Использование SSD в серверных системах позволило значительно ускорить работу с большими базами данных и другими масштабными массивами информации. Разумеется, есть задачи в которых объем хранилища важнее скорости доступа, поэтому полное вытеснение HDD наступит ещё нескоро. Однако уже сегодня очевидна тенденция на значительное повышение доли твердотельных дисков в серверах и вычислительных системах. Параллельно с увеличением емкости инженеры работают над повышением долговечности SSD, и наибольшее значение уделяется данной характеристике в устройствах для серверного применения. Так типичный ресурс для потребительского класса накопителей NAND составляет порядка 3-10 тысяч полных перезаписей, а для устройств корпоративного класса этот показатель приближается к 100 тысячам циклов полной перезаписи.
Что представляет собой SSD
Современные твердотельные накопители производятся по технологии NAND, обеспечивающей хранение данных с максимальной плотностью. Каждая ячейка представляет собой отдельный транзистор с плавающим затвором, способный сохранять своё состояние при отсутствующем питании. Благодаря этому SSD, как и HDD, являются полностью энергонезависимыми накопителями, при этом обеспечивают более высокую надежность и скорость доступа. Именно высокая производительность стала решающим фактором, благодаря которому флэш-память стремительно вытесняет HDD как в потребительском, так и в серверном сегменте.
Современные SSD обладают целым рядом преимуществ перед классическими жесткими дисками. Они намного надежнее, не боятся механических воздействий и вибраций, обеспечивают на порядки большую скорость доступа при меньшем энергопотреблении, невосприимчивы к электромагнитным полям от другого оборудования. При этом хранение данных на SSD всё ещё обходится дороже (себестоимость одного гигабайта в 5-7 раз выше, чем в случае HDD). Такое соотношение характеристик и стоимости определяет основные сферы применения современных твердотельных накопителей.
Оптимальные варианты применения SSD
1. Ноутбуки, планшеты и другие мобильные устройства, для которых желательно низкое энергопотребление, малые габариты и невосприимчивость к механическим воздействиям.
2. Загрузочные диски персональных компьютеров (для ускорения загрузки и последующей работы приложений).
3. Хранение данных и документов, для которых важна скорость доступа.
4. Кэширование (в паре с обычным HDD).
5. Размещение масштабных баз данных.
В пользовательском сегменте переход на SSD позволяет ускорить работу относительно мощных компьютеров, собранных несколько лет назад. Мощные VPS на SSD можете выбрать у нас. Обычный HDD обычно является «бутылочным горлышком» таких систем, и его замена на твердотельный накопитель заметно повышает скорость работы.
Сравнение SSD и HDD
Чтобы показать отличия двух технологий наиболее наглядно, приведем сравнение характеристик в виде таблицы:
| HDD | SSD | |
|---|---|---|
| Ориентировочная цена за 1 ГБ | 0,03$ | 0,2$-0,3$ |
| Емкость | До 12 ТБ для ПК и до 3 ТБ для ноутбуков | До 4 ТБ для ПК и до 2 ТБ для ноутбуков |
| Время полной загрузки операционной системы | 30-40 сек | 8-13 сек |
| Шум и вибрация | HDD непрерывно создают шум в процессе работы, при перемещении головок шум усиливается, возможна вибрация | Флэш-память не создаёт шума и вибрации вообще |
| Вибрация | Вращение диска иногда сопровождается вибрацией | Нет движущихся частей – нет вибрации |
| Энергопотребление и тепловыделение | Потребляют 5-10 Вт (до 15 Вт для SAS HDD), ощутимо греются | Практически от 0 до 5 Вт, нагрев незначительный (мощные модели комплектуются радиаторами) |
| Коэффициент наработки на отказ (MTBF) | 1,5 млн. часов | 2 млн. Часов |
| Скорость последовательной записи | До 250 МБ/сек (для «топовых» HDD потребительского класса) | До 550 МБ/сек для SATA и до 4000 МБ/сек для NVMe (для «топовых» моделей скорость последовательной записи/чтения обычно ограничена пропускной способностью интерфейса) |
| Восприимчивость к внешним факторам | HDD восприимчивы к вибрации (скорость работы может снизиться, если в корпусе имеются вибрирующие элементы), внешнее магнитное поле может повредить данные | Флэш-память невосприимчива к ударам, вибрации и сильным магнитным полям. |
| Скорость доступа (seek time) | Порядка 20 мс для потребительских устройств, 5,5-8 мс для серверных HDD (10k – 15k rpm) | Скорость доступа на порядки выше, типичные значения – 0,01-0,1 мс. В потребительском и серверном сегментах уже есть устройства с временем доступа порядка 0,002 мс |
| Производительность произвольного доступа | До 400 IOPS | Типичное значение – 20 000 IOPS, «топовые» модели – 500 000 IOPS |
| Коэффициент отказов (больше – хуже) | 2-5% | 0,5% |
Изначально SSD-накопители использовали те же интерфейсы, что и HDD, но сейчас их список заметно расширился.
