По следам IDF Fall 2008: SSD-накопители Intel

Стр.1 - История развития. Характеристики накопителей

В конце августа, во время традиционного осеннего Форума Intel для разработчиков, проходившего в Сан-Франциско, компания Intel впервые представила планы по выпуску под своей торговой маркой твердотельных накопителей (Solid-State Drive, SSD) для мобильных, настольных и серверных систем, устройств хранения данных и рабочих станций. Уже в начале сентября Intel объявила о начале массовых поставок первых партий твердотельных накопителей с интерфейсом Serial ATA серий Intel X18-M и X25-M для мобильных и настольных ПК. В дни проведения Форума Intel для разработчиков мы неоднократно рассказывали об этих новинках в наших репортажах и новостях. Однако сейчас, когда страсти немного поулеглись, самое время вернуться к этой теме, разобраться, чем же SSD-накопители Intel отличаются от других рыночных предложений и какая от этого выгода конечным покупателям. Именно этому посвящена сегодняшняя публикация. В ней мы познакомим читателей с характеристиками новинок Intel, вместе вспомним отличия MLC- и SLC-чипов флэш-памяти NAND-типа, исследуем особенности интерфейса, а также препарируем и заглянем под крышку одного из первых SSD-накопителей Intel.

---

Начало производства твердотельных накопителей компанией Intel вряд ли кого-то удивило – скорее, удивляло отсутствие компании на этом многообещающем рынке. Благо, обладая собственным подразделением по выпуску флэш-памяти, Intel имеет достаточный инженерный штат, патентный портфель и потенциал для уверенной экспансии в секторе SSD. Впрочем, как выяснилось, никто никуда не опоздал. Это рынок доростал до реального массового спроса на быстрые надежные накопители нового типа, а разработчики Intel тем временем доводили собственную технологию до соответствующего уровня. В качестве примера можно вспомнить совместный майский анонс Intel и Micron Technology, объявивших о начале производства силами совместного предприятия IM Flash Technologies (IMFT) первых в индустрии 32-Гбит микросхем флэш-памяти NAND-типа с соблюдением норм 34-нм техпроцесса, по многослойной (MLC) технологии в миниатюрных 48-контактных корпусах TSOP. Более того, Intel имеет вполне успешный опыт выпуска различных твердотельных накопителей, например, с интерфейсом PATA - таких как Z-P230 и Z-P140 для неттопов и нетбуков, или с интерфейсом USB класса Intel Z-U130. Чтобы дальше не отвлекаться на характеристики и перейти непосредственно к описанию интерфейса, исследованиям схемотехники новинок, здесь и сейчас перечислим ключевые характеристики твердотельных дисков Intel. Напомню, что среди представленных недавно компанией Intel твердотельных накопителей с интерфейсом Serial ATA фигурирует 1,8-дюйм серия X18-M и 2,5-дюйм серия X25-M для массового использования в настольных и мобильных ПК. Обе эти серии основаны на технологии многоуровневых (Multi-Level Cell, MLC) чипов флэш-памяти NAND-типа. Сейчас доступны SATA-версии накопителей X18-M и X25-M емкостью 80 Гб, а выпуск моделей емкостью 160 Гб начнется еще до конца 2008 года. Цена 80 Гб модели при этом заявлена на уровне $595 (при покупке оптовых партий от тысячи штук). Вот так выглядят ключевые спецификации обоих массовых серий: А так расшифровывается маркировка накопителей этих серий: Помимо этого, до окончания 2008 года Intel планирует также представить серию полупроводниковых накопителей под названием Intel X25-E Extreme SATA SSD. Они будут ориентированы на применение в серверах и системах хранения данных. В отличие от массовых серий X18-M и X25-M, "серверные" SSD-накопители выполнены на чипах с одноуровневой (Single Level Cell, SLC) структурой флэш-памяти, что позволяет добиться максимальной скорости записи и чтения данных. Спецификации серии Intel X25-E Extreme SATA SSD приведены в таблице ниже. Так расшифровывается маркировка накопителей этих серий: Представители Intel заявляют, что их SSD-накопители имеют ряд существенных преимуществ - не только по сравнению с традиционными HDD, но также по сравнению с нынешними SSD конкурентов. Основные преимущества любых твердотельных накопителей перед жесткими дисками, в сущности, давно известны: это абсолютная бесшумность; компактность и, соответственно, адаптация под любой форм-фактор; отсутствие механических частей, а, значит, лучшая вибро- и ударостойкость; существенно меньшее энергопотребление и тепловое излучение. А также теоретически большее время наработки на отказ, и, соответственно, меньшая стоимость владения (хотя, ценовой вопрос относительно SSD пока остается достаточно спорным моментом). Ко всему этому Intel добавляет значительно более высокие скоростные характеристики (если верить утверждениям представителей компании – даже по сравнению с лучшими образцами SSD конкурентов), а также более экономные режимы, позволяющие увеличить время автономной работы портативного ПК на 15%. В рамках специальной презентации Intel SSD на Форуме IDF нам подробно рассказали благодаря чему достигается такое преимущество, и сейчас я попробую вкратце передать суть.

