📊 ZEL-Услуги ➡ Инфоблок ➡ Статьи
Многие считают (просто почитайте комментарии к нашей статье «Когда мы полностью перейдём на SSD, а HDD уйдут в прошлое?»), что SSD намного лучше HDD.
💡 Тогда возникает справедливый вопрос — почему компании всё ещё инвестируют в жёсткие диски и продолжают совершенствовать их технологии (например, HAMR, HDMR и другие)?
Задавались таким вопросом? Тогда узнайте ответы с передовой — от представителей отрасли.
Рынок HDD в самом деле вымирает
Бизнес магнитных приводов (то есть HDD) постоянно уменьшается. График объёма отгрузок производителей со спадом на 55% за последние 8 лет говорит сам за себя.
HDD сохраняют популярность там, где важно получить максимальную ёмкость за минимальную цену (сервера, дата-центры, бюджетные потребительские ПК).
Кстати потребительские ПК — это тоже задыхающийся бизнес (или, как некоторые нежно говорят, «трансформирующийся бизнес»). Его вытесняют мобильные устройства (смартфоны и различные форм-факторы планшетов с клавиатурами и без), а также взрывной рост облачных технологий (сервис как услуга).
Потребителям больше неважно с какого устройства заказывать пиццу и покупать новый телевизор на маркетплейсе. Десктоп превращается в профессиональную нишу, когда как массмаркет всё шире занимает смартфон (покупки), консоль (игры), телевизор (YouTube и онлайн кино).
→ Как ритейлеры «поднимают» миллионы с облачными технологиями, не имея собственных компьютеров?
Если нужна низкая цена и максимальная вместимость данных, то HDD всё ещё намного лучше, чем SSD.
Если нужна максимальная скорость, то NAND-память SSD — триумфатор в сегменте цена/производительность.
Вот примерно, как это произошло:
- SSD MLC > HDD 15000rpm
Высокоскоростные HDD-накопители со скоростью вращения 15 000 об/мин устарели благодаря технологиям MLC NAND с размещением двух битов на ячейку в SSD. - SSD TLC > HDD 10000rpm
Как только мы получили доступные TLC (тройной бит на ячейку), то следующим был привод со скоростью 10 000 об/мин. - SSD QLC > HDD 7200rpm
Возможность купить QLC (четырехуровневый на ячейку) уже угрожает массовому рынку жёстких дисков со скоростью 7200 об/мин.
💡 Это утверждение актуально с учётом технологий SSD с дедупликацией данных.
Дедупликация данных на магнитных дисках (HDD) не может быть легко выполнена из-за того, как этот метод рандомизирует доступ к данным. Диски с низкой частотой вращения более не подходят для задач с высокой потребностью в произвольном доступе.
NAND пока ещё далеко до победы в сегменте цена/ёмкость. Но это только начало. Появление QLC — это уже точка входа.
У SSD тем временем ещё есть слабые места
В целом SSD также имеют преимущества с точки зрения IOPS (сколько операций ввода-вывода вы можете выполнять в секунду) независимо от случайности доступа.
Твердотельные накопители не так хороши по производительности записи, как в чтении данных. Но человечество с помощью скромной магии программирования (и небольшой аппаратной помощи с кэшированием NVRAM на диске) смогли устранить некоторые из этих недостатков.
Методы вроде «Log structured data formats», которые делают запись последовательной (предпочтительно в SSD), позволили создать продвинутые алгоритмы. Истинно невидимый фронт работ.
У SSD всё ещё есть множество поставщиков, которые не сделали этих инвестиций. Как водится, такие продукты испытывают проблемы в использовании.
⚠ Твердотельные накопители (SSD) с устаревшим ПО (оно было унаследовано от других разработчиков и не подвергалось изменениям) банально плохо работают с оборудованием.
Им требуется совершенствование программного обеспечения. Особенно это касается модных QLC (всё новое поколение технологий на каком-нибудь условном «Aliexpress» требует внимательной проверки).
Хорошие SSD те, в которые хорошо инвестировали
Программное обеспечение для флеш-памяти намного мудрёнее, чем думают люди. Дело в том, что ячейки NAND с каждым годом становятся всё более «плотными» и сложными в плане программирования.
