Достойно ль,
Тормозиться под сигналами проца,
Иль надо увеличить охлажденье.
И в смертной схватке с целым морем вольт,
Покончить с ними. Перегреть. Забыться.
И знать, что этим обрываешь цепь,
Автоподстройки частоты и чисел отношений,
Присущих шине. Это ли не цель?
Желанная? Уйти в резет. И сном забыться.
КиберШекспир-2077
(в переводе НейроПастернака)
В детстве у меня было целых 256 бит памяти. Нет, не в голове, конечно, там по нулям. Автор был счастливый ребенок и не любил ничего зубрить. (Лень — это чудесное свойство попытаться разобраться, чтобы не учить лишнее.) Я говорю о советской микросхеме К155РЕ3, раздобытой после уроков труда. Учитель, зная мою склонность к электронике, посадил меня перед какой-то лохматой платой из советского компьютера и дал фен со словами, типа: “Что сдуешь, то твое”. Я тогда знатно сэкономил, не покупая логику в магазине радиоклуб по 5-7 рублей за чип))
Тогда я узнал про электрическую память ROM (Read Only Memory или ПЗУ - Постоянное Запоминающее Устройство). Принцип был чудовищно прост: повышенным напряжением записи прожигались лишние перемычки в матрице, формируя массив данных. Затем платы с этими чипами ехали в печь, где матрица “спекалась” и все. Память была очень быстрая - даже по современным меркам. Время доступа измерялось наносекундами. А еще практически бессмертная - ей не страшна повышенная радиация, перегрев и механические перегрузки. Написанное пером, не вырубишь и топором. Еще бы, это ж массив проволочек - там нечему ломаться.
Несколько позже, через подшивки древних журналов “Радио” вышел на 573РФ2.
Целых 16 килобит в очень специфическом корпусе с “окошком” для кристалла. EPROM (первая буква - ерасабль, по-басурмански “стираемая”) — это память с однократной электрической записью и возможностью стирания ультрафиолетом. Зашивалась программаторами типа КРОТ, а для обнуления надо было пару минут поплясать с неоновой лампой над платой. Таким образом ее можно было перезаписать еще несколько раз, а вот потом уже ставить новую без вариантов. Впрочем, мое детство прошло в не очень голодные 00-е, а даже тогда в далеких северных городах не было проблем с панельками для микросхем.
Дальше воспоминания обрываются, но легко догадаться, что вендоры довели до серийного производства память EEPROM (Електрикал Ерасабле). То есть уже полноценная почти современная память, которая многократно стирается и программируется обычными сигналами.
Этими “байками из склепа” просто хочу отметить, что твердотельная память развивалась, в какой-то момент даже параллельно привычным блиново-дискетным носителям. Она не столько начала вытеснять их, сколько в какой-то момент их пути просто пересеклись и скорость начала побеждать объем.
Так как рождается гигабайт? Из чего состоит современный жесткий диск? Какие цифры обзоров имеют решающее значение? Где проходит грань между уловками маркетологов и живой мощью современного железа? Доставайте штуцер любопытства, заряжайте картечью знаний - время пораскинуть мозгами)) Квантовых сказок не будет, но материал сложный, поток сознания длинный, а квинтэссенция, по традиции, в конце. А и еще, простите, будет много картинок. Большая часть из них просто необходима.
NAND-Flash — это подкласс NVM (Non-Volatile Memory - энергонезависмой памяти) и наш билетик в большие объемы твердотельной памяти, но все начинается с одной ячейки (Cell). Что бы не грузить комьюнити жёстким физоном, воспользуюсь моим любимым методом: ЯАИБУ - Ярких Аналогий и Банальных Утверждений.
Представьте себе дом (ячейка памяти), в котором нет окон, света и достаточно тепло. В нем есть ровно одна дверь (MOSFET) c ручкой (Затвор). В этом доме живет Кот по имени Кулон (заряд). У этого кота есть одно особое свойство: когда открывается дверь, он всегда входит в дом (логическая “1”) если был на улице. Либо всегда выходит из него, если был внутри. А дом без кота — это черная дыра и тоска (логическая “0”). В этом спрятан принцип оперативной памяти - мы либо впускаем в хату Кулончика, либо выпускаем из нее.
А что, если хочется знать, где кот, не заходя в дом? Нормальный человек может посмотреть в окно, НО… поскольку мы инженер-проектировщик кристалла NAND-Flash, то устанавливаем вторую дверь из неразрушимого адамантия прямо сразу за первой. Причем новая адамантиевая дверь (плавающий затвор), обладает свойством наглухо запираться на все засовы, как только кот появляется в квартире. Теперь, представьте новую ситуацию: приходим домой, открываем первую дверь, а там вторая заперта на 16 замков, и в лицо целится оружие охранной системы.
Уже не нужно заходить в квартиру, потому что итак, понятно: котик сидит в тепле. Это и есть основополагающий принцип ячейки любой энергонезависимой памяти. Нам не нужно открывать транзистор и “выпускать” Кулона, компаратору достаточно сравнить параметры заряженного транзистора с референсом, чтобы сделать заключение о существовании бита: 0 или 1. А без утечки ячейка будет хранить свое состояние годами.
Впрочем, лет 5-7-10 назад, даже инженеры-проектировщики NAND догадались, что не обязательно делать вторую дверь в доме. Питомцу достаточно “кошачьей дверцы”, и плавающий затвор заменили на CTF - “ловушку для заряда”. А заодно научили компаратор “подсчитывать” состояние ячейки. Сначала он различал 4 уровня - и каждому присвоили двухбитную комбинацию (00, 01, 10, 11). Так появилась MLC (Multi Layer). Попробуйте догадаться: сколько уровней различает компаратор в TLC (трехуровневая ячейка)? Угадали - 8 (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). А QLC?
