Эта запись продолжает большую серию статей о твердотельных накопителях, но не завершает ее. SSD – это молодая технология, которая продолжает динамично развиваться. Технологический процесс совершенствуется, на рынок выходят новые игроки и банкротятся старые, регулярно появляются новые накопители, реализуются интересные аппаратные и программные решения для ускорения операций чтения и записи… Поэтому закрывать в блоге тему SSD мне даже не приходит в голову :)

У меня блог, а не новостной сайт, поэтому за новинками индустрии я рекомендую следить на специализированных ресурсах. Я же поставил себе задачу рассказать вам о технологиях SSD и аспектах настройки Windows для работы на твердотельном накопителе. В фокус серии попали:

• типы флэш-памяти, ее внутреннее устройство и зависимость выносливости NAND от типа
• принципы работы контроллера на примере SandForce
• резервная область и роль свободного пространства для SSD
• TRIM / Deallocate и правильный способ проверки работы этих технологий
• теория срока службы SSD, атрибуты SMART на практике и беспочвенность страха исчерпать ресурс диска
• eMMC SSD в современных планшетах и их производительность
• SSD для кэша и другие способы повышения скорости дисковой подсистемы в ноутбуках
• мифы оптимизации SSD и точка зрения изготовителей на оптимальную настройку Windows
• экономия дискового пространства путем очистки папки WinSxS и дефрагментация SSD в Windows 8+

Судя по комментариям, вам это было интересно. Мне тоже, потому что я стал значительно лучше разбираться в SSD :) Готовя статьи, я всегда глубоко исследую вопрос, потому что одно дело более-менее представлять себе что-то, а другое – рассказывать об этом читателям.

Сегодня я предлагаю вашему вниманию большую подборку ответов на вопросы об SSD. Многие из них вы задавали мне в комментариях блога и частной переписке, но некоторые оставались за рамками предыдущих статей.

[+] Здесь ссылки на все вопросы

Бенчмарки

В этом разделе собраны вопросы, связанные с данными бенчмарков, которые вы видите в тестах накопителей.

Что означают цифры в тестах SSD?

Профессиональные сайты используют разнообразные программы и даже целые собственные бенчмарки, но четыре краеугольных камня производительности SSD – это скорости последовательных и случайных операций чтения и записи. Проще всего их посмотреть в CrystalDiskMark, а описание каждого теста дано в справке. Я же хочу объяснить практический смысл этих цифр, выделив главное.

Upd. Декабрь 2017. Я обновил этот раздел статьи по двум причинам. Во-первых, обновилась программа CrystalDiskMark, и старый скриншот стал неактуален. Во-вторых, размер кэша дисков вырос, и стандартный тест на 1GB данных может поместиться в него целиком, что исказит результат.

На этой картинке объем данных установлен в 16GB, чтобы он превысил размер кэша SSD. A результаты интерпретируются так:

1. Последовательные трансферы блоками по 1MB в один поток и длиной очереди 32 (см. следующий вопрос). На практике это показатели скорости сохранения архивов, подключения образов, копирования медиафайлов. Посмотрите в своих личных папках – наверняка, большинство файлов такого размера в том или ином сжатом формате. У дисков на SandForce имеет смысл также отдельно посмотреть тест сжимаемых данных.
2. Случайные трансферы блоками по 4KB в 8 потоков и длиной очереди 8. Они похожи на последовательные (в принципе, цифры близки). Такая активность может наблюдаться на многопользовательских файловых серверах.
3. Случайные трансферы блоками по 4KB в 1 поток и длиной очереди 32. Домашним ПК тест мало что дает, потому что у них длина очереди, обычно, составляет от 0 до 5. Выше она бывает только в серверных многопользовательских сценариях.
4. Случайные трансферы блоками по 4KB в 1 поток и длиной очереди 1. В реальности это скорость работы операционной системы и программ, а также баз данных, если на то пошло (стандартный блок у Oracle – 8KB). Другое дело, что многим приложениям после запуска важнее объем оперативной памяти, нежели скорость диска.

Что такое длина очереди?

