форм факторы ssd дисков
Форм-факторы SSD
Термин «форм-фактор» используется в компьютерной индустрии для описания формы и размеров различных его компонентов, таких как жесткие диски, материнские платы, блоки питания и многое другое. Когда жесткие диски только начинали использоваться в микрокомпьютерах (в то время являвшихся новинкой), они использовали магнитные пластины до 8 дюймов в диаметре. Эти пластины были самым большим компонентом жестких дисков и определяли ширину самого металлического корпуса, защищавшего хрупкие внутренности.
Высота корпуса диктовалась количеством «блинов», использовавшихся в конкретной модели. В самых емких число доходило до 14. С тех пор, именно диаметр магнитных пластин использовался для определения форм-фактора жестких дисков. На смену большим 8″ дискам пришли 5.25″, долгое время бывшие основным стандартом для настольных ПК, их сменили привычные нам диски на 3.5″, в ноутбуках используются в основном 2.5″, кое-где нашли применение микро-диски форм-фактора 1.8″.
Что же определяет форм-фактор SSD?
Когда твердотельные диски только начали приходить на смену традиционным HDD, их габариты диктовались совместимостью, ведь их устанавливали в те же корпуса и те же разъемы, что и механические диски. Показанные на изображении ниже диски, фактически, являются близнецами по форм-фактору, за исключением размеров. Оба диска используют почти одинаковые SATA-разъемы, но для 1.8″ разъем уже.
Внутрение платы SSD на 1.8″ и 2.5″
Но на самом деле, требование совместимости по размерам с традиционными жесткими дисками не является обязательным. Некоторые SSD выпускаются в форм-факторе плат расширения для слотов PCIe, что и находит отражение в их форм-факторе. Несмотря на совершенно другой внешний вид, суть самого диска меняется не сильно, главное отличие состоит в измененном интерфейсе (PCIe вместо SATA).
Самый большой компонент SSD — чипы памяти. Именно их количество и размер определяют физические размеры накопителя. При современных тенденциях к миниатюризации, появление более компактных форм-факторов не заставило себя долго ждать.
Разрабокой и стандартизацией форм-факторов компьютерных компонентов, включая и SSD, обычно занимается JEDEC (Joint Electronic Device Engineering Council). Они разработали стандарт MO-297, описывающий параметры, размеры и расположение коннекторов SSD меньшего формата. Размер накопителя по этому стандарту составляет 54 мм х 39 мм, что позволяет использовать такие же коннекторы, как у 2.5″ дисков, занимая меньше места.
По мере уменьшения дисков, стало понятно, что дальнейшей миниатюризации мешает стандартный SATA-коннектор. Помимо того, что он задавал как минимум один из размеров, он еще и увеличивал стоимость готового решения, так как SATA-коннектор надо дополнительно припаивать на плату. Логичным шагом стало появление накопителей, интерфейсом которых выступал край платы, как у плат расширения. Кроме описанных выше преимуществ, такой разъем может просто включаться прямо в соответствующий слот на материнской плате, исключая необходимость в лишних проводах/коннекторах.
Поняв необходимость в дальнейшем уменьшении размеров, JEDEC приняли стандарт MO-300 (50.8 мм x 29.85 мм) с коннектором mini-SATA (mSATA). Этот коннектор по размерам совпадает с mini PCI Express, хотя и не совместим с ним электрически. Производители SSD представили много решений, в этом форм-факторе. Некоторые накопители повышенной емкости делали длинней, чтоб разместить больше чипов памяти.
Диск стандарта MO-300 и диск произвольной длины
В 2012 году был представлен новый, еще сильнее уменьшенный, формат Next Generation Form Factor (NGFF), который был потом переименован в M.2. Данный стандарт определяет большой список возможных размеров платы и вводит коннектор, электрически совместимый одновременно с mSATA и PCIe. Конкретные детали интерфейса определяются его формой.
Компания Apple, часто использующая SSD в своих ноутбуках, традиционно пошла своим путем и использовала проприетарный интерфейс, похожий на M.2, изменяя его почти каждый год. В 2013 году они перешли с интерфейса SATA на PCIe для достижения еще большей скорости.