В этот момент вам должно стать очевидно, почему QLC - наименее долговечный вид памяти. А какая-нибудь PLC (пента-левел) вообще может оказаться под вопросом. На самом деле - заряд все равно утекает, просто так медленно, что в масштабах пары лет нам пофигу. Но, когда ячейка должна удерживать сразу 5 бит, требования по “четкости удержания” возрастают в 32 раза. Или, если заряд потеряет от себя всего 1/32, три сотых, самую малость - компаратор уже ошибется. Умный драйвер пометит весь сектор памяти - как сбоящий и заблокирует его. Такая себе перспектива.
Теперь представьте, что мы зашли в кошачье антикафе. Ну как антикафе - размером с выставку “Игромир” в Крокус Сити Холле. Тысячи маленьких домиков для котиков расставлены ровным квадратом. В случае памяти это будет называться страницей (Page). Причем — это будет NOR-память. На такой хранится BIOS. Она достаточно быстрая, надежная, но размеры ограничиваются десятками мегабайт.
Но, если вспомнить что котики очень хорошо лазают, то можно сделать все домики многоэтажными. А вот это уже NAND-память. Ячейки в странице собраны вертикальными стопочками, и это зверски увеличивает объем хранения. Как же тогда читать такие стопочки? - Вы когда-нибудь чинили старую гирлянду? Еще до светодиодных времен? Помните смысл? Нужно найти неработающую лампочку, чтобы заработала вся цепочка. Название NAND - Not AND - “Исключающее И” — это логический принцип доступа. Мы сажаем хвостовую ячейку на землю питания, и смотрим, где пошел коннект — значит там записан нолик.
Закономерный вопрос: если NAND по сути работает, наоборот, почему она эквивалентна NOR и обычной памяти в целом? - Кхм… Нууу… Как бы без матана… В школьной информатике есть такой закон Де Моргана: инверсия произведения равна сумме инверсий, верно и обратное. Говоря проще, в системе из двух чисел, мы можем выворачивать результат парными заменами, и соответвенно, тасовать логику AND на OR.
И тут же, можно пояснить почему TLC - QLC - очень медленные: котики не любят прыгать с верхотуры)) Мало того, что нам нужно проверять ячейки гирляндами, так еще и по 4, 8 (или 16) раз. Задаем опорное значение -> сравниваем стопку -> передаем результат -> задаем следующее значение -> сравниваем -> … ну и по кругу.
Возвращаясь к аналогиям, представим, что котики медленно захватывают мир. И теперь кошачье антикафе занимает не одно здание Крокуса, а все корпуса и еще кусок соседнего района.
Множество страниц памяти объединяется в блок. Хардверно, это была “высшая” единица организации внутри кристалла. Особенность работы Flash состоит в том, что, чтение/запись делаются постранично, а стирание - поблочно. Побитовый доступ практически отсутствует, зато огромные объемы. Отсюда и название - Flash - вспышка (но это не точно). Классическая EEPROM ужасно медленна, но позволяет делать побитовую выборку. Она никуда не делась, и до сих пор активно используется в промышленности.
Блоки могут организовываться в Плейны (Plane). Извините, не нашел, как правильно по-русски. Поскольку отечественная электроника никакого ощутимого вклада в отрасль не вносит (и никогда не вносила, по моему мнению) вся терминология переехала с запада. Что-то адаптировалось под нужды PR и маркетинга, а многие понятия так и не имеют прямого перевода (например, Cuk-Topology в силовой электронике).
Деление на плейны нужно не только для наращивания иерархии, но и ради увеличения скорости доступа. У любой современной памяти есть Dual-Plane режим с параллельной обработкой информации. Как видно из диаграммы они соединяются в логический блок (LUN) который очень сильно облегчает жизнь SSD-контроллеру, позволяя манипулировать физическими данными не советуясь с внешним процессором.
Зная структуру памяти, можем поговорить о ее основных характеристиках.
Живучесть (Memory Retention). Как можно заметить из картинки ниже: жизненный цикл ячейки крайне ограничен. P/E Cycles – это число записей/стираний, и падает оно в десятки раз.
Глубину физической подоплеки я расписал в прошлой статье: «Кремниевая старость. Электрическое расследование последствий разгона.» Вкратце, под действием времени и температуры – параметры ячеек уезжают, и компаратор больше не в состоянии корректно сравнивать. Этот эффект в англоязычной литературе называется Detrapping – «разловушечение» заряда. Что бы привести износ серийной памяти к единому знаменателю, ее подложили под стандарт JESD-47 «Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits», у которого много дополнений, например, JESD-91.
Вы не представляете степень моего удивления, когда я начал с ним знакомиться. В разделах о влиянии температуры на степень износа памяти, они вводят некий коэффициент «Acceleration Factor», который точь-в-точь повторяет математические упражнения из моего прошлого блога. Понятное дело, что все наоборот, это я предугадал методику промышленного тестирования. Но теперь, просто имеем дополнительные доказательства очевидного – греть память плохо. Не стоит экономить на охлаждении.
Говоря в целом об износе памяти – все не так уж плохо. Во-первых, чипы проходят достаточно жесткое тестирование на износостойкость. Проверяется влияние предельных температур на способность хранения информации и на надежность работы чипа. Помимо этого классические тесты на ESD (влияние статического электричества) и на стабильность Latch-Up (защелкивание – критерий отработки внутренней логики).
Чисто технически маленькое число циклов перезаписи, компенсируется работой контроллера. Бывают скрытые неразмеченные запасы памяти, менеджмент испорченных блоков, контроль количества обращений – все это помогает сделать эти недостатки малозначительными в повседневной жизни. У нас в блогах есть микро клуб владельцев Samsung EVO 970 (на TLC), который за 2 года эксплуатации «в хвост и в гриву» потерял не более пары процентов начального объема. (Звучит двузначно, но вы понимаете же, да?) Продолжаем гонять и радоваться.
Второй ощутимый нюанс, ну, или фобия – это Скорость работы (Perfomance). И в случает одиночного чипа она крайне низка.
200 микросекунд на чтение ( <100Мбайт/с) – это намного быстрее Seektime в 10мс у HDD, но никак не похоже на заявленные в брошюрах гигабайты в секунду. И это плавно подводит нас работе контроллеров в SSD.
