Флэш-накопитель против SSD–накопителя - в чем разница?

Короче говоря, все твердотельные накопители являются устройствами флэш-памяти, но не все устройства флэш-памяти являются твердотельными накопителями.

SSD - это устройство флэш-памяти, которое было разработано для преодоления низкой долговечности и производительности традиционных жестких дисков. Оно обладает высочайшей производительностью и наибольшей емкостью среди любых других флэш-носителей.

Все флэш-носители используют схожие технологии, но вы найдете много различий между отдельными устройствами.

В этой статье я сосредоточусь на том, насколько именно твердотельные накопители соответствуют другим устройствам флэш-памяти.

Что такое технология флэш-хранения данных?

 

Флэш-накопитель представляет собой электрически стираемую и программируемую технологию памяти, предназначенную для высокоскоростных операций чтения / записи.

Это технология хранения данных, которая использует энергонезависимые ячейки памяти (МОП-транзисторы с плавающим затвором) для хранения данных.

Флэш-память может быть как NOR flash, так и NAND flash. NOR выполняет более быстрые операции чтения, в то время как NAND быстрее стирает и записывает данные.

Флэш-память используется в нескольких устройствах хранения данных, таких как:

• Твердотельный накопитель (SSD)
• USB-флэш-накопитель
• SD-карта
• Микросхема BIOS
• встроенная мультимедийная карта (eMMC)

Распространенные устройства хранения и передачи данных используют флэш-память NAND, в то время как конфигурационные устройства, такие как чип BIOS, обычно используют память NOR flash.

Что такое твердотельное устройство?

 

Твердотельный накопитель (SSD) - это разновидность технологии флэш-хранения на основе NAND. Из его названия ясно, что он не имеет физических движущихся частей и работает только за счет движения электронов внутри ячеек памяти.

Хотя все устройства флэш-памяти работают по одному и тому же принципу, название SSD в основном существует потому, что оно было разработано для замены традиционных жестких дисков, которые хранят данные внутри движущихся дисков.

В дополнение к флэш-чипам NAND, большинство твердотельных накопителей также включают DRAM, который служит кэшем для ускорения их производительности.

Хотя на рынке вы также найдете более дешевые твердотельные накопители без использования DRAM, они имеют меньший срок службы и работают намного медленнее из-за более широкого использования ячеек NAND для записи.

Твердотельные накопители в основном используются в качестве внутреннего хранилища. Вы найдете различные типы внутренних твердотельных накопителей в зависимости от типа подключения и форм-факторов, таких как

• Твердотельные накопители SATA (2,5 ” и 3,5 ”)
• Твердотельный накопитель mSATA или miniSATA
• Твердотельный накопитель M.2 SATA
• Твердотельный накопитель M.2 NVMe
• Твердотельный накопитель PCIe NVMe

Но вы также можете найти внешние SSD-накопители, которые используют USB-адаптеры в качестве среды взаимодействия.

Сравнение других флэш-накопителей с SSD

Поскольку SSD также относится к типу устройств флэш-памяти, я вместо этого буду различать другие устройства флэш-памяти с твердотельными накопителями.

В основном я буду сравнивать твердотельные накопители M.2 NVMe / SATA с USB-накопителями и SD-картами, поскольку это наиболее распространенные устройства флэш-хранения.

Скорость

Различные устройства флэш-памяти используют разные каналы связи в зависимости от используемого устройства. Таким образом, они имеют разные уровни скорости чтения / записи.

Твердотельные накопители NVMe, которые получают прямой доступ к линиям PCIe компьютера, в целом демонстрируют более высокую скорость по сравнению с другими флэш-устройствами, такими как флэш-накопители USB, SD-карты или даже твердотельные накопители SATA.

Вот теоретические ограничения скорости для всех этих технологий флэш-хранения данных в зависимости от поколения или канала подключения.

Флэш-устройство	Поколение / PCIe Gen и полосы	Теоретическая скорость (МБ / с)	Теоретическая скорость без накладных расходов (МБ / с)
Твердотельный накопитель M.2 NVMe	PCIe 2.0 x2	1250	800
	PCIe 2.0 x4	2500	1600
	PCIe 3.0 x2	2000	1600
	PCIe 3.0 x4	4000	3500
	PCIe 4.0 x4	8000	7500
	PCIe 5.0 x4	16000	15000
Твердотельный накопитель SATA или mSATA	SATA-I	187	150
	SATA-II	375	300
	SATA-III	750	600
USB-флэш-накопитель	2.0	60	40
	3.0	625	450
	3.1	1250	1000
	3.2	2500	1900
SD-карта	Стандарт / Класс скорости	12.5
	312 (полный дуплекс), 624 (полудуплексный)	25
	Сверхвысокая скорость (UHS-I)	50 (полный дуплекс), 104 (полудуплексный)
	UHS-II	156 (полный дуплекс), 312 (полудуплексный)
	UHS-III	312 (полный дуплекс), 624 (полудуплексный)
	Экспресс	985 (PCIe 3.1×1), 1968 (3.1×2/4.0×1), 3938 (4.0×2)

При практическом использовании скорость каждого устройства зависит от дизайна, состава и технологии изготовления.

Обычно вы получаете скорость ниже теоретического максимума, но между различными типами и поколениями твердотельных накопителей аналогичного качества производительность будет относительно пропорциональной.

Например, обычные твердотельные накопители SATA или mSATA (SATA-III) имеют скорость около 500-600 Мбит / с, но есть и дешевые со скоростью 150 Мбит / с или ниже, что соответствует хорошему жесткому диску.

Для поддерживаемых в настоящее время накопителей NVMe вы получите скорость от 500 Мбит / с до 3500 Мбит / с для устройств PCIe 3.0 × 4 и 2000-7000 Мбит / с для устройств PCIe 4.0 × 4.

