Динамический термотроттлинг - это функция, которая присутствует в современных SSD. Она заключается в том, что контроллер SSD может замедлять или приостанавливать свою работу, чтобы снизить температуру ячеек памяти NAND. Это делается для сохранения данных и предотвращения перегрева накопителя, что может привести к срабатыванию контуров отключения питания. Динамический термотроттлинг позволяет контроллеру SSD сохранять данные и предотвращать перегрев накопителя, что увеличивает его надежность и продолжительность службы.
С каждым поколением PCIe увеличивается пропускная способность линий PCIe. Например, в PCIe 4.0 скорость SSD приближалась к теоретическому максимуму 8 ГБ/с, а в SSD PCIe Gen 5.0 x4 скорость может достигать 10-14 ГБ/с. Однако, при такой высокой скорости контроллер SSD сильно нагревается, что может привести к сокращению срока его службы.
Огромное количество операций на крошечном устройстве форм-фактора M.2 приводит к повышению температуры не только контроллера, но и флэш-памяти NAND, поскольку они с контроллером физически расположены на одной маленькой подложке:
Следовательно, у них примерно одинаковая температура. А вот это уже проблема.
SSD использует флэш-память для хранения данных, и оптимальная температура работы NAND в массовых SSD составляет 60-70 градусов Цельсия. Если температура превышает 80-90 градусов Цельсия, встроенные механизмы безопасности SSD могут принудительно отключить питание устройства, чтобы предотвратить его повреждение. Перед этим запрограммирована процедура термотроттлинга, которая приводит к резкому падению производительности накопителя. Контроллер SSD принудительно приостанавливает операции, чтобы предотвратить нагрев и потерю данных.
Одной из причин, по которой некоторые SSD продаются в комплекте с алюминиевыми и медными радиаторами, является необходимость охлаждения. Например, Crucial T700 поставляется с предустановленным пассивным радиатором, который помогает охлаждать SSD. В интернете можно найти обзоры лучших радиаторов для SSD M.2, которые также помогают предотвратить перегрев и обеспечить более стабильную работу устройства. Crucial T700 - это SSD PCIe Gen5 NVMe M.2, который обеспечивает высокую скорость чтения и записи данных, и может достигать скорости до 12,4 ГБ/с при использовании радиатора.
Компания продает SSD и версию без радиатора, которая предназначена для тех, кто хочет использовать встроенный радиатор материнской платы или радиатор стороннего производителя. Однако, для использования такой версии SSD необходим сторонний вентилятор в корпусе, чтобы обеспечить движение воздуха и охлаждение устройства.
Даже старые модели PCIe 4.0 оснащались радиаторами, а для нового поколения PCIe 5.0 активное охлаждение также может быть необходимо, учитывая рост производительности и, следовательно, тепловыделения и температуры SSD. Проблема особенно остро стоит в ноутбуках, где ограничены возможности воздушного охлаждения. Компании, производящие SSD, могут продавать и версии без радиаторов, но они предназначены для тех, кто хочет использовать встроенный радиатор материнской платы или радиатор стороннего производителя. При этом необходим сторонний вентилятор в корпусе, чтобы обеспечить движение воздуха и охлаждение устройства.
Последнее поколение M.2 SSD нагревается уже до такой степени, что для него разрабатывают даже системы водяного охлаждения и супермощные вентиляторы на 20 тыс. оборотов в минуту. Пожалуй, самый экстремальный пример такого рода — Project NeonStorm от компании Adata. Это автономная система жидкостного охлаждения, которая включает в себя:
- насос;
- резервуар с жидкостью;
- радиатор;
- пару вентиляторов.
Система многократно больше по размеру, чем маленький SSD формата M.2.
Adata утверждает, что в современных накопителях PCIe 5.0 пассивный отвод тепла уже не справляется с перегревом, поэтому необходимо использовать активное охлаждение. И это далеко не единственный такой пример. Компании TeamGroup и Inland также устанавливают вентиляторы на свои SSD.
Аргументы против активного охлаждения
- Дополнительные расходы на покупку и установку системы охлаждения. Установка активной системы охлаждения требует дополнительных затрат на покупку и установку вентиляторов, радиаторов и других компонентов. Это может быть особенно затратно для пользователей, которые хотят установить систему охлаждения на уже существующую систему.
- Увеличение шума в системе из-за работы вентиляторов. Работа вентиляторов может создавать дополнительный шум в системе, что может быть нежелательно для пользователей, которые хотят сохранить тихую рабочую среду.