В некоторых случаях ни один стандартный форм-фактор не подходит, и производители SSD выпускают узкоспециализированные решения, рассчитанные на нишевое применение.
Наконец мы подошли к самому знакомому варианту интерфейса — USB. Хотя вездесущие «флэшки» уже давно не новинка, они тоже являются по сути SSD и достойны упоминания. Первые USB-накопители появились как более надежная и быстрая замена обычным 3.5″ дискетам и главным ограничителем скорости выступал интерфейс USB. Сейчас, с появлением стандарта USB 3, скоростных мостов SATA-USB 3 и продвинутых контроллеров, таких как LSI® SandForce®, флэшки достигли скоростей, сравнимых с встроенными дисками. При этом они по-прежнему сохраняют свое основное преимущество: портативность и простоту подключения.
Как видите, основным вектором развития в SSD является миниатюризация. Но, как и у многих правил, у этого есть исключения. Например, сейчас на стадии разработки и утверждения находится коннектор SFF-8639. Его основным преимуществом является поддержка множественных интерфейсов на одном коннекторе. Расплатой за подобную универсальность как раз и стал большой размер коннектора и, соотвественно, накопителей. Основное применение SFF-8639 — сложные системы хранения данных в датацентрах и мега ЦОДах. Похож на SFF-8639 и будущий коннектор SATA Express, но он заслуживает отдельного разговора.
По сути, отсутствие механичесих элементов в SSD-решениях обуславливает возможность их миниатюризации и расширяет возможности использования там, где традиционные диски не справлялись.
Выбираем SSD: на что обратить внимание при покупке
Получите ли вы выигрыш от самого доступного SSD? Какой накопитель будет быстрее? Сколько стоят хорошие SSD? Все ответы — в нашем гиде.
Какой форм-фактор оптимальнее?
Твердотельные накопители выпускаются в четырех форм-факторах: M.2 (NVMe), 2.5 дюйма (SATA), U.2 (NVMe) и в форме модуля расширения для разъема PCI-e (NVMe). Давайте коротко поговорим о каждом из них, чтобы сформировать хотя бы поверхностное впечатление о том, из чего придется выбирать.
Начнем с наиболее современных потребительских решений M.2.
Твердотельные M.2-накопители: эти SSD-решения, по форме напоминающие планки оперативной памяти, уже стали стандартом для ультратонких ноутбуков. Также они поддерживаются системными платами настольных ПК.
Но самое интересное в другом: некоторые платы предлагают по два и более M.2-разъемов, что позволит вам организовать RAID-массив из быстрых SSD, добавив компьютеру еще больше производительности при манипуляциях с данными. В частности, если мы возьмем два флагманских накопителя от основных производителей памяти и объединим их в RAID нулевого уровня, то вместо озвученных ранее скоростей чтения и записи до 6,6 Гб/с и 5,0 Гб/с получим удвоение до 13,2 Гб/с и 10 Гб/с.
2,5-дюймовые SATA SSD: по-прежнему распространенный тип накопителей, который имитирует форму традиционных жестких дисков аналогичного форм-фактора и использует для подключения аналогичный интерфейс — SATA 3.0.
Модули расширения SSD PCI-e: подобные накопители потенциально быстрее, поскольку работают по шине PCI Express, а не SATA, которая была разработана более десяти лет назад для подключения HDD. Такие устройства подключаются к разъемам на системной плате, куда обычно устанавливают видеокарты и, чем больше линий PCI-e может задействовать SSD, тем быстрее будет скорость его работы. Единственный нюанс: установить их можно только в настольный ПК.
Tвердотельные накопители U.2: визуально эти решения похожи на SATA-накопители, поскольку выпускаются в форм-факторе 2,5 дюйма. Однако для подключения к ПК они используют интерфейс PCI Express. Обычно такие решения предлагают больше емкости и используются в серверных решениях, которые могут извлечь выгоду из данного форм-фактора: как минимум это требует меньших затрат на апгрейд при многократном приросте скорости.
Какой интерфейс выбрать: SATA или PCI-e?
