tikai plānāks, samazinoties ražošanas standartiem, kas samazina tā izturību pret negatīvām ietekmēm.

Tomēr nebūtu gluži pareizi teikt, ka pastāv tieša saistība starp zibatmiņas šūnu resursiem un mūsdienu SSD paredzamo dzīves ilgumu. Cietvielu diskdziņa darbība nav vienkārša rakstīšana un lasīšana zibatmiņas šūnās. Fakts ir tāds, ka NAND-atmiņai ir diezgan sarežģīta organizācija, un mijiedarbībai ar to ir nepieciešamas īpašas pieejas. Šūnas tiek grupētas lapās, un lapas ir grupētas blokos. Datus var rakstīt tikai uz tukšām lapām, bet, lai notīrītu lapu, ir jāatiestata viss bloks. Tas nozīmē, ka rakstīšana un vēl ļaunāk – datu maiņa pārvēršas par sarežģītu daudzpakāpju procesu, kas ietver lapas lasīšanu, mainīšanu un pārrakstīšanu brīvā vietā, kas iepriekš ir jānotīra. Turklāt brīvas vietas sagatavošana ir atsevišķas galvassāpes, kas prasa "atkritumu savākšanu" - bloku veidošanu un attīrīšanu no jau izmantotām, bet neaktuālām lapām.

Cietvielu diskdziņa zibatmiņas darbības shēma

Rezultātā faktiskais ierakstu apjoms zibatmiņā var ievērojami atšķirties no lietotāja iniciēto darbību apjoma. Piemēram, pat viena baita maiņa var ietvert ne tikai visas lapas rakstīšanu, bet pat nepieciešamību pārrakstīt vairākas lapas vienlaikus, lai pirmsizlaides tīrs bloks.

Attiecību starp lietotāja veikto rakstīšanas apjomu un faktisko zibatmiņas slodzi sauc par rakstīšanas pastiprināšanas koeficientu. Šis koeficients gandrīz vienmēr ir lielāks par vienu, un dažos gadījumos tas ir daudz lielāks. Tomēr mūsdienu kontrolleri, izmantojot buferizācijas darbības un citas inteliģentas pieejas, ir iemācījušies efektīvi samazināt rakstīšanas pastiprinājumu. Tādas tehnoloģijas kā SLC kešatmiņa un nodiluma izlīdzināšana, kas ir noderīgas šūnu dzīves pagarināšanai, ir kļuvušas plaši izplatītas. No vienas puses, tie pārsūta nelielu daļu atmiņas uz saudzējošu SLC režīmu un izmanto to nelielu atšķirīgu darbību konsolidēšanai. No otras puses, tie padara atmiņas masīva slodzi vienmērīgāku, novēršot nevajadzīgu vairākkārtēju viena un tā paša apgabala pārrakstīšanu. Rezultātā vienāda apjoma lietotāja datu saglabāšana divos dažādos diskos no zibatmiņas masīva viedokļa var izraisīt pilnīgi atšķirīgas slodzes - tas viss ir atkarīgs no kontroliera izmantotajiem algoritmiem un programmaparatūras katrā konkrētajā gadījumā.

Ir arī otra puse: atkritumu savākšanas un TRIM tehnoloģijas, kas, lai uzlabotu veiktspēju, iepriekš sagatavo tīrus zibatmiņas lapu blokus un tādējādi var pārsūtīt datus no vienas vietas uz otru bez lietotāja iejaukšanās, sniedz papildu un ievērojamu ieguldījumu NAND masīva nodilums. Taču šo tehnoloģiju konkrētā ieviešana lielā mērā ir atkarīga arī no kontrollera, tāpēc atšķirības, kā SSD pārvalda savus zibatmiņas resursus, var būt nozīmīgas arī šeit.

Galu galā tas viss nozīmē, ka divu dažādu disku praktiskā uzticamība ar vienu un to pašu zibatmiņu var ļoti manāmi atšķirties tikai dažādu iekšējo algoritmu un optimizāciju dēļ. Tāpēc, runājot par mūsdienu SSD resursu, jums ir jāsaprot, ka šo parametru nosaka ne tikai un ne tik daudz atmiņas šūnu izturība, bet arī tas, cik rūpīgi kontrolieris ar tiem rīkojas.

