Гибридные жесткие диски становятся реальностью
Сегодня стало уже совершенно очевидно, что традиционные жесткие диски обречены на вымирание. На прошедшей выставке Computex Taipei 2007 большинство производителей флэш-памяти представили твердотельные диски нового поколения на основе флэш-памяти (Solid State Disk, SSD), которые имеют ряд значительных преимуществ в сравнении с традиционными HDD-дисками, поэтому неминуемо вытеснят последние с рынка. Конечно, вытеснение HDD-дисков новыми SSD-дисками произойдет не сразу, но этот процесс неизбежен. И точно так же, как в свое время цифровые фотокамеры вытеснили в нишевые сегменты пленочные аналоги, а ЖК-мониторы — ЭЛТ-монитор, место HDD-дисков будет неизбежно занято SSD-дисками.
Уже сейчас SSD-диски выпускаются многими производителями флэш-памяти, а их максимальный объем достиг 128 Гбайт. Количество циклов записи для SSD-дисков стало сопоставимо с аналогичными характеристиками для HDD-дисков, и их массовому распространению мешает лишь одно обстоятельство. Они пока еще очень дороги и по такому параметру, как стоимость за один гигабайт емкости, серьезно проигрывают традиционным HDD-дискам.
В то же время в продаже уже появился особый тип дисков — гибридные диски (Hybrid Hard Drive, HHD), которые представляют собой сочетание флэш-памяти и традиционного диска «в одном флаконе» и могут считаться своеобразным переходным вариантом от HDD- к SSD-дискам.
Гибридные жесткие диски имеют ряд бесспорных преимуществ по сравнению с традиционными жесткими дисками. Это и более высокая скорость работы, и меньшее энергопотребление, и пониженный уровень шума, и более высокая надежность.
Но главное из перечисленных преимуществ гибридных дисков заключается в их низком энергопотреблении.
Вращающийся диск — один из наиболее энергозатратных компонентов компьютера. Встроенная в жесткий диск энергонезависимая флэш-память используется в качестве емкого энергонезависимого буфера (NV Cash) для операций записи и чтения данных (см. рисунок). При записи данные направляются непосредственно в буфер. Когда буфер близок к переполнению, диск «просыпается» и забирает данные. Благодаря этому гибридный диск позволяет как минимум вдвое снизить уровень энергопотребления (что особенно актуально для портативных ПК).
Минимальный объем флэш-памяти, которая встраивается в гибридные диски, составляет 128 Мбайт, однако для того, чтобы получить ощутимый эффект от использования флэш-памяти в гибридных дисках, рекомендуется устанавливать порядка 4 Гбайт.
Отметим, что поскольку при использовании встроенной флэш-памяти сокращается количество обращений к жесткому диску, то снижается и уровень шума, создаваемого вращающимся диском. Кроме того, поскольку гибридные жесткие диски имеют меньшее энергопотребление, то соответственно уменьшается тепловыделение, а следовательно, можно не использовать вентилятор для охлаждения жесткого диска.
Структурная схема гибридного диска
Важно также то, что гибридный жесткий диск, в котором «блины» находятся в неактивном состоянии (не вращаются) большую часть времени, имеет более продолжительное время жизни и меньшую вероятность отказа.
Точно так же, как существует несколько типов флэш-памяти, имеется и несколько способов организации гибридных дисков. Самый простой способ — использовать в качестве буфера встроенный флэш-диск, то есть микросхему, содержащую флэш-память и ее контроллер, обеспечивающий работу с памятью типа NOR, как с обычным ATA-диском. Данный способ не требует каких-либо изменений в архитектуре жесткого диска, однако является достаточно дорогим решением.
Второй вариант реализации заключается в том, чтобы использовать в качестве буфера флэш-память типа NAND. Это решение дешевле встроенного флэш-диска, однако нужно учесть необходимость разработать ПО для управления такой памятью. Кроме того, существуют различные типы NAND-памяти, требующие использования разных контроллеров.