Другие флэш-устройства также работают по аналогичной схеме в зависимости от их теоретической скорости.

Емкость

В целом, твердотельные накопители представляют собой флэш-накопители самой высокой емкости из существующих на данный момент.

Вот сравнительная таблица, в которой сравниваются доступные в настоящее время (по состоянию на ноябрь 2023 года) размеры твердотельных накопителей с USB-накопителями и SD-картами.

Тип флэш-накопителя	Обычно доступные размеры	Самый большой доступный размер (потребительский уровень)	Самый большой доступный размер (предприятие / Центр обработки данных)
M.2 SSD	256 ГБ – 2 ТБ	8 ТБ	N/A
Твердотельный накопитель SATA	256 ГБ – 2 ТБ	15 ТБ (2,5 дюйма)	100 ТБ (3,5 дюйма)
USB-флэш-накопитель	8 ГБ – 256 ГБ	2 ТБ	N/A
SD-карта	32 ГБ -256 ГБ	1 ТБ	1,5 ТБ

Однако имейте в виду, что чем больше, тем не всегда лучше. Носители большей емкости обычно обеспечивают более низкую производительность, поскольку их производители не внедряют в носители новейшие технологии повышения скорости для экономии средств.

Лучше всего использовать флэш-носители, которые обычно продаются в местных магазинах оборудования, для лучшего соотношения цены и производительности.

Долговечность и срок службы

Срок службы флэш-накопителей зависит от типа ячеек NAND и использования устройства. В целом, существует три фактора, которые определяют, как долго работает отдельное флэш-устройство.

Цикл программирования / стирания (цикл ввода-вывода)

Флэш-память позволяет электрически стирать данные из ячеек памяти для повторной записи в них новых данных.

Однако стирание таких данных приводит к износу и постепенному разрушению ячеек. Таким образом, после конечного числа циклов записи / стирания повторная запись в ячейки невозможна.

Максимальный цикл программирования / стирания (P / E cycle) зависит от типа ячеек NAND:

Тип ячейки NAND	Биты данных в одной ячейке	Максимальный цикл ввода-вывода на ячейку
		2D NAND	3D NAND
Одноуровневая ячейка (SLC)	1 бит	50000-100000	N/A
Многоуровневая ячейка (MLC)	2 бит	3000-10000	30000-35000
Трехуровневая ячейка (TLC)	3 бит	300-1000	1500-3000
Четырехуровневая ячейка (QLC)	4 бит	N/A	150-1000

SLC является самым быстрым и надежным, поэтому используется в флэш-устройствах центров обработки данных. MLC также преимущественно используется в центрах обработки данных или на уровне предприятия.

Большинство устройств хранения данных потребительского класса используют TLC, в то время как некоторые более дешевые используют QLC. Это справедливо для всех типов устройств флэш-хранения.

В большинстве флэш-устройств, особенно твердотельных накопителей, реализовано выравнивание износа для продления циклов записи за счет равного использования всех доступных ячеек памяти.

Однако старые SD-карты и USB-накопители могут не иметь этой функции.

Хранение данных

Хотя ячейки флэш-памяти хранят данные даже без активного питания, сохраненные данные со временем будут ухудшаться, если вы храните устройство в отдельном месте. Поэтому никогда не оставляйте какое-либо устройство флэш-памяти выключенным в течение длительного времени.

Что касается сохранения данных при включении питания, контроллеры хранилища / оперативной памяти регулярно обновляют данные без затрат на циклы записи.

Сохранение данных также обратно пропорционально зависит от возраста устройства, его рабочей нагрузки и обычной температуры.

Физический ущерб

Флэш-накопители, которые вы храните внутри системы, обычно не подвержены физическому повреждению.

Однако для внешних носителей физическая выносливость также влияет на срок их службы. Таким образом, устройства, такие как USB и SD-карты, которые могут пострадать от повреждения соединения или PIN-кода, менее отказоустойчивы по сравнению с внутренними твердотельными накопителями.

Цена

Цена на флэш-носитель зависит от поколения / типа и в основном соответствует скорости при той же емкости хранилища.

Я просмотрел различные интернет-сайты и собрал данные для различных твердотельных накопителей потребительского класса, USB-флеш-накопителей и SD-карт. В таблице ниже представлены мои выводы.

Тип флэш-накопителя (1 ТБ)	Диапазон цен ($)
M.2 SSD	45-200 (в зависимости от интерфейса PCIe и скорости)
Твердотельный накопитель SATA	40-90
USB-флэш-накопитель	90-100
SD-карты	60-450 (в зависимости от поколения, класса скорости, форм-фактора и класса качества)

Приложения

неразумно утверждать, что одно флэш-устройство лучше другого, поскольку разные флэш-накопители разработаны и используются для разных целей.

Тип флэш-накопителя	Приложения
SSD	Внутреннее и внешнее хранилище для компьютеров
USB-флэш-накопитель	Портативное хранилище для внешнего использования (обычно для компьютеров)
SD-карта	Съемный накопитель для камеры и мобильных устройств
eMMC	Встроенное хранилище для мобильных устройств

Несколько типов флэш-накопителей можно заменить другими с использованием соответствующих адаптеров. Например, вы можете использовать устройство чтения SD-карт для обработки SD-карты как флэш-накопителя USB.

Однако для отдельных хранилищ используются разные типы соединений с компьютером или мобильными устройствами. Таким образом, в зависимости от адаптера могут возникнуть проблемы с производительностью.

Кроме того, обычно вы не можете использовать другие устройства хранения данных в качестве замены внутреннего SSD-накопителя, независимо от того, является ли он SATA или NVMe.