Длина очереди (queue depth) – это количество отложенных операций ввода-вывода в очереди для конкретного диска. Попросту говоря, это запросы, ожидающие своей очереди на обслуживание диском. Допустим, в блоге я могу ответить на 2 вопроса в минуту. Если 10 комментариев требуют ответа, исходная длина очереди составляет 8 комментариев.

В Windows вы можете посмотреть длину очереди в мониторе ресурсов (resmon) на вкладке «Диск». Обратите внимание, что шкала формируется динамически в зависимости от длины очереди.

На картинке выше у системного диска C длина очереди практически нулевая, несмотря на массу открытых программ. На диск E писал только торрент, что влекло за собой длину очереди 0.1. Я решил параллельно создать на нем новый VHDX, и в процессе его записи на диск длина очереди все равно не превысила значение 5.

Шины, интерфейсы и порты

В комментариях к записи об SSD для кэша возникло немало вопросов на тему портов, причем они могут быть актуальны до и после покупки. Я решил уделить этому моменту больше внимания, а начать с общих сведений.

Насколько отличаются по скорости работы разные способы подключения SSD?

Вообще, этих способов больше, чем сразу приходит в голову :) Проверим?

SATA

Это самый распространенный интерфейс. Сейчас подавляющее большинство твердотельных накопителей поддерживает SATA III (6 Gbps), что позволяет максимально реализовать их потенциал в рамках имеющейся платформы.

Поэтому для оптимальной производительности важно подключить SSD именно к порту SATA III, поскольку порты SATA II (3 Gbps) пока еще встречаются в материнских платах. Особенно это актуально для мобильных ПК, где у чипсетов Intel до 2013 года из шести портов SATA лишь два были SATA III.

На практике максимальная скорость последовательных трансферов для SATA III составляет около 500MB/s (для SATA II – примерно половину от этого значения).

В принципе, производительность современных SSD ограничивается реализацией интерфейса SATA, а не скоростью флэш-памяти или контроллера. Это хорошо видно из тестов последовательных трансферов накопителей, работающих по интерфейсу PCIe.

PCIe

PCIe SSD оснащены родным контроллером PCIe, что позволяет им взаимодействовать с шиной PCIe напрямую, а не через посредника в виде SATA. Скорость накопителя зависит от количества дорожек (lanes), каждая из которых дает 500MB/s в одном направлении, т.е. 1GB/s суммарно.

Хотя PCIe SSD уже относительно давно представлены на корпоративном рынке, для потребителей все только начинается. Пока это диски PCIe 2.0 х2 и х4, соответственно обеспечивающие 1GB/s и 2GB/s пропускной способности в каждом направлении. На практике скорость последовательных трансферов PCIe 2.0 x2 может составлять 800MB/s, a x4 – превышать 1GB/s.

Увеличить рисунок
Samsung XP941 PCIe x4 M.2

Новый форм-фактор M.2 специально рассчитан на мобильные ПК, и первые ласточки SSD PCIe уже прилетели в ультрабуки. Так, в Sony Vaio Pro 13 установлен накопитель Samsung XP941 PCIe x4, а в MacBook Air 2013 тоже используется SSD PCIe x2 от Samsung, хотя и в проприетарном форм-факторе. В материнские платы для настольных ПК такие диски можно подключить с помощью карты-адаптера PCIe.

Для мобильных ПК М.2 предпочтительнее mSATA, поскольку поддерживает PCIe и SATA, а длина платы позволяет выпускать более емкие диски. Поэтому переход ОЕМ-производителей на новый форм-фактор — это лишь дело времени, даже если в дисках будет реализован интерфейс SATA, а не PCIe.

USB

Можно подключить SSD в качестве внешнего диска к порту USB. Конечно, максимальная производительность будет при подключении к USB 3.0, но даже в этом случае скорость хорошего накопителя может не дотягивать до уровня SATA II.

Увеличить рисунок

На картинке вы видите сравнение дисков из моей системы. Результат может варьироваться в зависимости от контроллера USB и чипсета. Желающим достичь максимальной производительности читатель Эльдар рекомендует эту статью.

Также учитывайте, в зависимости от контроллера SATA-USB может не работать TRIM, что негативно сказывается на быстродействии и сроке службы SSD.

