NAND atmintis, sąsajos, formatai ir kontroleriai
1.1. NAND atminties tipai
SSD pamatą sudaro NAND „flash“ atmintis, kurios evoliucija lėmė spartesnius, talpesnius ir ekonomiškesnius diskus:- SLC (Single-Level Cell): vienas bitas ląstelėje – aukščiausias patikimumas (≥100 000 P/E ciklų), mažiausias talpų tankis; dažniausiai sutinkama kaip SLC talpykla (cache) arba pramoniniuose/enterprise produktuose.
- MLC (Multi-Level Cell): du bitai ląstelėje – klasikinis kompromisas tarp patikimumo (apie 10 000–30 000 ciklų) ir talpos; šiandien vartotojų segmente beveik išnykęs.
- TLC (Triple-Level Cell): trys bitai ląstelėje – plačiausiai naudojamas vartotojų ir „prosumer“ segmente; tipinis patikimumas ~1 000–3 000 ciklų, našumą ir ilgaamžiškumą gerina pažangus ECC, „wear leveling“ ir SLC talpyklos.
- QLC (Quad-Level Cell): keturi bitai ląstelėje – didžiausia talpa žemiausia kaina, trumpesnis tarnavimo laikas (~200–1 000 ciklų), reikalauja agresyvesnės klaidų korekcijos ir didesnio „overprovisioning“.
- 3D NAND: ląstelės išdėstomos vertikaliai keliais sluoksniais (šiandien tipiniai 112–232+ sluoksniai), taip didinant talpą, mažinant kaštus ir gerinant patikimumą.
1.2. Sąsajos ir protokolai
- SATA III (6 Gb/s): plačiausiai palaikomas paveldėtas standartas, realus max ~550 MB/s.
- PCIe Gen3 x4 (NVMe): teorinis iki ~4 GB/s; M.2 formate dominavo ~2015–2020 m.
- PCIe Gen4 x4 (NVMe 1.4/2.0): iki ~8 GB/s; geriausi modeliai realiai pasiekia ~7,0–7,4 GB/s.
- PCIe Gen5 x4 (NVMe 2.0): iki ~16 GB/s; naujausi modeliai deklaruoja iki ~14,9 GB/s sekvencinio skaitymo.
- NVMe protokolas: minimalus „latency“ ir masyvi lygiagretinimo architektūra (iki 64 tūkst. eilučių, kiekvienoje – iki 64 tūkst. užklausų), puikiai išnaudoja modernių CPU branduolių skaičių.
1.3. Formatai
- 2,5″ SATA: 7 mm arba 9,5 mm aukščio, paprastas montavimas į stalinius ir nešiojamuosius kompiuterius.
- M.2 2280: 22 × 80 mm, dominuojantis NVMe vartotojų segmente.
- U.2/U.3: enterprise klasės keičiamo formato sprendimai su PCIe Gen4/Gen5.
- EDSFF E1.S/E3.S: moduliniai, tankiems serveriams ir AI/duomenų centrų scenarijams.
1.4. SSD kontroleriai
Kontroleris – disko „smegenys“, valdančios NAND, ECC, „wear leveling“, TRIM ir protokolus. Pagrindiniai gamintojai ir šeimos: Samsung (vidinis „in-house“, dažnai minimas kaip „Pascal“), Phison (E18, DRAM-less E21T, naujos kartos E26/E28), Silicon Motion (SM2264, SM2508), Maxio (MAP1602), Innogrit (IG5236).Sekvencinis/atsitiktinis greitis, IOPS, TBW, DWPD, MTBF ir energija
2.1. Sekvencinis skaitymas/rašymas
Sekvencinio duomenų persiuntimo greičio (MB/s) rodiklis itin svarbus vaizdo montažui, didelių failų perkėlimui ir sistemų atvaizdų klonavimui. PCIe Gen4 flagmanai pasiekia ~7 450 MB/s skaitymo ir ~6 900 MB/s rašymo, o Gen5 – iki ~14 900 MB/s skaitymo. Realią spartą lemia pagrindinė plokštė, aušinimas ir darbo krūvis.2.2. Atsitiktinių 4K užklausų našumas
Atsitiktinių 4 KiB blokų IOPS (Input/Output per Second) ypač svarbus OS procesams, duomenų bazėms ir žaidimų „asset“ įkėlimui. Geriausi Gen4 SSD pasiekia ~600 000–1 000 000 4K IOPS, Gen5 – iki ~1 800 000 IOPS.2.3. Patikimumo kriterijai: TBW, DWPD, MTBF
- TBW (Total Bytes Written): bendra įrašymo riba per garantinį laikotarpį; vartotojams įprasta ~300–1 200 TBW (priklauso nuo talpos), aukštesnės klasės modeliams – iki 2 400–5 100 TBW.