Интерфейсы SSD
Для современных флэш-накопителей актуальными являются следующие интерфейсы.
- SATA. Данный интерфейс разрабатывался для ускорения работы с HDD. Скорость передачи информации в стандарте SATA 3 составляет 6 Гбит, но поскольку 20% потока используется для контроля четности, максимальная теоретическая скорость обмена составляет не более 600 МБ/сек (на практике – 550 МБ/сек). Большинство бюджетных SSD подключаются через данный интерфейс.
- SAS. Серверный аналог SATA, обеспечивающий вдвое большую пропускную способность (в рамках одного поколения). Применяется преимущественно в ЦОД. Изначально разработан для HDD, но на данный момент активно применяется в серверных SSD. В потребительских устройствах не используется.
- PCI-E. Высокопроизводительная шина, позволяющая устройствам работать напрямую с процессором. Несмотря на то, что уже готова спецификация для PCI Express 4.0, актуальной остается третья версия (PCI-E 3.0). Одна линия способна обеспечить скорость обмена данными до 1 Гбайт/сек (в стандартном разъеме PCIe на материнской плате может быть до 16 таких линий).
- NVMe. Это интерфейс, разработанный специально для взаимодействия с устройствами SSD. Он работает напрямую через шину PCI Express, используя 4 линии, что обеспечивает максимальную скорость обмена до 4 Гигабайт в секунду.
- NVMe over Fabric. Новая разновидность интерфейса NVMe (спецификация впервые опубликована летом 2016 года), призванная обеспечить хранение данных с высокой скоростью доступа по сети (для организации сетевых хранилищ).
Борьба за объём: 3D-компоновка и мультибитные ячейки
Главным недостатком твердотельных накопителей перед HDD долгое время оставался малый объем, но ситуацию в корне изменила многослойная флэш-память. Технология трехмерной компоновки 3D NAND (или V-NAND) позволила многократно увеличить емкость отдельных чипов и готовых устройств за счет многослойного размещения ячеек (64 и более слоев в современных устройствах). Дополнительного увеличения емкости удалось добиться также с внедрением технологий MLC и TLC, позволяющих размещать в одной ячейке 2 и 3 бита информации соответственно (классические однобитные ячейки SLC в потребительском сегменте уже практически не используются). На очереди чипы QLC (с четырехбитовой ячейкой), которые уже выпускаются и скоро станут массовым продуктом.
Хорошими показателями для серверных применений обладает память 3D XPoint – совместная разработка Intel и Micron. Данная технология позволила повысить скорость SSD в 10 раз. Производители заявляют, что такие чипы гораздо надежнее и долговечнее (утверждается, что они выдерживают до 1 миллиона циклов перезаписи), а их производительность находится между традиционными NAND и DRAM. На текущий момент по данной технологии выпускаются 72-слойные накопители, и уже анонсированы чипы с 96 и более слоями. При всех преимуществах память 3D XPoint в несколько раз дороже, чем V-NAND, поэтому о полном вытеснении речи пока не идёт.
SSD-хостинг
Сегодня хостинг на магнитных дисках уже стал архаизмом, практически все провайдеры перешли на твердотельные накопители. Применение SSD позволяет гарантировать клиентам надежное хранение данных и стабильно высокие показатели IOPS, не зависящие от загруженности серверов (производительность HDD резко снижается при большом количестве параллельных запросов). Используя массивы RAID-10 из быстрых SSD, провайдер обеспечивает высокую скорость работы и гарантирует пользователям сохранность данных. Для предоставления услуг хостинга и VPS используются накопители корпоративного класса, обладающие повышенной надежностью и большим ресурсом перезаписи. Pltcm Их производительность также значительно выше, особенно при работе с блоками по 4 Кбайт, благодаря чему даже при большой загруженности каждый клиент получает гарантированное быстродействие.
Переход на SSD-хостинг позволяет значительно ускорить работу приложений, непрерывно обращающихся к базе данных. В частности, интернет-магазины с разросшимися за годы работы каталогами начинают просто «летать». Благодаря этому значительно возрастают продажи, поскольку пользователи охотнее покупают на сайтах, работающих быстро, да и поисковые системы относятся к ним значительно лояльнее. Объемы информации растут и в других сферах, и только твердотельные накопители могут обеспечить достаточную скорость обработки. Именно поэтому сегодня можно однозначно утверждать, что будущее за SSD.