Гибридный накопитель

Гибридный накопитель (SSHD) от Seagate на 1000 Гб

Гибридный накопитель (также известен под аббревиатурой SSHD, англ. solid-state hybrid drive^[1]) — это логическое или физическое устройство хранения данных, которое сочетает в себе технологии хранения данных на жёстком диске (НЖМД, HDD) и в NAND-памяти (SSD-накопитель)^[2]. В результате увеличивается производительность накопителя при большом доступном объёме хранения информации. Твердотельная память гибридного диска используется как кэш данных, хранящихся на жёстком диске, к которым идёт наиболее частое обращение. Тем самым повышается общая производительность системы.

Существуют две основные технологии, используемые для реализации гибридных накопителей:

• системы с двумя накопителями,
• гибридные накопители.

В системе с двумя накопителями используется два физических устройства, SSD и HDD, установленных в одном компьютере; оптимизация размещения данных производится либо вручную пользователем, либо автоматически с помощью операционной системы через создание «гибридных» логических устройств.
В гибридных накопителях SSD и HDD объединены одним микроконтроллером, и, как правило, одним корпусом. Функциональные возможности кэширования реализованы путём добавления небольшого количества флэш-памяти к жёсткому диску и копирования туда наиболее часто используемых секторов; решения о размещении принимаются либо целиком устройством (режим self-optimized), либо путём размещения «подсказок» операционной системой (режим host-hinted).

История

В 2007 году Seagate и Samsung представили первые гибридные диски: Seagate Momentus PSD и Samsung SpinPoint MH80^[3]. Обе модели были 2,5-дюймовыми c флэш-памятью на 128 или 256 МБ. Передача данных между магнитными дисками и флеш-памятью осуществлялась посредством технологии ReadyDrive^[англ.] операционной системы Windows Vista. Однако продукты не получили широкого распространения^[4], в том числе из-за отсутствия существенного прироста скорости^[5] и недостатков технологии ReadyDrive^[2].

В мае 2010 года компания Seagate представила новый гибридный накопитель Momentus XT^[6], использовав термин «твёрдотельный гибридный диск» (SSHD). Он уже не имел программной зависимости от операционной системы и состоял из жёсткого диска на 500 ГБ с интегрированной SLC флеш-памятью объёмом 4 ГБ^[2] (позже был выпущен Momentus XT второго поколения на 750 и 8 ГБ соответственно). Вместе с тем, компания представила технологию F.A.S.T. (англ. Flash-Assisted Storage Technology), отвечающую за хранения данных на флеш-памяти, которая в свою очередь имела три составляющих: FAST Management, Adaptive Memory и FAST Boot. FAST Management обеспечивала совместимость гибридного накопителя с любыми операционными системами, без необходимости использования дополнительных драйверов, а также выполняла функцию аналогичную Trim для обычных SSD. Адаптивная память (Adaptive Memory) отвечала за распределения информации между жёстким диском и флеш-памятью, а FAST Boot ускоряла загрузку операционной системы^[5].

В апреле 2013 года компания Western Digital представила 2,5-дюймовые накопители WD Black SSHD, в том числе SSHD толщиной в 5 мм с 500 ГБ обычной памяти и флэш-памяти размером в 8 ГБ, 16 ГБ или 24 ГБ.

Типы

Cравнение гибридного накопителя и двух накопителей FCM (Flash Cache Module) конструкции

Существует две основных «гибридных» технологии хранения данных, которые сочетают в себе NAND флэш-память (SSD) с HDD технологией: Dual-привода гибридных систем и гибридных твердотельных накопителей.

Гибридная система с двумя накопителями

Гибридные системы с двумя накопителями сочетают в себе использование отдельных SSD и HDD устройств, установленных в одном компьютере. В целом, оптимизация производительности управляется либо с помощью пользователя компьютера (ручное размещение наиболее часто используемых данных на SSD), либо с помощью программного обеспечения операционной системы компьютера (путём объединения SSD и HDD в гибридные тома (разделы), незаметные для конечных пользователей). Примерами реализации гибридных разделов в операционных системах являются bcache^[англ.] и dm-cache в Linux^[7], и Fusion Drive от Apple.