Вопрос покупки таких дисков больше актуален для владельцев мобильных ПК, но ответ все равно зависит от вашей конфигурации, задач и бюджета. Почти всегда есть возможность установить SSD внутрь ноутбука, и это будет лучшим вариантом с точки зрения производительности и срока службы накопителя.

SD

eMMC SSD в планшетах фактически представляют собой карты памяти, и подключаются они к шине SD, что хорошо демонстрирует PowerShell.

Диск Название Тип Шина Размер (GB)
---- -------- --- ---- -----------
0    MBG4GA   SSD SD            29

Эти накопители самые медленные, конечно.

Как определить расклад портов? Подключен ли мой накопитель к порту SATA III?

Утилита изготовителя SSD может показать тип порта. Но не для всех SSD есть такие инструменты (на картинке — Samsung Magician), да и нередко определиться с раскладом портов нужно до покупки накопителя.

Я сам задавался вопросом, вынесенным в подзаголовок, и даже озвучивал его в форуме OSZone, потому что утилита HWINFO показывала несколько противоречивые сведения.

В итоге я решил опираться на сведения Windows и производителя материнской платы / чипсета. Задача решается за 5 минут в два этапа.

Этап 1 — Определите номера портов в Windows

Откройте диспетчер устройств и посмотрите порт в свойствах диска.

Увеличить рисунок 

Нумерация портов в Windows начинается с нуля (например, при наличии шести портов SATA они нумеруются от 0 до 5). Но производитель материнской платы может нумеровать их от 1 до 6.

Этап 2 — Выясните возможности портов SATA в документации

Я не могу дать пуленепробиваемых инструкций, поэтому до конца дойдут лишь те, кто умеет искать и не боится RTFM :)

Руководство пользователя к материнской плате

С настольными ПК зачастую проще.

1. Найдите свою материнскую плату на сайте изготовителя
2. Скачайте руководство пользователя
3. Нажмите Ctrl + F – sata

Если вам не удалось найти информацию этим способом, возможно, удачу принесет следующий путь.

Спецификации чипсета

Изготовители мобильных ПК не дают необходимых подробностей в руководствах для пользователей, поэтому надо искать детали в спецификациях чипсета. На примере Intel это выглядит так.

1. Определите чипсет в диспетчере устройств, раскрыв узел «Системные устройства».
   
2. Поиском на сайте производителя найдите спецификации (datasheet) своего чипсета (например, запросом 6 series datasheet) и скачайте PDF.
3. Поиском в PDF найдите sata в содержании документа и перейдите к странице с описанием.
   
   Увеличить рисунок

В моем ноутбуке только порты 0 и 1 поддерживают SATA III. Вы уже видели картинку ниже в другой записи, но тут акцент я делаю на номера портов.

Изначально в главном отсеке (порт 0) стоял жесткий диск, но я поставил на его место SSD, а HDD переместил в соседний отсек (порт 1). Купив второй SSD, я приобрел переходник и установил HDD вместо оптического привода (порт 5).

Приобретен SSD 6Gbps, но моя материнская плата не поддерживает SATA III. Имеет ли смысл покупать карту SATA III PCI-E?

Я не проводил своих исследований ввиду отсутствия необходимого оборудования. Судя по тестам в Интернете, дешевые карты SATA III PCI-E могут даже снизить скорость чтения и записи по сравнению с родным контроллером SATA II на материнской плате (пример). Еще один важный аспект раскрывается в комментариях.

За дорогие карты придется выложить больше, чем за новую материнскую плату с поддержкой SATA III. Поэтому имеет смысл инвестировать в новую платформу, а не снабжать старую лишними костылями.

Форматирование SSD и Secure Erase

В этом разделе собраны вопросы о стирании данных с твердотельного накопителя.

Как форматирование диска влияет на производительность SSD?

Со временем у SSD может снижаться скорость чтения и особенно записи в зависимости от:

• условий эксплуатации (объем записываемых данных, степень заполнения диска)
• работы TRIM и эффективности алгоритмов сбора мусора

После форматирования диска производительность SSD может возрасти, а точнее – вернуться к исходной.

