Вопросы и ответы по твердотельным накопителям SATA и M.2

SSD — это сокращение от «solid-state drive» (твердотельный накопитель). В накопителях SSD используются микросхемы памяти NAND Flash или DRAM, которые заменяют магнитные пластины и другие механические компоненты, которые применяются в стандартных жестких дисках (HDD).

Сложно сказать, т.к. двух одинаковых систем не существует. На производительность могут влиять ОС, загруженные драйверы, используемые приложения, скорость/конфигурация процессора и многие другие факторы. Существуют различные веб-сайты и журналы, проводившие испытательные сравнения SSD и HDD, при этом выяснилось, что SSD намного быстрее. Например, если сравнивать скорость произвольного чтения, то SSD более чем на 20 000% быстрее, чем высокоскоростные HDD.

Стоит отметить, что накопители SSD не имеют физических ограничений, характерных для жестких дисков. Пластины HDD имеют круглую форму (как и CD-диски) и доступ к данным, находящимся ближе к центру, осуществляется медленнее, чем к данным у края пластины. Для доступа ко всем данным на SSD требуется одинаковое время. Эффективность HDD также падает с увеличением фрагментации данных, в то время как на производительность SSD она не оказывает существенного влияния, даже если данные не расположены в непрерывной последовательности.

Input Output per Second (IOPS, количество операций ввода/вывода в секунду) — величина, показывающая количество транзакций (операций чтения или записи) в секунду, которое способно поддерживать устройство хранения данных (HDD или SSD). IOPS не следует путать со скоростью чтения/записи; значение IOPS в существенной степени связано с нагрузкой на сервер.

В накопителях SSD для хранения данных используется флеш-память NAND. Один из недостатков памяти NAND заключается в том, что ячейки флеш-памяти с течением времени изнашиваются. Чтобы продлить срок службы памяти, в контроллере памяти SSD используются различные алгоритмы, которые помогают распределять данные по всем ячейкам памяти. Это предотвращает слишком частое использование каждой конкретной ячейки или группы ячеек. Использование технологии выравнивания износа широко распространено и очень эффективно.

• Для увеличения производительности и эксплуатационного ресурса некоторые производители SSD резервируют часть емкости накопителя из пользовательской области и передают ее контроллеру. Этот прием называется выделением (увеличением) резервной области накопителя, он увеличивает производительность и срок службы SSD. Все современные твердотельные накопители Kingston отличаются возможностью увеличения резервной области, и их емкость составляет 120ГБ, 240ГБ, 480ГБ, 960ГБ, 1,92ТБ и 3,84ТБ. Узнайте больше об увеличении резервной области накопителя.

Флеш-память NAND, используемая в USB-накопителях, картах памяти SD и SSD-накопителях имеет ограничения по эксплуатационному ресурсу; это означает, что нельзя записывать на нее данные вечно. Продукция на основе флеш-памяти со временем изнашивается, однако благодаря таким функциям, как выравнивание износа и увеличение резервной области, SSD обычно работают дольше, чем системы, в которых они установлены. Мы измеряем эксплуатационный ресурс накопителя в объеме записанных данных в терабайтах (TBW, Terabytes Written); в зависимости от емкости накопителя вы можете записать от сотен терабайт до петабайт данных. Скорость SSD не изменяется в течение всего срока службы накопителя. Узнайте больше о показателе TBW. 

S.M.A.R.T. расшифровывается как «Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology» (технология самодиагностики, анализа и создания отчетов) и является частью стандарта ATA. Атрибуты SMART используются для оценки «здоровья» накопителя и предназначены для уведомления пользователя (администратора, программы и т.п.) об угрозе отказа накопителя. Узнайте больше о S.M.A.R.T.

Да. Да, SSD-накопители Kingston можно использовать во внешних корпусах USB, e-SATA, Thunderbolt и Firewire. Следует учесть, что при выборе пользователем включения пароля через команду безопасности ATA накопитель будет недоступен через внешний корпус.

В жестких дисках HDD используются технология «вращающихся магнитных пластин», которая применяется с середины 50-х годов прошлого века. Данные записываются на эти диски и считываются с дисков с помощью движущихся магнитных головок. Диски HDD представляют собой механические устройства со множеством движущихся частей, поэтому они в большей степени подвержены механическим поломкам и отказам из-за отрицательного влияния внешних условий, например, высокой или низкой температуры, механических ударов и вибрации.

