СТА 3/2010

малом расстоянии от поверхности), не позволяют создать устройство, устойчи во работающее при вибрациях более 1g без применения дополнительных демп фирующих приспособлений. Однако на до понимать, что эти приспособления не гарантируют полного отсутствия ошибок чтения/записи, зато существенно увели чивают конечную стоимость изделий. П РИШЛО ВРЕМЯ ФЛЭШ ТЕХНОЛОГИЙ В настоящее время как альтернатива винчестерам набирают популярность устройства на основе твердотельной па мяти (Solid State Drive – SSD) – энерго независимые накопители без движущих ся частей (рис. 2). Первые устройства флэш памяти (flash) на основе NAND технологии были представлены в сере дине 90 х годов прошлого века компани ей M Systems. Они имели форм фактор 3,5" или 2,5". К сожалению, их стоимость была настолько высока, что они могли применяться только в военной и аэро космической отраслях. У флэш памяти на основе NAND технологии есть масса преимуществ по сравнению с классичес кими НЖМД. Это малое энергопотреб ление и существенно возросшая скорость передачи данных по SATA интерфейсу (до 250 Мбайт/с), значительно меньшее время доступа, отсутствие зависимости скорости передачи данных от их физи ческого расположения на поверхности, относительно небольшие вес и размеры. Полное отсутствие шума при работе SSD позволяет строить бесшумные вычисли тельные устройства с кондуктивным теп лоотводом, а отсутствие движущихся частей, подверженных механическому износу, стойкость к вибрационным и температурным воздействиям – созда вать защищённые решения для примене ния в промышленности в качестве со ставных частей систем АСУ ТП. Перечисленные преимущества твер дотельной памяти раскрываются не только в многодисковых серверных сис темах, где критична скорость считыва ния/записи, но и в традиционных мо бильных компьютерах, где принципи ально важны низкое энергопотребление и высокая ударостойкость. Кроме этого, твердотельная память в гораздо большей степени, чем традиционные жёсткие диски, подходит для устройств, работаю щих в неблагоприятных условиях, сохра няя работоспособность там, где НМЖД выходят из строя. На сегодняшний день у флэш памяти на основе NAND техно логии есть только два существенных не достатка: бо> льшая стоимость по сравне нию с НЖМД и ограниченное количест во циклов записи в ячейку памяти. Современные SSD накопители ис пользуют два типа NAND технологии: SLC (Single Level Cell) и MLC (Multilevel Cell). Информация хранится в транзис торах с плавающим затвором (рис. 3). Уровень заряда в нём определяет логи ческое состояние ячейки. Отличие – в количестве битов информации, храня щихся в ячейке памяти. Технология SLC предполагает два уровня напряжения в ячейке: логические 0 и 1. Для MLC этих уровней может быть больше, например четыре: 00, 01, 10, 11. Преимущества SLC – высокая скорость работы и боль шее, чем у MLC, количество циклов за писи. Увеличение количества уровней приводит к усложнению процесса детек тирования их состояния. Высокая ско рость чтения/записи как в SLC, так и в MLC достигается за счёт применения многоканального контроллера флэш памяти, который осуществляет запись одновременно в несколько микросхем NAND (по этому принципу построены отказоустойчивые RAID массивы в тра диционных НЖМД). Главный недостаток SLC и MLC тех нологий – постепенное разрушение ди электрического слоя, изолирующего пла вающий затвор. Основной вклад в это вносит процедура записи информации, поэтому только количество этих опера ций учитывается при расчёте ресурса ра боты SSD, состоящих из NAND микро схем. Допустимое количество циклов записи для устройств на базе SLC на сегодняшний день составляет 1 000 000 циклов, для MLC – 100 000 циклов. Увеличение време ни жизни твердотельного диска достигается путём при менения специальных контроллеров. Вних встроены алгоритмыравномерного износа ячеек – wear leveling, выравнива ющие количество циклов записи во все ячейки микросхем NAND, из которых состоит SSD накопитель. Если посмотреть на статистику ис пользования, на накопитель компьютера пишется в среднем 20 гигабайт инфор мации за сутки эксплуатации. Твердо тельные накопители Intel, устанавливае мые в промышленные компьютеры FASTWEL AdvantiX, гарантированно проработают 5 лет при таком режиме эксплуатации. Много это или мало – ре шать пользователю. Кроме этого, стоит добавить, что про мышленный компьютер, оснащённый SSD накопителем, издаёт меньше шу ма, не подвержен сбоям, причина кото рых – вибрационные и температурные нагрузки, и более производителен в операциях чтения/записи. В конечном итоге, от всех этих преимуществ выиг рывает пользователь. Ф ЛЭШ ИЛИ ЖЁСТКИЙ ДИСК – ЧТО ВЫБРАТЬ ? SSD накопители поставляются не только с интерфейсом Serial ATA как за мена традиционного жёсткого диска, но и как платы расширения для компьюте ров, оснащённых шиной PCI Express, например, изделие Z Drive e84 PCI Express SSD производства компании OCZ (рис. 4). В таком устройстве объеди нены производительный многоканаль ный контроллер флэшSLC памяти и вы сокоскоростная шина передачи данных. Устройство имеет 2 варианта исполне ния: ёмкостью 256 или 512 Гбайт. Ско рость чтения/записи составляет 800 и 750 Мбайс/с, что в несколь ко раз превышает про пускную способность интерфейса SATA, которая в случае применения SSD является потенци альным «бутылоч ным горлышком». АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А / ФЛЭШ ПАМЯ Т Ь 79 СТА 3/2010 www.cta.ru Рис. 3. Схема ячейки микросхемы NAND флэш памяти Интерфейс SATA Контроллер Микросхемы NAND Flash Микросхемы NAND Flash Буферная память RAM Рис. 2. Конструкция твердотельного накопителя Intel X25 M Управляющее напряжение Затвор Плавающий затвор Исток Сток Подложка Рис. 4. SSD накопитель OCZ Z Drive e84 PCI Express SSD © СТА-ПРЕСС