2,5-дюймовые SSD работают по интерфейсу SATA, который был разработан для HDD в 2000 году. M.2-накопители работают с более быстрым интерфейсом PCI Express, который предлагает больше пропускной способности. Но все так просто. M.2 SSD могут работать либо через SATA, либо через PCI-e, в зависимости от накопителя. А еще есть NVMe-спецификация, разработанная для современных быстрых твердотельных решений. Сложный момент заключается в том, что накопители M.2 могут быть реализованы на основе SATA, на основе PCI-e без поддержки NVMe или на основе PCI-e с поддержкой NVMe. Ситуацию с выбором облегчает тот факт, что большинство скоростных M.2 SSD, выпущенных в последние годы, поддерживают протокол NVMe.
Тем, кто пользуется ресурсоемким софтом для редактирования фото, перекодирования видеоматериалов, сжатия данных, распаковки архивов, а также операций копирования и записи больших файлов — логичнее выбирать NVMe-решение, так как в упомянутых сценариях они будут работать в 5 раз быстрее SATA SSD.
Большинство производителей твердотельных решений (таких, как Micron, Intel, Samsung и т.п.) постепенно начинают сокращать производство SATA SSD, что связано с ростом популярности и удешевлением более компактных и более скоростных NVMe-устройств. И вот на что еще стоит обратить внимание: раньше самыми скоростными SSD считались устройства NVMe PCIe 3.0, но с появлением нового системного стандарта PCIe 4.0 появились еще более производительные твердотельные накопители, которые на полную задействуют возможности усовершенствованного протокола передачи данных. Правда, если говорить об апгрейде уже существующих сборок или ноутбуков, не каждая материнская плата имеет разъем М.2.
А если М.2 есть, но плата поддерживает только PCIe 3.0, стоит ли покупать SSD с PCIe 4.0? Однозначно да. За счет обратной совместимости он будет работать и на вашем ПК, но при более масштабном апгрейде или смене компьютера на более современный уже не придется покупать новый накопитель.
Что касается ультрабуков, они в большинстве своем поголовно поддерживают накопители в форм-факторе M.2, так как традиционные SATA-накопители типоразмера 2,5 дюйма в них попросту не влезают. Имейте в виду, что некоторые производители распаивают накопитель прямо на системной плате лэптопа, что не позволяет произвести апгрейд системы хранения. Поэтому перед покупкой того же ноутбука лучше проконсультироваться с продавцом о возможности замены компонентов.
Емкость: какую выбрать?
Увы, SSD пока достаточно дороги, и вопрос емкости зависит, главным образом, от бюджета. Например, как универсальный вариант подойдет накопитель на 1 Тбайт. Этого хватит и для системных нужд, и для хранения информации. Например, Crucial P5 Plus с впечатляющими скоростями 6600 Мб/с на чтение и 5000 Мб/с на запись будет стоить около 17 000 руб.
Если ваш бюджет к такому расходу не готов, можно взять вдвое меньший объем. Цена тоже будет почти в 2 раза меньше: уже 9000 вместо 17 000. SATA-решения еще дешевле: накопитель того же производителя того же объема стоит около 5000 руб. Но скорости, как мы уже отметили, гораздо меньше.
SSD и энергопотребление: насколько это важно?
Наверное, вы уже не раз слышали, что SSD менее прожорливы в плане энергопотребления, поскольку в них нет движущихся частей, как в традиционных жестких дисках на магнитных пластинах. В то же время, владельцы настольных ПК, которые хотят добиться максимальной производительности, вряд ли ставят параметр энергопотребления в ранг значимых моментов.
Эта характеристика по-настоящему важная для владельцев ультрабуков, так как она напрямую влияет на итоговую автономность компактного компьютера. Некоторые SSD могут потреблять свыше 1 Ватта энергии в режиме ожидания, в то время как более эффективные — всего милливатты. К тому же, помимо информации о среднем энергопотреблении важна такая характеристика, как производительность на Ватт, позволяющая оценить «прожорливость» накопителя под нагрузкой. Если время автономной работы является ключевым фактором при покупке накопителя, обязательно ознакомьтесь с тестами энергопотребления выбранного устройства, чтобы знать на что рассчитывать и принять верное решение.
Какой контроллер должен быть у вашего SSD?
