Твердотельные накопители дарят иллюзию надежности, пока вы активно работаете с файлами. Но если отправить SSD на «холодную полку» с архивом фотографий, физика NAND-памяти начнет играть против вас: электрический заряд в ячейках неумолимо рассеивается без регулярного обращения к данным. IT-World разбирался, почему тихий отказ SSD опаснее, чем треск битых секторов HDD, и как единственный «битый блок» в твердотельном диске может уничтожить архив за полгода.
В один из вечеров мне понадобилось скопировать папку с фотографиями с одного диска на другой. Для этого я воспользовался штатными средствами Windows. Копирование папки объемом около 15 Гбайт успешно стартовало, однако процесс затянулся на несколько часов и в итоге так и не завершился — операцию пришлось прервать. Попытки открыть фотографии напрямую из исходной папки также оказались безуспешными: часть изображений открывалась нормально, некоторые выглядели поврежденными, а другие не открывались вовсе. Проверка крупного видеофайла в формате *.mkv поначалу не вызвала подозрений, однако при перемотке к нужным таймингам возникали заметные задержки продолжительностью до 5–10 секунд, а в изображении периодически появлялись мозаичные артефакты.
На этом этапе стало очевидно, что проблема в накопителе, на котором хранились данные. Возникло предположение, что SSD начал деградировать, а часть ячеек памяти стала недоступной для чтения. Проверка накопителя с помощью программы DiskGenius подтвердила опасения: значительная часть блоков читалась крайне медленно либо не читалась вовсе. Программа пометила их как поврежденные. Скорость доступа к остальным данным также была существенно ниже нормы. Копирование папки объемом 15 Гбайт занимало несколько часов, что для SSD-накопителя выглядело совершенно аномально.
Для чистоты эксперимента стоит уточнить, что речь идет о SSD-накопителе Western Digital объемом 500 Гбайт (WD Blue 3D NAND SATA SSD 500GB 2.5"), который использовался как обычный логический диск для хранения архивных данных. В действительности производитель и модель накопителя особого значения не имеют: такое может случиться с любым устройством. Ключевой момент состоял в том, что обращение к SSD происходило редко — примерно раз в месяц или реже. До сих пор среди пользователей распространено мнение, что SSD значительно надежнее классических HDD практически во всех бытовых сценариях эксплуатации. Некоторые также считают, что появление битых секторов на SSD невозможно в принципе. На практике это не совсем так. Несмотря на отличия в архитектуре и принципах хранения данных, SSD-накопители тоже подвержены деградации памяти, а отдельные блоки со временем могут становиться нечитаемыми.
Все данные, которые удалось считать, были немедленно скопированы в безопасное место. Затем было принято решение выполнить полное форматирование накопителя. Оставалась надежда, что проблема связана не с фатальной физической деградацией устройства, а с ошибками внутренней разметки или таблиц трансляции SSD-контроллера. После форматирования накопитель начал работать заметно быстрее: скорость чтения и записи вернулась к нормальным значениям, а повторная проверка поверхности в DiskGenius больше не показывала проблемных участков. Все блоки отображались как исправные, а операции записи и чтения снова выполнялись с типичной для SSD скоростью. Полезный объем диска также не изменился.
Твердотельные битые сектора
Утверждение о том, что битых секторов, или по-другому — бэд-блоков, на SSD не бывает — распространенный миф. Поврежденные блоки на твердотельных накопителях действительно встречаются, однако природа их возникновения существенно отличается от битых секторов классических HDD. В SSD отсутствуют магнитные пластины и механические головки, поэтому здесь невозможны, например, физические повреждения поверхности диска вследствие контакта головки с пластиной. Однако повреждения памяти в SSD не менее опасны, чем битые сектора на HDD, поскольку тоже способны приводить к потере данных без возможности восстановления. Основные причины появления поврежденных блоков на SSD обычно связаны: 1) с естественным износом ячеек памяти из-за ограничения ресурса перезаписи; 2) с деградацией или ослаблением заряда в ячейках памяти; 3) со сбоями питания; 4) с производственным браком.
Степень износа SSD сравнительно легко оценить по параметрам S.M.A.R.T. В моем случае накопитель полностью сохранил резервное пространство, используемое контроллером для переназначения поврежденных блоков: показатель оставался на уровне 100%. Ресурсные параметры выглядели очень хорошо: объем хост-записей составил около 3211 Гбайт, а хост-чтений — около 9368 Гбайт. Для SSD объемом 500 Гбайт это крайне небольшие значения, поэтому версию с исчерпанием ресурса памяти можно практически исключить. Остальные SMART-показатели также не вызывали вопросов, кроме времени эксплуатации накопителя, которое на момент появления проблем приближалось к шести годам. Вероятность заводского брака выглядела низкой, поскольку подобные дефекты обычно проявляются в первые месяцы или годы использования устройства. В результате наиболее вероятной причиной оставалась деградация заряда в отдельных ячейках памяти.
