О деградации современных SSD

Мы уже обсуждали с вами тот факт, что у новых SSD число циклов записи крайне ограничено, и даже если на них ничего не писать, а только считывать информацию — процесс регенерации ячеек это число постепенно подъедает.

В SSD информация хранится в виде заряда в маленьких конденсаторах, образованных в кремнии, и считывается за счет электростатического поля, наводящегося на полевой транзистор с изолированным затвором. Кремний, конечно, хороший изолятор — но заряд в нем всё равно понемногу стекает, и тем бодрее, чем меньше физический размер ячейки. Именно поэтому очень старая флэш-память и EEPROM (с большими ячейками) могла держать информацию по 10 лет и более, но новые микросхемы Flash так уже не могут. А применение технологии MLC (когда в одну ячейку записывается несколько бит информации за счет разного напряжения) проблему обостило еще сильнее.

Эту проблему решили, введя в SSD активную регенерацию — как это ранее было сделано в HDD, у которых из-за постепенной потери намагниченности дорожками информация тоже теряется. HDD за счет регенерации дорожек (то есть просто считывания и тут же перезаписи заново) могут жить очень долго, потому что у них число циклов перезаписи почти бесконечное. Но у SSD сейчас это число циклов перезаписи очень невелико — я уже видел SSD, которые подохли при числе перезаписей менее 80. В результате регенерация, вполне нормально себя показавшая на старых SSD — на новых начала достаточно быстро приводить их в негодность.

Не будем голословными — я вам сейчас это покажу на конкретном примере. В реальный комп был поставлен свежий M2 2280 SSD типа WDS480G2G0B. Это не какое-то безродное гогно, а вполне брендовый Western Digital на 480 гигов полезной емкости серии WD Green — вот он, на фото в заголовке.

Он действительно быстрый, как положено дискам М2 — понятно, что не самый топчик, но нам самого и не надо:

Он поставлен в комп в качестве загрузочного, на нем система и больше ничего, из 480 гигов занято 37 гигов. Причем своп, папки TMP и даже профиль пользователя — с этого диска убраны и перенесены на другой диск (на нормальный HDD), чтобы не изнашивать SSD операциями записи.

Вот он пока свеженький — всё у него хорошо, скорость чтения ровная линия, ячейки читаются без сбоев. Это вот в таком состоянии — видите, в ячейке 09 (Power On hours count) стоит ноль, диск еще и одного часа не отработал:

Проходит время — и что же мы видим?

Ой, а как же это вышло, а кто же это сделал? Ведь никаких сколько-то интенсивных и объемных операций записи на этот диск не велось (напомню — своп, папки временных файлов и даже активный профиль пользователя — с этого диска убраны).

Проходит еще время — проблем становится больше:

Контроллер диска борется за его жизнь, размазывая ячейки с неуверенным чтением по диску для равномерного износа. Именно это и предполагалось изначально — поэтому и был взят диск на 480 гигов под загрузку, которая занимает всего-то 37 гигов (то есть избыточность по объему — более 1:10).

Но это слабо помогает — деградация продолжается, и сейчас состояние диска вот такое:

Если вам кажется, что стало лучше — нет, не стало лучше, стало хуже, скорость чтения в наихудших ячейках упала до 16 мегабайт в секунду — то есть около 5% нормы, это значит, что для прочитывания ячейки уже требуется около 20 попыток. Еще немного, и начнутся полные отказы ячеек — после чего контроллер, конечно, еще поборется за жизнь, производя ремапы ячеек (подмену сдохших ячеек новыми из специального запаса), но эта музыка уже не будет долгой при такой скорости деградации.

А сколько же прошло времени? Какова же эта самая скорость деградации? А вот смотрите, диск нам сам всё расскажет:

Да-да — 897 часов, то есть чуть больше 37 суток работы. Всего 81 включение компьютера. Это заняло буквально два месяца календарного времени — и деградация стала заметна буквально невооруженным глазом по быстрому нарастанию времени загрузки компьютера.

Если бы с диска не был убран профиль пользователя (в котором программы постоянно создают всякие рабочие файлы) и тем более своп, или если бы был взят диск на 128 гигов — диск уже был бы мёртв.

И это, я замечу — WD относительно старой серии, у которого емкость 480 гигов получена на 4 микросхемах (сейчас такую емкость снимают с одной микросхемы — что еще более ухудшило ситуацию с числом циклов перезаписи SSD), произведенный 7 июня 2023 года (микросхемы там еще более старые). Я надеялся, что такие старые серии еще не слишком испорчены переходом на микросхемы высокой плотности — но увы, надежды не сбылись.

Для сравнения — вот вам ситуация на гораздо более старом диске SSD Samsung EVO870 SATA — одном из последних нормальных надежных Самсунгов на рынке:

Он отработал 4931 час, то есть более 205 суток, 550 включений — около года календарной работы, в том числе часть срока в этом же самом компьютере в качестве загрузочного, в этой же точно конфигурации (собственно, системный диск был просто клонирован программой AOMEI Backupper, причем в режиме оптимизации под SSD).

Как видите, никаких следов деградации пока нет.

Но это диск, сконструированный и выпущенный в 2021 году — более 3 лет назад. Тогда еще ячейки в SSD были большими, и кремний был чище. С тех пор всё в индустрии деградировало. И то, что вы here and now можете купить за деньги — будет вести себя примерно как этот вот WD Green m2 2280, или даже еще хуже. Скорее — хуже.

Внезапно выяснилось, что у современных микросхем NAND с вертикальными структурами (многослойных) не только стремительно сокращается ресурс с ростом числа слоёв (потому что стирание ячеек производится сразу для всего столбца, во всех слоях одновременно — соответственно для записи одного бита в современной микросхеме SK-Hynix вы должны стереть сразу 238 ячеек, а у Samsung — все 300, и все их перезаписать заново), так еще и при чтении возможно повреждение данных на соседних страницах в пределах блока.

Понимаете — у современных многослойных VNAND микросхем при многократных чтениях деградирует информация! Контроллер это знает, и периодически проводит «освежение» (то есть тупо перезапись) многократно прочитанных ячеек. На что расходуется ресурс записи ячеек, и так очень маленький.

Вот в чем причина того, что мы видим на этом самом WDS480.

PS. А теперь волшебство — следите за руками: удаляем на диске все разделы (включая шифрованный UEFI, который винда не даст вам удалить — но MiniTool Partition Wizard с этим справится), обнуляем диск, делаем на нем один раздел NTFS и заново тестируем:

Опаньки, а как же это вышло? Волшебным образом дефекты исчезли.

Конечно, SSD не превратился в новый — разница с новым заметна, но ошибки при чтении пропали. А потому что читать с ячеек QLC свежие нули гораздо проще, чем что-либо еще, и эффект растекания заряда в соседние ячейки минимален.

Когда на этот диск будет записана информация — проблемы вылезут снова, но так можно создать иллюзию на момент продажи, что диск хороший.