Сколько хранится информация на ssd без питания

Причины, по которым не стоит хранить важную информацию на SSD, флеш-накопителях и картах памяти

Пользователю сегодня предлагается широкий круг разнообразных накопителей информации на основе флеш-памяти. Самые распространенные в быту – это SSD, флеш-накопители и карты памяти. Но, несмотря на все их преимущества, они имеют недостаточную надежность в хранении информации.

6 августа 2022, суббота 07:56
НиколайНикифоров [ ] для раздела Блоги

реклама

Каждый пользователь рано или поздно задается вопросом, какой же все-таки использовать накопитель для надежного хранения важной информации. Можно ли для этих целей использовать накопители на основе флеш-памяти, имеющие в настоящее время большую популярность. Особо этот вопрос мучает тех пользователей, которые уже столкнулись с безвозвратной утратой какой-либо важной для них информации и теперь кусают локти. Не все пользователи знают о недостатках накопителей на основе флеш-памяти влияющих на надежность хранения информации. И о том, как от принципа работы и устройства накопителя зависит надежности хранения информации. Разберемся в этих недостатках и их причинах.

реклама

И какой бы я порекомендовал вариант достаточно надежного хранения информации исходя из собственного опыта.

Solid-state drive (SSD) он же твердотельный накопитель

Начну с твердотельных накопителей (SSD), которые имеют массу преимуществ перед традиционными жесткими дисками (HDD) и повсеместно их вытесняют, становясь все более доступными для рядового пользователя. Их преимущества в скорости чтения и записи, компактности, надежности (ввиду отсутствия механических подвижных элементов) неоспоримы в сравнении с HDD и значительно превосходят последние.

реклама

Но есть у SSD и существенные недостатки – это ограниченное время хранения ячейками памяти SSD данных и ограниченное количество циклов их перезаписи ограничивающее ресурс накопителей. Оба эти недостатка возникают из-за физического принципа работы ячеек флэш-памяти. И этот принцип работы мы рассмотрим. Также следует отметить, что чем дешевле накопитель, тем худшего качества в нем будет использоваться флэш-память, и тем в большей мере проявятся вышеуказанные недостатки. А так же, чем больше использован ресурс SSD, тем все меньшее время ячейки памяти смогут хранить информацию. Это происходит из-за разрушительного воздействия режима записи на структуру ячеек памяти.

Для понимания физических процессов происходящих в ячейке памяти при записи, считывании и хранении информации рассмотрим ее работу в самом простом варианте – один бит на ячейку памяти (SLC). Ячейка памяти любого SSD состоит из полевого транзистора с двумя управляющими электродами «затворами». Наличие второго дополнительного «плавающего» затвора и делает из обычного полевого транзистора «волшебную» ячейку памяти, которая может хранить записанную на нее информацию при отсутствии питания. То есть является энергонезависимой.

Обычные полевые транзисторы, не имеющие «плавающего» затвора, не имеют такой возможности. Они или пропускают ток через сформировавшийся под воздействием электрического поля управляющего затвора токопроводящий канал.

реклама

Или не пропускают ток, если токопроводящий канал вследствие отсутствия электрического поля затвора не формируется.

То есть ток через полевой транзистор определяется электрическим полем только одного затвора — управляющего.

А ячейка памяти (транзистор с двумя затворами) работает по-другому.

реклама

Протекание тока или отсутствие оного через канал ячейки определяется суммарным электрическим полем двух затворов, «плавающего» и управляющего, то есть их суммарным зарядом. Например, если «плавающий» затвор будет иметь отрицательный заряд, то его электрическое поле скомпенсирует поле управляющего затвора имеющий положительный заряд. И суммарное поле двух затворов близкое к нулю не сможет сформировать токопроводящий канал. Ток будет отсутствовать, что и соответствует логической «1». Если «плавающий» затвор не будет иметь заряда, то поля управляющего затвора окажется достаточно для формирования токопроводящего канала. Ток в этом случае начнет протекать, что и будет соответствовать логическому нулю «0».

