SSD dla każdego

Nośniki SSD stają się coraz bardziej atrakcyjną alternatywą dla klasycznych twardych dysków nie tylko z powodu przewagi wydajności. Przestaje również szokować wysoki koszt tych napędów po ostatnich zwyżkach cen modeli konwencjonalnych. Sprawdź, co dziś oferuje rynek dysków SSD. Przetestowaliśmy ponad dwadzieścia modeli.

W ofertach producentów dysków SSD niepostrzeżenie nastąpiły zmiany. Do tej pory nawet wśród urządzeń przeznaczonych na rynek konsumencki trwał wyścig o tytuł najszybszego, najbardziej wydajnego modelu. Rywalizację przyspieszyło upowszechnienie interfejsu SATA III, który w początkowych implementacjach miał problemy z uzyskaniem zakładanej wydajności. Rosła szybkość, pojemność, niezawodność, ale często i cena. Problemy z produkcją klasycznych twardych dysków i towarzyszący temu wzrost cen produktów otworzyły przed ich półprzewodnikowymi konkurentami nowe możliwości. Z tej perspektywy ceny SSD przestały sprawiać wrażenie astronomicznych i stały się możliwe do zaakceptowania dla coraz szerszego kręgu użytkowników.

SSD pod strzechy

Producenci wyszli naprzeciw tej tendencji. Pojawił się nowy rodzaj dysków SSD, w których rozwiązania konstrukcyjne podporządkowano możliwiej jak największej obniżce ceny napędu. Jest w tym sporo zdrowego rozsądku, bo jeśli zamianę klasycznego twardego dysku na SSD dostrzeże gołym okiem każdy użytkownik, to rozróżnienie między bardzo szybkim a "tylko" szybkim (czyli wolniejszym) napędem nie jest tak widoczne bez przeprowadzenia testów. Ten cel próbuje się osiągnąć dwojako. Mamy nowy kontroler Phison PS3105 z interfejsem poprzedniej generacji, skonstruowany specjalnie z myślą o niskim zużyciu energii. Mamy też, wydawałoby się wyciągnięty z lamusa, chip Indilinksa, koreańskiego rekordzistę wydajności sprzed kilku lat. Pojawiają się nowe pamięci flash, otrzymywane w coraz bardziej precyzyjnych procesach wytwórczych: 25-, a nawet 20-nanometrowych. Zwykle mniejsze oznaczało szybsze, ale tutaj chodzi przede wszystkim o możliwość wykrojenia z wafla o tej samej średnicy większej liczny układów. W kwestii szybkości pracy zależność jest odwrotna, stąd 32-nanometrowe pamięci Toshiby zastępują 25-nanometrowe Intele/Microny w konstrukcjach nastawionych na wydajność.

Mocne odwody

Napęd Intela z serii 710 przedstawiliśmy po to, żeby zilustrować tendencję, która będzie się nasilać. Sam dysk jest w zasadzie przeznaczony do zastosować profesjonalnych, ale wykorzystano w nim pamięci flash wielokrotnego poziomu MLC, takie jak w produktach konsumenckich. W jaki sposób zagwarantowano wyższą niezawodność, tak cenioną w rozwiązaniach profesjonalnych? Bardzo prosto: w napędzie jest bardzo dużo komórek zapasowych. W urządzeniu o nominalnej pojemności 100 gigabajtów mamy 10 układów po 16 GB i dodatkowo jeden o połowę mniejszy. Razem 168 GB, czyli o ponad sześćdziesiąt gigabajtów za dużo.

Żonglowanie układami staje się specjalnością Intela. Mieszanie w jednej obudowie układów o różnej pojemności musi stawiac przed kontrolerami nietypowe zadania. To najlepiej widać na przykładzie dwóch modeli dysków z najnowszej serii 320. W jednym mamy 320GB pamięci flash w takich samych modułach po 16GB w każdym, w drugim są różne kości: sześć po 16GB i cztery po osiem. Razem 128GB. Oczywiście napędy udostępniają mniej pamięci, w pierwszym 300 GB, a na drugim tylko 120 GB. Ale popatrzmy na wydajność zapisu. Model z jednakowymi kościami ma średnią ponad 200 MB/s, a z różnymi jedynie 135 MB/s. Elksperymenty nie popłacają.

Kilku- lub kilkunastoprocentowa rezerwa komórek staje się powoli standardem. Do tej pory była stosowana tylko w napędach z kontrolerami SandForce’a, które radziły sobie bez bufora z RAM-u. Teraz obecność pamięci podręcznej często nie wystarcza, bez rezerwy obywają się tylko dyski z Samsungiem i Phisonem.