Например, в TLC, QLC и предстоящие PLC (пентауровневая флеш-память) мы должны добавить гораздо больше программной магии для защиты данных и нивелирования недостатков технологии.
Ячейки внутри чипа NAND со временем теряют уровень напряжения, хранящийся в ячейке, чтобы предоставлять бит. Тем самым возникает риск потерять данные.
На эти биты (уровни напряжения) влияет количество раз, которое вы пишете в него (также известный как цикл PE или программа-стирание). На них также влияет порог нарушения чтения (или количество раз, которое вы можете прочитать (образец) уровень напряжения для получения информации о битах.
Пороговые значения показывают, что существует также ограниченное количество раз, когда вы можете считывать ячейку, пока она не изменится. То есть уровень напряжения битов изменится, и у вас не будет распознавания битов.
Этот порог сбрасывается с помощью новой программы стирания-перепрограммирования цикла. Их набор конечен.
Индустрия накопителей должна обнаруживать и исправлять все эти характеристики флеш-памяти в ПО. Сделать SSD надёжными и хорошо работающими — задача первостепенной важности.
Такая разработка сложна. И она становится всё труднее с каждым новым поколением SSD.
Портативные устройства «существуют» в лучшем случае 3 года, поэтому производителям не нужно так много думать о надёжности мобильных телефонов и планшетов. В потребительских ноутбуках ситуация уже немного другая, но всё ещё исчисляемая пользовательскими циклами в пять-десять лет. А вот в корпоративных системах — надёжность обеспечивается на десятилетия.
→ Определяем срок службы SSD: сколько живёт твердотельный накопитель
Некоторые прикладные исследования (например, Deep Learning в алгоритмах искусственного интеллекта) изучают системы ввода-вывода. Они созданы, чтобы распознать источники износа этих ячеек, определить пороговые значения чтения в цикле фильтрации для настройки конвейера производителя.
На выходе мы получаем удивительные продукты. Например, SSD QLC ёмкостью 2 Тб, внутри которого реально размещено 3 Тб флеш-памяти QLC NAND. Дополнительный терабайт предназначен для изношенной флеш-памяти, чтобы подменить её на новые ячейки. И всё это невидимо для конечного пользователя.
Очевидно, что это ухудшает экономику продукта. Вот только некоторые корпоративные компании не могут поступить иначе.
HDD проще программировать и совершенствовать их алгоритмы
Традиционные жёсткие диски не чувствительны к такого рода вещам.
HDD могут быть слишком медленными, чтобы справляться с большими рабочими нагрузками произвольной записи или чтения. Но если они смогут справиться с проектируемой нагрузкой, то будут оптимальным выбором, так как проблем с PE или циклами нарушения чтения у них попросту нет.
Программное обеспечение, взаимодействующее с приводом HDD, не требует колоссальных инвестиций — оно простое (а значит и надёжное).
Флеш-ячейки обычно выходят из строя редко. Например, когда программное обеспечение SSD не справляется с неожиданными событиями вроде исчерпания циклов PE.
В прошивке SSD (а иногда и в программном обеспечении более высокого уровня) имеются проверенные за 10 лет разработки. Довольно стабильное и надёжное ПО. Но по мере появления на рынке новых технологий, таких как QLC, открываются другие неосвоенные типы сценариев.
HDD всё ещё востребованы в архивах с отключённым питанием
SSD требует энергию для хранения информации. Вы, конечно, можете выключить накопитель на пару месяцев, и он сохранит свои данные (правда, есть некоторые исключения).
HDD способны сохранять биты десятилетиями после отключения питания.
Продолжительное обесточивание, например, на два года увеличит вероятность того, что ячейки потеряют заряд. То есть владелец такого «архива» столкнётся с реальным риском стирания данных.
Жёсткие диски просто не восприимчивы к этому. Поместите резервную копию своих фотографий на портативный HDD и храните его в сейфе год, два, хоть пять или даже десять лет. И этот способ отлично сработает. Но не стоит делать то же самое с SSD.
Закон Мура
Технологии SSD следуют закону Мура. Биты удваиваются каждые 18 месяцев при фиксированной цене. HDD уже давно не подчиняются никаким прогнозам, поскольку миниатюризация бит на магнитной пластине делает его более подверженным вибрации.
