Типы памяти серверных накопителей: как выбрать лучший вариант для вашего бизнеса

Что такое типы памяти Память SLC Память MLC Память TLC Память QLC Память 3D XPoint Типы флэш памяти, используемой в SSD для серверного обслуживания Что такое vNAND. Смысл vNand Вывод Что такое типы памяти Повышенная производительность SSD делает подобные устройства оптимальным вариантом, если требуется обновить, расширить конфигурацию сервера или ПК. Такие накопители работают быстрее жестких дисков, имеют длительный эксплуатационный период, не шумят. SSD различаются разными параметрами, и один из них – тип памяти. Рассмотрим подробнее различные типы памяти. Память SLC Технология SLC основана на флэш-памяти NAND. Она позволяет хранить информацию, используется в разном оборудовании. Такая память не имеет механических элементов, дает возможность быстро передавать данные, обеспечивает низкую шумность, высокую надежность. SLC является одной из разновидностей NAND. Она показывает лучшую долговечность. Кроме того, такая память предусматривает наиболее долгий период работы. SLC – это технология изготовления микросхем для SSD, где бит информации хранится в одной ячейке. Основные плюсы SLC таковы: Большое число циклов стирания и программирования. Возможность быстро считывать и записывать информацию. SLC показывает лучшую скорость обработки данных относительно MLC и иных видов памяти. Недостаток SLC – это большая цена. Такая память стоит больше иных разновидностей, что обусловлено ее техническими параметрами. Еще для SLC характерна малая емкость чипа памяти - это затрудняет изготовление высокоемких накопителей. Лучше всего использовать такую флэш-память, когда требуется корпоративное хранилище. SLC оптимальна для софта, который должен работать максимально надежно и производительно. Еще технологию применяют в производственных управляющих системах. SLC долговечна, что позволяет применять ее в условиях, где важна стабильность. Несмотря на все преимущества SLC, ее практически не применяют в серверах. Это обусловлено малой емкостью, высокой стоимостью. Более оптимальным вариантом можно назвать MLC. SSD U.2 накопитель Solidigm P5810 на базе SLC памяти с показателем DWPD 65 выпущенный в 2023 году. Один из редких представителей этого типа памяти дошедший до наших дней. Память MLC MLC предусматривает хранение 2 битов в ячейке. Память способна прослужить примерно 10 тыс. циклов записи/стирания. К плюсам можно отнести баланс между эффективностью и стоимостью. Также к преимуществам причисляют большую, если сравнить с TLC, долговечность. Недостаток MLC заключается в том, что она не столь долговечна. Это обусловлено хранением 2 битов в ячейке. Использовать технологию рекомендуется рядовым пользователям, любителям видеоигр. Нужно отметить, что память MLC была разработана задолго до того, как производители решили и дальше увеличивать число битов на ячейку твердотельного накопителя. Когда появились TLC, QLC, было бы логично назвать ячейки с 2 уровнями, к примеру, DLC. По факту, все ячейки, где хранится 2, 3, 4 бита, считаются многоуровневыми, то есть относятся к MLC. Однако изменять общепринятое название не стали. В итоге фирма «Самсунг» применяет термины в свою пользу, позиционируя TLC и QLC как MLC с 3, 4 уровнями. MLC можно назвать лучшим вариантом для устройств хранения, используемых в серверах. Такая память наиболее сбалансирована по показателям надежности и цене. Накопители SSD на основе памяти MLC в лице Intel S3710 и Intel P3608 обладающие внушительными показателями TBW и  DWPD. Память TLC TLC основана на хранении 3 битов данных в ячейке. Однако TLC устроена сложнее в архитектурном плане, что вызывает снижение показателей записи/стирания. Также срок службы этого типа памяти уменьшается приблизительно до 1-3 тыс. циклов. TLC не такая долговечная, как иные виды памяти. Однако благодаря низкой цене ее все-таки используют в серверах. При этом TLC-накопители относятся к более низкому классу по сравнению с другими устройствами. Ключевое достоинство TLC – это экономичность. Память показывает неплохую производительность, хорошую емкость по невысокой цене. Недостаток – малый срок службы, если сравнить с MLC, SLC. Использовать такую память стоит пользователям устройств, которые не выдвигают серьезных требований к накопителю. Например, TLC оптимальна для серверов приложений, виртуализации. Там не планируется ежедневная перезапись всего объема диска. Использовать TLC память для серверов баз данных нужно с осторожностью. Необходимо сопоставить заявленный показатель DWDP