По сути контроллер вашего накопителя — это как центральный процессор компьютера. На него возлагается распределение операций чтения/записи и иные задачи по обеспечению производительности и обслуживанию накопителя. Можно углубиться в детальные характеристики контроллеров, но для большинства пользователей достаточно знать следующее: как и в случае с CPU вашего ПК, чем больше у контроллера ядер, тем лучше для высокопроизводительных SSD с большой емкостью (от 1 Тбайт и более).
А что со сроком службы?
Большинству покупателей необязательно погружаться в дебри информации, касающихся типов памяти и наработки на отказ. Объясним по-простому: вся флеш-память имеет ограниченный срок службы. Это значит, что после того, как ячейка памяти (а их на одном чипе памяти очень много) будет записана определенное количество раз, она перестанет хранить данные. Обычно производители SSD-накопителей указывают номинальную долговечность своих продуктов в количестве записанных терабайт (TBW) или операций записи в день (DWPD). Например, для Crucial P5 Plus это 600 Тбайт при пятилетней гарантии на устройство. Представьте: если каждый день записывать по 1 Гбайт информации, через 5 лет вы используете меньше 2 Тбайт, а ресурс — 600.
Введение в SSD. Часть 3. Форм-факторная
В прошлых частях цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков и интерфейсов взаимодействия с накопителями. Третья часть познакомит читателя с современными форм-факторами дисков.
Твердотельные накопители лишены подвижных частей, а данные хранятся в микросхемах, которые могут располагаться на платах практически без ограничений. Эта особенность SSD «развязывает руки» производителям накопителей и позволяет выйти за рамки привычных форматов.
«Классический» форм-фактор SSD
Форм-фактор 2.5″ был предложен в 1988 году компанией PrairieTek и позже был закреплен в стандарте EIA/ECA-720. Такие накопители могут подключаться как по SATA, так и по PATA, хотя последние уже не очень распространены. Диски данного форм-фактора длиной 100 мм, шириной 69.85 мм и высотой от 5 до 19 мм.
Говоря о форм-факторе 2.5″ невольно вспоминается его старший брат — 3.5″. Твердотельные накопители в таком формате редкость, но существуют по сей день. Например, ExaDrive от компании Nimbus Data. Диск может похвастаться невероятной вместимостью: 100 ТБ в одном 3.5″ накопителе.
У 2.5″ есть и младший брат: форм-фактор 1.8 дюймов. Данный форм-фактор использует для подключения mSATA и был распространен в ноутбуках.
U.2, так же известный как SFF-8639, был разработан в декабре 2011 года командой SSD Form Factor Working Group. Стандарт SFF-8639 разрабатывался в первую очередь для корпоративного сегмента с поддержкой PCIe-, SAS- и SATA-дисков. Внешне U.2 диски отличаются от 2.5″ другим коннектором и фиксированной высотой в 15 мм. На дисках в форм-факторе U.2 встречается рельефная нижняя стенка для улучшения теплоотвода.
U.2 реализует три вида интерфейсов: SATA, SAS и PCIe. Однако, каждый разъём поддерживает только один из интерфейсов. Так, в SAS-бэкплейне PCIe диск «не заведется». Это вызывало определенные неудобства, которые обязательно должен был решить другой форм-фактор.
20 марта 2018 года организация Open Compute Project представила форм-фактор U.3, который решает существующую проблему U.2. Согласно спецификации, интерфейсы SAS, SATA и PCIe поддерживаются на всех пинах, а выбор интерфейса производится в автоматическом режиме в зависимости от предоставляемых диском интерфейсов. Накопители U.3 совместимы с системами, использующими U.2, но не наоборот.
На данный момент нет дисков с форм-фактором U.3.
Несмотря на то, что M.2-устройство часто фиксируется винтом, интерфейсы M.2 поддерживают «горячую замену». Таким образом, замена на «горячую» возможна, если устройство и материнская плата поддерживают такую возможность.
В сравнении с предыдущими форм-факторами M.2 предоставляет максимальную гибкость при проектирования устройства. Следующие характеристики устройства могут варьироваться:
Add-in-Card
Как мы узнали ранее, SSD могут использовать PCIe линии для подключения через специальные разъемы. Но существуют диски, использующие PCIe с оригинальными коннекторами. Такой форм-фактор называется AiC, то есть Add-in-Card. PCIe карты различаются по размерам.