Для общения контроллера и памяти используется NAND - это так называемый железный интерфейс, он не предназначен для “внешнего мира”. (eMMC/SDIO - в предмет текущего рассмотрения не входят, поскольку у них прямо на борту чипа реализован свой контроллер. Есть свои плюсы и минусы, но “живой скорости” там нет.)
NAND-интерфейс специфицирован стандартом ONFI. Подразумевается, что все чипы с точки зрения электроники работают одинаково: напряжения, частоты, команды, протоколы. Все идентично. Но это еще не значит, что можно при необходимости лихо перепаять чип на SSD в пользу соседнего производителя. Хотя такая опция определенно существует.
Функционал чипа хорошо виден из блок-схемы.
IO[7:0] - это стандартное обозначение шины данных на 8 бит. Через нее гонятся все потоки информации.
CLE и ALE - Command Latch Enable и Address Latch Enable. Защелкивание команды или адреса. Это одиночный пин, который при получении сигнала, “защелкивает” все что было на IO [7:0] в командный или адресный регистр (буфер). Он спрятан внутри квадрата Control Logic, и как бы выхватывает нужные капельки из потока данных. Тут нужно еще одно пояснение: как работает любой чип памяти? Представьте, что память — это микрорайон любого города, в который Тындекс решил провести курьерскую доставку. Control Logic — это курьер. Типичный день курьера контрольной логики:
И все сначала, до получения команды RESET. (Вообще между WE и ALE должны быть еще одна CLE, но камон, гайз, ху факин cares, это ЯАИБУ-метод)
Возможно, кто-то еще вспомнит: в ассемблере структура команд была примерно такой [что делаем] [куда] [откуда]. Т.е. прямая работа с памятью. В современных языках с высоким уровнем абстракции все это захоронено под глубинами библиотек и ссылок. В простейшем случае это может быть как-то так: программа ссылается на какую-то библиотеку, та в свою очередь обращается к драйверу, у которого в хидере прописана ссылка длиннющий файл с шестнадцатеричных диапазоном адресов и команд, каждой из которых присвоено какое-то осмысленное имя. Нет, я, безусловно, понимаю, что все намного сложнее и вообще не так (особенно на уровне ОС), не бейте по лицу. Суть процесса поменяться не могла. У нас все еще электронный компьютер с двоичной системой счисления уже полсотни лет.
Возвращаясь к нашим логическим курьерам (все работы хороши, лишь бы только для души). У них могут быть и нестандартные команды.
Команда CE (Channel Enable) — это контроль канала. Тут без аналогий. Как правило, внутри одной микросхемы может быть спрятано несколько одинаковых матриц памяти (те же Planes). Нужно как-то точно определять с какой именно мы ведем беседу. Поднимая флаг на соответствующем CE - мы фактически приветствуем нужный канал (см. дальше Интерливинг).
Резюмируя, список процедур с памятью небольшой. Очевидно: читать, писать, стирать. Кроме этого, есть еще сервисный функционал: запрос статуса, идентификаторов, кэширования, предвыборки, установка защиты от перезаписи/чтения, ну и банальный железный резет.
Кроме того, объем памяти формируется огромным адресным пространством. Ячейки с информацией находятся в узлах матрицы. Часть адресов зарезервирована по горизонтали (А0-А11), часть по вертикали (А12-А27). Как в сканворде, на пересечении А6 и А18 находится слово из 8 букв D0-D7. (Сканворд трехмерный естественно.) Через стандартную 8-битную шину адрес длинной в 28 бит пропихивается порциями, как показано в таблице. Т.е. нужно 5 раз псевдодернуть ALE, чтобы выхватить из потока данных адрес по которому можно послать нижеследующий поток бигдаты. (Или можно держать ALE в постоянной единице, дергая только тактовые клоки данных. Я не углублялся в таблицы истинности, поскольку это не очень существенно в рамках данного рассмотрения. Но они есть в каждом документе на любой чип.)
Все это естественно ужасно долго, а команды в основном идет длинными цепями. Выборка адреса может выглядеть как-то так: CLE-ALE-ALE-ALE-ALE-ALE-CLE-IO-IO-IO… ну и пока весь блок не считается по этому адресу и всем последующим. А поскольку современная память обладает совершенно чудовищными плотностями, интерфейс DDR не заставил себя ждать.
Возможно, у несведущего читателя DDR железно отождествлен с сортами оперативной памяти, но в мире современной электроники он используется почти везде, где нужно гонять большой массив данных по параллельным интерфейсам. Что бы пояснить главную фишку, напомню, что в параллельном интерфейсе обычно есть сигнал синхронизации. Его называют CLK - Clock. Или по-русски "клок" или “строб”. Отсюда и пошло название разгоняльщиков железа “оверклокеры”. Он нужен чтобы биты в шине не разбегались во времени. Своеобразная защёлка защелок. У него есть фронт и спад. В классическом интерфейсе SDR (Сингль Дата Рейт), система кушает данные только при фронте, а потом ждет следующего. DDR использует строб и спереди и сзади, защелкивания данные по фронту и по спаду. Фактически получается удвоение скорости без изменения конфигурации шины.
Стандарт ONFI даже описывает подробно превращение SDR в DDR, c указаниями, как поменять функционал командной шины. Что бы не путаться в названиях добавили приставку NV-, что расшифровывается как Non-Volatile - т.е. намек на энергонезависимость памяти. NVDDR тоже имеет грейды скорости и энергоэффективной режим LPDDR.
В настоящее время его все равно уже недостаточно, поэтому в недрах вендоров идет адаптация QDR (Quad Data Rate) интерфейса. QDR - это выделенный строб для линии данных с удвоенной частотой относительно командной шины, т.е. позволяет передавать 4-кратный объем при +/- тех же исходных. Схожим образом работает GDDR в видеокартах. На википедии есть больнеменее подробное описание.
