О прошлом и будущем твердотельных накопителей (SSD)

Всем привет! С вами Zero, и сегодня я хочу поговорить о перспективах твердотельных накопителей – а именно о том, до каких пределов производители смогут наращивать скоростные показатели и емкость, и получим ли мы в итоге более выгодную «стоимость одного гигабайта», чем в случае жестких дисков. Значительная часть сказанного в статье будет являться личным мнением и прогнозами, поэтому если вы хотите со мной поспорить по поводу перспектив SSD – добро пожаловать в комментарии.

Немного истории

Большинство исследователей считают, что первый накопитель, который можно называть SSD (Solid-State Drive), был создан компанией Dataram в 1976 году. Он состоял из восьми RAM-планок общим объемом всего 2 МБ. Позднее свои версии твердотельных накопителей выпустили Seagate и StorageTek, а в начале 1980-х – Axlon по заказу Apple. Все ранние SSD были полностью энергозависимыми – при прекращении подачи электропитания данные с них стирались. Поэтому Axlon RAMDISK 320 был оснащен аккумуляторной батареей. В 1984 году была создана NOR флеш-память, а в 1987 – NAND. Чипы памяти тогда стоили дорого, а потому в персональных компьютерах SSD практически не использовались, и не были массовым товаром – все изменилось только во втором десятилетии XXI века.

В начале 2010-х годов твердотельные накопители были редкостью даже для производительных геймерских компьютеров – я, например, покупая в 2011 году конфигурацию ПК, основанную на связке процессора Intel Core i5-2500K и видеокарты NVIDIA GeForce GTX 570, не рассматривал приобретение SSD в качестве основного накопителя и взял жесткий диск WD Black на терабайт. Конечно, потребительские SSD на рынке тогда уже были, но в основном SATA III модели. Стоили они дорого, и отличались небольшим по нынешним меркам объемом – от 60 до 512 ГБ, терабайтные модели были большой редкостью. Кстати, присутствовали и отдельные решения, задействовавшие интерфейс PCI-Express второй версии, например, OCZ RevoDrive. Но цены на них были космическими, а скорости – хорошо, если достигали 1400-1500 МБ/с при последовательных чтении и записи. Впрочем, по тогдашним меркам это было очень круто.

Большинство накопителей начала десятых годов базировались на «одномерной» MLC-памяти – к 3D-компоновке производители приступят позже. Такая память была весьма выносливой в плане количества циклов перезаписи, но и весьма дорогой. В 2012 году появилась TLC память, и первые ее образцы были не очень удачными, и не сильно отличались по своим потребительским характеристикам от нынешних чипов 3D QLC. Действительно революционным нововведением стала трехмерная память, производство которой первой освоила южнокорейская корпорация Samsung. Причем топовые накопители в 2015 году базировались не на 3D TLC, а на 3D MLC памяти, например, Samsung 850 Pro. Впрочем, со временем технологии производства 3D TLC чипов совершенствовались, благодаря чему их скоростные показатели и ресурс перезаписи значительно выросли. Не стоит забывать и про контроллеры, равномерно распределяющие нагрузку по разным ячейкам.

Другим важным нововведением стало появление форм-фактора M.2, заменившего mSATA и Mini PCI-E. До сих пор высокопроизводительные SSD выпускаются именно в этом форм-факторе и поддерживают интерфейс PCI-Express. А вот появившаяся в середине двухтысячных сначала QLC, а потом 3D QLC память, в каждой ячейке которой хранится не два-три, а четыре бита данных, ожиданий пока не оправдала – она по-прежнему остается достаточно медленной и не слишком выносливой. Зато превзошла ожидания сама трехмерная компоновка – к 2023 году уже несколько производителей выпускают NAND память с 230+ слоями.

