Правда ли SSD надёжнее, чем HDD?

В серии статей SSD 101 мы рассмотрели SSD со всех сторон. А теперь проверим главный аргумент фанатов SSD — что эти устройства выходят из строя гораздо реже, чем старые добрые HDD. Они обычно объясняют, что в SSD нет движущихся частей, и предъявляют документы от производителей с мутными расчётами среднего времени до отказа (MTBF). Всё это хорошо для рекламы, но мы предпочитаем реальную статистику частоты отказов.

Что такое отказ для SSD и HDD?

В своих ежеквартальных отчётах Drive Stats мы определяем отказ диска или как реактивный (диск не работает), или как проактивный (мы считаем, что отказ неизбежен). В случае HDD мы определяем проактивный отказ по специфической статистике SMART, которую сообщает сам диск и которую мы отслеживаем.

SMART, или S.M.A.R.T., расшифровывается как Self-monitoring, Analysis, and Reporting Technology и представляет собой систему мониторинга, встроенную в HDD и SDD. Основная функция — сообщать различные показатели, связанные с надёжностью диска, для предсказания отказов. Backblaze каждый день записывает атрибуты SMART всех работающих дисков.

То же самое для SSD. Различные модели сообщают разные показатели SMART, но некоторые совпадают. На сегодняшний день для SSD мы регистрируем 31 атрибут SMART-статистики. 25 из них перечислены ниже.

#	Description	#	Description
1	Read Error Rate	194	Temperature Celsius
5	Reallocated Sectors Count	195	Hardware ECC Recovered
9	Power-on Hours	198	Uncorrectable Sector Count
12	Power Cycle Count	199	UltraDMA CRC Error Count
13	Soft Read Error Rate	201	Soft Read Error Rate
173	SSD Wear Leveling Count	202	Data Address Mark Errors
174	Unexpected Power Loss Count	231	Life Left
177	Wear Range Delta	232	Endurance Remaining
179	Used Reserved Block Count Total	233	Media Wearout Indicator
180	Unused Reserved Block Count Total	235	Good Block Count
181	Program Fail Count Total	241	Total LBAs Written
182	Erase Fail Count	242	Total LBAs Read
192	Unsafe Shutdown Count

Оставшиеся шесть (16, 17, 168, 170, 218 и 245) мы не можем найти. Пожалуйста, напишите в комментариях, если у вас есть информация по отсутствующим атрибутам.

Мы только начинаем использовать статистику SMART для предупреждения отказов SSD. Многие атрибуты зависят от модели диска или производителя. Кроме того, у нас было пока мало отказов SSD, как вы увидите ниже. Это ограничивает количество данных для исследования. Так что в реальности мы пока не смогли предсказать ни одного отказа.

Сравнение яблок с яблоками

В серверах хранения данных в качестве загрузочных дисков работают и SSD, и HDD. В нашем случае называть их загрузочными неверно, поскольку они также хранят различные логи и т. д. Другими словами, регулярно читают, записывают и удаляют файлы, а не только выполняют загрузку сервера.

В первых серверах хранения данных мы использовали только HDD, поскольку они были дешёвыми и выполняли свою функцию. Так продолжалось до середины 2018 года, когда мы смогли купить SSD на 200 ГБ по цене около $50, что в нашем понимании было верхней ценовой границей для загрузочных дисков серверов хранения данных. Это был эксперимент, но всё получилось настолько хорошо, что с середины 2018 года мы перешли на использование только SSD и заменяли вышедшие из строя загрузочные HDD на SSD.

Итак, у нас две группы дисков — SSD и HDD — которые выполняют одинаковые функции, имеют одинаковую рабочую нагрузку и работают в одинаковых условиях в течение долгого времени. Естественно, мы решили сравнить частоту отказов загрузочных дисков SSD и HDD. Ниже приведены показатели отказов за весь срок службы для каждой группы по состоянию на II кв. 2021 года.

