В вычислительной технике гибридный диск ( твердотельный гибридный диск — SSHD ) — это логическое или физическое устройство хранения данных, которое сочетает в себе более быстрый носитель данных, такой как твердотельный накопитель (SSD), с жестким диском (HDD) большей емкости . Цель состоит в том, чтобы добавить немного скорости твердотельных накопителей к экономичной емкости традиционных жестких дисков. Назначение твердотельного накопителя в гибридном накопителе — выступать в качестве кэша для данных, хранящихся на жестком диске, улучшая общую производительность за счет хранения копий наиболее часто используемых данных на более быстром SSD-накопителе.
Существует две основные конфигурации для реализации гибридных дисков: гибридные системы с двумя дисками и твердотельные гибридные диски. В гибридных системах с двумя дисками физически отдельные устройства SSD и HDD устанавливаются на один и тот же компьютер, при этом оптимизация размещения данных выполняется либо вручную конечным пользователем , либо автоматически операционной системой посредством создания «гибридного» логического устройства. В твердотельных гибридных накопителях функции SSD и HDD встроены в единое аппаратное обеспечение, где оптимизация размещения данных выполняется либо полностью устройством (режим самооптимизации), либо с помощью «подсказок» размещения, предоставляемых операционной системой ( режим подсказки хоста).
Типы
Высокоуровневое сравнение SSHD и конструкций с двумя приводами или FCM.
Существует две основные «гибридные» технологии хранения данных, сочетающие флэш-память NAND или твердотельные накопители с технологией жестких дисков: гибридные системы с двумя дисками и твердотельные гибридные диски.
Гибридные системы с двойным приводом
Гибридные системы с двумя дисками сочетают использование отдельных устройств SSD и HDD, установленных на одном компьютере. Оптимизация производительности осуществляется одним из трех способов:
Пользователь компьютера вручную помещает наиболее часто используемые данные на более быстрый диск.
С помощью наборов микросхем, внешних по отношению к отдельным накопителям. Примером может служить использование модулей флэш-кэша (FCM). FCM сочетают в себе использование отдельных SSD (обычно SSD-модуля mSATA ) и компонентов жесткого диска, одновременно управляя оптимизацией производительности с помощью хост-программы, драйверов устройств или их комбинации. Одним из примеров является технология Intel Smart Response (SRT), которая реализуется посредством комбинации определенных наборов микросхем Intel и драйверов хранения данных Intel и является сегодня наиболее распространенной реализацией гибридных систем FCM. Что отличает эту систему с двумя дисками от системы SSHD, так это то, что каждый диск сохраняет возможность независимого обращения к операционной системе при желании.
Твердотельный гибридный привод
Твердотельный гибридный диск (также известный под инициализмом SSHD [a] ) относится к продуктам, которые включают в себя значительный объем флэш-памяти NAND в жестком диске (HDD), в результате чего получается единое интегрированное устройство. [8] Термин SSHD — более точный термин, чем более общий гибридный диск , который ранее использовался для описания устройств SSHD и неинтегрированных комбинаций твердотельных накопителей (SSD) и жестких дисков. Фундаментальный принцип проектирования SSHD заключается в выявлении элементов данных, которые наиболее непосредственно связаны с производительностью (часто используемые данные, данные загрузки и т. д.), и сохранении этих элементов данных во флэш-памяти NAND. Было показано [9] , что это эффективно обеспечивает значительно улучшенную производительность по сравнению со стандартным жестким диском.
Примером того, как часто путают систему с двумя дисками, которую считают SSHD, является использование ноутбуков, которые объединяют отдельные компоненты SSD и HDD в один и тот же блок размером с 2,5-дюймовый жесткий диск, в то же время (в отличие от SSHD) сохраняя эти два компонента. видимы и доступны операционной системе как два отдельных раздела. Типичным примером является накопитель WD Black2; диск можно использовать либо как отдельные SSD и HDD, разделив его соответствующим образом, либо можно использовать программное обеспечение для автоматического управления частью SSD и представления диска пользователю как одного большого тома. [10]
Операция
В двух формах гибридных технологий хранения данных (гибридные системы с двумя дисками и твердотельные накопители) цель состоит в том, чтобы объединить жесткий диск и более быструю технологию (часто флэш-память NAND), чтобы обеспечить баланс улучшенной производительности и доступности хранилища высокой емкости. Как правило, это достигается путем размещения «горячих данных» или данных, которые наиболее непосредственно связаны с повышением производительности, в «более быстрой» части архитектуры хранения.
Принятие решений о том, какие элементы данных являются приоритетными для флэш-памяти NAND, лежит в основе технологии SSHD. Продукты, предлагаемые различными поставщиками, могут обеспечить это с помощью встроенного ПО устройства , драйверов устройств или программных модулей и драйверов устройств.
Режимы работы
Режим самооптимизации
В этом режиме работы SSHD работает независимо от операционной системы хоста или дисков хост-устройства, принимая все решения, связанные с идентификацией данных, которые будут храниться во флэш-памяти NAND. В этом режиме устройство хранения данных выглядит и работает в хост-системе точно так же, как традиционный жесткий диск.