С 2016-2017 года до конца 2022 рынок твердотельных накопителей развивался эволюционно – появлялись новые контроллеры и чипы памяти, но ничего принципиально нового не было. Стоит упомянуть разве что системы охлаждения – флагманские M.2 PCI-Express SSD стали довольно горячими, и для корректной работы при высоких нагрузках им потребовались радиаторы. Это поняли как производители накопителей, так и компании, выпускающие материнские платы – многие модели МП обладают радиаторами, защищающими от перегрева слоты M.2 и подключенные к ним устройства. А еще почти все ноутбуки стали оснащаться SSD, а не HDD, что положительно сказалось на пользовательском опыте.

Текущая ситуация на рынке твердотельных накопителей

С кратким экскурсом в историю покончено, теперь поговорим о нынешнем состоянии рынка твердотельных накопителей на начало 2023 года. У нас есть сверхбюджетный сегмент – к нему относится значительная часть 2.5-дюймовых SATA III SSD (но не все), M.2 SATA III решения и недорогие безбуферные M.2 PCI-Express модели на 3D QLC памяти, не блещущие скоростными показателями. К бюджетному сегменту относятся продвинутые SATA III модели и ряд M.2 PCI-Express SSD – в основном это устройства с DRAM-буфером, но основанные на 3D QLC памяти, либо безбуферные накопители на 3D TLC памяти. В более высоких ценовых сегментах находятся накопители, скоростные показатели которых при последовательных чтении и записи превышают примерно 3000/2400 МБ/с. Решения же, поддерживающие интерфейс PCI-Express 4.0, приближающиеся по скоростям к 7000/5000 МБ/с, и выдающие достойные показатели при случайных операциях, можно считать флагманскими.

Недорогие полутерабайтные SSD уже практически сравнялись по стоимости с полутерабайтными жесткими дисками, но эксперты полагают, что HDD будут востребованы еще долгие годы, особенно с учетом того, что контроллеры и флеш-память понадобится автомобилям и электромобилям, умной технике и так далее. В настоящий момент в неигровых компьютерах и ноутбуках востребованы накопитель объемом 240+ ГБ, а в игровых конфигурациях – от 500 ГБ, в идеале – от терабайта. При этом выбор как в зарубежных, так и в российских магазинах широкий, а цены – более-менее адекватные. Некоторые компании, выпускающие флеш-память, даже уменьшили объемы производства, чтобы не пришлось продавать партии чипов по бросовой стоимости.

Появление PCI-E 5.0 SSD

В конце 2022 года и начале 2023 было анонсировано множество новых твердотельных накопителей, поддерживающих пятую версию интерфейса PCI-Express. Например, на прошедшем в начале января мероприятии CES 2023 компания ADATA представила SSD, способный выдавать до 14 ГБ/с при последовательном чтении и до 12 ГБ/с при последовательной записи. Также производитель сообщил о 2 миллионах IOPS при случайных операциях. Примечательно, что модель оснащается не только радиатором, но и миниатюрным вентилятором. С одной стороны – это хорошо, поскольку позволит устройству не перегреваться при длительных нагрузках. С другой – надежность таких «мини-вертушек» вызывает вопросы. Не начнут ли они издавать неприятные посторонние звуки через год или два, по мере износа подшипника? Возможно, лучше было бы предлагать PCI-Express 5.0 SSD в новом форм-факторе, схожем с форм-фактором видеокарт начального ценового сегмента (GT 1030). Отвести 20, 30 или даже 50 Вт без вентилятора несложно – вопрос лишь в площади радиатора. Скорее всего, не понадобилось бы использовать даже тепловые трубки – нужны только термопрокладки или термопаста и плотное прилегание основания радиатора к контроллеру и чипам памяти.

Активное охлаждение или новый форм-фактор?

Полагаю, что использование производителями форм-фактора M.2 и добавление активного охлаждения – это пример инерции мышления, а также медлительности в принятии управленческих решений и изменении решений технических. Зачем нам в компьютере дополнительный источник шума? Особенно если отвести нужно совершенно смешное по современным меркам количество Ватт.