Самым большим вариантом в Add-in-Card является Full-Height Full-Length (FHFL) профиль. Размер карты FHFL составляет 120 миллиметров в высоту и 312 миллиметров в длину. Твердотельные накопители обычно создаются в минимальном профиле: Half-Height Half-Length (HHHL) с высотой 79.2 мм и длиной 175.26 миллиметров.
В августе 2018 года Samsung представила форм-фактор NGSFF (Next Generation Small Form Factor), так же известный как M.3 или NF1. Форм-фактор от Samsung отличается от M.2 увеличенной шириной и отсутствием разнообразия в коннекторах. Длина NGSFF-диска составляет 110 миллиметров, а ширина — 30 миллиметров, что эквивалентно самой большой M.2-плате.
NF1 использует коннекторы, идентичные коннекторам типа «M» форм-фактора M.2, тем не менее, M.2 и NF1 не совместимы между собой. PCI-SIG не одобряет использование разъема M.2 в данном форм-факторе, так как установка M.2 устройств в NF1 разъем может привести к повреждению устанавливаемого оборудования.
Данный форм-фактор разработан для серверного сегмента: увеличенная ширина позволяет вместить до 36 накопителей в 1U сервер.
EDSFF
Enterprise & Data Center SSD Form Factor (EDSFF), известный как Intel Ruler SSD разработан EDSFF Working Group. EDSFF представляет две версии серверных SSD-дисков: короткий (E1.S) и длинный (E1.L).
Короткая версия EDSFF, E1.S, очень похожа на своего ближайшего конкурента — NGSFF, но имеет металлический корпус, который одновременно защищает плату от механических повреждений и выступает салазками для установки в сервер. Размеры диска E1.S не сильно отличаются от NGSFF: 111 миллиметров в длину и 31 миллиметр в высоту.
E1.L почти в три раза длиннее E1.S, его длина — 325 миллиметров. Увеличение длины накопителя позволяет увеличить объём диска. В мае 2019 Intel представила SSD D5-P4326 объёмом в 15.36 ТБ, а в будущем планирует выпустить модель с вместимостью 30,72 ТБ.
Заключение
В нашей Selectel Lab вы можете протестировать Intel SSD D5-P4326 15.36 TB в сервере на базе высокочастотного Intel Xeon W-3235.
А как вы считаете, как скоро появится общий стандарт для нового форм-фактора, объединяющего лучшие черты NGSFF и EDSFF? Ждем вас в комментариях!
Введение в SSD. Часть 3. Форм-факторная
В прошлых частях цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков и интерфейсов взаимодействия с накопителями. Третья часть познакомит читателя с современными форм-факторами дисков.
Твердотельные накопители лишены подвижных частей, а данные хранятся в микросхемах, которые могут располагаться на платах практически без ограничений. Эта особенность SSD «развязывает руки» производителям накопителей и позволяет выйти за рамки привычных форматов.
«Классический» форм-фактор SSD
Форм-фактор 2.5″ был предложен в 1988 году компанией PrairieTek и позже был закреплен в стандарте EIA/ECA-720. Такие накопители могут подключаться как по SATA, так и по PATA, хотя последние уже не очень распространены. Диски данного форм-фактора длиной 100 мм, шириной 69.85 мм и высотой от 5 до 19 мм.
Говоря о форм-факторе 2.5″ невольно вспоминается его старший брат — 3.5″. Твердотельные накопители в таком формате редкость, но существуют по сей день. Например, ExaDrive от компании Nimbus Data. Диск может похвастаться невероятной вместимостью: 100 ТБ в одном 3.5″ накопителе.
У 2.5″ есть и младший брат: форм-фактор 1.8 дюймов. Данный форм-фактор использует для подключения mSATA и был распространен в ноутбуках.
U.2, так же известный как SFF-8639, был разработан в декабре 2011 года командой SSD Form Factor Working Group. Стандарт SFF-8639 разрабатывался в первую очередь для корпоративного сегмента с поддержкой PCIe-, SAS- и SATA-дисков. Внешне U.2 диски отличаются от 2.5″ другим коннектором и фиксированной высотой в 15 мм. На дисках в форм-факторе U.2 встречается рельефная нижняя стенка для улучшения теплоотвода.