Итак, чтобы связать между собой чипы памяти и суровый внешний мир геймерского железа нужен контроллер. Формально, это полноценный компьютер в компьютере. У него есть свое вычислительное ядро, оперативная память, система запуска, менеджер ресурсов, свое программное обеспечение. Еще какой-нибудь видеобуфер организовать, и можно на жестком диске запустить старый DOOM. Его даже на электронные градусники уже портировали, от SSD “с экранчиком” отделяет только тотальная закрытость архитектуры.
Вот, например архитектура Marvell Bravera SC5 SSD. Для будущих PCIe 5.0 SSD. Так называемые White Sheet - брошюры со спецификациями для потенциальных заказчиков уже доступны.
Помимо очевидных моментов, вроде преобразования интерфейса PCIe в NAND, контроллер SSD занимается множеством разных вещей.
Выравнивание износа (Wear Leveling). Поскольку ресурс одной ячейки достаточно небольшой, контроллер пишет часто обновляющиеся данные в разные участки памяти. Что бы программы не сходили с ума, используется концепция схожая с “косвенной адресацией”. Она работает следующим образом: если от процессора пришла команда на стирание, не обязательно физически честно все удалять. Можно просто сделать пометку, что по этому адресу данных нет. (Ежик водку не брал!) А новая информация будет просто записана поверх. Верно и обратное. Например, если мы хотим размножить какой-то файл, не обязательно переносить однотипный участок памяти. Можно просто зарезервировать несколько адресов, и без зазрения совести врать процессору, что там полноценная копия.
В терминологии контроллера - реальные блоки называются физическими, а виртуальные - логическими (LUN). Глобальная цель всей этой истории - как можно меньше теребить за ячейку, растягивая ресурс.
Сбор мусора (Garbage Collection) - еще один модуль для оберегания ячеек. Когда число свободной памяти падает ниже некоторого порога, система начинает искать весь лишний хлам: повторяшки и старье собираются в одну кучку, что-то сжимается, а остальное удаляется.
Менеджмент “битых” секторов (Bad Block Management). Блоки, исчерпавшие свой ресурс получают “черную метку в таблице” адресов (map of Bad Blocks). Контроллер больше не будет к ним обращаться, и обновит статус SMART, который можно посмотреть через любую фирменную утилиту.
Интерливинг (Interleaving) – сквозная запись, один из секретов высокой скорости SSD. Допустим, у нас есть поток данных 1200МБайт/с и 4 многоканальных чипа памяти пишущих со скоростью 100МБайт/с. Контроллер, как в сказке про кукушку, делит червячка на кусочки и распихивает по голодным клювам (Этому дала, этому дала, а этому не дала). Поднимает первую линию CE0 на первом чипе, поток данных устремляется туда. Когда память заполняется, она поднимает флаг R/B#, что мол, я больше не могу. Контроллер отпускает CE0, оставляя чип прожевывать данные и дергает следующий канал СЕ1. Таким образом, не надо ждать пока заряд достаточно инжектируется, и процедура записи в блок полностью закончится, можно писать «во все вазы» без задержек. Что для конечного пользователя, выглядит, как безбашенное ускорение.
Кэширование. Контроллер имеет различные выделенные адреса памяти, которые пишутся с максимальной скоростью. Это может быть SLC-кэш в виде отдельного чипа, или фрагмент TLC-переформированный для 1 битного доступа (компаратор не будет считывать отдельные уровни заряда и делать лишние проходы), или дополнительно распаянная оперативка (LPDDR, как вариант). Впрочем, она используется для собственных нужд контроллера (результаты вычислений ECC, например, нужно где-то хранить). Когда буфер заполняется, скорость падает в разы, но поскольку его объем довольно велик (Гигабайты), то это еще постараться надо.
ECC (Error Code Correction) – коррекция ошибок. Общая идея, состоит в том что определенным образом шифруя битовое безобразие, можно его эффективно восстанавливать в случае повреждения секторов. Один из простейших алгоритмов – банальная проверка четности. В случае SSD с первых секунд мануалов начинается зубодробительный матан. Контроллер использует алгоритмы основанные на БЧХ. Вот вам пояснение из википедии и картинка из книжки.
Коды Бозе — Чёдхури — Хокуингхема (БЧХ-коды) — в теории кодирования это широкий класс циклических кодов, применяемых для защиты информации от ошибок (см. Обнаружение и исправление ошибок). Отличается возможностью построения кода с заранее определёнными корректирующими свойствами, а именно, минимальным кодовым расстоянием. Частным случаем БЧХ-кодов является код Рида — Соломона.
Честно говоря, нет желания глубоко закапываться в эту тему, без консультаций от практикующих специалистов. Поэтому примем на веру, что диск умеет восстанавливать поврежденочку на аппаратном уровне, и вполне вероятно, делает это чаще, чем мы думаем.
Время замолвить пару слов о PCIe с надстройкой NVMe. Почему я обошел стороной классическую SATA? В целом ответ прост, потому что скорость. Смотрите.
Надо пояснить, что все современные скоростные интерфейсы физически строятся на дифференциальном сигнале. Это когда вместо одного проводка используется два. На первом подается обычный сигнал, а на втором его зеркальная копия. Может показаться, что это оверхэд. Зачем усложнять систему удваивая число соединений?
Дело в том, что у обычного интерфейса с повышением скорости возникает много проблем. Во-первых, помехи. Электрический ток он как вода, течет по замкнутому контуру. Поэтому обычному параллельному интерфейсу земляной провод очень критичен. С него стекаются токи соседних сигналов, что дополнительно может вносить искажения. А если он расположен не удачно, то основной сигнальный провод еще превращается в плохонькую антенну. Излучение у нее очень слабенькое, но тем не менее, достаточное чтобы подгадить соседям по шине. Во-вторых, провода обладают емкостью. Чем выше скорость интерфейса, тем сильнее она начинает влиять на форму сигнала, и тем больший ток необходимо прокачивать в порт. Все это необходимо стабилизировать. В-третьих, на длинных проводах, теряется мощность. Распознать сигнал на том конце становится очень трудно.
