Практически все современные устройства используют флэш-память — технологию хранения электронных данных, которая сохраняет информацию в течение длительного периода времени. Ваш смартфон, например, использует флэш-память в той или иной форме для хранения данных, и вполне вероятно, что большинство ноутбуков и компьютеров также используют ее. Однако не вся флэш-память одинакова — некоторые реализации намного превосходят другие. Итак, в этой статье давайте разберем технологию, как она работает, и различные термины, которые вы, возможно, слышали, связанные с этой технологией.
Читайте также: 9 лучших внешних жестких диска — согласны со списком?
Что такое флэш-память и почему она так популярна?
Флэш-память — это тип энергонезависимой памяти. Бит энергонезависимости означает, что данные сохраняются даже при полном отключении питания устройства. Это резко контрастирует с оперативной памятью, типом энергозависимой памяти, которая теряет все свои данные при отключении питания или сбросе. Способность флэш-памяти хранить данные без источника питания, наряду с другими преимуществами, которые мы обсудим, делает ее идеальной для использования в качестве носителя данных, и ее популярность только растет.
Жесткие диски когда-то были доминирующим носителем информации для электронных устройств. Например, в iPod первого поколения использовался жесткий диск Toshiba емкостью 5 ГБ. Точно так же большинство ноутбуков и настольных компьютеров до начала 2010-х годов имели жесткие диски в качестве основного устройства хранения данных. Но большая часть индустрии бытовой электроники сегодня отказалась от жестких дисков в пользу флэш-памяти, особенно в таких приложениях, как игры, требующих быстрого носителя данных.
Жесткие диски имеют множество недостатков. Во-первых, их вращающиеся пластины делают их в основном механическими устройствами. Другими словами, они имеют несколько подверженных сбоям движущихся частей. Во-вторых, они не очень быстрые, поскольку магнитная стрелка должна физически достигать определенных частей вращающегося диска для чтения и записи данных.
С другой стороны, флэш-память полностью электронная. Данные по-прежнему хранятся в цифровом виде в виде 1 и 0. Однако вместо использования магнетизма, как в жестких дисках, во флэш-памяти используются так называемые ячейки памяти, построенные из транзисторных затворов. Отсутствие движущихся частей дает устройствам хранения данных на основе флэш-памяти несколько преимуществ. Они часто имеют более длительный срок службы, занимают меньше места и работают значительно быстрее, чем жесткие диски. Конечно, у этой технологии есть несколько недостатков, но, кроме стоимости, большинство из них не особо влияют на обычного пользователя.
Читайте дальше: Лучшие USB-флешки
Термины, связанные с Flash, которые вы должны знать
SATA: введенный в начале 2000-х, SATA относится к интерфейсу связи между материнской платой компьютера и устройствами хранения, такими как жесткие диски. Последняя наиболее популярная версия, SATA III, предлагает максимальную пропускную способность 600 МБ/с, что далеко от передовых технологий. Стандарт не обновлялся с 2009 года, но по-прежнему широко используется.
NVMe: NVMe или энергонезависимая экспресс-память — это протокол связи для устройств хранения. В отличие от SATA, NVMe был разработан для устройств хранения с более высокой пропускной способностью, таких как твердотельные накопители. Поскольку твердотельные накопители NVMe имеют прямой путь к процессору, они часто значительно быстрее, чем твердотельные накопители (SSD) SATA. NVMe может развивать скорость до 3500 МБ/с, что в 6 раз выше, чем у SATA III.
PCIe: PCIe означает экспресс-соединение между периферийными компонентами и обеспечивает магистраль связи для устройств NVMe. Производительность диска NVMe может варьироваться в зависимости от возможностей процессора PCIe. Например, SSD PCIe Gen 4 NVMe может иметь более низкую скорость на старых компьютерах с возможностями только Gen 3. С другой стороны, более новые устройства, такие как PlayStation 5, требуют SSD PCIe Gen 4 NVMe выше определенного порога скорости для стабильного взаимодействия с пользователем.
M.2: M.2 относится к физическому разъему, используемому для карт расширения. Слот обычно находится на материнских платах компьютеров и ноутбуков, но вы можете увидеть его на других устройствах, таких как PlayStation 5. Разъем M.2 может быть подключен для работы в режиме SATA или PCIe. Ноутбуки часто используют M.2 для карт расширения с высокой пропускной способностью, таких как карты Wi-Fi и SSD.
Как эта технология связана с SSD, UFS и eMMC?
Устройства хранения данных, использующие флэш-память, бывают разных форм и размеров в зависимости от предполагаемого варианта использования. Например, основной загрузочный диск компьютера должен быть быстрее и надежнее, чем флэш-накопитель, который вы будете использовать только для хранения мультимедийных файлов. Все SSD, чипы eMMC и SD-карты используют флэш-память, но конкретные реализации различються.
Твердотельные накопители (SSD) обычно содержат больше, чем просто флэш-память — многие из них содержат кэш-память DRAM и контроллер памяти. Первый может ускорить чтение и запись, но бюджетные накопители, как правило, не имеют его. Тем временем контроллер помогает системе взаимодействовать с хранящимися на диске данными. В некоторых случаях это помогает увеличить срок службы накопителя с помощью таких методов, как выравнивание износа и исправление ошибок.