SSD kontrolleru darbības algoritmi tiek pastāvīgi pilnveidoti. Izstrādātāji ne tikai cenšas optimizēt ierakstu apjomu zibatmiņā, bet arī ievieš efektīvākas digitālo signālu apstrādes un lasīšanas kļūdu labošanas metodes. Turklāt daži no tiem izmanto lielas rezerves zonas piešķiršanu SSD, kā rezultātā NAND šūnu slodze tiek vēl vairāk samazināta. Tas viss ietekmē arī resursu. Tādējādi SSD ražotājiem ir daudz līdzekļu, lai ietekmētu viņu produkta galīgo izturību, un zibatmiņas resurss ir tikai viens no parametriem šajā vienādojumā. Tāpēc mūsdienu SSD izturības pārbaude ir tik interesanta: neskatoties uz plaši izplatīto NAND atmiņu ar salīdzinoši zemu izturību, pašreizējiem modeļiem nav obligāti jābūt mazāk uzticamiem nekā to priekšgājējiem. Kontrolieru sasniegumi un to darbības veids var kompensēt mūsdienu zibatmiņas vājumu. Un tieši tas ir interesants pētījums par pašreizējiem patērētāju SSD. Salīdzinot ar iepriekšējām SSD paaudzēm, nemainīga paliek tikai viena lieta: cietvielu disku resurss jebkurā gadījumā ir ierobežots. Bet kā tas ir mainījies pēdējos gados - tikai mūsu testēšanai vajadzētu parādīt.

Pārbaudes metodika

SSD izturības pārbaudes būtība ir ļoti vienkārša: jums ir nepārtraukti jāpārraksta dati diskos, mēģinot praksē noteikt to izturības robežu. Tomēr vienkāršs lineārs apzīmējums ne visai atbilst testēšanas mērķiem. Iepriekšējā sadaļā mēs runājām par to, ka mūsdienu diskdziņiem ir vesela virkne tehnoloģiju, kuru mērķis ir samazināt rakstīšanas pastiprināšanas koeficientu, turklāt tie dažādi veic atkritumu savākšanas un nodiluma izlīdzināšanas procedūras, kā arī atšķirīgi reaģē uz TRIM operētājsistēmu. komanda.. Tāpēc vispareizākā pieeja ir mijiedarboties ar SSD, izmantojot failu sistēmu, aptuvenā veidā atkārtojot reālo darbību profilu. Tikai šajā gadījumā mēs varēsim iegūt rezultātu, ko parastie lietotāji var uzskatīt par ceļvedi.

Tāpēc izturības pārbaudē mēs izmantojam ar NTFS failu sistēmu formatētus diskus, kuros nepārtraukti un pārmaiņus tiek veidoti divu veidu faili: mazie - ar nejaušu izmēru no 1 līdz 128 KB un lieli - ar nejaušu izmēru no 128 KB. līdz 10 MB. Pārbaudes laikā šie nejauši aizpildītie faili vairojas, līdz diskā paliek vairāk nekā 12 GB brīvas vietas, sasniedzot šo slieksni, visi izveidotie faili tiek izdzēsti, tiek veikta neliela pauze un process tiek atkārtots vēlreiz. Turklāt pārbaudītajiem diskdziņiem vienlaikus ir arī trešais failu veids - pastāvīgi. Šādi faili, kuru kopējais apjoms ir 16 GB, netiek iesaistīti dzēšanas-pārrakstīšanas procesā, bet tiek izmantoti, lai pārbaudītu disku pareizu darbību un saglabātās informācijas stabilu lasāmību: katrā SSD aizpildīšanas ciklā mēs pārbaudām šo kontrolsummu. failus un salīdziniet to ar atsauces, iepriekš aprēķinātu vērtību.

Aprakstīto testa scenāriju atveido speciālās programmas Anvil's Storage Utilities versija 1.1.0, disku statuss tiek uzraudzīts, izmantojot CrystalDiskInfo utilīta versiju 7.0.2. Testa sistēma ir dators ar ASUS B150M Pro Gaming mātesplati, Core i5-6600 procesoru ar integrētu Intel HD Graphics 530 un 8 GB DDR4-2133 SDRAM. Diskdziņi ar SATA interfeisu savienojas ar mātesplates mikroshēmojumā iebūvēto SATA 6Gb/s kontrolieri un darbojas AHCI režīmā. Tiek izmantots Intel Rapid Storage Technology (RST) draiveris 14.8.0.1042.

Mūsu eksperimentā iesaistīto SSD modeļu sarakstā pašlaik ir vairāk nekā pieci desmiti vienumu:

1. (AGAMMIXS11-240GT-C, programmaparatūra SVN139B);
2. ADATA XPG SX950 (ASX950SS-240GM-C, programmaparatūra Q0125A);
3. ADATA Ultimate SU700 256GB (ASU700SS-256GT-C, programmaparatūra B170428a);
4. (ASU800SS-256GT-C, programmaparatūra P0801A);
5. (ASU900SS-512GM-C, programmaparatūra P1026A);
6. Crucial BX500 240 GB (CT240BX500SSD1, programmaparatūra M6CR013);
7. Crucial MX300 275 GB (CT275MX300SSD1, programmaparatūra M0CR021);
8. (CT250MX500SSD1, programmaparatūra M3CR010);
9. GOODRAM CX300 240 GB ( SSDPR-CX300-240, programmaparatūra SBFM71.0);
10. (SSDPR-IRIDPRO-240, programmaparatūra SAFM22.3);
11. (SSDPED1D280GAX1, programmaparatūra E2010325);
12. (SSDSC2KW256G8, programmaparatūra LHF002C);