Годовая частота сбоев (AFR)

Количество дисков	Средний возраст (мес.)	Дней работы	Всего сбоев	AFR
SSD	1666	14,2	591 501	17	1,05%
HDD	1607	52,4	3 523 610	619	6,41%

Загрузочные диски. Отчётный период: апрель 2013 — июнь 2021

SSD победили… Подождите, не так быстро!

Всё понятно, SSD победили. Можно положить HDD на полку или на пол как ограничитель для двери. Но погодите, давайте сначала учтём несколько моментов, которые не вошли в таблицу.

Средний возраст SSD составляет 14,2 месяца, а средний возраст HDD — 52,4 месяца.
Возраст самых старых SSD — около 33 месяцев, а самых новых HDD — 27 месяцев.

Другим фактором является количество дней, сколько диски каждой группы проработали без сбоев. Большой разброс в количестве дней работы приводит к значительной разнице в доверительных интервалах двух групп, поскольку существенно различается количество наблюдений (т.е. дней работы).

Чтобы провести более точное сравнение, попробуем привести к общему знаменателю средний возраст и количество дней работы для SSD и HDD. Для этого можем перенестись назад во времени, когда группа HDD соответствовала группе SSD из II кв. 2021 года по среднему возрасту и количеству дней работы. Это позволит сравнить группы в один и тот же период жизненного цикла.

Взяв данные по HDD за IV кв. 2016 года, мы смогли сделать следующее сравнение.

Годовая частота сбоев (AFR)

Количество дисков	Средний возраст (мес.)	Дней работы	Всего сбоев	AFR
SSD на II кв. 2021	1666	14,2	591 501	17	1,05%
HDD на IV кв. 2016	1297	14,3	659 526	25	1,38%

Загрузочные диски. Отчётный период: апрель 2013 — указанный период

Неожиданно разница в AFR оказалась не такой уж большой. На самом деле статистика каждой группы находится в пределах 95%-ного доверительного интервала другой группы. Окно довольно широкое (плюс-минус 0,5%) из-за относительно небольшого количества дней работы накопителей.

Что же в итоге? Мы получили некоторые свидетельства, что в начале работы (в среднем до 14 месяцев в данном случае) SSD выходят из строя реже, но не намного. Но вы же покупаете диск не на 14 месяцев, а на годы. Что мы знаем об этом?

Частота сбоев со временем

У нас есть данные по загрузочным HDD с 2013 года и по загрузочным SSD с 2018 года. На диаграмме показан Lifetime AFR каждого типа дисков до II кв. 2021 года.

Как видно, с 2018 года частота сбоев загрузочных HDD стала расти. Тенденция сохранялась в 2019 и 2020 годах, а в 2021 году (пока что) остановилась. Очевидно, что с увеличением возраста HDD увеличивается и частота отказов.

Интересно сравнить кривые в первых четырёх точках. Для флота HDD пятый год (2018) знаменовал резкий рост частоты отказов. Ждёт ли та же участь SSD в их пятый год? Хотя мы можем ожидать некоторого увеличения AFR по мере старения SSD, но будет ли оно таким же резким, как в случае с HDD?

Итог: SSD или HDD?

Что же нам покупать: SSD или HDD? Учитывая то, что мы знаем на сегодняшний день, вряд ли можно использовать AFR как фактор при принятии решения. С учётом возраста и количества дней работы оба типа накопителей схожи, а разница недостаточна, чтобы оправдать дополнительные затраты на покупку SSD вместо HDD. На данном этапе лучше принимать решение на основе других факторов: стоимость, требуемая скорость, энергопотребление, требования к форм-фактору и так далее.

В ближайшие пару лет мы получим более полное представление об AFR для SSD. И тогда сможем решить, насколько велика разница в частоте отказов SSD и HDD. А сейчас мы не видим, чтобы она была значительной.