Для сравнения, SD-карты и USB-флешки намного проще. Оба занимают гораздо меньшую площадь, чем SSD, и, следовательно, немного медленнее. Кроме того, SSD обычно содержат несколько пакетов памяти для увеличения общей емкости. Меньшие SD-карты и USB-флешки не могут этого сделать, поскольку они должны втиснуться в меньший форм-фактор.
Наконец, вы, возможно, слышали о чипах флэш-накопителей eMMC и UFS в контексте смартфонов, планшетов и ноутбуков. MMC означает встроенную карту MultiMediaCard, а UFS — сокращение от Universal Flash Storage. Вы обнаружите, что эти встроенные микросхемы припаяны непосредственно к материнской плате устройства.
В наши дни UFS начал заменять eMMC в качестве стандарта для хранения смартфонов. Первый значительно быстрее (до 2100 МБ/с против 250 МБ/с), поскольку он поддерживает одновременное чтение и запись — думайте о UFS как о многополосной магистрали с двусторонним движением, а о eMMC — как о дороге с односторонним движением. Тем не менее, оба по-прежнему значительно быстрее, чем жесткие диски.
Скорость хранения важнее для одних приложений, чем для других. Например, запись видео в высоком разрешении может превзойти большинство недорогих SD-карт. Точно так же игры и другие интенсивные рабочие нагрузки могут выиграть от более быстрого хранилища.
Сегодня большинство высококлассных Android-смартфонов используют хранилище UFS 3.1. Однако найдете некоторые бюджетные смартфоны, оснащенные более старой памятью UFS 2.1. Что касается eMMC, то последнюю версию 5.1 обычно можно найти на бюджетных хромбуках и планшетах с Windows, таких как Lenovo Duet 5.
Смотрите также: Лучшие SSD диски: внутренние и внешние
Как работает флэш-память?
Не вдаваясь слишком глубоко в специфику задействованной электроники, флэш-память хранит данные в ячейках памяти. Эти ячейки содержат транзисторы с плавающим затвором, которые могут улавливать электроны в течение длительного периода времени, но не навсегда. Эти ячейки имеют три операции: чтение, запись и стирание, в зависимости от того, где вы прикладываете напряжение. Для выполнения операции записи плавающий затвор в ячейке памяти либо заряжается, либо разряжается — первый обозначает логический 0, а разряженное состояние указывает на 1.
Современные устройства хранения организуют ячейки памяти в виде страниц, что позволяет одновременно обращаться к большим объемам данных, а не к ячейкам. Наиболее распространенный тип флэш-памяти, называемый флэш-памятью NAND, содержит блоки по 32 или 64 страницы.
Потребительское устройство, содержащее флэш-память NAND, такое как USB-флешка или SSD, имеет миллионы ячеек памяти, расположенных горизонтально, вертикально или в обоих измерениях — последнее иногда называют 3D NAND. Как и следовало ожидать, устройство, требующее таких точных операций и плотности, дороже в производстве, чем традиционные жесткие диски.
Однако производители придумали способы борьбы с высокой стоимостью флэш-памяти, причем наиболее распространенным методом является использование многоуровневых ячеек. Вместо хранения одного 0 или 1, трехуровневые ячейки (TLC) и многоуровневые ячейки (MLC) могут хранить два, три или более битов. Хотя эта стратегия повышает плотность хранения и снижает производственные затраты, она оказывает негативное влияние на скорость и долговечность. Тем не менее соотношение цены и качества означает, что сегодня большинство потребительских устройств хранения используют флэш-память на основе TLC или MLC вместо одноуровневых ячеек (SLC).
Смотрите также: Лучшие жесткие диски: внутренние и внешние
Каковы ограничения технологии?
В наши дни флэш-память стала стандартом для компактных электронных устройств, но эта технология далека от совершенства. Помимо высоких цен, о которых мы уже говорили, флэш-память со временем может страдать от деградации данных или битовой гнили. При хранении в обесточенном состоянии в течение нескольких лет ячейки памяти могут страдать от утечки электронов и, в конечном итоге, потери данных. Хотя жесткие диски также страдают от битовой гнили, они обычно служат немного дольше при отключении питания.
Более серьезной проблемой флэш-памяти является долговечность записи или циклы программирования/стирания. В двух словах, это относится к количеству данных, которые вы можете записать до того, как ячейки памяти в конечном итоге изнашиваются. Вообще говоря, чем больше информации вы выжимаете на ячейку памяти (накопители типа TLC и MLC), тем хуже выносливость.
Производители устройств хранения обычно гарантируют срок службы диска до определенного момента использования, указанного в TBW или общем количестве записанных байтов. Например, вариант твердотельного накопителя Samsung 860 Evo емкостью 1 ТБ имеет заявленную выносливость 600 ТБВт. Накопитель может работать за пределами своего номинального TBW — просто не ждите никаких гарантий от производителя. Диски с более высоким ресурсом обычно стоят дороже, особенно те, которые предназначены для корпоративного использования.
Наконец, флэш-память по-прежнему не может конкурировать с жесткими дисками с точки зрения емкости. Большинство потребительских SSD имеют максимальную емкость 2-4 ТБ, в то время как вы можете легко купить жесткие диски емкостью более 10 или даже 15 ТБ по той же цене. Это измениться в какой-то момент в будущем, но на данный момент жесткие диски лучше всего подходят для архивирования больших объемов данных.
Продолжить чтение: 6 лучших мини-ноутбука
