Цифровой журнал «Компьютерра» № 117

Обзор флэш-карты Apacer AH350 Ника Парамонова

Опубликовано 16 апреля 2012 года

В последнее время носители информации на основе флэш-памяти всё чаще и чаще устанавливаются в компьютеры. Их преимущества очевидны — скорость, экономия энергии... Но когда речь идёт о том, чтобы перекинуть определённую информацию с одного компьютера на другой, большинство до сих пор пользуется маленькими USB-брелоками. Конечно, сейчас можно передавать файлы по сети, но всё равно удобнее и надёжнее быстро записать информацию на флэшку и передать её адресату.

Флэшки становятся более ёмкими и дешевеют, купить такой накопитель можно практически где угодно, так что в обозримом будущем этот способ передачи информации вряд ли отомрёт. В тестовой лаборатории «Компьютерры» побывал новый USB-брелок Apacer AH350, о котором и пойдёт речь.

Если вы считаете, что флэшка объёмом 16 Гб дорого стоит, то глубоко ошибаетесь: AH350 стоит чуть больше 600 рублей. Интересно, что это устройство и чрезвычайно лёгкое, его вес составляет всего 8 грамм.

Брелок поставляется в пластиково-картонной упаковке, которую легко открыть, — для этого задняя её стенка перфорирована. Габариты устройства и обтекаемая форма флэшки позволяют без труда засунуть её в любой карман. Более того, для удобства использования дизайнеры Apacer сделали брелок, для которого не нужен колпачок. Благодаря специальному ползунку, расположенному сбоку устройства, коннектор USB выдвигается или задвигается внутрь корпуса. Кроме того, флэшку можно повесить на нити на шею — для этого есть специальное отверстие в корпусе.

Что касается технических характеристик, то AH350 поддерживает интерфейс USB 3.0, а значит, и высокую скорость передачи данных — до 60 Мб/с. Впрочем, никто не запрещает работать с флэшкой через USB 2.0, но скорость передачи данных, разумеется, будет меньше. Поскольку в большинство компьютеров по-прежнему оборудовано именно USB 2.0, мы решили протестировать, как это устройство работает через этот интерфейс. При последовательной записи блоков данных по 4 Кб результат составил 21,94 Мб/с, а при записи блоков объёмом 256 Кб — 16,9 Мб/с. С чтением данных ситуация несколько другая. При последовательном чтении блоков объёмом 4 Кб скорость составила 7,75 Мб/с, а при чтении блоков объёмом 256 Кб — 29,87 Мб/с. При случайной записи информации блоками по 4 и 256 Кб скорость составила 0,02 и 0,80 Мб/с, что, конечно, немного, но вполне нормально для флэшки. К тому же при использовании устройства маловероятна ситуация, в которой будет записываться много блоков информации в случайном порядке. Что касается случайного считывания информации, то тут всё в порядке: 25,96 Мб/с при считывании блока объёмом 256 Кб.

Объём флэшек AH350 варьируется от 8 до 32 Гб. Помимо прочего стоит упомянуть, что на флэшке уже записана программа ACE. С помощью неё можно эффективно сжимать данные (максимум — почти в пять раз), а также устанавливать пароль на использование накопителя, так что если даже вы потеряете устройство, то ничего страшного не случится: ваша информация будет надёжно защищена.

В итоге отметим, что устройство обладает приятным дизайном, позволяет быстро записывать и считывать с него данные, оснащено поддержкой интерфейса USB 3.0 и даже способно заменить основной накопитель компьютера.

К оглавлению

Память завтрашнего дня Олег Нечай

Опубликовано 18 апреля 2012 года

Компьютерные накопители на основе микросхем флэш-памяти, получившие название SSD (Solid State Drive, то есть «твёрдотельный привод»), появились на массовым рынке всего лишь в середине «нулевых» годов. При этом их самые неприятные недостатки были сведены к минимуму лишь к 2010 году, когда и начался бум «твёрдотельников»: они стали надёжнее, их ёмкость принялась плавно расти, а цена — быстро падать.