- DWPD (Drive Writes Per Day): kiek kartų per dieną galima perrašyti visą diską per garantiją; enterprise segmente dažniausiai 0,3–3+ DWPD, priklausomai nuo paskirties.
- MTBF (Mean Time Between Failures): vidutinis laikas tarp gedimų – vartotojų klasėje apie 1,5–2,0 mln. val., enterprise siekia dar daugiau.
2.4. Energijos vartojimo ypatumai
Vartotojų NVMe rašymo metu paprastai vartoja ~5–9 W, budėjimo režime – <0,5 W. DRAM-less modeliai dažnai taupesni, tačiau gali rodyti mažesnį pastovų našumą intensyviose užduotyse. Serveriuose išnaudojamos pažangios energijos būsenos (pvz., L1.2) ir valdymas per NVMe-MI.Flagmanų apžvalga
3.1. Samsung 990 Pro
- Sąsaja: PCIe 4.0 x4 (NVMe)
- NAND tipas: V-NAND TLC
- Kontroleris: Samsung „in-house“ („Pascal“)
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~7 450 MB/s / ~6 900 MB/s
- Atsitiktinis 4K IOPS: iki ~1 400 000 skaitymo, ~1 550 000 rašymo (pagal talpą)
- Endurance (TBW): 600 TBW (1 TB), 1 200 TBW (2 TB), 2 400 TBW (4 TB)
- Garantija: 5 metai
3.2. WD Black SN850X
- Sąsaja: PCIe 4.0 x4 (NVMe)
- NAND tipas: TLC (BiCS šeima)
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~7 300 MB/s / ~6 600 MB/s
- Atsitiktinis 4K IOPS: iki ~1 200 000 skaitymo, ~1 500 000 rašymo
- Endurance: 600 TBW (1 TB), 1 200 TBW (2 TB), 2 400 TBW (4 TB), 4 800 TBW (8 TB)
- Garantija: 5 metai
3.3. Seagate FireCuda 530
- Sąsaja: PCIe 4.0 x4 (NVMe)
- NAND tipas: Micron 176-sluoksnių 3D TLC
- Kontroleris: Phison E18
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~7 300 MB/s / ~6 900 MB/s
- Atsitiktinis 4K IOPS: iki ~1 000 000
- Endurance: iki 5 100 TBW (4 TB)
- Garantija: 5 metai
3.4. Kingston KC3000
- Sąsaja: PCIe 4.0 x4 (NVMe)
- NAND tipas: 3D TLC
- Kontroleris: Phison E18
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~7 000 MB/s / iki ~7 000 MB/s (pagal talpą)
- Atsitiktinis 4K IOPS: iki ~1 000 000
- Endurance: iki 3 200 TBW (4 TB), mažesnėms talpoms – proporcingai
- Garantija: 5 metai
3.5. Crucial P5 Plus
- Sąsaja: PCIe 4.0 x4 (NVMe)
- NAND tipas: Micron 3D TLC
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~6 600 MB/s / ~5 000 MB/s
- Atsitiktinis 4K IOPS: iki ~700 000
- Endurance: 300 TBW (500 GB), 600 TBW (1 TB), 1 200 TBW (2 TB)
- Garantija: 5 metai
3.6. TeamGroup MP44L
- Sąsaja: PCIe 4.0 x4 (NVMe)
- NAND tipas: 3D TLC (DRAM-less)
- Kontroleris: Phison E21T (pagal konfigūraciją)
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~5 000 MB/s / ~4 500 MB/s (1 TB)
- Atsitiktinis 4K IOPS: iki ~525 000 / ~550 000 (pagal talpą)
- Endurance: iki 640 TBW (2 TB)
- Garantija: 5 metai (ribota)
3.7. Addlink A93
- Sąsaja: PCIe 4.0 x4 (NVMe)
- NAND tipas: 3D TLC
- Kontroleris: Maxio MAP1602 (naudojamas daugelyje partijų)
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~7 400 MB/s / ~6 500 MB/s
- Atsitiktinis 4K IOPS: iki ~1 000 000
- Endurance: tip. iki ~1 400 TBW (2 TB), priklausomai nuo talpos
- Garantija: 5 metai
3.8. UNIS S5 (PCIe Gen5)
- Sąsaja: PCIe 5.0 x4 (NVMe 2.0)
- NAND tipas: 3D TLC
- Sekvencinis skaitymas/rašymas: iki ~14 900 MB/s / ~12 900 MB/s
- Atsitiktinis 4K IOPS: ~1 800 000
- Endurance: ~600–1 200 TBW (1–2 TB; pagal modelio specifikaciją)
- Garantija: 5 metai
Kaip rinktis pagal paskirtį
- Žaidėjams: Samsung 990 Pro, WD SN850X, FireCuda 530 – prioritetas aukštam sekvenciniam greičiui ir 4K IOPS; PS5 suderinamumui rinkitės gamintojo nurodytą radiatorinę versiją.