Режим, оптимизированный для хоста (или режим с подсказкой хоста)
В этом режиме работы SSHD обеспечивает расширенный набор команд SATA, определенный в так называемой функции гибридной информации, представленной в версии 3.2 стандартов Международной организации Serial ATA (SATA-IO) для интерфейса SATA. При использовании этих команд SATA решения о том, какие элементы данных помещаются во флэш-память NAND, принимаются операционной системой хоста , драйверами устройств, файловыми системами или комбинацией этих компонентов уровня хоста. [11]
Некоторые специфические функции дисков SSHD, такие как режим подсказки хоста, требуют программной поддержки внутри операционной системы. Microsoft добавила поддержку операции с подсказками хоста в Windows 8.1 [ 12] , тогда как исправления для ядра Linux доступны с октября 2014 года в ожидании их включения в основную ветку ядра Linux . [13] [14]
История
SSD-накопитель Seagate ST1000DX001 для настольных ПК емкостью 1 ТБ
Технология гибридного привода прошла долгий путь: современные реализации совершенствовались за последнее десятилетие, начиная с 2007 года:
В 2007 году компании Seagate и Samsung представили первые гибридные накопители — продукты Seagate Momentus PSD [15] и Samsung SpinPoint MH80 [16] . Обе модели представляли собой 2,5-дюймовые накопители с флэш-памятью NAND объемом 128 МБ или 256 МБ. В модели Momentus PSD от Seagate особое внимание уделялось энергоэффективности для повышения удобства работы с мобильными устройствами, а также использовалась технология ReadyDrive в Windows Vista . Продукция не получила широкого распространения. [17]
В мае 2010 года компания Seagate представила новый гибридный продукт под названием Momentus XT [18] и использовала термин твердотельный гибридный накопитель . В этом продукте основное внимание уделялось объединению преимуществ емкости жесткого диска и производительности, аналогичной SSD. Он поставлялся как жесткий диск емкостью 500 ГБ с 4 ГБ встроенной флэш-памяти NAND.
В ноябре 2011 года компания Seagate представила так называемый SSHD второго поколения, емкость которого была увеличена до 750 ГБ, а встроенная флэш-память NAND увеличена до 8 ГБ.
В марте 2012 года компания Seagate представила SSHD для ноутбуков третьего поколения в двух моделях — на 500 ГБ и на 1 ТБ, обе с 8 ГБ встроенной флэш-памяти NAND.
В сентябре 2012 года Toshiba анонсировала свой первый SSHD, обеспечивающий производительность и быстроту реагирования на уровне твердотельных накопителей за счет сочетания 8 ГБ собственной флэш-памяти Toshiba SLC NAND и инновационных алгоритмов самообучения с емкостью до 1 ТБ.
В сентябре 2012 года компания Western Digital (WD) анонсировала гибридную технологическую платформу, объединяющую экономичную флэш-память MLC NAND с магнитными дисками для создания высокопроизводительных интегрированных систем хранения данных большой емкости.
В ноябре 2012 года компания Apple Inc. выпустила гибридную систему с двумя приводами заводской конфигурации под названием Fusion Drive . [19]
В октябре 2015 года TarDisk представила гибридную систему с двумя дисками Plug-and-Play «TarDisk Pear» с возможностью выбора размера флэш-памяти до 256 ГБ. [20]
В августе 2021 года Western Digital представила OptiNAND™, новую архитектуру жестких дисков с улучшенной флэш-памятью. Для повышения производительности он использует новую систему кэширования чтения/записи iNAND. Эта функция предназначена для случаев потери питания во время фазы записи, чтобы предотвратить потерю данных. Система-на-чипе (SoC) накопителя OptiNAND менее чем за секунду будет использовать энергию вращения, генерируемую уже вращающейся дисковой пластиной внутри накопителя, для питания внутренних конденсаторов до тех пор, пока кэшированные данные iNAND не перейдут в энергонезависимое хранилище. НЕ-НЕ.
Тесты
Тесты, проведенные в конце 2011 и начале 2012 года с использованием SSHD, состоящего из жесткого диска емкостью 750 ГБ и 8 ГБ кэша NAND, показали, что SSHD не обеспечивают производительность SSD при произвольном чтении/записи и последовательном чтении/записи, но работают быстрее, чем жесткие диски, при запуске и завершении работы приложений. . [21] [22]
Тест 2011 года включал загрузку образа системы, которая интенсивно использовалась и на которой было запущено множество приложений, чтобы обойти преимущество в производительности только что установленной системы; В реальных тестах было обнаружено, что производительность намного ближе к SSD, чем к механическому жесткому диску. Различные тесты производительности показали, что SSHD находится между HDD и SSD, но обычно значительно медленнее, чем SSD. В случае производительности некэшированного произвольного доступа (несколько случайных операций чтения и записи по 4 КБ) SSHD был не быстрее, чем сопоставимый жесткий диск; есть преимущество только с данными, которые кэшируются. Автор пришел к выводу, что SSHD-накопитель со значительным отрывом является лучшим типом накопителей, не являющихся SSD, и что чем больше твердотельный кэш, тем выше производительность. [22]
^ Инициализм можно интерпретировать как «твердотельный жесткий диск» [6] , хотя чаще его интерпретируют как «твердотельный гибридный диск». [7]
Рекомендации
^ Грегг, Брендан (08 октября 2009 г.). «Гибридный пул хранения данных: максимальные скорости». Блог Брендана . Dtrace.org. Архивировано из оригинала 5 апреля 2016 г.
