Скорость SSD и HDD

Когда дело доходит до сравнения скорости SSD и HDD , твердотельные накопители явно имеют преимущество. Однако исторически более высокая стоимость гигабайта хранилища SSD означала, что преимущества более высоких скоростей SSD были ограничены несколькими приложениями, где стоимость могла быть оправдана.

Однако сегодня разница в цене значительно сократилась. А благодаря значительно более высокой скорости SSD по сравнению с HDD популярность SSD-накопителей, часто называемых «флеш-памятью», стремительно растет. В настоящее время предприятия сосредоточены на получении лучших флэш-массивов .

SSD против HDD Скорость и производительность

Твердотельные накопители (SSD) быстрее, чем обычные жесткие диски (HDD), а также более надежны и потребляют меньше энергии. Это означает, что когда дело доходит до выбора между хранилищем SSD или HDD, твердотельные накопители были бы предпочтительнее жестких дисков во всех случаях, если бы не один факт: твердотельные накопители дороже, чем жесткие диски, если измерять стоимость за гигабайт хранилища.

Чтобы понять, почему существует большая разница между скоростью SSD и HDD, необходимо рассмотреть разницу между технологиями SSD и HDD .

Твердотельные накопители имеют значительно более высокую скорость чтения и записи по сравнению с жесткими дисками. 

Как работает скорость жесткого диска?

Жесткий диск состоит из нескольких вращающихся магнитных пластин, на которых хранятся данные, и нескольких головок чтения/записи на механических рычагах, которые перемещаются по поверхности пластин. Чтобы прочитать или записать данные в определенный сектор диска, головка должна переместиться в соответствующее положение, а затем подождать, пока сектор пройдет под ней, пока диск вращается.

Этот режим работы представляет два очевидных источника задержки:

• Для перемещения головы в нужное положение требуется время, известное как время поиска .
• Существует задержка, поскольку головка ожидает, пока правая часть диска не повернется, известная как задержка вращения или просто задержка.

Время поиска зависит от того, где находится головка в начале операции и куда она должна двигаться, а задержка зависит от положения диска в его цикле, поэтому для данного жесткого диска нормально говорить о среднем поиске. время и средняя задержка.

Еще одним потенциальным источником задержки является интерфейс HDD, через который данные с накопителей передаются на подключенный компьютер или систему хранения. Но распространенные интерфейсы, такие как SATA и SAS , были разработаны с учетом производительности жестких дисков, и они, как правило, не являются ограничивающим фактором для скорости чтения и записи жесткого диска.

Когда дело доходит до измерения скорости жесткого диска, важны четыре параметра:

• Последовательная скорость чтения, чтение из большого блока непрерывных данных.
• Скорость последовательной записи, та же, но для записи данных.
• Случайная скорость чтения, чтение данных разбросано по всему диску.
• Случайная скорость записи. Случайные скорости, как правило, намного ниже, чем последовательные, из-за большого количества поисковых запросов и задержек вращения.

Как работает скорость SSD?

Принцип работы SSD-накопителя полностью отличается от работы HDD. Он использует твердотельный носитель данных, обычно NAND (часто известный как флэш-память), и данные записываются или считываются из NAND контроллером, который фактически является мозгом устройства.

В SSD нет переменного времени поиска или задержки вращения, так как доступ к каждой части SSD можно получить за одно и то же время. Но скорости чтения и записи SSD асимметричны: чтение данных происходит очень быстро, но скорость записи SSD несколько ниже.

Это связано с тем, что хранилище SSD состоит из отдельных ячеек NAND, которые могут хранить один (или несколько) битов данных, а группы ячеек организованы в страницы. Наконец, группы страниц организованы в блоки.

Проблема в том, что данные не могут быть записаны в ячейку, пока они не будут предварительно стерты, удалив всю существующую информацию, и хотя данные можно записывать по одной странице за раз, их можно стирать только целыми блоками за раз. Это означает, что для записи одного бита данных в ячейку необходимо скопировать все страницы блока, содержащего эту ячейку, в область хранения, стереть весь блок, а затем записать все страницы и новый бит данных обратно. к стертому блоку.