Дифференциальный интерфейс махом решает многие проблемы. Ему не страшны помехи от соседей. Ведь они наводятся на оба провода сразу, а разница между ними не меняется. Земля ему нужна, но с оговорками. Возвратный ток формируется в зеркальном проводнике. На идеальной плате, в идеально отзеркаленной паре его не должно быть. В реальной, конечно, все не так радужно. Хотя, витая пара Ethernet, вообще работает "в воздухе" за счет гальванической развязки. Основной критерий работоспособности дифференциальной линии – «глазковая диаграмма». На картинке это красный шестигранник, внутрь которого сигнал попадать не должен. Это минимальный уровень размаха напряжения, который должен дойти «до финиша» со всеми потерями на линии.
Поскольку диффпара позволяет на порядки быстрей гонять данные, то вся параллельная шина мультиплексируется в пакет нужной длинны и посылается вперед.
Теперь мы имеем USB, HDMI, LVDS, MIPI - целую кучу дифференциальных интерфейсов, работающих на больших скоростях. Это симплексные или полудуплексные интерфейсы. То есть передача идет либо только в одну сторону, либо в обе, но по очереди.
USB3 и SATA - пошли дальше, и стали полнодуплексными. Т.е. одна пара работает на передачу, а вторая на прием.
PCIe обладает довольно сложной архитектурой, но как вы помните это чудо еще и параллелится x2, x4. x8, x16. Общая реализация интерфейса настолько масштабна, что его мало кто пишет прям с нуля. В чипах давно ставят так называемые трансейверы.
На уровне драйверов, обмен идет транзакциями - законченными пакетами с хидером (идентификатор), встроенной проверкой целостности, кодами секвенции (и чем-то там еще, не суть). Он удобен: А) для пользователя - своей универсальностью, Б) для разработчиков - тем, что под него есть готовая логика, В) для производителей кристаллов - тем что внутренний интерконнект работает на схожих принципах. Во многих процессорах выводы USB3.0 и PCIe – даже бывают физически совмещены, и на уровне БИОСа задается нужный интерфейс. (Протокольная структура ощутимо отличается, поэтому просто подключить USB3 вместо PCIe, конечно, нельзя). В общем, поясняя очевидное, скалируем, быстр, элегантен - распространяется и развивается бешенными темпами. Скорость 6-ой версии успешно перевалила за 120ГБайт/с (х16).
Вот поверх этого него и сделана NVMe настройка. Ну или обертка. Как посмотреть. Используя все преимущества физики PCIe, требовалось подкрутить задержки и алгоритмы доставки пакетов. Задача тоже очень серьезная, но больше софтверная (и фирмверная). Обновление SATA потянет за собой электронику, а с этим проблемы совместимости железа и лишние драйверные заморочки. Вспомните, сколько проблем было с введением USB3. Возможно, я не прав и все вполне реализуемо, но как говорится “вода под лежачий камень не течет”. Если есть готовое уже распространенное решение, явно проще заняться адаптацией.
Сейчас будет моя любимая часть le ballet de la Merlaison - обещания производителей.
Что б вы не думали, будто я такой-то хейтер. Я электронщик - и обожаю всю электронику, без исключений. Сделать любое устройство — это огромный труд. А еще железо связано огромным количеством стандартов, и это выливается в то, что два жёстких диска (или две видеокарты, или 2 чего угодно) построенные на одинаковых технологиях и будут работать примерно одинаково. TLC NAND и различные контроллеры - в любом устройстве сохраняют свои скорости и +/- все те же свойства. Но продавать как-то надо, поэтому маркетологи идут на различные ухищрения. Заваливают нас лишней информацией, подкручивают цифры, в крайних случаях просто врут.
Мой любимый пример: использование “военных” компонентов. Тут его нет, поэтому ругать не за что.
Это особо показательная чушь, поэтому уделю ей иллюстрационный абзац. Звучит то эпично: Military Class. По факту кромешная ахинея очередного продавана. Что такое военный компонент? Это деталь/узел прошедшие военную приемку. Выглядят, как наглухо залакированный ужас, иногда залитый эпоксидкой, на древнющей электронике, чуть лучше, чем в начале статьи. Выдерживает +125С температуры, огромные перегрузки, вибрации, радиацию и общается через весь космос на полной автоматике. Конечно, вендор такие тесты делать не будет. Весь Милитари сведется к установке конденсаторов на полцента дороже. Возможно, даже с диэлектриком x7r — это когда емкость уходит на +/-15% при температуре +125. Но и то проверять еще надо. (Не все видеокарты одинаково полезны.)
Скорость последовательного чтения (много ГБайт/с). Нет, она вполне достижима, при монолитном правильно уложенном файле, в лабораторных условиях на столе. В игре, где помимо текстур гоняется куча небольших файлов, да еще видеокарта по соседству коптит воздух до +70 - результаты будут по скромнее. То есть это больше косвенный параметр, что-то вроде указателя поколения.
Компенсация и выравнивание износа - тоже есть везде, причем на уровне стандарта производителя контроллеров. Это не может быть особенной фичей, когда является необходимостью для выживания. Тоже в рекламную мусорку.
Формфактор – вот это важный нюанс. Как можно заметить, чем больше размер платы, тем больше плюшек на ней помещается. 6 чипов памяти с оперативкой явно будут эффективней, чем одиночный кристалл с имплементированным контроллером. (Домыслы автора. Надо смотреть тесты. Новая консоль от Valve еще подкинет нам поводов)) В любом случае, возможные размеры определяются устройством и расположением стойки под крепежный винтик.
Интерфейс – в рамках этой статьи я рассматриваю только PCIe с надстройкой NVMe. Но даже в маленьких SSD, протокол SATA может быть оставлена, как опция.