Miejsce na korekcję błędów

Te rezerwy się przydają, gdyż pamięci flash nie są wieczne. Po każdym skasowaniu lub zapisie coraz trudniej określić ich zawartość. Aż wreszcie po tysiącach cykli układ odczytujący staje się bezradny. Komórka przestaje pełnić funkcję pamięci. Nadmiar komórek pozwala opóźnić ten moment - dzięki zastąpieniu zużytej albo dzięki systemowi pilnującemu, żeby liczba zapisów we wszystkich częściach pamięci była jednakowa.

Niedawno dodano jeszcze jeden mechanizm wydłużający czas przydatności pamięci. Działa podobnie jak RAID, w którym - nie wchodząc w szczegóły - bajt przechowuje się na większej od ośmiu liczbie bitów, żeby w razie problemu można było odtworzyć jego wartość. Podobnie działają systemy korekcji błędów ECC. Kiedy odczytanie informacji z komórki flash staje się coraz trudniejsze, z pomocą śpieszą dane zapisane w innych komórkach. Im bardziej zaawansowana jest korekcja błędów, tym gorszy może być stan komórki, którą jeszcze będzie można bezbłędnie odczytać.

System ECC zastosowany w kontrolerach SandForce pozwala na wyjątkowo długie funkcjonowanie nawet tanich pamięci wielopoziomowych. Nazywa się RAISE (Redundant Array of Independent Silicon Elements) i pozwala na oczytanie danych użytkownika nawet w razie awarii całego bloku pamięci. Według producenta kontrolera prawdopodobieństwo utraty danych jest sto razy mniejsze od prawdopodobieństwa awarii poszczególnej komórki. SandForce chwali się, że jeden błąd nie do naprawienia może się zdarzyć raz na cztery lata.

Najważniejszy kontroler

Kreatorem, który sączący się z pendrive’a strumyk informacji zamienia w rwącą rzekę płynącą z SSD, jest kontroler. Mamy w tym sezonie zarówno nową pamięć flash, wytwarzaną w procesie 25-nanometrowym, jak i kilka nowych kontrolerów. Prawdziwy wysyp tych ostatnich jest związany z wprowadzeniem na rynek nowej, dwukrotnie szybszej wersji interfejsu SATA, oznaczonej rzymską cyfrą III i charakteryzującej się przepustowością 6 Gb/s. Ze wszystkich rodzajów urządzeń korzystających z tego interfejsu najbardziej skorzystają napędy SSD. Transferu 500 MB na sekundę, obiecanego w instrukcjach wielu nowych modeli, nie da się już osiągnąć za pomocą SATA II. Twardym dyskom do osiągnięcia takiej wydajności jeszcze trochę brakuje.

Od strony komputera sprawa tego interfejsu nie jest prosta. Płyty główne z chipsetem Intela piątej generacji obsługiwały SATA III tylko przez dodatkowy układ Marvella i niezbyt dobrze współpracowały z kontrolerem SSD tej samej firmy. Dopiero szósta generacja płyt do procesorów Sandy Bridge obsługuje SATA III standardowo, przez mostek południowy. Właśnie taką płytę zastosowaliśmy na nowej platformie testowej.

Owiane tajemnicą są rozwiązania zastosowane przez Samsunga. O kontrolerze wiemy tyle, że ma trzy rdzenie, a o pamięciach flash, że są typu MLC i mają interfejs Toggle DDR.

Dane i multimedia

Niektóre typy kontrolerów nauczyły się transferować spakowane dane. Ta pożyteczna umiejętność zrodziła problem z określeniem wydajności transmisji, gdyż zaczęła się ona różnić w zależności od podatności danych na kompresję. Różnica może być nawet sześciokrotna - taką zmierzyliśmy m.in. w 60-gigabajtowych dyskach z kontrolerem SandForce SF-2281, wyprodukowanych przez firmę ADATA. Warto wyjaśnić, że do danych niepodlegających kompresji zaliczają się wszystkie te, które przez etap spakowania przeszły we wcześniejszych fazach powstawania. Są to wszystkie pliki graficzne poza bitmapami, pliki dźwiękowe, wideo oprócz HD, a ostatnio nawet dokumenty pakietu Office. W tabelce z wynikami oznaczyliśmy je jako multimedia, ale w istocie rzeczy chodzi o poddawanie się lub nie algorytmowi kompresji.