Блог компании Дата-центр «Миран»
Серверное администрирование
Компьютерное железо
Накопители
Настольные компьютеры

SSD против HDD в играх. Тесты накопителей на скорость загрузки

При бюджетной сборке игрового компьютера у пользователя возникает резонный вопрос: возможно ли использовать HDD в качестве единственного накопителя? Современные игры занимают от 60 до 100 ГБ. A SSD-накопители все еще уступают жестким дискам в соотношении цена/объем почти в 2,5–3 раза. Проведем сравнение времени запуска игр на HDD и SSD, дабы ответить на поставленный вопрос.

Тестовый стенд, накопители и методика тестирования

Для проведения тестирования использовался персональный компьютер следующей конфигурации:

Корпус Thermaltake View 27 (3 вентилятора на вдув,1 на выдув);
Материнская плата MSI X370 GAMING PLUS;
Процессор AMD Ryzen 7 1700 (BOX);
Оперативная память GSKILL AEGIS DDR4-2933 2×8 ГБ;
Видеокарта KFA2 GTX 1060 6GB OC.

В качестве накопителей для установки и запуска тестовых игр выбраны HDD WD20EFRX и три SSD: TS128GSSD360S (с интерфейсом подключения SATA III), SA2000M8/250G и WDS500G2X0C (с интерфейсом подключения PCI-E 3.0 x4 и поддержкой спецификации NVMe).

Замер скорости загрузки и оценка производительности при работе осуществлялись в играх:

Frostpunk
Metro Exodus
Watch Dogs 2
Battlefield V
DOOM Eternal

Тестовые игры запускались из-под операционной системы Windows 10 Professional сборки 1709.

Мониторинг Frame rate и Frame time выполнялся при помощи утилиты MSI Afterburner версии 4.6.2.15745 и приложения Riva Tuner Statistics Server версии 7.2.3.20686.

Запись видео игрового процесса осуществлялась при помощи NVIDIA ShadowPlay.

Тестирование

Время запуска

После установки всех (в случае с SSD TS128GSSD360S устанавливалось столько игр, сколько позволял объем накопителя) тестовых игр на накопитель выполнялся замер скорости его работы при помощи утилиты CrystalDiskMark 7.0.0. Тест выполнялся для объема данных 1 ГБ с 5 тестовыми прогонами (за результат берется среднее значение).

В получившихся результатах нас интересует только скорость чтения данных с накопителя.

Из результатов тестов видно, что HDD значительно уступает SSD в скорости последовательного чтения в 3.5 раза для SATA SSD и в 12–15 раз для PCI-E 3.0 x4 SSD c поддержкой спецификации NVMe. Со случайным чтением разница — 48 раз для SATA SSD и в 97–129 раз для PCI-E 3.0 x4 SSD c поддержкой спецификации NVMe.

Разница в скоростях чтения между HDD и SSD весьма ощутимая, но будет ли она такой же в случае со временем запуска игр?

После замера времени запуска игр на различных накопителях получены следующие результаты:

Из диаграммы видно, что разница во времени запуска игр между HDD и SSD есть, но не настолько большая, как в случае с «синтетическими» тестами.

Frostpunk загрузился на 10,99 с (на 33 %) быстрее, Metro Exodus на 55,37 с (на 166 %), Watch Dogs 2 на 26,5 с (на 170 %), Battlefield V на 11,71 с (на 32 %), DOOM Eternal на 23,22 с (на 205 %).

Время кадра

Еще один параметр в игре, на который влияет накопитель — это время кадра (Frame time). Этот параметр характеризует плавность игрового процесса.

На этом моменте многие возразят: но ведь плавность в игре отражает fps (Frame rate)? Чем выше fps, тем более плавной будет картинка в игре.

Но это не совсем так. Рассмотрим две ситуации, когда fps в игре равен 50. Разделив 1 секунду на 50 кадров, получаем среднее время кадра равное 20 мс (но это в теории). А на практике может получиться так, что из 50 кадров 45 будут отрисованы за 13 мс, а оставшиеся 5 за 83 мс. В обеих ситуациях fps будет равен 50, но в первом случае получится плавная картинка, а во втором — картинка с микрофризами.