Объем – весьма спекулятивная величина. Он всегда существенно меньше заявленного. Покупая SSD на 500Гбайт, фактически получаем 465. Я вижу две причины. Во-первых, 1 Гигабайт (GB) – это ровно 1000 Мегабайт (MB) или 1 миллиард байт. Что метрологически абсолютно верно, но железо работает в двоичной системе. Поэтому там есть свое подразделение: 1 Гибибайт (GiB) = 1024 Мибибайт (MiB) = 2^20 Кибибайт (KiB) = 2^30 байт. Чисто теоретически: жесткий диск, у которого заявлен объем 500 GiB – должен идентифицироваться системой, как полноценный на 500 Гигов. А производители одиночных чипов вообще зачастую маркируют Гигабитами (Gb).
Вторая причина – я не уверен до конца, но допускаю, что в маркетинговых целях могут указывать «холостой» объем памяти. Часть которого по факту зарезервирована контроллером (и ОС) для внутренних нужд. Если, кто встречал – подтвердите или опровергните.
Эт самое, что там с консолями то?
Поскольку статья носит исследовательский характер, не будем скатываться до разбора конкретной железки. За отправную точку возьмем новость:
И теперь вооружившись знаниями, выдержками из стандартов и прочей пояснительной документацией давайте бегло взглянем на быстрейших представителей рынка, подходящих этим требованиям. Что бы не течь кровью от пятизначных цифр Рассейских продавцов, возьмем какой-нибудь вменяемый европейский магазин. Зададим требуемые параметры из новости, и первые три предложения это Samsung, Seagate и Western Digital.
Как я уже говорил, это брошюрочные цифры. С точки зрения пользователя консоли - признаю, их вполне достаточно. А вот если захочется потом в компьютер такое же поставить? Какова реальная производительность?
Очевидно, все так или иначе сводится к скорости. Только любопытны значения скорости переноса кучи мелких файликов рандомно раскиданных по пространству жесткого диска. Гипотетически, в случае игрового движка, грузятся ведь не только текстуры и звук, а еще куча мелких скриптов, 3d-моделек, текста. Подозреваю, с особой иронией на гигабайты в секунду, смотрят софтверные инженеры, которые собирают какой-нибудь линукс или андроид по 10 раз в день.
Довольно клёвая программка, которой часто пользуются для оценки – CrystalDiskMark. В ней, даже по дефолту, последние тесты идут в виде рандомных выборок по 4Кб, где скорости по 480Мбайт/с вполне нормальные цифры. (Но есть настройки и "по вкусу". Q – это глубина очереди записи, T – количество потоков.) Как вы можете заметить из картинки, SSD во всех тестах разносит любые HDD (выделены красным). Конечно же, у всех профессиональных железных ресурсов свои синтетические методики проверки, но цель общая: дать некоторое представление о средней производительности. По моим внутренним ощущениям: в повседневной жизни, она как раз и будет бегать где-то в промежутке 500 до 5000 Мбайт, в зависимости от задач. (Для последних поколений SSD).
Относительно скорости: напоминаю ньюанс про конец кэш-памяти. Когда контроллеру уже некуда распихивать поток информации, карета превращается в тыкву, и цифры падают драматически.
И пару слов про UserBench.
Хорошая база разношерстных параметров, включая чтение 4К блоков, позволяет быстро сравнить два понравившихся диска, не опираясь на странные обзоры маркетов.
Еще раз, уточняю, я не рассматривал детально современных представителей, как минимум потому, что у меня их нет. (Это не входило в начальный план, хотя при наличии пожеланий, можно будет позже кое-что придумать. У меня давно руки чешутся, устроить жесточайшее тестирование какому-нибудь перепиаренному диску, с пытками термофеном под IR-камерой).
Зло есть зло, Стрегобор. Меньшее, большее, среднее. Суть одна. Не мне тебя судить, я тоже не только добро творил в жизни. Но теперь, если придется выбирать между одним злом и другим, я предпочту не выбирать вовсе. (Сэр, Гервант из Г’ивии. Возьмак.)
Что такое 150 Мегабайт? Когда-то это был нифигенской крутизны mp3-плеер. А еще чуть раньше стопочка из 5 вторых частей Fallout2. И примерно в те же времена, огромная полка на сотню с лишним дискет. Это было море удовольствия на сотни сотен часов.
Я спрошу вас, что же такое 150Мбайт сейчас? Несколько текстурок в ААА-боевике? Пара слабо сжатых медодий во flac? Полминутки 4К ролика? А еще это номинальная скорость HDD.
Это была целая эпоха, но HDD — это древнее зло.Western Digital, Seagate, Hitachi. Суть одна. Не мне судить, я тоже хранил гигабайты контента с дамами и преферансом. Но теперь, если придется выбирать между HAMR и MAMR - я предпочту не выбирать вовсе. (Сэр Германт из НайтСити. Нейровозьмак.)
Никакой прецизионной электромеханики, к черту проводные интерфейсы и ежегодичную дефрагментацию. Настали те светлые времена когда цифровая картинка и цифровой звук вполне заменяют аналоговые предтечи из 60-х. (Здесь аудиофилы и киноманы могут поспекулировать на тему теплого лампового звука: мол, бездушная цифра так не может. Вообще говоря, может, и теорема Котельника-Найквиста математически строго доказывает восстановление оцифрованного исходника.)
Скорость решает все. Возможно, мысли в головах высоких менеджеров Майкрософт и Сони текли примерно в этом векторе. И господин Хуанг с высоты своей цитадели молвил: «Жалую ПК-боярам NVidia RTX I/O, дабы карта видеографическая не тратила время на диспуты светские с процессором центральным».
Но как же объем? Нуу, если вы не доверяете облакам, то ничего зазорного в блиновых жестких дисках нету. Так-то можно из ленточных накопителей массив на пару петабайт организовать).
Но вообще, ждет нас светлое будущее с мгновенными загрузками в играх, гигабитным интернетом и облаками. Мечтайте почаще, иногда это важно.
1) Micheloni, Rino, Marelli, Alessia, Eshghi, Kam Inside Solid State Drives (SSDs) 978-981-13-0599-3
Дорогущая книга за аж 14000 рублей. По сути, это хорошо организованный сборник статей от ведущих специалистов отрасли, последовательно рассказывающий все тонкости организации SSD. От физики работы ячеек до алгоритмов восстановления данных в корпоративных массивах. С этой книги писались вторая-третья главы, плюс сошкрябана куча картинок.