с тем объемом данных что ежедневно редактируется в вашей БД. Представители TLC памяти, менее ресурсоемкие, но более доступные и вместительные SSD от Intel P4510, S4510 и Samsung PM9A3. Память QLC QLC предусматривает хранение 4 бит в ячейке. Ввиду этого главное преимущество подобной памяти – лучшая плотность хранения. QLC оптимальна, если требуется хранить много информации. Кроме того, к плюсам можно отнести небольшую цену. Память более емкая, что позволяет хранить на накопителях много данных. Из недостатков можно отметить срок службы, производительность, аналогичные TLC. Применять QLC рекомендовано тем, кто нечасто перезаписывает данные, выполняя небольшое процедур. Снижение числа таких процедур хорошо сказывается на ресурсе ССД. Также память подойдет тем, кто хочет добавиться наилучшей стоимость за 1TB в SSD корпоративного уровня. Накопители с памятью QLC начали массово продавать в конце 2018 г. Такие SSD предложили сниженную цену за гигабайт, однако записывали данные медленнее, чем иные устройства. Кроме того, они больше подвержены изнашиванию. Память редко применяется в ССД для серверов, так как имеет малый ресурс. Накопитель Intel P4320 на базе QLC памяти. Отличное решение для построения объемных All-Flash хранилищ, в виду своего объема сопоставим с жесткими дисками, но имеет кратно более высокие скорости. Память 3D XPoint 3D XPoint представляет собой современную технологию производства энергонезависимых микрочипов памяти SSD. В ряде сценариев она быстрее NAND больше чем в 10 раз. По скорости 3D XPoint можно поместить между модулями ОЗУ DRAM и обычными накопителями на основе NAND. Кроме того, технология имеет огромное преимущество по ресурсу. Оно выражается в чтении, записи 4K файлов. Создателями 3D XPoint считаются «Интел», «Микрон». Разрабатывать технологию начали в 2012 г. В 2015 г. анонсировали память 3D XPoint под маркой «Оптейн». Основной особенностью технологии считается применение абсолютно иного физического принципа размещения данных. Ключевым отличием 3D XPoint от NAND считается абсолютно иной физический принцип хранения данных. Вместо сложных полевых транзисторов применяются селекторы и халькогениды. Выполняется их подключение к проводникам, которые пересекаются под углом 90 градусов. Маркетинговая информация Intel со сравнением различных типов памяти с 3D XPoint. Демонстрируется техническое превосходство этой структуры памяти. Несмотря на эффективные технические решения, SSD с 3D XPoint не стали широко распространены. Обычные пользователи использовали их в качестве кэша для жесткого диска. Изготавливались планки для кэша с объемом 16, 32 Гб. Такие накопители активно использовались с материнскими платами ЦП “Интел” седьмого-девятого поколения. Подобные ССД позволяли сформировать скоростную прослойку между жестким диском и ЦП. Это адаптировало опыт пользователя до уровня применения обыкновенного ССД. Кэш позволял быстрее загружать часто используемые программы, ускорял их работу. Кроме того, кэширование ускоряло скорость, с которой загружается и работает ОС «Виндовс». Суть состоит в том, что выполняется анализ данных, к которым ОС обращается чаще всего. После этого информация переносится с жесткого диска на SSD 3D XPoint. При этом данные именно переносятся, а не копируются. Физически ОС частично будет храниться на жестком диске, частично – на SSD. Если снять твердотельный накопитель, ОС просто не запустится. Маркетинговая информация Intel со сравнением различных типов памяти с 3D XPoint. Демонстрируется техническое превосходство этой структуры памяти. ССД на базе такой памяти имеют сверхвысокий ресурс(до 100DWPD), большую стоимость. Такие устройства применяют крупнейшие компании. Популярны модели OPTANE P4800X, P5800X. Серверные накопители Intel Optane стали своего рода недостижимым идеалом для других типов памяти ввиду своего ресурса и крайне привлекательных скоростей случайных событий. SSD Optane позволял строить самые быстрые сервера бескомпромиссные сервера баз данных при наличии одного существенного недостатка - стоимости. На момент 2024 года P5800X 1.6TB продается по цене в 370 тыс. руб., а более редкая модель на 3.2TB может обойтись в 800 тыс. руб. Столь высокая стоимость и трудности масштабирования памяти 3D XPoint привели это направление в упадок. Сегодня Intel полностью свернула разработки в области Optane и отказалась от производства SSD накопителей. Более того Intel продала подразделение своих твердотельных накопителей компании SkHynix и на данный момент вы можете найти эти SSD под маркой