В ноутбуках, как правило, такая система использует флэш-кэш модули (FCM). FCM использует отдельный SSD-накопитель (обычно mSATA SSD-модуль) и HDD, в то время как управлением оптимизацией занимается либо ПО компьютера, драйверы устройства или комбинации обоих. Технология SRT (Smart Response, "умный отклик") от Intel^[8] — наиболее распространённая реализации FCM для гибридных систем на сегодня.

Существуют также системы для ноутбуков, которые также используют отдельные SSD и HDD в одном 2.5-дюймовом корпусе, но заодно предоставляют (в отличие от SSHD) в то же время (в отличие от гибридных твердотельных накопителей) раздельный доступ к обоим накопителям. Таким образом, можно использовать накопители на своё усмотрение^[9].

Также всё чаще гибридный жёсткий диск SSHD используется в серверах, что позволяет существенно снизить их стоимость, в отличие от чистых SSD.

Гибридный твердотельный диск

Понятие Гибридный твердотельный накопитель (SSHD) относится к продукции, которая включает значительное количество NAND флэш-памяти в жёсткий диск^[10].

Основополагающим отличием является интегрированная система кэширования наиболее часто используемых секторов. Микроконтроллер устройства сам копирует в быструю кэш-память наиболее часто используемые области данных.

Режимы работы

Принятие решения о том, какие элементы данных являются приоритетными для флэш-памяти, лежит в основе технологии гибридных твердотельных накопителей.

SSHD могут работать в двух основных режимах:

Автоматический (self-optimized) режим

В этом режиме SSHD работает независимо от операционной системы и принимает все решения, относящиеся к распределению данных, самостоятельно.

Хост-Оптимизированный (host-hinted режим) режим

В этом режиме работы, SSHD включает расширенный набор команд SATA «Hybrid Information», включённый в версию 3.2 Serial ATA International Organization (SATA-IO). Используя эти SATA команды, решения о том, какие элементы данных размещаются в NAND флэш-памяти, принимаются операционной системой и драйвером устройства с учётом структуры файловой системы^[11].

Поддержка в операционных системах

Некоторые специфичные особенности SSHD-накопителей, такие как host-hinted режим, требуют программной поддержки в операционной системе. Microsoft добавила поддержку host-hinted операции в ОС Windows 8.1^[12], в то время как патчи для ядра Linux доступны с октября 2014, ожидается их включения в основную ветвь ядра Linux^[13][14].

Тесты производительности

В конце 2011 года и начале 2012 года тесты на скорость показали, что гибридные твердотельные накопители объёмом в 750 ГБ HDD и 8 ГБ кэш-памяти медленнее SSD при произвольном чтении/записи и последовательном чтении/записи, но быстрее, чем жёсткие диски, при запуске приложений и выключении^[15][16].

По производительности, гибридные накопители находятся в позиции между жёсткими и твёрдотельными дисками^[2][17]. Тестирование скорости гибридного накопителя в сравнении с HDD и SSD^[5]:

	HDD: Seagate Momentus (ST9750420AS)	SSHD: Seagate Momentus XT (ST750LX003)	SSD: Plextor PX-256M2S
PCMark 7 (жёсткий диск)	1733 балла	3575 баллов	5059 баллов
Максимальная/минимальная/средняя скорость последовательного чтения	119,7/60,7/96,7 Мб/с	112,7/55,5/89,8 Мб/с	349,4/325,6/337,2 Мб/с
Максимальная/минимальная/средняя скорость последовательной записи	118,6/60,2/94,2 Мб/с	114,8/47,9/86,9 Мб/с	276,6/122,3/266,8 Мб/с
Пропускная способность интерфейса: чтение/запись	142,8/142,8 Мб/с	181,3/332,2 Мб/с	348,0/342,0 Мб/с
Время доступа: чтение/запись	15,4/15,4 мс	0,2/1,1 мс	0,3/0,3 мс
Запись файла на диск (2 Гб)	11 с	12 с	4 с
Чтение файла с диска (2 Гб)	26 с	14 с	5 с
Копирование файла из папки в папку (2 Гб)	22 с	24 с	7 с