Вторая ситуация часто встречается в играх с открытым миром, когда игрок перемещается в новую часть локации с большой скоростью.

В тестовом видеоролике в игре Metro Exodus, запущенной с HDD, микрофризы зрительно не ощущались, но на графике Frame time они были отчетливо видны. При прохождении этого же места в игре, запущенной с SSD, график времени кадра был плавным.

В игре Watch Dogs 2, запущенной на HDD, микрофриз был хорошо заметен не только на графике времени кадра, но и зрительно. Графики Frame time в случаях с SSD были плавными, без больших скачков.

Итоги

Устанавливать игры на HDD в 2020 году — это неразумно.

Несомненно, игра запустится с HDD, и в нее можно будет играть, но загрузку уровня придется ждать значительно дольше. Если это игра с открытым миром, то будьте готовы к постоянным фризам при переходе в новую часть локации или внезапно прорисовавшейся в нескольких метрах от вас траве, кустарнике и других объектах. И все это будет происходить вне зависимости от того, какой процессор, видеокарта и оперативная память установлены в компьютере (ноутбуке).

Но ведь HDD гораздо дешевле SSD. Да, SSD-накопитель на 480 ГБ обойдется вам в 5000 рублей. За эти деньги можно приобрести HDD на 1 ТБ и дополнительную планку оперативной памяти объемом 4 ГБ. Но если в первом случае мы получим значительный прирост в скорости загрузки ОС, программ и игр, то во втором — просто нерационально израсходуем часть денег из бюджета сборки ПК.

Также обратите внимание на еще один момент — разница во времени загрузки игр между SSD с поддержкой NVMe и без нее составляет не более 10 %. А их цена отличается на 15–25 %. В игровую сборку при ограниченном бюджете лучше поставить SSD без поддержки NVMe, а на сэкономленные деньги купить еще одну планку оперативной памяти.

HDD или SSD — что выбрать?

«На SSD всё летает» — слышали такое? Компактные, быстрые, современные — казалось бы, пора уже поменять старый жестак на новенький твердотельник. Но не торопитесь. Рассмотрим подробно оба вида накопителей и определим, для каких задач разумно использовать HDD, а где предпочтение лучше отдать SSD.

Жесткий диск

Жесткий диск (или HDD) — устройство хранения данных, принцип записи информации в котором заключается в намагничивании областей на поверхности магнитных дисков (пластин). Магнитный диск представляет собой поверхность, изготовленную из алюминия, керамики или стекла с нанесенным на нее слоем ферромагнетика.

Для организации хранения данных магнитный диск разбивается на дорожки и сектора, а совокупность дорожек, расположенных одна над другой (на нескольких магнитных дисках), называется цилиндром.

В зависимости от объема памяти, внутри корпуса HDD могут находиться до восьми пластин. Пластины крепятся к шпинделю, вращающемуся со скоростью от 4 до 15 тысяч оборотов в минуту (rpm). Запись и чтение информации с пластины осуществляется при помощи магнитной головки.

За управление работой HDD отвечает электронная плата управления. На ней размещены центральный процессор с интегрированной ПЗУ, сервоконтроллер, кэш-память. Объем кэш-буфера в современных HDD достигает 512 МБ.

В зависимости от типоразмера жесткие диски можно разделить на две группы: 2.5-дюймовые HDD и 3.5-дюймовые. Из-за меньших габаритных размеров первые нашли массовое применение в ноутбуках. Диски формата 3.5″ повсеместно применяются в персональных компьютерах, сетевых хранилищах и системах видеонаблюдения.

В зависимости от области применения жесткие условно делятся на несколько классов:

1) Жесткие диски для персонального компьютера

2) Диски для NAS

3) Серверные HDD

4) Для систем видеонаблюдения

Твердотельный накопитель

Твердотельный накопитель (или SSD) — устройство, использующее для хранения информации флеш-память.