SSD быстрее HDD?

Простой ответ на этот вопрос — да, и причина этого в том, что твердотельный характер хранилища SSD дает ему огромное преимущество в скорости по сравнению с механической конструкцией хранилища HDD с присущими ему задержками.

SSD и HDD Скорость чтения/записи

Насколько быстрее SSD? Ответ, конечно, зависит от того, какие SSD и HDD вы сравниваете и что именно вы сравниваете. Сравнение скорости SSD покажет, что существует большая разница между скоростями SSD.

Но чтобы получить представление о разнице в производительности, которую может разумно показать сравнение скорости SSD и HDD, стандартный SSD может считывать последовательные данные со скоростью около 550 мегабайт в секунду (МБ/с) и записывать их со скоростью 520 МБ/с. Напротив, быстрый жесткий диск может выполнять последовательное чтение и запись со скоростью всего 125 МБ/с.

Это показывает, что разница между производительностью SSD и HDD значительна. Ответ на вопрос, насколько быстрее SSD по сравнению с HDD? Примерно в четыре раза быстрее, когда речь идет о скорости чтения SSD и HDD, и чуть меньше, когда сравнивается скорость записи SSD и HDD.

Скорость чтения/записи SSD

Исторически сложилось так, что твердотельные накопители разрабатывались как замена жестким дискам, а это означает, что они часто изготавливаются с теми же интерфейсами, что и жесткие диски, что на практике означает интерфейс SATA, а в более высокопроизводительных системах — интерфейс SAS.

Эти интерфейсы были оптимизированы специально для устройств хранения данных с жесткими дисками, но они не оптимальны для твердотельных накопителей. «Интерфейсы действительно мешают твердотельным накопителям, — говорит Джим Хэнди, аналитик компании Objective Analysis, — и именно поэтому мы видим твердотельные накопители PCIe».

Влияние размера на скорость: интерфейсы SSD

Чтобы получить представление о преимуществах более дружественного к SSD интерфейса, такого как PCIe, подумайте об этом. Спецификация SATA 3.0 позволяет твердотельным накопителям достигать максимальной скорости передачи данных около 560 МБ/с. Напротив, интерфейс PCIe 3.0 обеспечивает скорость 985 МБ/с на линию. (Контроллер SSD подключен несколькими линиями к разным чипам NAND, где фактически хранятся данные.) Хотя отдельный чип NAND вряд ли сможет работать со скоростью 985 МБ/с, устройство с 8 чипами на отдельных линиях может легко предлагают совокупную пропускную способность 3000 МБ/с.

Как сделать SSD быстрее

Еще один способ увеличить скорость SSD — использовать более быструю память NAND . Стандартная память NAND, используемая в твердотельных накопителях, является фактически плоской, а алгоритмы исправления ошибок, снижающие производительность, используются для уменьшения повреждения данных, вызванного интерференцией между ячейками в плотно расположенных ячейках. Но новая технология флэш-чипов использует несколько слоев ячеек памяти (известных как 3D NAND), и это дает возможность повысить скорость чтения и записи SSD. Это связано с тем, что нет необходимости запускать эти алгоритмы в 3D NAND, а производитель чипов Samsung заявляет, что его 3D NAND в два раза быстрее, чем обычная планарная NAND, когда речь идет о скорости записи SSD.

Разницу между скоростями чтения SSD и HDD можно еще больше увеличить, полностью отказавшись от NAND и вместо этого используя SSD, которые оснащены новым носителем данных под названием 3D XPoint , совместно разработанным Intel и Micron.

Скорость чтения/записи жесткого диска

Самые большие задержки, которые ограничивают скорость жесткого диска, — это время поиска (задержка, когда головка чтения/записи перемещается в нужное положение) и задержка (поскольку жесткий диск ожидает, пока требуемая часть диска не повернется в положение под головкой), как объяснялось ранее. .

Отсюда следует, что, уменьшив эти два фактора, можно уменьшить разницу между производительностью SSD и HDD.

Как увеличить скорость HDD

Способ уменьшить задержку относительно прост: увеличение скорости вращения пластин уменьшит задержку, и по этой причине высокопроизводительные жесткие диски вращаются со скоростью 15 000 об/мин, а не более стандартными 7 200 об/мин.