См. также

• bcache^[англ.], dm-cache^[англ.] и Flashcache для Linux
• Гибридный массив^[англ.]
• ExpressCache^[англ.]
• ReadyBoost
• Smart Response Technology от Intel

Примечания

1. Dong Ngo. WD Black SSHD (1TB) Preview - CNET  (неопр.). CNET. CBS Interactive (9 января 2013). Дата обращения: 22 мая 2015. Архивировано 5 марта 2016 года.
2. Поколение гибридных дисков (рус.) // Chip : журнал. — 2011. — 20 января (№ 2 (143)). — С. 74—75. — ISSN 1609-4212. Архивировано 16 июля 2021 года.
3. Perenson, Melissa Tested: New Hybrid Hard Drives from Samsung and Seagate (англ.). PCWorld (8 октября 2007). Дата обращения: 31 мая 2021. Архивировано 8 июня 2021 года.
4. Гибридные твердотельные накопители: естественная эволюция систем хранения данных  (неопр.). Seagate Technology LLC. Дата обращения: 2 сентября 2017. Архивировано 2 сентября 2017 года.
5. Михаил Дьяков. Не вполне твёрдотельный (рус.) // Computer Bild : журнал. — 2012. — 9 апреля (№ 7 (159)). — С. 42—43. — ISSN 2308-815X.
6. Seagate Momentus XT (англ.). Seagate Technology (сентябрь 2010). Дата обращения: 31 мая 2021. Архивировано 2 июня 2021 года.
7. Petros Koutoupis. Advanced Hard Drive Caching Techniques  (неопр.). linuxjournal.com (25 ноября 2013). Дата обращения: 2 декабря 2013. Архивировано 2 декабря 2013 года.
8. Технология Intel® Smart Response  (рус.). Intel. Дата обращения: 31 мая 2021. Архивировано 2 июня 2021 года.
9. Peter Paul. WD Black2 Dual Drive 120GBSSD + 1TB HDD Gets Discounted, $60 Off Its Price  (неопр.). The Best Laptops. Дата обращения: 22 мая 2015. Архивировано 15 мая 2015 года.
10. How to Choose Between SSD, SSHD and HDD Storage for Your Laptop  (неопр.). seagate.com. Дата обращения: 22 мая 2015. Архивировано 10 января 2016 года.
11. SATA-IO FAQ: What else is new in SATA specification v3.2?  (неопр.) SATA-IO. Дата обращения: 3 октября 2013. Архивировано 4 октября 2013 года.
12. Andy Herron. Advancements in Storage and File Systems in Windows 8.1  (неопр.) (PDF). SNIA. Дата обращения: 11 января 2014. Архивировано 10 января 2014 года.
13. Michael Larabel. Linux Kernel Finally Being Optimized For SSHDs  (неопр.). Phoronix (29 октября 2014). Дата обращения: 26 февраля 2015. Архивировано 7 января 2015 года.
14. Jason B. Akers. Enable use of Solid State Hybrid Drives  (неопр.). LWN.net (29 октября 2014). Дата обращения: 26 февраля 2015. Архивировано 26 февраля 2015 года.
15. Patrick Schmid and Achim Roos. Momentus XT 750 GB Review: A Second-Gen Hybrid Hard Drive  (неопр.) (8 февраля 2012). Дата обращения: 7 ноября 2013.
16. Anand Lal Shimpi. Seagate 2nd Generation Momentus XT (750 GB) Hybrid HDD Review (with 8 GB NAND cache)  (неопр.) (13 декабря 2011). Дата обращения: 7 ноября 2013. Архивировано 1 ноября 2013 года.
17. Евгений Никифоров. И вновь про гибриды (рус.) // UPgrade : журнал. — 2012. — 29 февраля (№ 42—43 (597—598)). — С. 20. — ISSN 1680-4694.

Ссылки

• Гибридные диски SSHD — что за птица? // 28 августа 2014