Как минимум в субфлагманском и флагманском ценовых сегментах оптимальным вариантом было бы увеличить среднюю емкость SSD, распаяв на плате больше чипов, налепить сверху на них радиатор и подключить ко второму разъему PCI-Express x16, не задействованному графическим ускорителем. По габаритам такой SSD был бы похож на недорогие видеокарты, и совершенно не издавал бы шума. При этом его емкость могла бы достигать даже не терабайт, а десятков терабайт. Сейчас подобные решения используются для серверов. Пример – WD (HGST) Ultrastar SN260. Надеюсь, производители к этому придут и предоставят пользователям выбор. Вентиляторов в моем ПК и так хватает.

Увеличение максимальной емкости моделей

Не знаю, как вам, а мне 2 терабайт для игр совершенно недостаточно, и мой не так давно купленный Samsung 980 Pro забит уже на 80%. Я не люблю удалять пройденные проекты, потому что нередко к ним возвращаюсь, при этом вес современных тайтлов нередко переваливает за сотню гигабайт. Немало весят и сохранения. А ведь еще есть онлайн-игры, включая сессионные, операционная система, программное обеспечение. Для меня накопитель объемом меньше 500 ГБ в геймерском ПК – это просто ничто, хотя для офисной «печатной машинки» такого объема, конечно, более чем достаточно, причем с большим запасом.

К счастью, многие производители SSD наконец-то поняли, что пора выпускать для требовательных геймеров не только терабайтники и двухтерабайтники, но и решения более высокой емкости. Накопители объемом 4 терабайта – уже не редкость, и, как показала CES 2023, некоторые компании, например, ADATA, готовят SSD емкостью 8 терабайт. Впрочем, надеяться на то, что восьмитерабайтник сразу будет стоить дешевле, чем четыре двухтерабайтника, не стоит. Скорее он будет стоить как пять, шесть или даже восемь двухтерабайтников.

Сомнительные перспективы 3D QLC и 3D PLC памяти

Напоследок хочу поговорить о 3D QLC памяти. Несколько лет назад многие эксперты прогнозировали, что она пройдет тот же путь, что и 3D TLC память, и станет быстрой и надежной. Тем не менее, пока такие прогнозы не оправдались, хотя некоторые производители, включая Samsung, уже экспериментируют даже с 3D PLC памятью, в каждой ячейке которой хранится по 5 бит информации. Скорее всего, физические ограничения не позволят сделать подобную память столь же надежной, как 3D TLC, хотя некоторые эволюционные улучшения, безусловно, последуют, да и стоить подобные чипы будут достаточно дешево, что позволит емким SSD наконец-то сравняться по показателю «цены одного гигабайта» с некоторыми жесткими дисками.

Заключение

В этой статье я кратко рассказал о том, как развивался рынок твердотельных накопителей, а также попытался спрогнозировать, что его ждет в ближайшем и не очень будущем. SSD действительно изменили персональные компьютеры и значительно улучшили пользовательский опыт – так, «захламленная» Windows 7 или Windows 10 могла загружаться с HDD несколько минут, в случае же с твердотельным накопителем загрузка проходит всего за несколько секунд. А что вы думаете по поводу будущего SSD? И каким был ваш первый твердотельный накопитель? У меня – Samsung 850 Evo. Пишите в комментариях!

Рекомендуем к прочтению:

Собираем народный игровой ПК 2023 года за 100 тысяч рублей для любых игр на ультра в QuadHD (Январь)

Собираем народный игровой ПК 2023 года за 75 тысяч рублей для любых игр на ультра с 60+ FPS (Январь)

Собираем народный игровой ПК 2023 года за 50 тысяч рублей для любых игр с 60+ FPS в FullHD (Январь)

ТОП-10 SSD высокой емкости для геймерского ПК или ноутбука

ТОП-7 причин, почему NVIDIA GeForce RTX 4090 – отличная видеокарта по адекватной цене

ТОП-12 процессоров Intel и AMD для игр и работы в 2023 году – от бюджетных до флагманских