Отсюда очевидно, что заряд «плавающего» затвора является определяющим, будет протекать ток или нет через полевой транзистор при подаче положительного напряжения на управляющий затвор. И что управляющий «затвор» по сути, является опрашивающим электродом. То есть при поступлении на него положительного «опросного» импульса происходит проверка состояния транзистора, будет ли он открыт (логический «0») или будет закрыт (логическая «1»).

Поскольку «плавающий» затвор со всех сторон окружен диэлектриком и не имеет никаких выводов, внесенному в него заряду при записи просто некуда деваться, и он сохраняется достаточно длительное время, даже при отсутствии питания накопителя. При следующей подаче питания все биты информации (заряды «плавающих» затворов) будут сохранены и их без проблем можно будет «прочитать».

Но не все так хорошо и гладко. Дело в том, что диэлектрик, который окружает «плавающий» затвор, а им является диоксид кремния, не является идеальным, как и все остальное в нашем мире. И поэтому со временем электроны постепенно «утекают» с «плавающего затвора, так сказать, унося с собой информацию из ячейки памяти. И если потеря незначительной части электронов не приводит к значительному изменению заряда, и он продолжает находиться в диапазоне логической «1», то это не страшно, это не приведет к изменению бита информации хранящегося в ячейке памяти. Но если «убежит» значительная часть электронов, то это приведет к изменению хранящегося бита информации, с «1» на «0», то есть к потере информации.

А изменение хотя бы одного бита в файле изображения может сделать его, как и вовсе нечитаемым, так и воспроизводимым с искажениями, как например, в этом случае.

И тем быстрее будет происходить утечка электронов с «плавающего» затвора, чем хуже будет состояние окружающего его диоксида кремния. А его состояние напрямую зависит от циклов перезаписи ячейки памяти. Чем их больше, тем хуже состояние диоксида кремния. И тем быстрее будет происходить утечка электронов и потеря информации накопителем.

Это происходит из-за разрушительного воздействия режима записи на ячейки памяти, вернее как раз на этот многострадальный диоксид кремния окружающий «плавающий» затвор.

Дело в том, что для осуществления записи или стирания информации в ячейках памяти используется повышенное напряжение. Оно создает электрическое поле высокой напряженности, которое буквально насильно «впихивает» в «плавающий» затвор или «вырывает» из него электроны через диоксид кремния. Это постепенно разрушает его структуру, приводя к все более ускоряющейся утечке электронов.

И вот ваш SSD уже может хранить информация месяц, потом неделю, а потом один день. Чего явно не достаточно. И вы, в один из прекрасных дней включив компьютер после приезда из месячного отпуска, обнаруживаете, что часть вашей информации не открывается.

Здесь хочу немного отступить от темы и раскритиковать тестеров SSD, которые проводят их тесты на предмет выявления максимального ресурса по объему записи (TBW). Эти тесты проводятся путем непрерывного чередования циклов записи-чтения до появления ошибок при чтении. Причем перерывов между этими циклами они не делают, и это большая ошибка. И рассказывают потом, что реальный ресурс в 5 – 10 раз оказался выше, чем заявил производитель, ах какие же производители скромняги, какой же у них большой запас по ресурсу. А по факту, когда они уже довели ячейки памяти до состояния деградации, при котором информация в них может храниться, скажем, одни сутки, такой метод тестирования «кончины» SSD не определит. Так как нет перерывов такой длительности между циклами, при которых произойдет утрата информации. И лишь только тогда обнаружится исчерпание ресурса, когда SSD не сможет и часа «удерживать» записанную на него информацию. Поэтому не верьте подобным горе тестировщикам.