Со временем NAND-ячейки действительно теряют способность надежно удерживать электрический заряд. Скорость деградации возрастает при длительном отсутствии операций чтения и перезаписи данных. В результате этого можно потерять данные, однако работоспособность ячеек в большинстве случаев восстанавливается форматированием или перезаписью. Это основное отличие от HDD, где бэд-блоки почти всегда означают не только потерю данных, но и механическое повреждение поверхности диска, устранить которое нельзя. Более того, появление одного бэд-блока часто негативно влияет на соседние сектора: в таких случаях говорят, что диск начал сыпаться. Безусловно, случаи необратимого выхода из строя ячеек на SSD, тоже бывают, но связаны они не с ослаблением заряда, а с износом от перезаписи (P/E-циклы). Случается это значительно реже. Зато информация, однажды записанная на HDD, может храниться на нем годами без специализированной профилактики.
Вернемся к ситуации, описанной ранее. После восстановления SSD-накопитель продолжал использоваться в прежнем режиме — для хранения фотоархива. Доступ к данным происходил эпизодически, никаких сервисных процедур вроде периодической проверки поверхности или перезаписи данных не выполнялось. Спустя примерно полгода повторная диагностика показала, что часть новых данных считывается с заметными задержками. Около 5% блоков получили статус нестабильных или потенциально проблемных, но пока еще читаемых. Причем на этом этапе проблема решалась просто: данные копировались в другое место, затем повторно записывались на SSD. После такой процедуры большинство проблемных участков снова считывались нормально. Фактически происходило обновление заряда в ячейках памяти, что позволяло на некоторое время снизить риски потери данных из-за разряда.
Как ни крути, а использовать SSD в качестве холодного архива, к которому обращаются крайне редко — не лучшая идея. Ранее считалось, что проблема деградации заряда практически не затрагивает SSD, постоянно подключенные к питанию. Более того, даже без подключения к питанию и в зависимости от используемой в SSD технологии памяти (QLC, TLC, MLC) сроки сохранности данных варьируются от нескольких месяцев до трех лет (в промышленных экземплярах — до десяти лет). Но на практике оказалось, что подключения к питанию в фоновом режиме может быть недостаточно, особенно для старых и/или бюджетных пользовательских моделей: гораздо большее значение имеет регулярность обращения к данным и их периодическая перезапись. Справедливости ради отмечу, что умные контроллеры в некоторых современных SSD-дисках (обычно дорогих) могут автоматически проводить качественную уборку своего внутреннего пространства и обновлять данные, будучи просто подключенными к питанию. Например, технология Data Care Management в дисках промышленного класса Swissbit.
Выводы
Оптимальный сценарий использования SSD — работа в роли основного системного накопителя, на котором расположена ОС, или диска для активно используемых данных. Именно в таких условиях преимущества твердотельных накопителей раскрываются максимально эффективно: высокая скорость доступа, минимальные задержки и отличная производительность при постоянных операциях чтения и записи.
Использовать SSD для долговременного хранения архивных данных следует с осторожностью. Это касается как накопителей, лежащих отключенными на полке, так и SSD, постоянно установленных в системе, но используемых исключительно в качестве пассивного файлового архива. К слову, для долгосрочного хранения данных в отключенном режиме лучше использовать старые добрые магнитные жесткие диски (HDD).
Если по каким-то причинам есть потребность именно в SSD-архиве, то желательно хотя бы раз в полгода (периодичность лучше выяснить самостоятельно экспериментальным путем) выполнять полное обновление данных: копировать их на другой носитель и записывать обратно. Кроме того, не стоит пренебрегать регулярной диагностикой накопителя — проверкой SMART-параметров, состояния поверхности и скоростей чтения с помощью специализированных программ. Если диск лежит на полке, желательно проверять и обслуживать его чаще, раз в два-три месяца. Указанные мероприятия позволят фактически освежить заряд в ячейках памяти и снизить риск потери данных.
Также важно учитывать возраст накопителя, степень его износа, объем перезаписанных данных и уровень заполнения диска. Со временем деградируют не только ячейки памяти NAND, но и электронные компоненты SSD, включая контроллер. Дополнительные проблемы могут возникать при почти полном заполнении накопителя. Если свободного пространства остается слишком мало, контроллеру сложнее эффективно распределять нагрузку между блоками памяти, что потенциально может увеличивать износ и вероятность появления ошибок.
Отдельного упоминания заслуживает тема использования SSD для торрент-задач. На практике здесь все зависит от объемов записи данных. Типичный пользовательский сценарий — скачивание нескольких файлов объемом 10–30 Гбайт в неделю — практически не создает значимой нагрузки на современный SSD. Более того, даже участие в большом количестве торрент-раздач обычно не представляет серьезной опасности для накопителя, поскольку операции раздачи преимущественно связаны с чтением данных, а не с их перезаписью.
Основная нагрузка на SSD возникает именно при активной записи: регулярном скачивании больших объемов данных, удалении старых файлов и создании новых. Поэтому обычное использование торрентов в бытовом режиме можно считать относительно безопасным для накопителя. В то же время специализированные сценарии вроде круглосуточной работы SSD в составе seedbox-сервера с интенсивным трафиком способны ускорять износ памяти.
И самое главное: для критически важных данных всегда должны создаваться резервные копии на отдельных носителях. Любой накопитель может выйти из строя внезапно, в самый неподходящий момент. При этом HDD и SSD зачастую деградируют по-разному. Жесткие диски нередко выходят из строя постепенно: появляются битые сектора, падает скорость чтения, возникают посторонние звуки и другие признаки механического износа. SSD же чаще отказывают резко — например, из-за неисправности контроллера, ошибок прошивки или повреждения служебных таблиц трансляции данных (FTL). В результате накопитель может мгновенно стать полностью недоступным.