Форматирование сопряжено с удалением данных из всех логических блоков. Это вынуждает контроллер SSD пометить все доступные операционной системе ячейки памяти как пустые, выполнив сбор мусора / дефраг NAND по всему объему накопителя

Для примера я взял свой теперь уже древний Kingston SSDNow V100 (SATA II), где последний год крутились виртуальные машины, на которых я экспериментирую. Объем записи был не очень велик, но накопитель был заполнен почти до отказа, что никак не способствовало эффективному сбору мусора старым контроллером.

На рисунке выделены ключевые улучшения – скорости вернулись к тем, что были сразу покупки (в том же ноутбуке).

Увеличить рисунок

В частности, после форматирования скорость:

• последовательной записи возросла на 23%
• случайной записи (4K) возросла на 11%

Конечно, эти цифры специфичны для моего накопителя и ноутбука. На других дисках прирост производительности может быть совсем другим или отсутствовать вовсе, если скорость не просела за время эксплуатации.

Как форматирование диска влияет на срок жизни SSD?

Само по себе форматирование диска средствами Windows (в том числе во время установки) не оказывает негативного влияния на ресурс SSD. Конечно, следующая за ним установка ОС и программ или перемещение файлов увеличит объем записи, но он не настолько велик, чтобы беспокоиться.

Зачем нужна операция Secure Erase? Как ее правильно выполнять?

Secure Erase – это стирание всех данных на диске путем отправки специальной команды по спецификации ATA. Это вынуждает контроллер пометить пустыми все ячейки памяти, в том числе и в резервной области. После Secure Erase производительность накопителя должна восстановиться к исходной.

В тестах SSD эта операция часто служит для оценки эффективности работы TRIM — по окончании работы под нагрузкой сравнивается скорость записи до и после Secure Erase.

На практике же особой необходимости делать Secure Erase нет, поскольку обычное форматирование в Windows приводит фактически к тому же результату.

Если и выполнять Secure Erase, то с помощью утилиты изготовителя SSD, будь то Intel SSD Toolbox или Samsung Magician. Но, как и в случае с форматированием, нельзя стереть диск из-под запущенной с него ОС (так, утилита Samsung позволяет создать загрузочный диск на основе FreeDOS).

Увеличить рисунок

Да, существуют сторонние решения вроде Parted Magic, но если что-то пойдет не так, это может стать поводом для отказа в гарантийном обслуживании.

Какой SSD выбрать?

Время от времени в комментариях читатели спрашивают мое мнение о целесообразности покупки того или иного SSD. Я стараюсь воздерживаться от рекомендаций конкретного накопителя по ряду причин:

• Для домашнего ПК подойдет практически любой современный SSD.
• В серии статей об SSD достаточно сведений для правильного выбора.
• Я не хочу нести личную ответственность за рекомендацию :)

Однако я решил собрать в одном месте несколько моментов, которые затрагивались в предыдущих записях.

Смотрите в сторону компаний, обладающих своим производством и разработками

Чем больше компонентов SSD компания выпускает самостоятельно, тем лучше ее позиция на рынке. При прочих равных, имеет смысл смотреть в сторону ведущих изготовителей. В идеале – это компании, которые имеют свое производство памяти, а также выпускают контроллеры и/или своими силами работают над прошивкой. В алфавитном порядке это:

• Crucial — своя память (подразделение Micron) и собственные прошивки для контроллеров Marvell.
• SanDisk – своя память и собственные прошивки для контроллеров Marvell. У SanDisk также есть свои контроллеры, но диски с ними чаще встречаются в готовых ПК.
• Samsung — полностью свое производство, включая DRAM, что вывело компанию в лидеры рынка.
• Toshiba – своя память и контроллеры (в т.ч. доработанные Phison), чаще встречающиеся в готовых мобильных ПК или под другими брэндами.

Intel выпал из списка в 2020 году после продажи компании SK Hynix своего бизнеса по производству NAND. Большинство прочих изготовителей SSD являются ОЕМ-сборщиками (например, ADATA, Corsair, Kingston, Transcend и т.д.). Зато их диски могут быть дешевле, а в повседневных задачах вы вряд ли заметите разницу.