Стр.2 - Производительность. Внутреннее устройство. Выводы

Прежде всего докладчик Кишор Рао (Kishore Rao) – продакт-менеджер подразделения Intel по разработке высокопроизводительных SSD, обратил внимание на причину, по которой Intel заинтересовалась вопросами разработки скоростных твердотельных дисков. Действительно, производительность процессоров, графической подсистемы, памяти и других системных компонент развивается гигантскими темпами – она увеличилсь в десятки раз за последнее десятилетие. В плане увеличения производительности традиционных накопителей на жестких дисках наблюдаются значительно меньшие успехи, что к нынешнему моменту можно назвать общим узким местом всей компьютерной архитектуры. В то же время скоростной потенциал твердотельных накопителей далеко не исчерпан, точнее сказать, у SSD еще все впереди. Прошедшая далее "живая" сравнительная демонстрация систем с традиционными мобильными жесткими дисками и SSD производства Intel действительно показала впечатляющее преимущество твердотельной технологии – в некоторых случаях производительность больше в разы. Против SSD-накопителей конкурентов решения Intel и вовсе рекордсмены. Также вызывают большой интерес результаты тестирования энергопотребления. Вот теперь – самое интересное: откуда такие результаты. Максимальный прирост производительности обеспечивает применение интерфейса SATA с уникальной, разработанной в Intel архитектурой контроллера, позволяющей обрабатывать одновременно до 10 параллельных каналов NAND-памяти, будь то многоуровневые (MLC) или одноуровневые (SLC) чипы NAND-флэша. Никаких особенных частных стандартов Intel при этом не навязывает – сам интерфейс полностью соответствует требованиям общепринятого индустриального стандарта ONFI 1.0 на интерфейсы для NAND-памяти. Однако непосредственная реализация интерфейса в версии Intel остается закрытой, поскольку именно она является тем самым "золотым ключиком" к производительности. Наряду с этим инженерам Intel также в полной мере удалось реализовать поддержку технологии маршрутизации команд Native Command Queuing (NCQ). Напомню, что технология NCQ является дополнением к стандарту Serial ATA 1.0 и неотъемлемой частью стандарта Serial ATA II. Вкратце, Native Command Queuing – это расширенный протокол команд Serial ATA, позволяющий нескольким приложениям обращаться с запросами ввода-вывода в одно и то же время. Накопители с поддержкой NCQ используют буфер, позволяющий динамически перестраивать до 32 команд в очереди в соответствии с текущей загрузкой. Применение NCQ позволяет повысить общую производительность системы, когда приложения активно используют технологию асинхронных запросов ввода-вывода. Помнится, еще несколько лет назад полноценная реализация поддержки NCQ была серьезной проблемой производителей жестких дисков. Похоже, аналогичные вопросы теперь стоят перед производителями SSD, хотя, судя по всему, в Intel этот вопрос уже решен. Помимо распараллеленного 10-канального интерфейса флэш-памяти NAND и использования технологии NCQ, в твердотельных накопителях Intel также реализована технология Advanced Dynamic Wear Leveling для повышения надежности и продления срока службы накопителей, а также экстремально низкий уровень предусиления сигнала при записи (Write Amplification Factor), благодаря чему достигается высокая производительность памяти SLC и MLC NAND. Теперь самое время познакомиться поближе с одним из образцов SSD-накопителей Intel. Образцы были розданы каждому журналисту, посетившему презентацию SSD в рамках Форума Intel для разработчиков. Один SSD достался нашей редакции. Накопители выдали, честно предупредив, что это лишь неработающие инженерные образцы. Поверили не все, но проверив, убедились, что так оно и есть, ибо управляющий контроллер (из-за которого, по большому счету, весь сыр-бор) в плату не запаян. Тем не менее для первого знакомства достаточно и этого. Вот так выглядит SSD-накопитель Intel после "препарирования" в лаборатории 3DNews, точнее, после снятия рекламной наклейки: Теперь попробуем разобрать устройство и познакомиться с его схемотехникой. Аккуратно снимаем крышку и… Действительно, плата – хоть включай в компьютер, разве что не хватает управляющего контроллера, который также будет содержать модуль памяти для "заливки" прошивок. Как видите, в плату впаяно десять одинаковых чипов производства Intel – это чипы 50-нм флэш-памяти NAND-типа, с тактовой рабочей частотой 166 МГц. Единственный чип производства Samsung – это не что иное как миниатюрный чип DRAM, своеобразная "оперативная память" SSD-накопителя. В целом плата оставляет очень сильные впечатления – пока что в голове слабо укладывается, что 80 миллиардов байт информации можно запросто разместить в корпусе размером с кредитную карточку и толщиной чуть больше пластинки жевательной резинки. Скажи кому такое несколько лет назад – точно покрутили бы пальцем у виска…