Solidigm. Брутальный черный Intel P5800X с 100 DWPD - идеальный SSD для любых сценариев использования. Типы флэш памяти, используемой в SSD для серверного обслуживания Можно выделить несколько наиболее популярных типов памяти для серверов: MLC - самый сбалансированный вариант; TLC, QLC - удовлетворяют невысокие запросы, позволяют хранить очень много данных; 3D XPoint - имеет исключительные характеристики, хоть и стоит дорого; SLC - как и 3D XPoint применяется крайне редко, имеет сопоставимый ресурс. Отдельно можно отметить технологию 3D NAND. Она располагает 3D-структурой, что позволяет разместить больший объем данных на единице площади. Память является цилиндром, позволяющим расположить несколько ячеек на каждом микросхемном слое. 3D NAND отлична от 2D-вариантов повышенной скоростью работы, меньшей склонностью к изнашиванию. По емкости и надежности ее можно сравнить с TLC. 3D NAND активно развивается. Бренд “Самсунг” поддерживает ее, смог сбалансировать надежность и стоимость. Существуют серверные, корпоративные накопители на базе технологии. SLC быстрая и долговечная, однако дорогая, не предусматривает большой емкости. Использовать ее можно в промышленных условиях, где наблюдаются нагрузки высокой интенсивности. NVMe U.2 накопители Intel P4510 в сервере HPE DL380Gen10. Твердотельные накопители применяются в серверах, так как имеют следующие преимущества: Повышенная скорость, с которой записываются и считываются данные. У твердотельных накопителей этот показатель в несколько раз выше, чем у жестких дисков. Это касается даже быстрейших HDD, где скорость вращения доходит до 15 000 оборотов в минуту. Это важно, если требуется записывать, считывать большие объемы информации с минимальной задержкой. Лучший вариант для баз данных. Это обусловлено лучшими параметрами IOPS. Количество одиночных процедур записи/считывания в секунду у твердотельного накопителя выше, так как он может выполнять несколько операций одновременно. В жестком диске подобное не представляется возможным, так как для любой процедуры требуется передвинуть головку. Полностью отсутствует шум от накопителя, так как нет элементов, которые двигаются. Благодаря этому сервер с SSD почти не шумит, если не учитывать процессорный и корпусные вентиляторы. Устойчивость к механическим факторам. К примеру, твердотельный накопитель не боится ударов о твердую поверхность, которые необратимо повреждают жесткий диск. Малое потребление энергии, обеспечиваемое тем, что в твердотельном накопителе энергия не тратится на кручение шпиндельного элемента. Отсутствует зависимость скорости считывания от фрагментации файла. Если данные на жестком диске сильно дефрагментировать, это существенно отразится на скорости чтения. Для твердотельного накопителя подобный недостаток не характерен. Малые габаритные параметры и масса. Твердотельные накопители выполнены в корпусах, которые меньше, чем у жестких дисков. SAS Накопитель Hewlett Packard Enterprise емкостью 200GB с DWDP 25. Совместим с RAID контроллерами HP 10 поколения. Есть у ССД и недостатки. Один из них – это относительно малое количество циклов перезаписи, если сравнить с жестким диском. Также к минусам можно причислить повышенную цену. Однако сегодня стоимость ССД стремится к цене жесткого диска на 1 Тб. ССД быстро дешевеют, а HDD, в виду потери популярности, дорожают. То, насколько надежен и долговечен накопитель, определяется 2 характеристиками. 1-я из них – это TBW. Она характеризует число терабайт, которые могут быть записаны на ССД со стиранием и повторным записыванием данных. Чем больше показатель, тем долговечнее ССД. DWPD показывает допустимое число перезаписей полного объема накопителя в день на протяжении гарантийного периода производителя(3-5 лет). Чем больше DWPD, тем выше отказоустойчивость ССД. Чем интенсивнее сервер будет обмениваться информацией с SSD, тем больше должен быть показатель. Выделяют клиентские и серверные ССД. Первые можно сравнить с обыкновенными флешками, которые устанавливаются в компьютер. Трудно найти пользователя, которому было бы важно количество циклов перезаписи, допустимое ССД. Редко когда получается исчерпать весь запас циклов даже за всю жизнь. В серверных накопителях число циклов полной перезаписи максимальное. Клиентские накопители нежелательно применять в серверах, особенно в дата-центрах. Серверные ССД можно применять в потребительском компьютере, однако это невыгодно в финансовом плане. Это может быть полезно, если нужно хранить важные данные, имея к ним высокоскоростной доступ. Серверы