Читайте также мои рекомендации для трех основных категорий пользователей!

Учитывайте соотношение цена/гарантия и расположение сервисного центра

Как правило, SSD продаются с гарантией на 3 года или 5 лет. У любого отдельно взятого производителя различие зачастую заключается в качестве памяти, даже если ее выносливость оценивается одинаково изготовителем NAND.

Крупные компании, не имеющие производства NAND, покупают ее в больших объемах и проводят свою валидацию. Например, ADATA, Kingston и Transcend могут устанавливать лучшую память в разные линейки твердотельных накопителей, а ту что похуже — использовать для изготовления флэшек и карт SD.

Если приглянувшийся вам SSD продается с 5-летней гарантией и укладывается в ваш бюджет, приобретение этого накопителя будет мудрым выбором.

Более длительная гарантия дополнительно страхует от выхода диска из строя, но не стоит включать в список возможных причин исчерпание ресурса памяти. В реальности он с большим запасом перекрывает гарантийный срок, а производители ограничиваются 3-5 годами по другой причине. Они не хотят, чтобы компании пользовались более дешевыми потребительскими дисками в бизнес-задачах с высоким объемом записи, а исчерпав ресурс диска, требовали гарантийной замены.

Кроме того, не мешает поинтересоваться расположением сервисного центра. В крупных городах – это не проблема, но если гарантийная мастерская находится за тридевять земель, вам будет сложнее заменить SSD в случае его выхода из строя.

При выборе накопителя имеет смысл учитывать еще один фактор – программное обеспечение, но пока тут негусто с конкуренцией.

Ускорение SSD программными средствами

Строго говоря, ускорить работу накопителя программными методами невозможно. В частности, он и так способен работать намного быстрее, чем позволяет реализация SATA III. Популярная мифология ничего не ускоряет, что подтверждают также рекомендации производителей.

Однако можно ускорить операции записи и чтения, использовав в первую очередь оперативную память, избыток которой есть во многих современных ПК. Это также положительно скажется на ресурсе SSD.

RAM-диск

Это работает на жестких и твердотельных дисках. Попросту говоря, вы используете часть оперативной памяти в качестве виртуального диска, который в зависимости от программного решения способен даже сохранять данные между перезагрузками. На такой диск вы можете перенаправить временные файлы, а также любые данные, скорость чтения и записи которых для вас особенно важна. Примером такого ПО служит бесплатное приложение SoftPerfect RAM Disk.

Решение производителя SSD

Насколько я знаю, на данный момент свое решение предлагает только Samsung, реализующий технологию RAPID с помощью фирменной утилиты Magician. Здесь используется более интеллектуальный подход, поскольку с помощью RAM ускоряется широкий спектр операций I/O, а не только в рамках заданных вами приложений и папок.

Последнее обновление Samsung Magician добавило поддержку технологии RAPID для 840 PRO (ранее она работала только в серии EVO). Я планирую исследовать ее преимущества в своей системе. Напишите в комментариях, если вам интересно будет прочесть об этом в блоге.

Продолжение следует…

---

Умные вопросы всегда приветствуются, но наличие этого FAQ не освобождает от прочтения остальных статей, куда и следует направлять вопросы по конкретным темам. Для вашего удобства их список есть в начале FAQ ↑ и под ним ↓(и даже под каждой статьей :). Эта страница официально назначается ловушкой для всех вопросов «не по теме».

Владельцы SSD, вы довольны своим накопителем? Считаете вложение оправданным? А то тут в комментариях я видел жалобы, что чуда не произошло :) Мне также интересно, помог ли вам этот FAQ прояснить какой-то вопрос или узнать что-то новое – напишите в комментариях, что именно.

Опрос же призван отразить динамику проникновения SSD в аудиторию блога. Два года назад было 8%, год спустя — уже 60% и еще 20% грозились купить до конца года. Если SSD уже лежит под новогодней елкой, выбирайте первый пункт :)

Результаты голосования утеряны в связи с прекращением работы веб-сервиса опросов.