^ Петрос Кутупис (25 ноября 2013 г.). «Продвинутые методы кэширования жесткого диска». linuxjournal.com . Архивировано из оригинала 2 декабря 2013 г. Проверено 2 декабря 2013 г.
^ Фэн Чен, Дэвид А. Куфати и Сяодун Чжан (2011). «Hystor | Материалы международной конференции по суперкомпьютерам» . Международная конференция по суперкомпьютерам (ICS '11). стр. 22–23. дои : 10.1145/1995896.1995902.
^ «Гибрид-Драйв». TarDisk.com . Архивировано из оригинала 7 августа 2016 г. Проверено 31 мая 2016 г.
^ «Первый взгляд на TarDisk Pear: обновите флэш-накопитель MacBook за несколько минут» . Макмир . Архивировано из оригинала 1 июня 2016 г. Проверено 31 мая 2016 г.
^ Донг Нго (9 января 2013 г.). «Предварительный просмотр WD Black SSHD (1 ТБ)» . CNET . CBS Интерактив. Архивировано из оригинала 15 мая 2015 года . Проверено 22 мая 2015 г.
^ «Как выбрать между SSD, SSHD и HDD для вашего ноутбука» . seagate.com . Архивировано из оригинала 22 мая 2015 года . Проверено 22 мая 2015 г.
↑ Марис (22 января 2016 г.). «Гибридные накопители: интеграция жестких дисков с твердотельными накопителями». HDDMAG . Архивировано из оригинала 11 мая 2017 года . Проверено 15 мая 2017 г.
^ «Твердотельные накопители, жесткие диски или гибриды: какая технология хранения подойдет вам?». ПКМир . Архивировано из оригинала 1 июня 2016 г. Проверено 31 мая 2016 г.
^ + Питер Пол. «WD Black2 Dual Drive 120GBSSD + 1TB HDD со скидкой, скидка 60 долларов» . Лучшие ноутбуки . Архивировано из оригинала 15 мая 2015 года . Проверено 22 мая 2015 г.
^ «Часто задаваемые вопросы по SATA-IO: что еще нового в спецификации SATA v3.2?» (PDF) . САТА-ИО . п. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 4 октября 2013 г. Проверено 3 октября 2013 г.
^ Энди Херрон (2013). «Достижения в области хранения и файловых систем в Windows 8.1» (PDF) . СНИА . Архивировано (PDF) из оригинала 25 ноября 2015 г. Проверено 6 января 2017 г.
^ Майкл Ларабель (29 октября 2014 г.). «Ядро Linux наконец-то оптимизировано для SSHD». Фороникс . Архивировано из оригинала 7 января 2015 г. Проверено 26 февраля 2015 г.
^ Джейсон Б. Акерс (29 октября 2014 г.). «Включить использование твердотельных гибридных накопителей». LWN.net . Архивировано из оригинала 26 февраля 2015 г. Проверено 26 февраля 2015 г.
^ «Seagate MOMENTUS 5400 PSD» (PDF) . Сигейт . Август 2007 года . Проверено 17 ноября 2019 г.
^ Перенсон, Мелисса. «Протестировано: новые гибридные жесткие диски от Samsung и Seagate». ПКМир. Архивировано из оригинала 5 октября 2013 года . Проверено 26 июня 2013 г.
^ «Точка зрения Seagate: твердотельные гибридные накопители - естественная эволюция хранения данных» . Сигейт Технолоджи, ООО. Архивировано из оригинала 5 июня 2013 года . Проверено 26 июня 2013 г.
^ «Seagate Momentus XT» (PDF) . Сигейт . Сентябрь 2010 года . Проверено 17 ноября 2019 г.
^ «iMac будет доступен 30 ноября» . Apple.com (пресс-релиз). Архивировано из оригинала 3 июня 2016 г. Проверено 1 июня 2016 г.
↑ Лишевский, Эндрю (29 октября 2015 г.). «Эта несъемная SD-карта объединяется с твердотельным накопителем вашего MacBook, чтобы увеличить его емкость». Гизмодо . Архивировано из оригинала 26 мая 2016 г. Проверено 1 июня 2016 г.
^ Патрик Шмид и Ахим Роос (8 февраля 2012 г.). «Обзор Momentus XT 750 ГБ: гибридный жесткий диск второго поколения» . Проверено 7 ноября 2013 г.
^ аб Ананд Лал Шимпи (13 декабря 2011 г.). «Обзор гибридного жесткого диска Seagate Momentus XT 2-го поколения (750 ГБ) (с кэшем NAND 8 ГБ)» . Архивировано из оригинала 1 ноября 2013 г. Проверено 7 ноября 2013 г.