- Увеличение энергопотребления системы из-за работы вентиляторов. Работа вентиляторов может увеличить энергопотребление системы, что может быть нежелательно для пользователей, которые хотят сохранить энергию и продлить время работы от батареи.
- Некоторые производители SSD не рекомендуют использовать активное охлаждение, так как это может привести к снижению производительности и сокращению срока службы устройства. Некоторые производители SSD не рекомендуют использовать активное охлаждение, так как это может привести к снижению производительности и сокращению срока службы устройства. Например, Samsung рекомендует использовать пассивное охлаждение для своих SSD, так как активное охлаждение может привести к снижению производительности и сокращению срока службы устройства.
- Некоторые модели SSD уже оснащены пассивными радиаторами, которые обеспечивают достаточное охлаждение. Некоторые модели SSD уже оснащены пассивными радиаторами, которые обеспечивают достаточное охлаждение, поэтому использование активного охлаждения может быть излишним.
Твердотельный кулер
Для охлаждения SSD можно использовать разные методы, в том числе пассивное (радиаторы) и активное (вентиляторы) воздушное охлаждение. Кстати, в этой области тоже происходят инновации. Например, на недавней выставке Computex 2023 на Тайване было представлено оригинальное устройство AirJet для активного охлаждения. Девайс размером 42×28×3 мм выглядит как неподвижная микросхема, но на самом деле снимает с охлаждаемой поверхности до 5,25 Вт тепла за счёт «вибрации микромембран».
Разработчик устройства — американский стартап Frore Systems. Такие штучки можно прикреплять к любым горячим поверхностям: CPU, GPU, SSD, оперативная память, планшеты, ноутбуки и др.
Это первый в мире так называемый «твердотельный кулер» (solid-state thermal solution). Мембраны внутри устройства генерируют мощный поток воздуха, который поступает в AirJet через входные отверстия в верхней части. Внутри воздушный поток преобразуется в «высокоскоростные пульсирующие струи», сказано в описании устройства. Воздух проходит через теплообменник в основании, то есть корпус AirJet забирает на себя часть тепла с охлаждаемой поверхности и выдувает горячий воздух.
К сожалению, разработчики пока не раскрыли, из какого материала сделаны мембраны. По слухам, среди сотрудников компании есть специалисты по авиации, а некоторые принципы работы AirJet основаны на методах охлаждения передних кромок лопаток турбин реактивного двигателя.
AirJet Mini - это маленькая версия, которая работает на уровне шума 21 дБА, потребляет всего 1 Вт, создавая при этом противодавление в 1750 Па, что в десять раз выше, чем у вентилятора. Версия AirJet Pro снимает 10,5 Вт тепла с тем же показателем противодавления. Разработчики надеются, что AirJet позволит создавать более элегантные компьютеры и ноутбуки, без засасывания пыли и шума вентиляторов, но с эффективным охлаждением. Охлаждение SSD - одно из основных потенциальных применений AirJet. Первые экспериментальные SSD PCI-E 5.0, работавшие близко к максимально теоретически возможной скорости 16 ГБ/с, имели потребляемую мощность до 25 Вт в пике. Современные устройства примерно на 12 ГБ/с - максимум 11-12 Вт, что кажется разумным компромиссом. Одним из факторов, ограничивающих применение этой технологии, является необходимость в воздухозаборнике.
Выводы
В последние годы разработка SSD демонстрирует огромный прогресс, цены тоже снижаются. Открытым остаётся вопрос: смогут ли они вытеснить с рынка HDD? Тут мнения экспертов кардинально расходятся. Одни считают, что дни жёстких дисков сочтены. Другие говорят полностью противоположное. Например, по прогнозу Coughlin Associates, в ближайшие годы SSD не смогут составить никакой конкуренции продажам HDD. Более того, объёмы продаж HDD (в экзабайтах) будут расти бурными темпами, даже опережая SSD.
Рынок хранения данных ждёт процветание в связи с растущим спросом на эти услуги для приложений ИИ, интернета вещей, медиа и развлечений, а также медицинских и других приложений, которые используют дата-майнинг. В связи с этим вырастет спрос на все типы накопителей, включая SSD, HDD и ленточные накопители (LTO), которые не имеют равных по стоимости хранения гигабайта.
Единственное, с чем согласны аналитики, так это что форм-фактор 3,5" постепенно исчезает, уступая место 2,5" и более компактным носителям: перелом случился в 2022 году.
С каждым новым поколением накопители SSD становятся всё быстрее и горячее. Сам факт нагрева намекает, что неплохо бы отводить лишнее тепло: поставить радиатор или что-то помощнее. В любом случае, есть смысл следить за температурой