К несомненным преимуществам SSD-накопителей перед винчестерами обычно относят в 2-2,5 раза большую скорость чтения (до 250-300 Мб/с), на порядок меньшее среднее время доступа (0,12-0,18 мс против 14-15 мс), низкое энергопотреблением, полную бесшумность, высокую надёжность и устойчивость к механическим воздействиям благодаря полному отсутствию движущихся частей.

Однако у SSD имеются и недостатки, обусловленные самой конструкцией флэш-памяти. Прежде всего, это ограниченное количество циклов записи/стирания, связанное с физическим износом: постоянное воздействие высокого напряжения на диэлектрик, изолирующий плавающий затвор, вызывает изменения его структуры и приводит к «пробою», то есть невозможности удерживать заряд. Это означает выход из строя ячейки, которая утрачивает способность принимать значения "0" или "1", оставаясь постоянно в некотором стабильном состоянии. Среднее число циклов записи-стирания составляет порядка 10 тысяч у массовых моделей с ячейками типа SLC и до 100 тысяч у дорогих MLC-накопителей (подробнее о них — см. здесь).

Второй «врождённый» недостаток заключается в том, что для записи на SSD-накопитель требуется приложение относительно высокого напряжения от 10 до 20 В, которое необходимо для преодоления слоя диэлектрика. Разумеется, это не лучшим образом сказывается на энергопотреблении, особенно в портативных устройствах, питающихся от аккумуляторов.

В свою очередь, при увеличении плотности ячеек для повышения плотности записи неизбежно уменьшается толщина диэлектрика, что позволяет снизить напряжение записи, — но в таком случае проблема износа становится ещё актуальнее.

И, наконец, быстродействие SSD-накопителей вовсе не настолько высоко, как может показаться. Оно впечатляет, если сравнивать с обычными жёсткими дисками, но даже не самая скоростная современная оперативная память опережает «твёрдотельники» по производительности и времени доступа как минимум в 20-25 раз.

Есть два способа, которые позволяют преодолеть ограничения по быстродействию, сроку службы и плотности записи. Можно совершенствовать применяемые материалы либо взять за основу конструкции накопителя существенно иной принцип хранения информации.

Работы в первом направлении ведутся давно различными производителями памяти, но все они пока упираются в дороговизну и неотработанность технологии. К примеру, технология SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) отличается от классической флэш-памяти тем, что плавающий затвор ячейки выполнен не из поликристаллического кремния, а из нитрида кремния (Si₃N₄), имеющего более однородную молекулярную структуру и потому способного лучше удерживать заряд. При этом слой диэлектрика может быть значительно тоньше, а напряжение записи — в несколько раз меньше. В современных образцах памяти SONOS, продвигаемых компаниями Philips, Spansion, Infineon и Qimonda, напряжение записи составляет от 5 до 8 В, а теоретическое число циклов записи/стирания достигает 100 миллионов, что в 1000-10000 раз выше, чем у обычной SSD.

Гораздо интереснее и многообразнее альтернативные технологии, причём некоторые из них могут появиться на массовом рынке значительно раньше «улучшенной» флэш-памяти.

Одна из самых необычных технологий — PRAM (Phase change Random Access Memory), то есть память с произвольным доступом на основе фазового перехода. В PRAM применяется тот же самый принцип, который используется в перезаписываемых оптических дисках CD-RW и DVD-/+RW. Носителем информации служит специальный материал, способный под воздействием температуры принимать одно из двух состояний: кристаллическое или аморфное. Однако в отличие от дисков, где имеют значение оптические характеристики материала в этих состояниях, здесь играет роль электрическое сопротивление, которое в кристаллическом состоянии слабое (логическая единица), а в аморфном — высокое (логический ноль).

Запись информации в PRAM осуществляется путём нагрева ячеек, а считывание — посредством измерения их сопротивления. Среди достоинств этой технологии — возможность записи информации без предварительного стирания (совсем как на «болванках», где для перезаписи достаточно стереть содержание, после чего можно записывать «поверх» старых данных), причём скорость записи может в сто раз превышать аналогичный показатель SSD-накопителей на флэш-памяти.