Хотя рынок твердотельных накопителей растет и набирает популярность, он все еще относительно новый. Как и в случае с другими технологиями, нужно дождаться роста продаж до уровня, при котором стоимость производства будет уменьшаться. За последние несколько лет разрыв в ценах на SSD и HDD стал значительно меньше.

Единственным фактором в пользу жестких дисков является цена за гигабайт. В настоящее время продаются жесткие диски с емкостями от 500ГБ и более, а твердотельные накопители продаются с емкостями 120ГБ и более. В настоящее время Kingston предлагает твердотельные накопители емкостью от 120ГБ до 3,84ТБ.

Следует приобретать традиционные HDD, если вам нужно хранить большие объемы данных, и выбирать SSD, если вам более важна скорость. Обычно SSD используют в качестве загрузочного накопителя, содержащего ОС и приложения, а HDD — для хранения файлов данных.

Да. Kingston предлагает SSD-накопители в комплектах для модернизации, которые содержат все необходимое для замены HDD-накопителя ноутбука или настольного компьютера на твердотельный накопитель Kingston, включая программное обеспечение для удобного переноса ОС и важных данных. Обратите внимание, что производственные единицы (SKU), оснащенные только SSD, не включают в себя программное обеспечение. Если вам нужно клонировать ваш жесткий диск на новый твердотельный накопитель, вам понадобится комплект пакетов компьютерного обеспечения.

Нет. SSD никогда не нужно дефрагментировать. Дефрагментация может сократить срок службы SSD. Если ваша система настроена на автоматическую дефрагментацию, лучше отключить дефрагментацию при использовании SSD. Некоторые операционные системы выполняют дефрагментацию автоматически, поэтому необходимо отключить эту функцию для твердотельных накопителей Kingston.

Что такое M.2? Что такое NVMe? Как это связано с SATA и AHCI, и как отличаются скорости? В инфографике мы рассматриваем каждую из этих аббревиатур, чтобы помочь вам лучше понять, как и почему новейшие технологии твердотельных накопителей (SSD) работают быстрее и лучше. Узнайте больше о различиях между NVMe и SATA.

SSD-накопители NVMe в клиентских системах, таких как настольные компьютеры, ноутбуки и рабочие станции, существенно повышают производительность хранения данных в целом. NVMe — лидирующий новый стандарт твердотельных накопителей. Kingston SSD NVMe обеспечивают ряд решений для хранения данных, которые отлично подходят для новых сборок ПК, а также для модернизации хранилища для настольных компьютеров и ноутбуков. Узнайте больше о SSD-накопителях NVMe для клиентских систем.

Технология NVMe специально разработана для корпоративных сред хранения данных, обеспечивая шестикратное увеличение пропускной способности, трехкратное улучшение задержки и поддержку многоядерных систем. Она заменяет собой протокол SATA, изначально предназначенный для традиционных жестких дисков. Узнайте больше о выборе NVMe для центров обработки данных.

Есть различные форм-факторы и протоколы SSD-накопителей. Первые твердотельные накопители имели размер 2,5 дюйма и использовали соединение SATA и протокол AHCI, которые являлись стандартом, адаптированным для жестких дисков. Это позволяло с легкостью перейти с жестких дисков (HDD) на твердотельные накопители (SSD). Позже был разработан собственный протокол NVMe для флеш-памяти, обеспечивающий более высокую скорость передачи данных. Он реализован на ряде новейших высокопроизводительных ПК и ноутбуков. Все твердотельные накопители NVMe имеют форм-фактор M.2, U.2 или AIC PCIe. 2,5-дюймовые твердотельные накопители SATA существуют уже несколько лет и до сих пор встречаются во многих ПК. Узнайте больше о различиях между NVMe и SATA.

Для некоторых встраиваемых систем с ограниченным пространством спецификации M.2 предусматривают различную толщину SSD M.2 – 3 односторонних версии (S1, S2 и S3) и 5 двухсторонних версий (D1, D2, D3, D4 и D5). Для некоторых платформ могут применяться особые требования из-за ограниченного пространства под разъемом M.2.

SSDM.2 Kingston соответствуют спецификациям двухсторонних M.2 и могут устанавливаться в большинство системных плат, совместимых с двухсторонними SSD M.2; обратитесь к своему торговому представителю, если вам требуются односторонние SSD для встраиваемых систем.

