SSD против HDD: немного неочевидных фактов

Разговоры о том, что продукты на базе NAND флеш-памяти вытеснят традиционные HDD с рынка, ведутся уже не первый год. Для многих это очевидно, ведь SSD уже получили высокую популярность в сегменте ПК и рабочих станций среднего и высокого уровня, прочно обосновались в ноутбуках и начали свою экспансию на серверный рынок, продажи все растут, розничная стоимость все снижается. Однако так ли радужны их перспективы?

В данный момент твердотельные накопители всевозможных формфакторов, по большому счету, не отбирают рынок у HDD, их появление создало отдельную нишу высокопроизводительных систем хранения данных, и сейчас эта ниша заполняется. Однако ниша высокоёмких СХД куда более обширна, и до тех пор, пока NAND (или ее потомки) не потеряет в себестоимости примерно на порядок, в этот сегмент она проникнуть не сможет. А оснований считать, что это случится, немного.

Принцип хранения данных в HDD и SSD

Основная «врожденная» проблема флэш-памяти – ее износ по мере использования. Для хранения данных в ячейке используется заряд электронов, захватываемых транзистором с плавающим затвором. Каждый раз для записи нового бита в ячейку ее нужно сначала стереть, подав напряжение на транзистор, что приводит к постепенному снижению его надежности. Выражается это в том, что в какой-то момент затвор потеряет способность держать заряд, а ячейка, соответственно, станет непригодной для хранения информации. И самая большая проблема, что с эволюционным развитием техпроцессов производства NAND ресурс чипов сокращается, чего большинство разработчиков SSD стараются не афишировать.

С уменьшением физических размеров транзистора он становится более подвержен пробою и утечке хранимого в нем заряда, а подача повышенного напряжения, необходимого для стирания ячейки, «изнашивает» его сильнее. Простой пример: для фактических SSD-первопроходцев на пользовательском рынке – Intel X25-M на базе 34-нм NAND – заявлялся ресурс 10 тыс. циклов перезаписи. Для современных SSD на основе чипов, произведенных по 25-нм техпроцессу, этот показатель составляет 3-5 тыс. циклов. В 2013 г. большинство производителей начали переход на техпроцесс 16 нм, что еще сильнее снизит надежность. Возвращаясь к сравнению с HDD, отметим, что их развитие никак с изменениями надежности не связано.

Второй фактор – цена. В настоящее время единственный способ снизить себестоимость чипов NAND-памяти (как и любых других полупроводниковых устройств) – это рост числа работоспособных кристаллов, выходящих из одной кремниевой пластины.

Разница в себестоимости 1 Гб между HDD и SSD колоссальна

Достигается он двумя способами – уменьшением техпроцесса (больше чипов на каждую пластину) и переходом на пластины большего диаметра. Однако даже переход на пластины диаметром 450 мм и 16 нм техпроцесс себестоимость радикально не снизит, а значит, SSD не смогут побороться с HDD по показателю стоимости гигабайта. В настоящий момент, по данным WD, показатель CAGR (Compound Annual Growth Rate, инвестиционно-аналитический термин, показывающий среднегодовую степень роста и эффективность возврата инвестиции) для HDD составляет 41%, в то время как для 19 нм NAND – около 21%. Значит, и быстрого снижения цены флеш-памяти тоже ждать не приходится.

Производители NAND отмечают, что уже в ближайшее время им придется значительно усовершенствовать технологии производства, чтобы продолжать развитие. Первым шагом (который уже сделали, например, Samsung и Toshiba) будет переход от планарных к трехмерным микросхемам: в кристалле NAND фактически будет «бутерброд» из расположенных слоями друг над другом ячеек памяти. За счет этого им удастся увеличить емкость чипов. Однако как это скажется на надежности, каков процент выхода годных кристаллов, каков объем инвестиций для перехода на 3D-NAND – не афишируется.

Эволюция HDD также непроста – на данный момент производители практически достигли предела плотности записи на пластины с использованием традиционных магнитных головок. Ближайшим шагом вперед станет «черепичная» запись (Shingle Magnetic Recording), которая, по большому счету, будет просто оптимизацией используемой площади пластин, а начало коммерческого использования HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) ожидается лишь через два года.

В итоге, на данный момент нет никаких предпосылок тому, чтобы продукты на базе флеш-памяти сменили HDD в качестве лидирующей технологии на рынке СХД. Снизить на порядок себестоимость производства полупроводниковой продукции за краткие сроки невозможно, т.е. SSD не сравняются по стоимости 1 Гб с HDD. Показатель числа гарантируемых циклов перезаписи без перехода на другие материалы для затворов транзисторов также будет только падать. Так что не стоит пока хоронить HDD – перспективы их развития как раз более оптимистичны, хоть и развиваются они не так стремительно.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365