предназначаются для того, чтобы одновременно обслуживать много пользователей. Даже незначительная задержка ответа на запрос усложнит использование сервера. Если пользователей очень много, работать с сервером будет невозможно. По этой причине к серверным накопителям выдвигаются повышенные требования. Серверные SSD корпоративного уровня от Intel. Технология 3D XPoint способна гарантировать почти неограниченное количество циклов перезаписи. Это обеспечивается тем, что фазовое состояние вещества изменяется. Это происходит, когда ячейковый материал при нагревании электротоком изменяет собственное состояние с аморфного на кристаллическое. Микрочипы, основанные на этой технологии, предусматривают плотность 0.62 Гбит на 1 кв. мм. По емкости такая технология уступает памяти 3D NAND, которая тоже используется в твердотельных накопителях. Последняя относится к топовым технологиям для серверных накопителей, но дорогая и перестала развиваться сегодня. Что такое vNAND. Смысл vNand vNAND является тем же самым, что и упомянутая выше трехмерная память. Выделяют 2 вида подобной памяти: 3D NAND, 3D NAND TLC. Ее создали, чтобы увеличить емкость, ускорить передачу информации. 3D NAND – это стек ячейковых слоев, укладываемых один на другой. Подобная структура обеспечивает увеличение емкости за счет добавления дополнительных слоев. Благодаря этому трехмерная память предусматривает увеличенную по сравнению с плоскими микрочипами емкость. 3D NAND TLC применяет 3 уровня электрозаряда в каждой ячейке, что позволяет увеличить плотность хранения, а значит, и емкость. Это дает возможность выполнять запись 3 битов данных в каждую ячейку, обеспечивая увеличенную емкость. 3D NAND TLC предусматривает повышенную скорость передачи информации. Это делает ее оптимальным вариантом для разных приложений. Подобная технология нередко применяется в выпускаемом сегодня оборудовании, предлагая сбалансированное сочетание емкости, скорости, стабильности. Накопитель Samsung PM1725 в виде HHHL модуля на базе V-Nand памяти TLC. Обе технологии считаются разными видами памяти, которая используется в выпускаемых сегодня SSD. Они основываются на трехмерных матрицах, однако есть значительные различия: Техпроцесс. 3D NAND считается более старым и упрощенным видом памяти, который разработали, чтобы увеличить емкость, ускорить считывание/запись. Она основывается на структуре ячеек из множества слоев, обеспечивающей высокоплотное размещение информации. 3D NAND TLC представляет собой более современную технологию, использующую 3 уровня заряда. Такая память дает возможность размещать больше данных в ячейке, имеет высокую энергоэффективность. Стабильность. У 3D NAND TLC в каждой ячейке размещается 3 бита данных. Это повышает риск неправильных считывания/записи. Кроме того, 3D NAND TLC предусматривает меньшее число циклов перезаписи. Из-за этого она быстро изнашивается, а информация может быть утрачена. Использование. 3D NAND обычно применяют в накопителях с высокой емкостью. Например, такую память используют в крайне емких ССД, серверах. 3D NAND TLC встречается в серверах не так часто, как MLC. Разнообразие SSD корпоративного уровня в виде 2.5 дюймовых SATA, SAS накопителей, M.2, U.2 и HHHL дисков. Можно выделить такие направления применения 3D NAND: ПК, нетбуки. Технология позволяет увеличить память компьютеров, а значит, можно инсталлировать больше приложений. Этот тип памяти является прекрасным вариантом для дома, офиса. Серверное оборудование, ЦОД. Технологию применяют, чтобы расширить пространство для размещения файлов, обработать крупные объемы данных. 3D NAND TLC применяют при размещении файлов в Cloud хранилище. Технология обеспечивает повышенную емкость, эффективное хранение информации в ЦОД. Выбирать между данными технологиями нужно, учитывая конкретные потребности, требования соответствующей сферы. Вывод SSD за короткий период существования проделали огромный путь в рамках технического прогресса. Путь развития SSD тянется с 90-х годов. Но именно в последние десятилетие эта технология совершила технологический рывок и разрушила стереотипы о недоступности и низкой надежности. Выбирать тип памяти для SSD нужно в соответствии с вашими запросами. Для высоконагруженных сред с постоянными переписями подойдут - SLC, MLC и 3D XPoint. В случае средних нагрузок отлично подойдут TLC. QLC не славятся надежностью но также применяются в SSD накопителях с высокими объемами - 7.62TB. 3D NAND структуры повсеместно внедряются для обеспечения больших объемов уже существующих типов памяти.