Флеш-накопители и карты памяти

Эти накопители известны всем, они используются везде, в видеорегистраторах, смартфонах, компьютерах, фотоаппаратах, и всего не перечислить где они используются. Они, так же как и SSD построены на основе флеш-памяти. И кроме недостатков присущих SSD имеют еще и свои серьезные недостатки, обусловленные человеческим фактором. Что делает хранение на них информации вообще призрачной перспективой.

Флэш-накопитель можно очень легко постирать вместе с бельем в стиральной машинке, можно просто поломать, потерять, можно неудачно выдернуть из компьютера во время записи данных на нее, после чего она уже может не работать. И даже если после такого жесткого выдергивания все же удастся восстановить ее работоспособность путем перепрошивки, то ни о каком восстановлении информации с нее не может быть и речи.

По моему мнению, флеш-накопители и карты памяти вообще нельзя использовать для хранения важной информации. Они предназначены лишь для оперативного переноса этой информации. Например, от одного компьютера на другой, или с цифрового фотоаппарата на компьютер.

Так на чем хранить важную информацию

Я храню всю свою важную информацию на двух обычных HDD разных производителей. Почему разных производителей? Чтобы возможные скрытые болячки или дефекты одного из производителей не проявились одновременно на двух HDD. Подключаю их к компьютеру только для записи на них бэкапов, или переноса нужной информации на компьютер.

Остальное время они хранятся на полке. Это дает возможность не использовать их ресурс без необходимости, исключить губительное воздействие на диски различных неисправностей компьютера возникающих при его эксплуатации. Например, скачков питающих напряжений при неисправности блока питания. Исключается воздействие на них различных компьютерных вирусов. То есть важно, чтобы они хранились отключенными от компьютера.

Срок хранения информации на HDD тоже ограничен. Магнитный слой, на котором хранится информация в виде остаточной намагниченности, тоже постепенно размагничивается. Но процесс этот довольно медленный, пять – семь лет магнитный слой без проблем сохранит записанную информацию. Таким сроком ни один SSD похвастаться не может.

А чтобы магнитные пластины при длительном хранении не размагничивались до состояния потери данных, их намагниченность нужно периодически обновлять путем перезаписи данных.

Поэтому я раз в три года полностью перезаписываю на них всю информацию.

Надеюсь, моя статья оказалась для вас полезной. Пищите в комментариях, какие накопители вы используете для хранения информации, и становились ли вы жертвой безвозвратной утраты ваших важных данных.

Можно ли долго хранить данные на SSD?

Увы, накопители SSD (и USB-флешки, и флеш-карточки) не предназначены для долгого хранения данных «на полке». Эти устройства целесообразно периодически подключать к компьютерным системам, чтобы встроенные контроллеры могли выполнить свои функции и при необходимости провести восстановление содержимого ячеек памяти.