Существует 4 типа флеш-памяти применяемых в SSD:

SLC (Single-Level Cell) — память с одноуровневой структурой ячеек. В ячейке SLC памяти может храниться только 1 бит. SLC-память характеризуется высокой надежностью и скоростью доступа к данным, большим числом циклов перезаписи, а также высокой стоимостью (цена за 1 ГБ памяти).
MLC (Multi-Level Cell) — память с многоуровневой структурой ячеек. В одной ячейке MLC памяти может храниться 2 бита. MLC память обладает меньшей надежностью и выносливостью (количество циклов перезаписи), но при этом и стоит дешевле чем SLC.
TLC (Triple-Level Cell) — память с тремя битами в ячейке. Следующая ступень развития флеш-памяти. Обладает меньшим количеством циклов перезаписи и скоростью доступа к данным. Но цена за гигабайт памяти гораздо ниже, чем у MLC.
QLC (Quad-Level Cell) — память с возможностью хранить 4 бита в одной ячейке. Последняя (на текущий момент) ступень развития флеш-памяти. По сравнению с предшественниками, обладает меньшей надежностью и скоростью доступа к данным, но гораздо привлекательнее по соотношению стоимость/объем памяти.

Помимо различных типов ячеек для флеш-памяти существует такое понятие, как многослойность. До определенного момента времени производитель наращивал емкость кристалла памяти за счет увеличения количества бит в одной ячейке и уменьшения физического размера ячейки (техпроцесс). Но бесконечно уменьшать размер ячеек нельзя, как и увеличивать их плотность.

На смену двумерной (планарной) памяти пришла трехмерная многослойная память 3D NAND. Сейчас производители освоили процесс производства 96-слойной флеш-памяти 3D NAND, а также представили образцы 128-слойной флеш-памяти.

Кроме типа флеш-памяти есть еще один важный момент, на который необходимо обратить внимание при выборе SSD накопителя — используемый контроллер.

Контроллер управляет операциями чтения/записи данных в ячейки памяти, следит за их состоянием, выполняет коррекцию ошибок, выравнивание износа ячеек, а также другие вспомогательные функции.

В зависимости от используемого контроллера, показатели скорости работы двух SSD, построенных на одной и той же памяти, могут значительно различаться в пользу накопителя с более современным контроллером.

На момент написания статьи актуальными котроллерами являются: SMI SM2263XT, SMI SM2262EN, Phison PS5012-E12, Phison PS5008-E8, Realtek RTS5762, RTS5763DL, Marvell 88ss1093, Samsung Phoenix.

1) SSD накопители SATA — подключаются по интерфейсу SATA3, скорость линейной записи достигает 500 Мбайт/с, чтения — 540 Мбайт/с. Данные накопители можно встретить в ПК и ноутбуках средней ценовой категории.

2) SSD накопители M.2.

2.1) Без поддержки NVMe — подключаются в M.2 разъем, скорость линейной записи достигает 530 Мбайт/с, чтения — 560 Мбайт/с.

2.2) С поддержкой NVMe — подключаются в M.2 разъем, скорость линейной записи достигает 2500 Мбайт/с, чтения — 3400 Мбайт/с. Встречаются в компьютерах и ноутбуках средне-высокого ценового диапазона.

3) SSD накопители PCI-E — подключение выполняется через разъем PCI-E(в большинстве своем это адаптер PCI-E в который установлен SSD M.2 с поддержкой NVMe), скорость линейной записи может достигать 3000 Мбайт/с, чтения — 3400 Мбайт/с.

Что лучше?

Несмотря на все прелести SSD, твердотельники пока не могут полностью вытеснить HDD с рынка. И вот почему:

Характеристика

При подготовке материала использовались источники:
https://habr.com/ru/companies/dcmiran/articles/582710/
https://club.dns-shop.ru/blog/t-101-ssd-nakopiteli/30656-ssd-protiv-hdd-v-igrah-testyi-nakopitelei-na-skorost-zagruzki/
https://club.dns-shop.ru/blog/t-107-jestkie-diski/22505-hdd-ili-ssd-chto-vyibrat/

Что лучше SSD или HDD для компьютера?