Третий вариант реализации гибридных дисков заключается в том, чтобы применять NAND-память вкупе с соответствующим контроллером. При этом решается проблема несовместимости микросхем памяти разных изготовителей, но в данном случае потребуется использовать не одну, а две микросхемы.
Отметим, что гибридные диски во многом напоминают технологию Intel Turbo Memory (ранее она назвалась Robson) компании Intel, которая реализована в ноутбуках на платформе Santa Rosa. В данном случае флэш-память типа NAND, выполняющая функцию буфера, располагается не на жестком диске, а на системной плате. Правда, несмотря на схожесть технологии Robson и технологии гибридных дисков, взаимодействие между флэш-памятью, процессором и диском осуществляется в технологии Intel Turbo Memory несколько иначе, чем в гибридных дисках.
Понятно, что для обеспечения возможности работы с гибридными жесткими дисками нужна соответствующая поддержка со стороны операционной системы. На данный момент средства работы с гибридными жесткими дисками, так же как и с технологией Robson, имеются только в новой операционной системе Microsoft Vista (технология Ready Drive). Технология ReadyDrive будет запоминать типовую последовательность обращения к данным на жестком диске, а затем оптимизировать этот процесс путем размещения часто используемых данных в кэш-памяти. Запуск приложений при этом можно ускорить в два-три раза. Технология ReadyDrive также распределяет приоритеты для приложений, чтобы ускорить работу основных приложений при наличии фоновых задач.
Гибридные диски будут продаваться под маркой ReadyDrive, которая является товарным знаком Microsoft. Гибридные жесткие диски можно устанавливать и в компьютеры с другими операционными системами, однако преимущества в этом случае проявляться не будут.
Прототипы первых моделей гибридных HHD-дисков были представлены еще год назад. К примеру, в 2006 году на конференции для разработчиков Windows Hardware Engineering Conference (WinHEC), проходившей Сиэтле (шт. Вашингтон), компании Samsung и Seagate продемонстрировали прототипы гибридных HHD-дисков со встроенными чипами флэш-памяти. И Samsung и Seagate позиционировали эти гибридные диски для применения в ноутбуках.
В ходе демонстрации новых дисков обращение к пластинам диска при работе офисных приложений происходило один раз в три-четыре минуты, что позволяло снизить энергопотребление диска на 70-90%.
Уже в апреле текущего года компания Samsung объявила о начале поставок первых в мире серийно выпускаемых моделей гибридных жестких дисков — накопителей серии MH80.
Линейка накопителей серии MH80, выполненных в корпусах формфактора 2,5 дюйма, включает модели емкостью 80, 120 и 160 Гбайт. В зависимости от модели объем встроенного модуля флэш-памяти составляет от 128 до 256 Мбайт. Контроллеры накопителей серии MH80 поддерживают технологию ReadyDrive, реализованную в новой ОС Windows Vista. Согласно информации разработчиков, уровень энергопотребления гибридных накопителей будет на 70-90% ниже по сравнению с аналогичным показателем обычных жестких дисков, а использование технологии Samsung ReadyBoot позволит сократить время загрузки ОС примерно вдвое.
Отметим, что в дисках Samsung MH80 используется флэш-память типа OneNAND, которая работает гораздо быстрее, чем обычная память NAND.
OneNAND-память представляет собой SLC (Single Level Cell) NAND-память c логикой, позволяющей эмулировать интерфейс NOR флэш-памяти. В одной микросхеме ячейки флэш-памяти объединены высокоскоростной SRAM-буфер и логический интерфейс, причем это единственный тип NAND-памяти, разработанный для сопряжения с флэш-памятью типа NOR. Вдобавок такая конструкция минимизирует потери хранящихся данных при отключении питания.
От памяти NOR новый тип памяти унаследовал высокую скорость чтения и записи данных. Кроме того, OneNAND позволяет хранить и быстро копировать в оперативную память исполняемый код, что характерно для микросхем NAND.
Память OneNAND читает данные значительно быстрее, чем традиционная NAND-память, и записывает быстрее, чем обычная NOR-память.
В частности, скорость чтения OneNAND памяти составляет 108 Мбайт/с, а скорость записи — 10 Мбайт/с.
 |
|
