СТА №3/2017

стандартного SATA-диска (табл. 1) для настольных рабочих станций Seagate Desktop HDD ST4000DM000 ёмкостью 4 Тбайт и у их серверного собрата ST1800MM0078 с интерфейсом SAS. Главное узкое место в схеме работы НЖМД – это скорость передачи ин- формации от магнитных поверхностей до контроллера, который отправляет информацию в компьютер. Как мы ви- дим из приведённой таблицы, цифры не сильно различаются у дисков разных классов, как не происходит и карди- нального увеличения скорости. До- стоинства жёстких дисков очевидны: они весьма дёшевы в расчёте на гига- байт и на сей момент способны хранить весьма большое количество информа- ции. Эти накопители отлично подходят для домашнего и корпоративного ис- пользования, а также занимают достой- ное место в серверных решениях всех уровней там, где не важна скорость про- извольного доступа к данным. Добавим к этому безальтернативность НЖМД как ёмкого встраиваемого в компьютер хранилища информации на протяже- нии последних десятилетий. Скорости вычислений и пропускные способности компьютерных шин дан- ных постоянно растут, тем самым под- стёгивая рост ёмкости хранилищ и по- вышение скоростей чтения/записи. Может показаться, что прогресс техно- логий НЖМД всегда будет поспевать за текущими потребностями, тем не ме- нее, полностью преодолеть недостатки НЖМД и совершить качественный прорыв сможет лишь принципиально иная, немеханическая концепция. П ОЛУПРОВОДНИКИ ТЕСНЯТ МЕХАНИКУ Развитие полупроводниковых техно- логий привело к изобретению полевого транзистора, функционирующий про- тотип которого был представлен еще в 1953 году, но промышленный образец энергонезависимой памяти с про- извольным доступом на его основе был анонсирован лишь через 30 лет япон- ским инженером Фудзио Масуокой из компании Toshiba. Укоренившееся название памяти “Flash” было предложено его коллегой, который увидел сходство в процессе стирания данных из электронной памя- ти электрическим импульсом с засвечи- ванием фотовспышкой. Архитектура ячеек флэш-памяти может различаться в зависимости от применяемой техно- логии, но по сути (в подавляющем большинстве случаев) они представ- ляют собой массив всё тех же полевых транзисторов с плавающим затвором – разновидность полевого МОП-транзи- стора. Запись и хранение информации в ячейке происходит путём накопления и сохранения заряда на затворе транзи- стора, как на обкладке микроскопиче- ского конденсатора. Наличие либо от- сутствие заряда на затворе изменяет со- стояние транзистора – открыт/закрыт, которое можно определить по его теку- щей проводимости. Таким образом, этот тип памяти является энергонезави- симым при хранении данных и эконо- мичным при записи, а считывание ин- формации происходит весьма быстро. Современные твердотельные накопите- ли основаны на трёх типах архитектур ячеек флэш-памяти. Это одноуровне- вые (SLC), двухуровневые (MLC) и трёхуровневые (TLC) ячейки хранения информации. Различные технологии позволяют запоминать разное количе- ство бит информации в одной ячейке и обеспечивают разное время хранения и число циклов перезаписи. Самыми дол- говечными, надёжными и дорогими были и остаются одноуровневые ячей- ки. Самыми недолговечными, зато и са- мыми доступными по цене являются трёхуровневые. Ранее в журнале «СТА» уже приводился список достоинств твердотельной памяти. Это и малое энергопотребление, и существенно воз- росшая скорость передачи данных, и сверхмалое время доступа, и отсутствие движущихся частей, подверженных ме- ханическому износу, и отсутствие зави- симости скорости передачи данных от физического положения на поверхно- сти, и сверхмалое время произвольного доступа. Отдельно стоˆит упомянуть очень малый вес и габариты электрон- ных компонентов. Несмотря на то что зарядовая память уступает энергозависимой оперативной памяти в быстродействии, благодаря указанным преимуществам карты флэш-памяти необычайно популярны. Сегодня флэш-память используется по- всеместно, особенно в портативных устройствах типа фото- и видеокамер, MP3-плееров. Широко применяют флэш-память и в твердотельных (SSD) накопителях – альтернативе НЖМД. Наиболее распространена в SSD-нако- пителях память типа NAND. На начальном этапе освоения техно- логии флэш-накопители большой ём- кости были крайне дороги, поэтому у инженеров, сталкивающихся с создани- ем доступных, ёмких и быстродей- ствующих накопителей, не могла не возникнуть идея совместить достоин- ства НЖМД и SSD. Так на свет появи- лись гибридные жёсткие диски. Идея устройства такова: традиционный жё- сткий диск большой ёмкости совмеща- ется в одном корпусе с твердотельным накопителем сравнительно небольшого объёма. Твердотельный накопитель в данном случае играет роль интеллекту- альной кэш-памяти. В более быстро- действующем электронном диске конт- роллер накопителя сохраняет данные, обращение к которым происходит чаще всего. Таким образом, доступ на чтение в среднем осуществляется намного бы- стрее, чем в случае обращения к пла- стинам напрямую. Мы получаем, с од- ной стороны, повышение быстродей- ствия, а с другой – относительно невы- сокую стоимость и большую ёмкость. Далее в статье будет показано, как эта идея эволюционировала в приложении к твердотельным дискам. Конечно же, развитие механических накопителей тоже продолжается. Но для достижения наивысшей производи- 34 СТА 3/2017 ОБ ЗОР / Т Е Х НОЛОГ ИИ www.cta.ru Таблица 1 Сравнение параметров двух SATA-дисков для настольных рабочих станций Основные характеристики Модель накопителя ST4000DM000 ST1800MM0078 Интерфейс SATA 6 Гбит/с SAS 12 Гбит/с Кэш-память 64 Мбайт 128 Мбайт Максимальная скорость передачи информации от поверхности диска 180 Мбайт/с 241 Мбайт/с Скорость вращения шпинделя – 10000 об./мин Среднее время доступа – 2,9 мс Плотность записи 625 Гбит/дюйм 644,6 Гбит/дюйм Число головок/пластин 8/4 3/6 Лимит рабочей нагрузки 55 Тбайт/год – Средняя потребляемая мощность 5,6 Вт 7,8 Вт Гарантия 2 года 5 лет