Проблемы механической миниатюризации в HDD
Человечеству сложно использовать машиностроение для миниатюризации бит на HDD. Всё равно, что если бы вас заставили провести «Боинг» на высоте двух метров над Северным Ледовитым океаном от Кольского полуострова до Чукотки.
Сегодняшняя технология — это высота 200 метров над уровнем моря. Поверхность при этом нужно не просто «пролететь» как можно быстрее, а ещё и отсканировать («считать»). По мере того как мы уменьшаем размер битов, самолёт должен лететь всё ближе к океану, чтобы обнаружить биты, да ещё и в скорости не терять.
Особенности кремниевой миниаютризации SSD
У кремниевой миниатюризации, которую должна выполнять по закону Мура флеш-память, есть ещё и технология 3D (или вертикально организованный NAND). Она изменила правила игры — можно ставить ячейки друг на друга.
Старые литографические процессы с более высоким выходом упаковываются с пластинами друг на друга во флеш-корпусе, размещая микросхемы большой ёмкости с использованием более старых технологий. Мы перешли от 32-слойной флеш-памяти в пакете с высоким выходом на 64, 128 и теперь 192 слоя. Это уникально только для Flash.
Потребовалось время, чтобы наладить производственный процесс, но цели были достигнуты. Практически вся флеш-память, начиная с TLC, является только 3D-флеш-памятью. Это сильно изменило экономику SSD, обеспечив твердотельным накопителям относительно невысокую себестоимость в производстве.
Зная всё это, зачем тогда совершенствовать HDD?
Как вы узнали, технология SSD — это несовершенная технология. Твердотельные накопители не готовы взять на себя ту работу, которую эффективно выполняет жёсткий диск в ряде приложений.
У людей есть много мнений о конкуренции SSD и HDD. Кто же лучше?
На самом деле они представляют собой две совершенно разные технологии. Единственное, что их объединяет — способность хранить данные.
Тем не менее происходит ситуация, когда «Flash» (SSD) продолжает своё наступление на рынок магнитных приводов (HDD). И если даже в течение следующего десятилетия HDD не исчезнут, то SSD на них окажут заметное влияние.
Пока же по стоимости гигабайта HDD несравненно хороши. Перечисленные в введении инвестиции в жёсткие диски связаны с увеличением плотности записи. То есть количество данных, которые могут храниться в данной области.
Без этих инвестиций жёсткие диски уже давно уступили бы твердотельным накопителям по стоимости за гигабайт. И это означало бы полный конец для HDD.
Технологии вроде HAMR, черепичная запись (SMR или Shingled Magnetic Recording), гелиевые диски, застряли в верхнем ценовом сегменте рынка HDD и недоступны простым смертным. Стоимость жёстких дисков ёмкостью 2 Тб упала только примерно на 40% за последние 5 лет, в то время как твердотельные накопители подешевели примерно на 75% в целом.
***
Жёсткие диски — это старый и недорогой вариант хранения. Причина, по которой компании продолжают улучшать HDD, заключается в банальной финансовой целесообразности таких инвестиций.
Лучшие твердотельные накопители поставляются компаниями с многолетним опытом производства памяти.
Производители жёстких дисков могут изготавливать достойные твердотельные накопители. Вот только в масштабах индустрии преимущество отдаётся фирмам с большим опытом совершенствования SSD. Причина в том числе и в уникальном дорогостоящем ПО, как мы говорили выше.
Жёсткие диски не могут конкурировать с твердотельными накопителями в большинстве бытовых пользовательских задач.
Память NAND во много раз быстрее механической памяти, а отсутствие движущихся частей даёт твердотельным накопителям преимущество в краткосрочной надёжности. Однако в архивировании, резервировании и сохранении больших массивов данных на длительные сроки инвестировать лучше в HHD (с точки зрения окупаемости).
PS: мы обобщили исследования и публикации представителей таких компаний, как IBM, VP Product & Solutions Engineering, Hitachi, ADATA, Adaptec, PNY, ATTO Tech, Promise Tech, TrekStor и других. Указанные в статье доводы не отображают корпоративного мнения этих компаний, а лишь констатируют факты из отдельных аналитических высказываний.
Напишите в комментарии, согласны ли вы с тем, что в HDD всё ещё стоит инвестировать, несмотря на распространение QLC-памяти и приближение результатов разработки PLC NAND?