Введение

В вычислительной технике гибридный накопитель (SSHD) – это логическое или физическое устройство хранения данных, сочетающее в себе более быстрый носитель, такой как твердотельный накопитель (SSD), с жестким диском (HDD) большей емкости. Цель – добавить часть скорости SSD к экономичной емкости хранения традиционных HDD. SSD в гибридном накопителе выполняет роль кэша для данных, хранящихся на HDD, повышая общую производительность за счет хранения копий наиболее часто используемых данных на более быстром SSD-накопителе. Существует две основные конфигурации гибридных накопителей: гибридные системы с двумя накопителями и гибридные твердотельные накопители. В гибридных системах с двумя накопителями физически раздельные SSD и HDD устанавливаются в одном компьютере, а оптимизация размещения данных выполняется либо вручную пользователем, либо автоматически операционной системой путем создания "гибридного" логического устройства. В гибридных твердотельных накопителях функциональность SSD и HDD интегрирована в единое аппаратное обеспечение, где оптимизация размещения данных выполняется либо полностью устройством (в режиме самооптимизации), либо с помощью "подсказок" о размещении, предоставляемых операционной системой (в режиме подсказок от хоста).

Типы

Существуют две основные "гибридные" технологии хранения, объединяющие флеш-память NAND или SSD с технологией HDD: гибридные системы с двумя накопителями и твердотельные гибридные накопители.

Гибридные системы с двумя приводами

Гибридные системы с двойным накопителем сочетают использование отдельных SSD и HDD, установленных в одном компьютере. Оптимизация производительности осуществляется одним из трех способов:

Пользователем компьютера, который вручную размещает наиболее часто используемые данные на более быстром накопителе. Программным обеспечением операционной системы, которое объединяет SSD и HDD в единый гибридный том, предоставляя пользователю более простой интерфейс. Примеры реализации гибридных томов в операционных системах включают "гибридные пулы хранения" ZFS, bcache и dm cache в Linux, Intel Hystor и Apple Fusion Drive, а также другие реализации на основе Logical Volume Management в OS X. Чипсетами, внешними по отношению к отдельным накопителям. Примером является использование модулей флэш-кэша (FCM). FCM объединяют использование отдельных SSD (обычно модуля mSATA SSD) и компонентов HDD, при этом управление оптимизацией производительности осуществляется через программное обеспечение хоста, драйверы устройств или их комбинацию. Одним из примеров является Intel Smart Response Technology (SRT), которая реализована посредством комбинации определенных чипсетов Intel и драйверов хранения Intel и является наиболее распространенной реализацией гибридных систем FCM на сегодняшний день. Отличительной особенностью этой системы с двойным накопителем от системы SSHD является то, что каждый накопитель сохраняет возможность независимого обращения к нему со стороны операционной системы, при необходимости.

Гибридный твердотельный привод

Гибридный твердотельный накопитель (также известный под аббревиатурой SSHD) – это устройства, объединяющие значительный объем флеш-памяти NAND и жесткий диск (HDD) в единое, интегрированное устройство. Термин SSHD является более точным, чем более общее понятие «гибридный диск», которое ранее использовалось для обозначения как SSHD, так и неинтегрированных комбинаций твердотельных накопителей (SSD) и жестких дисков. Основной принцип работы SSHD заключается в выявлении элементов данных, наиболее влияющих на производительность (часто используемые данные, загрузочные данные и т.п.) и хранении этих элементов в флеш-памяти NAND. Это позволяет значительно повысить производительность по сравнению со стандартным HDD. Примером часто путаемой системы с двумя дисками, ошибочно принимаемой за SSHD, является использование в ноутбуках отдельных SSD и HDD, объединенных в корпус размером 2,5 дюйма, при этом (в отличие от SSHD) эти два компонента остаются видимыми и доступными для операционной системы как два отдельных раздела. Диск WD Black2 является типичным примером: его можно использовать как отдельные SSD и HDD, разбив на соответствующие разделы, либо использовать программное обеспечение для автоматического управления частью SSD и представления диска пользователю как единого большого тома.

Операция

В двух формах гибридных технологий хранения (гибридные системы с двойным приводом и SSHD) цель заключается в объединении жесткого диска и более быстрой технологии (часто флеш-памяти NAND) для достижения баланса между повышенной производительностью и большой емкостью хранения. Как правило, этого достигают путем размещения "горячих данных", то есть данных, наиболее непосредственно влияющих на производительность, на "более быстрой" части архитектуры хранения. Определение того, какие элементы данных следует приоритизировать для флеш-памяти NAND, является ключевым аспектом технологии SSHD. Различные производители могут реализовывать это с помощью прошивки устройства, драйверов устройства или программных модулей в сочетании с драйверами устройства.

Сравнительные показатели

В конце 2011 и начале 2012 года сравнительные тесты, проведенные с использованием SSHD, состоящего из 750 ГБ HDD и 8 ГБ кэша NAND, показали, что SSHD не обеспечивают производительность SSD при случайном и последовательном чтении/записи, однако превосходят HDD по скорости запуска и выключения приложений. Тест 2011 года включал загрузку образа сильно использовавшейся системы с множеством запущенных приложений, чтобы исключить преимущество производительности свежеустановленной системы; в реальных тестах было установлено, что производительность была значительно ближе к SSD, чем к механическому HDD. Различные тесты показали, что производительность SSHD находится между HDD и SSD, но обычно значительно ниже, чем у SSD. При некэшированном случайном доступе (множественные случайные чтения и записи блоками по 4 КБ) SSHD не был быстрее сопоставимого HDD; преимущество проявляется только при работе с кэшированными данными. Автор заключил, что SSHD является лучшим типом накопителя, не являющимся SSD, с заметным отрывом, и что чем больше объем твердотельного кэша, тем выше производительность.