M.2 разработан организациями стандартизирования PCI-SIG и SATA-IO и описывается в спецификациях PCI-SIG M.2 и SATA ред. 3.2. Ранее он назывался Next Generation Form Factor (NGFF, форм-фактор нового поколения), а в 2013 году был формально переименован в M.2. Многие по-прежнему называют M.2 стандартом NGFF.

Компактный форм-фактор M.2 применяется ко многим типам расширительных плат, таким как Wi-Fi, Bluetooth, спутниковая навигация, Near Field Communication (NFC, связь малого радиуса действия), цифровое радио, Wireless Gigabit Alliance (WiGig, альянс по беспроводной гигабитной связи), Wireless WAN (WWAN), и твердотельные накопители (SSD).

M.2 имеет подгруппу особых форм-факторов специально для SSD.

Все SSD M.2 имеют утапливаемое крепление в разъемах M.2 системных плат. Форм-фактор M.2 обеспечивает возможность повышенной производительности при пониженном потреблении ресурсов, а также технологического усовершенствования SSD в будущем. Кроме того, для подключения карт не требуются кабели питания или данных. Как и SSD mSATA, накопители SSD M.2 просто вставляются в разъем.

Есть много ноутбуков и системных плат, которые поддерживают SSD M.2. Перед покупкой SSD M.2 изучите спецификации системы и руководство пользователя, чтобы убедиться в совместимости.

Для модулей SSD M.2 наиболее часто используются размеры 22мм (ширина) x 30мм (длина), 22мм x 42мм, 22мм x 60мм, 22мм x 80мм и 22мм x 110мм. Платы называются в соответствии с их размерами, приведенными выше: первые 2 цифры определяют ширину (все по 22мм), а оставшиеся цифры определяют длину от 30мм до 110мм. Итак, SSD M.2 указаны как 2230, 2242, 2260, 2280 и 22110.

На рисунке ниже представлен 2,5-дюймовый SSD и SSD M.2 2242, 2260 и 2280:

Есть 2 следующие причины для использования разных значений длины.

1. Различные длины позволяют использовать различные емкости накопителей SSD; чем длиннее накопитель, тем больше микросхем NAND можно в него установить вместе с контроллером и иногда с микросхемой памяти DRAM. Варианты длины 2230 и 2242 поддерживают 1–3 микросхемы NAND, а 2280 и 22110 поддерживают до 8 микросхем NAND, что позволяет создавать SSD емкостью до 1ТБ в самых больших форм-факторах M.2.
2. Размер M.2 может быть ограничен размером гнезда в системной плате: некоторые ноутбуки могут поддерживать M.2 для кэширования, однако имеют мало свободного места, в которое можно установить только SSD M.2 2242 (SSD M.2 2230 меньше по размеру, но в большинстве случаев не требуются там, где можно установить SSD M.2 2242).

Нет, они отличаются. M.2 поддерживает варианты интерфейса накопителей SATA и PCIe, а mSATA — только SATA. Физически они отличаются по внешнему виду и не могут подключаться к одинаковым системным разъемам.

M.2 2280 (выше) в сравнении с mSATA. Обратите внимание на ключи (или прорези), которые предотвращают размещение карты в несовместимых разъемах.

Форм-фактор M.2 создан для обеспечения различных вариантов карт с компактными форм-факторами, в том числе SSD. Ранее в SSD использовался mSATA благодаря самому маленькому форм-фактору, однако mSATA невозможно масштабировать до емкостей в 1ТБ за разумную цену. Поэтому была выбрана новая спецификация M.2, обеспечивающая различные размеры и емкости карт SSD M.2. Спецификация M.2 позволяет производителям систем стандартизировать общий компактный форм-фактор, который при необходимости можно использовать с большими емкостями накопителей.

Нет, SSD M.2 SATA и PCIe используют стандартные драйверы AHCI, встроенные в ОС. Однако может потребоваться включение SSD M.2 в BIOS системы для его использования.

В некоторых случаях разъем SSD M.2 может делить каналы PCIe или порты SATA с другими устройствами на системной плате. Изучите документацию своей системной платы, поскольку при одновременном использовании обоих общих портов одно из устройств может отключиться.