- Profesionaliems kūrėjams: Kingston KC3000, FireCuda 530 (2–4 TB), taip pat Gen5 modeliai (pvz., UNIS S5) – svarbus pastovus našumas ilgose užduotyse ir didesnis TBW.
- Serveriams ir duomenų centrams: rinkitės enterprise serijas su aiškiai nurodytomis DWPD reikšmėmis, NVMe-MI ir RAID palaikymu.
- Biudžetiniai sprendimai: TeamGroup MP44L, WD Green SN350 – ekonomiški DRAM-less NVMe; archyvavimui galima svarstyti QLC, jei rašymo krūviai maži.
- Mobilūs įrenginiai: DRAM-less NVMe (pvz., WD Green SN350) pasižymi mažesnėmis sąnaudomis; SATA alternatyvai geras pasirinkimas – Crucial MX500 (2,5″).
4.1. Diegimas ir priežiūra
- Patikrinkite pagrindinės plokštės PCIe lizdo pralaidumą ir M.2 formato suderinamumą (ilgis, „key“ tipas, Gen4/Gen5 palaikymas).
- Naudokite radiatorius arba rinkitės „heatsink“ versijas dėl terminio valdymo – ypač Gen4/Gen5 diskams.
- Atnaujinkite „firmware“ gamintojo įrankiais ir sekykite SMART parametrus.
- Įgalinkite TRIM, atlikite periodinį „garbage collection“ (laisvos vietos palaikymas), venkite pilno užpildymo.
- Reguliariai kurkite atsargines kopijas – net ir aukšti TBW/MTBF skaičiai negarantuoja apsaugos nuo netikėto gedimo.
USD/GB, ROI ir TCO
- QLC modeliai (ekonomiški NVMe/SATA): ~0,03–0,05 USD/GB; tip. 300–1 200 TBW (pagal talpą/modelį).
- SATA SSD (pvz., Crucial MX500): ~0,04–0,06 USD/GB; 180–1 000 TBW (nuo 500 GB iki 4 TB).
- Vartotojų NVMe Gen4 (TLC): ~0,08–0,12 USD/GB; 600–2 400+ TBW.
- Premium NVMe Gen4 (pvz., KC3000): ~0,10–0,14 USD/GB; iki ~3 200 TBW (4 TB).
- NVMe Gen5 (pvz., UNIS S5): ~0,18–0,25 USD/GB; TBW priklauso nuo talpos (dažn. 600–2 400 TBW).
5.1. ROI pavyzdys
Verslo naudotojas, pereidamas nuo SATA SSD prie Samsung 990 Pro, sutaupo ~15 min. per darbo dieną. Per 250 dienų tai ~62,5 val. – vertinant ~50 USD/val., gauname ~3 125 USD per metus. 1 TB 990 Pro (apie 100 USD) investicija atsiperka per mažiau nei savaitę, o papildoma nauda – spartesnis procesų vykdymas ir mažesnis prastovų skaičius.Kas laukia SSD segmente?
- PCIe Gen5/Gen6 ir NVMe 2.0: tolesnis pralaidumo augimas (Gen6 teor. iki ~32 GB/s x4), brandesnės „QoS“ garantijos mišriems krūviams.
- Host Memory Buffer (HMB): DRAM-less NVMe plačiau naudos sistemos RAM, mažindami kainą ir energijos sąnaudas be dramatiško našumo kritimo kasdienėse užduotyse.
- Pažangios ECC ir prognozinė defektų vadyba: LDPC schemos, „Predictive Bad Block Management“, geresnis ilgaamžiškumas QLC/aukšto sluoksnių skaičiaus TLC.
- 3D XPoint/Optane ir hibridai: „Optane“ ekosistema nutraukta 2022 m., tačiau išlieka alternatyvios persistentinės atminties kryptys (MRAM/ReRAM) ir CXL pagrindu veikiantys sprendimai duomenų centrams.
- Disk-level RAID ir NVMe-oF: vis plačiau diegiami NVMe-oF (RoCE/TCP) scenarijai bei „device-managed“ RAID logika, leidžianti masteliuoti našumą ir patikimumą.
- AI akceleracija kontrolerio lygyje: lokalių inferencinių modelių (pvz., „prefetch“, sandorių tvarkaraščiai) optimizacijos našumui ir energijos vartojimui gerinti.