Вращение пластин быстрее 15 000 приведет к дальнейшему снижению задержки, но по практическим причинам этого трудно достичь: чем быстрее вращаются пластины, тем менее они стабильны. Более быстрые вращающиеся диски также потребляют гораздо больше энергии. Обе эти проблемы были частично решены путем заполнения жестких дисков гелием, но на данный момент 15 000 об/мин, по-видимому, являются пределом.

короткое поглаживание

Сокращение времени поиска для повышения производительности жесткого диска возможно, и это обычно достигается с помощью приема, называемого «коротким ходом». При этом используется только часть емкости жесткого диска, например, только крайние 10% каждой пластины. При этом головка чтения/записи должна пройти только одну десятую расстояния от того, если бы использовалась вся пластина, и в среднем она будет намного ближе к тому месту, куда ей нужно перемещаться для каждой операции чтения или записи.

Недостатком короткого хода является то, что, несмотря на значительное увеличение скорости жесткого диска, он крайне неэффективен, поскольку можно использовать только небольшую часть емкости жесткого диска, даже если энергопотребление остается неизменным.

Пример сравнения скорости SSD и HDD

Сложно получить точное сравнение скорости «ssd и hdd», потому что другие факторы, такие как интерфейс, также играют роль. Но давайте посмотрим на два основных устройства, чтобы провести приблизительное сравнение.

Сравнение скорости SSD усложняется тем, что разные устройства с разными интерфейсами и технологиями хранения ведут себя очень по-разному. Тем не менее, чтобы получить представление о текущем состоянии технологии твердотельных накопителей, давайте рассмотрим тип производительности, доступный сегодня на очень быстром твердотельном накопителе, а также на быстром жестком диске.

Сравнение скорости
Скорость чтения/записи жесткого диска	UltraStar DC HC620 с интерфейсом SAS 12 ГБ/с Постоянная скорость передачи: 255 МБ/с при чтении и записи
Скорость чтения/записи SDD	Samsung 970 Evo с интерфейсом PCIe 3 Скорость чтения 3500 МБ/с макс.  Скорость записи 2500 МБ/с макс.

Скорость загрузки

Поскольку любое сравнение скорости SSD и HDD покажет, что SSD обеспечивают превосходную производительность, неудивительно, что существует растущая тенденция к размещению операционных систем на SSD. Помимо повышения общей производительности, это также приводит к увеличению скорости загрузки системы, которая намного выше, чем та же система, загружающая операционную систему, хранящуюся на жестком диске.

Насколько быстрее? Точное увеличение скорости загрузки с использованием SSD по сравнению с жестким диском будет зависеть от множества факторов, но в целом вполне разумно ожидать улучшения на 200–800%.

Чтобы представить это в контексте, можно ожидать, что система Windows с SDD загрузится примерно за 20 секунд, в то время как та же система с жестким диском может легко загрузиться от 40 секунд до полутора минут. Частично эта разница может быть объяснена тем фактом, что жесткому диску требуется время, чтобы разогнаться до рабочей скорости при включении, но разница в основном объясняется гораздо более высокой скоростью чтения, которую SSD может предложить во время интенсивного чтения. процесс загрузки.

Ориентир

Твердотельные и жесткие диски обычно поставляются со спецификациями производителей, но для получения наилучшего сравнения скорости твердотельных и жестких дисков между двумя конкретными устройствами вам необходимо провести тест производительности твердотельных и жестких дисков с использованием программного обеспечения для сравнительного анализа .

Это программное обеспечение предназначено для измерения скорости передачи в различных условиях, таких как последовательное чтение и запись (когда все данные находятся в одной области) и произвольное чтение и запись (в разные части носителя данных).

Популярное программное обеспечение для сравнения производительности SSD и HDD включает:

CrystalDiskMark : это популярный и простой в использовании инструмент, который выполняет бенчмаркинг SSD и HDD.

Atto Disk Benchmark : это широко распространенный инструмент, который может тестировать SSD и HHD, а также массивы RAID и подключение хоста к подключенному хранилищу.