---

Что хотелось бы сказать в заключение этого материала. В конце одной из презентаций форума IDF, посвященных накопителям SSD, был размещен слайд приблизительно следующего содержания: "Когда SSD станет экономически привлекательным? Уже!" Из всего выше сказанного лишь экономический фактор вызывает у меня пока закономерный скептицизм. Судите сами: оптовая (от тысячи штук) цена 80-гигабайтной модели SATA-версии накопителей X18-M и X25-M заявлена на уровне $595. Это больше, чем стоимость многих комплектов из мобильного процессора, чипсета и беспроводного адаптера для платформы Intel Centrino 2. Да что там говорить, это больше чем розничная цена готового нетбука с уже установленным стандартным 2,5-дюймовым жестким диском емкостью 80 Гб. Очевидно, что твердотельные накопители X18-M и X25-M в первую очередь будут применяться в мобильных устройствах верхнего ценового уровня, таких как бизнес-ноутбуки, представительские и защищенные портативные ПК, где ценовой фактор уходит на второй план, а на первый выходит производительность, надежность, экономичность. То же самое справедливо в отношении серии Intel X25-E Extreme SATA SSD, которая ориентирована на использование в серверах уровня предприятия, рабочих станциях и системах хранения данных.Для этих приложений особенно важен параметр наработки на отказ (MTBF), который у семейства Intel X25-E Extreme заявлен на уровне более 2 млн. часов. И все же необходимо помнить, что любая компьютерная технология по мере запуска массового производства значительным образом теряет в цене. Трудно сказать с большой вероятностью, когда именно SATA SSD накопители Intel смогут сравняться по цене с традиционными жесткими дисками аналогичного форм-фактора, но можно быть уверенным, что произойдет это относительно скоро. Так, к примеру, выпуск первых образцов SSD-накопителей Intel емкостью 160 Гбайт запланирован на четвертый квартал текущего, а производство на первый квартал 2009 года. Есть все основания полагать, что по мере поступления в розницу образцы SSD-накопителей большей емкости будут замещать на ценовой шкале предыдущие модели, а те, в свою очередь, будут последовательно дешеветь.