2) Seiichi Aritome - NAND Flash Memory Technologies ISBN: 9781119132622
Еще одна чудовищно дорогая книженция. Чуть более древняя, с уклоном в устройство Flash как таковой.
3) Open NAND Flash Interface Specification Rev.5.0 25-May-2021
4) NAND Flash Interface Interoperability JEDEC STANDARD JESD230C
5) JEDEC SSD Specifications Explained Alvin Cox, Seagate Chairman, JC-64.8
Основные стандарты на энергонезависимую память. ONFI – открыт для всех, JEDEC по традиции за свои документы просит пару сотен долларов.
6) Marvell Bravera SC5 SSD Controllers Product Brief
7) Comparison of NAND Flash Technologies Used in Solid-State Storage - Shaluka Perera IBM Systems and Technology Group
8) Basics of Nonvolatile Semiconductor Memory Devices G. Groeseneken, H.E.Maes, J.VanHoudt, and J.S. Witters
9) MT29F4G08ABADAH4 Datasheet Micron
10) MT29F32G08CBADBWPR:D Datasheet Micron
11) MTFDDAK256TBN Specs Micron
Ну и россыпью остальные документы, даташиты, спецификации, до которых дотянулся и про которые не забыл. Оттуда тоже взяты часть картинок и пояснений.
Nobsound MS-10D доказал, что для «теплого лампового» лампы даже не обязательно должны работать в схеме усиления. Достаточно чтобы они просто были и светились. Как известно, на такой звук больше влияет свет, а не АЧХ. Ну и направленные провода с золотым покрытием.
Оооо, охренеть. Ты только представь, я гуманитарий, дочитал до конца. И знаешь, что меня по настоящему удивляло всегда? Что для людей которым интересно во всем этом разбираться, имеет значение даже погрешность в скорости которую по сути обычный человек не заметит ни при каких обстоятельствах. Т.е. покупая новую консоль с её ссд, я например, просто рад тому, что в сравнении с старой консолью условный Киберпанк запускается за 14 секунд в сравнении с 2-3 минутами на старой консоли. Поразительно! И конечно маркетологи врут в спецификациях, 100%!
Но это вранье рассчитано на обывателя, который не заметит особо подлога, будучи под впечатлением вышеописнаного примера. Хотя даже теперь, понимая что да, вот купил xbox, а где-то выходит кинули, там памяти недосыпали, там скорость меньше, там вообще указали какие-то данные которые по сути ничем консоль не выделяют среди конкурентов, но ведь запускается за 14 секунд игра? Ну и здорово)
За статью жесточайший плюс. Люблю людей которые горят своим делом. Удачи!
Ну да, эти, вроде, были главные любители грозных ярлыков. Уж не стал дополнительно размазывать в блоге. А так: если глянуть на любых стоках типах digikey: бобина керамических капов с военной приемкой идет от $8000 (при обычных ценах $30), танталы/электролиты и того страшнее: по $20000 за нормоупаковку.
Тру милитари USB — это герметичный фланец, с контр-гайкой (или гровером), резиновыми проставками и прочей веселенькой атрибутикой. Ничего подобного, я у этих товарищей не видел: зато military class, military grade, military specs. Это,… ну скажем, «откровенная спекуляция»)) Наверное, в продажах все средства хороши, могу их понять)) Просто не одобряю такие подходы.
Провода, психоакустика - видел, читал, согласен. Но что там за магия изменением звука? У меня опыт в основном с Сенхайзерами всех мастей, Сони и Эйрподсами. Никогда никакой разницы не слышал, хотя на уши не жалуюсь. Писки катушек в блоках питания распознаю до 18кГц (ну если всех выгнать, в полной тишине, вполне различу). Не музыкальный слух, но не прям что б медведь на ухо наступил.
И вот кого не почитай, у всех разные истории: кто-то начал слышать «чистые середняки», у кого то высокие прорезались, у кого то бас очистился. Да там за пару месяцев, не знаю: ушная пробка вывалилась, перепонка деформировалась, вода попала, что угодно может быть.
Немножко про Military Class. Насколько я понимаю, это фишка MSI. Причем, как и следует ожидать, только звучит красиво и вряд ли имеет что-то общее с этим самым military. Чисто технически, Military Class 3 соответствует стандарту MIL-STD-810G, поскольку там вовсе не обязательно проходить все тесты. Типа надо соответствовать тем тестам которые воссоздают реальные условия, в которых устройство может оказаться. Этот стандарт давно коммерциализан. Думаю, там можно «договориться», чтобы набор тестов подбирали под каждого клиента индивидуально.
Но маразм в другом. Тот же Military Class 3 от MSI имеет ещё и звёздочки. От трёх до пяти. Соответственно, три — самый простой, а пять — самый крутой. То есть сразу же появляется куча вопросов. Три звезды тоже проходят эти тесты? А если да, зачем нужны 5 звезд и насколько они выносливее? Почему в списке нет бригадного генерала и генерал-майора? Итд.
Я тоже думал, что эпоха любителей прогревать наушники давно прошла)) Но нет, провода из бескислородной меди все так же продаются по 15к. Буквально полгода назад видел статью на TJ, где товарищ утверждал, что звук с винилового проигрывателя уникален. Вобщем, это религия какая-то))
Shure SRH1840 — сделан по царски, конечно. Алюминиевый корпус, отстегивающиейся кабеля, велюровый подклад. Взял на заметку. У меня по сравнению с этим обычная попса))
Что касается идеологических войн. Сорян, возможно, я просто копченый зануда, поскольку не могу принимать на веру чужой субъективизм. Мне нужно самому послушать, либо за этим должна стоять масштабная стандартизация (а значит и фундаментальная физика, где-то в недрах). Это банальный предиктивизм, типа: «Да, я потрачу кучу денег, но это точно будет офигенная штука».