Микросхемы PRAM небольшого объёма (до нескольких десятков мегабайт) уже серийно производятся компаниями Hynix, Intel и Samsung и применяются в смартфонах и планшетах.

Ещё один альтернативный тип памяти, мелкосерийный выпуск которой уже начался, называется MRAM (Magnetoresistive random-access memory — магниторезистивная память с произвольным доступом). Основой ячейки памяти MRAM выступает магнитный туннельный переход, состоящий из двух магнитных слоёв, разделённых сверхтонким диэлектриком. Один из двух слоёв имеет фиксированный вектор магнитного поля, а у второго направление вектора намагниченности может изменяться под воздействием внешнего магнитного поля. Если векторы взаимно противоположны, то электрическое сопротивление ячейки высокое (логический ноль), если же они ориентированы в одном направлении, то сопротивление низкое (логическая единица).

Благодаря тому, что данные записываются в результате намагниченности, а не за счёт электрического заряда, они могут храниться более десяти лет без питающего напряжения, при этом отсутствует эффект износа, а число циклов записи/стирания практически не ограничено (более 10¹⁶). Время доступа MRAM составляет порядка наносекунды, а скорость записи примерно в тысячу раз превышает возможности флэш-памяти.

Магниторезистивная память уже порядка десяти лет (!) применяется в некоторых областях, например в космонавтике, но в ближайшее время вероятно её появление на потребительском рынке. В продвижении MRAM заинтересованы такие крупные игроки, как Hynix, IBM, NEC и Toshiba.

Интересные варианты долговременной памяти возможны и на молекулярном уровне. К примеру, память FeRAM (Ferroelectric RAM — ферроэлектрическая, или сегнетоэлектрическая, память с произвольным доступом) основана на возможности изменять распределение (поляризацию) атомов в ферроэлектрических материалах за счёт приложения внешнего электрического поля. В отечественной литературе принят термин «сегнетоэлектрик», по названию первого материала, где был открыт этот эффект, — сегнетовой соли.

Принцип работы FeRAM заключается в том, что при подаче напряжения на ферроэлектрик атомы в этом материале смещаются вверх или вниз, и изменяется электрическая проводимость, сохраняющаяся и после отключения тока. Чтение данных при этом производится довольно непривычным способом: управляющий транзистор подаёт напряжение, переводя ячейку в измерительное состояние "0". Если ячейка уже содержит логический "0", то сигнал не изменяется, если же в ячейке записана "1", то в результате смены поляризации на выходе возникнет короткий импульс, который и будет означать "1".

Среди преимуществ FeRAM — практически не ограниченное число циклов перезаписи (более 10¹⁶), высокая скорость записи (150 нс по сравнению с 10 000 нс — 10 мс — для флэш-памяти) и низкое энергопотребление. Главные недостатки — низкая плотность записи и, в результате, слишком высокая цена хранения информации. В настоящее время чипы FeRAM небольшой ёмкости применяются преимущественно в лабораторном и медицинском оборудовании, где требуется максимально быстрая фиксация данных и перезапись без физического износа носителя.

Память века нанотехнологий — CBRAM (Conductive-Bridging RAM — память с произвольным доступом на основе проводящего моста). Здесь в буквальном смысле слова используется нанотрубка, формирующаяся при подаче напряжения в твёрдотельном электролите-диэлектрике между двумя электродами, один из которых изготовлен из электрохимически инертного материала (например, вольфрама), а другой, напротив, из активного (например, из меди или серебра). Нанотрубка, «пробившая» диэлектрик, снижает сопротивление и записывает логическую единицу, в противном случае ячейка хранит ноль. Для стирания единицы ток пропускается между электродами в обратном направлении, и нанотрубка разрушается.

Существует ещё множество экспериментальных технологий накопителей будущего — Nano-RAM, Millipede, Racetrack, ReRAM и другие, каждая из которых достойна отдельного подробного рассказа. Впрочем, и старые добрые жёсткие диски не торопятся занимать места на музейных полках.

К оглавлению