Jeśli nie możesz pokonać wroga…

…to się do niego przyłącz. Taką strategię widać u Intela. Wewnątrz niektórych jego produktów zostały tylko pamięci flash. Czym sterowane? Intel nie kieruje się sympatiami. W modelu 510 mamy układ Marvella 9174-BKK2, natomiast w modelu 520 wmontowano układ SF-2281 kalifornijskiej firmy SandForce. To rozwinięcie modelu SF-1222 z poprzedniego sezonu. W przeciwieństwie do Marvella i kilku innych kontrolerów sterowniki SandForce nie potrzebują dodatkowego RAM-u w roli pamięci podręcznej. Po prostu napęd nie udostępnia wszystkich komórek, trzymając jedną część w rezerwie, a drugą wykorzystując do buforowania.

Nowe pamięci flash

Od ubiegłego sezonu zmieniły się pamięci flash. Typowy układ miał pojemność 4 GB, na którą składały się dwubitowe komórki MLC, wykonane w technologii trzydziestu kilku nanometrów. Dzisiaj najłatwiej spotkać układy dwukrotnie pojemniejsze, otrzymywane w procesie 25-nanometrowym. Możliwość żonglowania pojemnością jednego układu jest bardzo istotna dla wydajności napędu, szczególnie w czasie zapisu. Chodzi o to, żeby wszystkie kanały kontrolera, których jest zwykle 16 były obsadzone układami pamięci. Jeśli jest ich mniej, to część możliwości kontrolera pozostaje niewykorzystana. Z tego głównie powodu napędy SSD z jednej serii mogą się bardzo różnić wydajnością, zwłaszcza w zapisie.

Powiększyła się liczba sposobów komunikacji z pamięcią. Podobną ewolucję przeszły pamięci RAM - od pojedynczej prędkości, SDR, do podwójnej, DDR, poczwórnej DDR2 itd. Podobny proces zaczął się z interfejsami do pamięci flash. Mamy prędkość pojedynczą, oznaczoną ONFI 1.0 (praktycznie 50 MB/s) oraz podwójną, ONFI 2.1 (133-200 MB/s). ONFI (Open NAND Flash Interface) jest organizacją ponad 100 firm, która próbuje zestandaryzować ten interfejs. Toshiba i Samsung przygotowały swoją wersję, tzw. Toggle DDR. Jedną z korzyści, jakie daje to usprawnienie, jest kompatybilność z kontrolerami projektowanymi dla mniej wymyślnych pamięci. Poza Samsungiem na głównego producenta pamięci flash wyrasta spółka Intela z Micronem, których 25-nanometrowe pamięci (IMFT) mogą być zarówno synchroniczne, jak i asynchroniczne. Nowoczesne kontrolery akceptują wszystkie rodzaje interfejsów, a nawet podział na 4-kilobajtowe sektory, powiększone z typowych 512 bajtów na potrzeby tradycyjnych twardych dysków większych niż 2-terabajtowe.

Pisaliśmy już o tym, że zastosowanie bardziej precyzyjnej technologii otrzymywania nie gwarantuje otrzymywania produktów lepszych pod każdym względem. Wersje 20-nanometrowe wytrzymują mniej kasowań (2 tysiące w stosunku do 3 tysięcy w wypadku pamięci 30 nm), często są wolniejsze, mają większe problemy z upływnością. Przeciwdziała się tym negatywnym skutkom lepszą korekcją błędów. Zamiast 24 dodatkowych bitów na 1 kilobajt danych wprowadza się tych bitów 80 albo i więcej.

Nagrody

Wśród najbardziej wydajnych drogich dysków wyróżniliśmy napęd Intela z serii 520 o pojemności 240 GB. Wyprzedził o włos podobny napęd Patriota z serii Wildfire. W kategorii napędów tańszych dominowały produkty tej samej firmy, tym razem ze 120-gigabajtowymi modelami PyroSE i Pyro. To również SATA III, kontroler SandForce i dla odróżnienia od Wildfire, wyposażone w 25-nanometrowe układy flash Microna.

Wyróżnienie za opłacalność zdobyły dwie oryginalne konstrukcje. OCZ Vertex Plus, który raczej powinien nazywać się "minus" za starszy interfejs, i wyciągnięty z lamusa kontroler Indilinksa. Ale słabą wydajność zrównoważyła rewelacyjnie niska cena. Widać, że OCZ, nastawiony dotąd na bicie rekordów, zwrócił się także w stronę mniej zasobnych użytkowników. Równorzędną nagrodę za opłacalność uzyskał napęd Zalmana z nowym, oszczędnym kontrolerem Phision.


Zobacz również