Спецификация M.2 предусматривает 12 типов ключей или прорезей на карте M.2 или в интерфейсе разъема; многие из них зарезервированы для использования в будущем:

Уже назначенные ключи M.2 (к SSD M.2 относятся только B и M)
Источник: All About M.2 SSDs, SNIA, June 2014.

Специально для накопителей SSD M.2 обычно используют 3 вида ключей:

1. Концевой контакт ключа B может поддерживать протокол SATA и/или PCIe в зависимости от устройства, однако ограничены скоростью PCIe x2 (1000МБ/с) на шине PCIe.
2. Концевой контакт ключа M может поддерживать протокол SATA и/или PCIe в зависимости от устройства и поддерживают скорость PCIe x4 (2000МБ/с) на шине PCIe, если хост-система также поддерживает режим x4.
3. Концевой контакт ключа B+M может поддерживать протокол SATA и/или PCIe в зависимости от устройства, однако ограничены скоростью x2 на шине PCIe.

Различные типы ключей помечаются на концевых контактах (позолоченных) SSD M.2 или рядом с ним, а также на разъеме M.2.

Следует учесть, что SSD M.2 с ключом B имеют другое количество концевых контактов (6) по сравнению с SSD M.2 с ключом M (5); такая асимметричная схема позволяет избежать ошибок размещения SSD M.2 с ключом B в разъем M, и наоборот.

Ключи B+M на SSD M.2 обеспечивают перекрестную совместимость с различными системными платами, а также поддержкой соответствующего протокола SSD (SATA или PCIe). Хост-разъемы некоторых системных плат могут быть рассчитаны на подключение только SSD с ключами M или только с ключами B. SSD с ключами B+M предназначены для устранения этой проблемы; однако подключение SSD M.2 в разъем не гарантирует его работы, это зависит от общего протокола между SSD M.2 и системной платой.

Вам всегда следует читать информацию от производителя системной платы/системы, чтобы убедиться в том, какие значения длины поддерживаются, однако многие системные платы будут поддерживать 2260, 2280 и 22110. На многих системных платах предусмотрена возможность нескольких смещений фиксирующих винтов, что позволяет пользователю закрепить SSD 2242, 2260, 2280 или даже 22100 M.2. Объем пространства на системной плате ограничивает размер устанавливаемых в разъем и используемых SSD M.2.

Различные типы разъемов являются частью спецификации и используются для поддержки специальных типов устройств в разъеме.

Socket 1 предназначен для Wi-Fi, Bluetooth®, NFC и WI Gig

Socket 2 предназначен для WWAN, SSD (кэш-память) и GNSS

Socket 3 предназначен для SSD (SATA и PCIe, скорость до x4)

Нет, SSD M.2 не предназначены для горячего подключения. Установка и удаление SSD M.2 допускается только при отключенном питании системы.

Производительность будет сравнимой; она также зависит от типа контроллера хост-системы, в которой используются SSD, а также от внутренней схемы и контроллера каждого SSD. Спецификация SATA 3.0 поддерживает до 600МБ/с в форм-факторах SSD 2,5-дюйма, mSATA или M.2.

Если хост-система не поддерживает протокол PCIe, SSD PCIe M.2 скорее всего не распознается системой BIOS и поэтому не будет совместим с системой. Аналогично, при установке SSD SATA M.2 в разъем, поддерживающий только SSD PCIe M.2, накопитель SSD SATA M.2 невозможно будет использовать.

На такой системной плате SSD PCIe M.2 сможет работать только на скоростях PCIe x2 (2-канальная работа). В случае покупки системной платы с поддержкой скоростей PCIe x4 четырехканальный SSD M.2 сможет работать со скоростью, возможной в данной системе. Кроме того, существуют ограничения PCIe в системных платах, на которых общее количество каналов PCIe может быть превышено; четырехканальный SSD PCIe M.2 ограничивается до двух каналов или полностью отключается.

Нет. SSD M.2 поддерживает либо SATA, либо PCIe, но не оба стандарта одновременно. Кроме того, разъемы системных плат разных производителей могут поддерживать либо SATA, либо PCIe, или, в некоторых случаях, оба протокола. Важно свериться с руководством по использованию вашей системы для проверки того, какие технологии поддерживаются.

Интерфейс PCIe быстрее, поскольку спецификация SATA 3.0 имеет ограничение по максимальной скорости в ~600МБ/с, в то время как каналы PCIe Gen 2 x2 поддерживают до 1000МБ/с, каналы Gen 2 x4 — до 2000МБ/с, и каналы Gen 3 x4 — до 4000МБ/с.