U.2 реализует три вида интерфейсов: SATA, SAS и PCIe. Однако, каждый разъём поддерживает только один из интерфейсов. Так, в SAS-бэкплейне PCIe диск «не заведется». Это вызывало определенные неудобства, которые обязательно должен был решить другой форм-фактор.
20 марта 2018 года организация Open Compute Project представила форм-фактор U.3, который решает существующую проблему U.2. Согласно спецификации, интерфейсы SAS, SATA и PCIe поддерживаются на всех пинах, а выбор интерфейса производится в автоматическом режиме в зависимости от предоставляемых диском интерфейсов. Накопители U.3 совместимы с системами, использующими U.2, но не наоборот.
На данный момент нет дисков с форм-фактором U.3.
Этот форм-фактор так же известен как Next Generation Form Factor (NGFF). Первая версия стандарта M.2 была выпущена группой PCI Special Interest Group (PCI-SIG) в декабре 2013 года. Данный форм-фактор не ограничивается твердотельными накопителями: существуют Wi-Fi и Bluetooth-модули в таком исполнении.
В сравнении с предыдущими форм-факторами M.2 предоставляет максимальную гибкость при проектирования устройства. Следующие характеристики устройства могут варьироваться:
Точный размер и тип ключа можно узнать по типу устройства.
Add-in-Card
Как мы узнали ранее, SSD могут использовать PCIe линии для подключения через специальные разъемы. Но существуют диски, использующие PCIe с оригинальными коннекторами. Такой форм-фактор называется AiC, то есть Add-in-Card. PCIe карты различаются по размерам.
Самым большим вариантом в Add-in-Card является Full-Height Full-Length (FHFL) профиль. Размер карты FHFL составляет 120 миллиметров в высоту и 312 миллиметров в длину. Твердотельные накопители обычно создаются в минимальном профиле: Half-Height Half-Length (HHHL) с высотой 79.2 мм и длиной 175.26 миллиметров.
В августе 2018 года Samsung представила форм-фактор NGSFF (Next Generation Small Form Factor), так же известный как M.3 или NF1. Форм-фактор от Samsung отличается от M.2 увеличенной шириной и отсутствием разнообразия в коннекторах. Длина NGSFF-диска составляет 110 миллиметров, а ширина — 30 миллиметров, что эквивалентно самой большой M.2-плате.
NF1 использует коннекторы, идентичные коннекторам типа «M» форм-фактора M.2, тем не менее, M.2 и NF1 не совместимы между собой. PCI-SIG не одобряет использование разъема M.2 в данном форм-факторе, так как установка M.2 устройств в NF1 разъем может привести к повреждению устанавливаемого оборудования.
Данный форм-фактор разработан для серверного сегмента: увеличенная ширина позволяет вместить до 36 накопителей в 1U сервер.
EDSFF
Enterprise & Data Center SSD Form Factor (EDSFF), известный как Intel Ruler SSD разработан EDSFF Working Group. EDSFF представляет две версии серверных SSD-дисков: короткий (E1.S) и длинный (E1.L).
Короткая версия EDSFF, E1.S, очень похожа на своего ближайшего конкурента — NGSFF, но имеет металлический корпус, который одновременно защищает плату от механических повреждений и выступает салазками для установки в сервер. Размеры диска E1.S не сильно отличаются от NGSFF: 111 миллиметров в длину и 31 миллиметр в высоту.
E1.L почти в три раза длиннее E1.S, его длина — 325 миллиметров. Увеличение длины накопителя позволяет увеличить объём диска. В мае 2019 Intel® представила SSD D5-P4326 объёмом в 15.36 ТБ, а в будущем планирует выпустить модель с вместимостью 30,72 ТБ.
Заключение
Большинство форм-факторов давно устоялись, а все изменения в накопителях происходят «под капотом». Тем не менее, производители придумывают новые форм-факторы для NVMe, преследуя цель увеличить количество дисков в одном юните серверного пространства.
А как вы считаете, как скоро появится общий стандарт для нового форм-фактора, объединяющего лучшие черты NGSFF и EDSFF?