Быстрый резерч в ключе «АЧХ уха» vs «АЧХ аппаратуры» в основном выводит на всякие пространственные рассуждения, холивары и тесты с непонятной подоплекой. Кое-какой пласт серьезных выкладок все же обнаружился, но туда еще въехать надо. Тема любопытная, если смогу переварить материал, разверну в бложик.
К эирподсам ваще претнезий не имею, купил потому что у них совсем нет проводов, а значит можно спать и не порвать))
Пока читал, заметил небольшие шероховатости:
Глобальная цели всей этой истории
наверное, цел[b]ь[/b]
И 4 чипа многоканальных чипа памяти
первый «чип» лишний
А так спасибо за статью, было познавательно.
Ну, это, как правило, не вранье. Лукавство, да. Но любое реальное расхождение со спецификациями — серьёзная проблема. Так как ушлые ребята докопаются, а потом подтянутся и остальные. Суды, возвраты — никому этого не надо. С другой стороны, это уже настолько привычно, что большинство людей и не должно на это вестись.
Тебе, спасибо большое)) Накатил текстовый патч 1.1. Честно говоря, уже боюсь редактировать это дело. Не хватает мне еще блоггерского опыта)
Про мази для наушников, честно говоря, первый раз слышу)) Непонятно: зачем мазать если можно подкорректировать в эквалайзере по мере необходимости?))
Упргость подвеса — очень любопытный вопрос. При случае погуглю. По идее любой материал имеет право на «уставание», особенно если 10 тыщ раз в секунду теребят.
Первый комментарий.
Ну как зачем. Вообще, эти пропитки нужны для так называемой реставрации. Смазывают те же подвесы силиконом, если они задубели и реставраторами резины, если потрескались. Иногда и саму мембрану тоже. Но лично я с такой необходимостью ни разу не сталкивался. Хотя неоднократно разбирал очень старые колонки, в том числе и те, которые валялись годами в холодном гараже. И автомобильные динамики смотрел, которые отпахали где-то лет пятнадцать а то и больше. И старые наушники. Но допустим у кого-то подвесы и мембраны действительно «дубеют» и это решение. Но, самое главное, при смазывании подвижной части, очевидно, что есть влияние на резонанс динамика и возможно даже на его АЧХ. А значит, можно сказать, что это спецсредство для улучшения звука (ведь нет для этого четких критериев) и продавать баночки с мазью для аудиофилов баксов хотя бы по 20.
А кто будет докапываться то особо? Ну припрется в условный магаз товарищ, узревший что на обещанные условные 200мбайт/с передачи между винтами, подключенными к одному контроллеру SATA на материнке, у него 170. И даже докажет, что у него прям сверхмегапроультраспид все в компе, и грешна точно мать. От него откупится проще будет по тихому...
Пример в сторону. Мне вон на полном серьезе уже 12 лет провайдер доказывает, что скорость в условные 8мбит/с надо делить не на 8, получая 1Мбайт/с, а на 10 или 12, ведь служебные биты. ПРи этом у соседнего провайдера, 300 мбит/с превращаются в реальные 36-37 мбайт/с. Магия, е-мае… Я понимаю что в байте может быть и не 8 бит, но, насколько помню, в данном случае по стандартам 8.
Покупатели, кто же ещё. Прецеденты есть. Из нашумевшего — АМД готовится платить за «неправильную» рекламу «бульдозеров». И это спустя сколько лет после этой самой рекламы!
Провайдеры — плохой пример. Они специально в тарифах указывают скорость «до». Ибо по другому быть и не может. Они чисто физически не могут отвечать за скорость вне своей сети. Так что показания всяких спидтестов, 2ип и торрент закачек для них де-юре нерелевантна. Но вообще, как я понимаю, речь идет про подключение через ADSL. И там действительно на тарифе 8 мегабит практически нереально получить скорость 1 мегабайт — таковы ограничения самой технологии. (хотя тот же Ростелеком иногда просто добавлял скорости после жалоб и я видел даже свыше 1 мегабайта в секунду на таких тарифах, но это единичные случаи и на весьма ограниченное время). Так же как и скорость отдачи через ADSL сильно меньше. А вот 300 мегабит — это уже явно что-то другое, так как такие скорости недоступны даже ADSL2+. Как подозреваю — оптика — а это совсем другая история.
Ирония в том, что оптика и там и там. :) И технология одинаковая. Просто один провайдер родимый Ростелеком, а второй — некий Сибирский Медведь. Ну да ладно, я слишком туп для более глубокого разговора. :)
А насчет жалоб. Я вас таки умоляю. В нашей степи среднестатистический покупатель цифровой техники, к сожалению, существо не только глупое и не желающее исправлять это, но и либо идущее на конфликт сразу и его конечно обдуривают, либо настолько бессловестное, что Полый рыцарь — образец болтуна.
У нас вон умудрился 4, емнип, года проработать товарищ, который разворачивал гарантийные и «приукрашенные» случаи по типу «сами виноваты / а деньги не возвращаем / а вот у вас тут физические повреждения» и т.д. Через него пробится не могли. Даже я один раз просто плюнул, ибо нервы восстанавливаются куда медленнее восстановления денег. КОгда его наконец выгнали это было диво-дивное. Работал бы он и дальше, если бы не умудрился послать родственницу «кое-кого очень важного». :)
Вы не путайте теплое с мягким — одно дело гарантийные обязательства местного реселлера и официальные заявления крупного производителя или не менее крупного вендора. Я сам вам могу кучу историй рассказать и про глухую оборону СЦ и про отбитых покупателей, но это сильно не в ту степь. Сейчас запросто вскрывают реальные обманы, но, главное и широких средств распространения валом. Стоит такому всплыть на реддите — это как минимум десятки людей в первой волне исков и как следствие, если заход удачный — многие тысячи (десятки, сотни) после. Подключаться могут даже правительства стран. Такой геморрой точно никому не нужен.
Ну DNS не такой уж и «местный реселлер». :) Однако, если речь ведем о крупных заказах для крупных фирм и, не дай боже, армии, тогда да, согласен.