SSD-накопители Kingston созданы с использованием флэш-памяти NAND.

SSD-накопители Kingston не зависят от ОС и будут работать в любой системе, поддерживающей стандартный интерфейс SATA

Никаких дополнительных драйверов не требуется.

Большинство систем можно модернизировать с помощью твердотельных накопителей Kingston. Для старых систем с интерфейсом SATA II можно использовать SSD-накопители Kingston SATA. Современные системы поддерживают стандарты SATA III и (или) PCIe NVMe. Для модернизации таких систем можно использовать твердотельные накопители Kingston SATA или высокопроизводительные твердотельные накопители Kingston PCIe NVMe. Чтобы выбрать подходящий SSD-накопитель Kingston для вашей системы, воспользуйтесь конфигуратором Kingston или обратитесь за помощью в службу технической поддержки Kingston.

Для конфигураций RAID настоятельно рекомендуется использовать твердотельные накопители Kingston из серии Data Center (DC). Твердотельные накопители Kingston из этой серии обеспечивают улучшенную совместимость с контроллерами RAID, специально настроены для требовательных рабочих нагрузок центров обработки данных и крупных предприятий и отличаются более высокой производительностью и долговечностью по сравнению с твердотельными накопителями потребительского класса.

Очень часто системы и контроллеры на основе «Serial Attached SCSI»(SAS) также поддерживают устройства SATA. Kingston рекомендует пользователю проверить совместимости устройств SATA и SAS в документации на систему или контроллер. Если совместимость есть, твердотельные накопители Kingston можно использовать в такой системе.

Все SSD Kingston используют интеллектуальный и эффективный процесс очистки памяти, повышающий срок службы накопителя за счет небольшого влияния на эксплуатационный ресурс флеш-памяти; этот процесс невидим для пользователя. Узнайте больше о функции очистки памяти SSD-накопителя.

Твердотельные накопители Kingston имеют расширенные технологии выравнивания износа, которые включают в себя алгоритм подбора блоков, способный повысить эксплуатационный ресурс флеш-памяти и оптимизировать срок службы накопителя. Эта уникальная функция выравнивания износа обеспечивает сбалансированный уровень использования отдельных блоков флеш-памяти, разница в частоте записи между наиболее часто и наиболее редко используемыми блоками не превышает 2%.

TRIM и очистка памяти — это технологии, применяемые в современных твердотельных накопителях для увеличения производительности и эксплуатационного ресурса. До начала использования твердотельного накопителя все блоки NAND пусты, поэтому новые данные могут записываться в пустые блоки за одну операцию. Со временем большинство пустых блоков станут используемыми и будут содержать пользовательские данные. Чтобы записать новые данные в используемые блоки, SSD-накопитель должен выполнить цикл чтения-изменения-записи. Цикл чтения-изменения-записи снижает общую производительность накопителя, потому что теперь он должен выполнять три операции вместо одной. Цикл чтения-изменения-записи также приводит к увеличению объема записи, что сокращает общий эксплуатационный ресурс SSD-накопителя.

Функции Trim и очистки памяти могут работать вместе, чтобы увеличить производительность и эксплуатационный ресурс SSD-накопителя за счет освобождения использованных блоков. Очистка памяти — это встроенная в контроллер SSD-накопителя функция, которая объединяет данные, хранящиеся в использованных блоках, для освобождения большего количества блоков. Этот процесс выполняется в фоновом режиме и полностью обрабатывается самим SSD-накопителем. Однако SSD-накопителю может быть неизвестно, какие блоки содержат данные пользователя, а какие — устаревшие данные, которые пользователь уже удалил. Здесь на помощь приходит функция TRIM. TRIM позволяет операционной системе информировать SSD-накопитель об удалении данных, чтобы тот мог освободить ранее использованные блоки. Для работы функции TRIM она должна поддерживаться и операционной системой, и SSD-накопителем. В настоящее время большинство современных операционных систем и твердотельных накопителей поддерживают функцию TRIM, однако большинство конфигураций RAID ее не поддерживают.

В твердотельных накопителях Kingston используются и технология сбора мусора, и технологии TRIM для поддержки максимально возможной производительности и эксплуатационного ресурса в течение всего срока службы.

Узнать больше

FAQ: KSD-011411-GEN-13