В процессе обработки информации важную роль играют носители – от их возможностей зависят скоростные возможности систем, обеспечивающих запись и чтение программ и данных, а также надежность хранения информации. Универсальным и перспективным вариантом считаются твердотельные накопители (SSD), но обеспечивают ли они требуемые скорость и надежность? Попробуем разобраться. Первым массовым носителем информации стала бумага: она использовалась для печатания картин, книг, альбомов и т. п., а с появлением механических и электронных устройств с помощью рулонов бумажных перфолент и пачек перфокарт осуществлялось кодирование информации. Бумага обладает многими достоинствами, однако не лишена и ряда всем известных недостатков. Среди них уязвимость к внешним воздействиям, а также проблемы, связанные с хранением. Поэтому нет ничего удивительного, что с повсеместным внедрением компьютерных средств обработки информации потребовались более удобные и надежные носители цифровых данных. Одной из главных целей этой замены является, например, повышение информационной плотности записи информации. Действительно, объем и масса оптимального цифрового носителя существенно меньше, чем у бумажного эквивалента. Замена позволяет упростить и улучшить хранение, копирование и передачу и, как результат, сделать ее более доступной для пользователей. Оставляя в стороне организационные проблемы, необходимо отметить, что на роль оптимальных носителей претендовали различные устройства. Например, практически сразу после появления персональных компьютеров стали использоваться пятидюймовые (5¼″) гибкие магнитные диски (floppy disk) информационной емкостью 360 Кбайт (разработка 1978 г.). Так, если один символ требует 1 байта, то 360 Кбайт вполне достаточно для хранения, например, текстовой части диссертации, небольшой книги или части большой. Правда, для иллюстраций и фотографий места уже недостаточно. Не решили этой проблемы и пятидюймовые диски двойной емкости — 720 Кбайт (1982 г.). В дальнейшем прогресс сравнительно быстро привел к появлению трехдюймовых (3½″) гибких дисков емкостью 720 Кбайт (1984 г.), 1,44 Мбайт (1987 г.), а также 2,88 Мбайт — более дорогих и потому менее распространенных (1991 г.). Например, чтобы инсталлировать простейшую операционную систему MS-DOS, управляемую вводом посредством клавиатуры соответствующих команд в режиме диалога, требовалось порядка десятка дисков 1,44 Мбайт. Хранить такие диски рекомендовалось в сухом и прохладном месте, иначе возникала проблема с чтением записанной информации. Не шло им на пользу и интенсивное использование, так как рабочий слой с них постепенно стирался головкой, осуществляющей запись/считывание. А еще такие носители были подвержены попаданию пыли: при вставке их в дисковод она могла проникнуть под магнитную головку и вызвать необратимое повреждение магнитного покрытия. Словом, жизненный срок гибких магнитных дисков часто составлял всего несколько недель, а иногда и дней. На альтернативу им претендовали несколько разработок, в частности дискеты Iomega Zip (по сути, модернизация 3,5-дюймовой дискеты), но их стоимость, как и соответствующих дисководов, была сравнительно высокой, а емкостные и эксплуатационные характеристики оказались недостаточными для длительного доминирования в отрасли. По тем же причинам не смогли на долгое время закрепиться на рынке и магнитные диски с лазерным позиционированием головок, например LS-120 емкостью до 120 Мбайт.

Рис. 1. Гибкие диски 3½″ и 5¼″ Конечно, есть еще магнитные ленты, которые остаются востребованными в крупных центрах обработки и хранения информации. Следует отметить, что современные устройства, использующие компактные кассеты (картриджи), по эксплуатационным параметрам выгодно отличаются от своих предшественников эры огромных ЭВМ: емкость достигает уже десятков терабайт, сравнительно низкая стоимость, а также умеренное энергопотребление. Но есть существенный недостаток – низкая скорость произвольных запросов к данным из-за последовательного доступа, так как лента должна прокрутиться к нужному месту, что иногда требует десятков секунд. При этом производительность существенно падает при увеличении количества одновременных запросов, особенно к неактивным кассетам. Кроме того, к недостаткам относятся высокая стоимость устройства записи/чтения, а также весьма жесткие требованиях к условиям эксплуатации системы и хранения носителей. Но все это важно для крупных центров и практически неактуально для небольших компаний и частных пользователей. Революционным прорывом многие считали появление в 1980 году дешевых оптических дисков. Их емкость быстро достигла 700 Мбайт для CD (1982 г.), нескольких гигабайт для DVD (1996 г.), а в случае BD (Blu-ray Disc, 2006 г.) — 100 Гбайт. Конечно, появились разнообразные улучшенные варианты, были созданы модели, как для одноразовой записи, так и для многоразовой. Многие специалисты до сих пор рассматривают оптические диски в качестве оптимальных средств длительного хранения оцифрованной информации. Но, как оказалось, не всё так безоблачно. Дело в том, что оптические диски, особенно семейств CD и DVD, имеют ряд значительных ограничений. Так, производители этих носителей в стремлении уменьшить свои расходы настолько модифицировали технологии и материалы, что надежность хранения информации снизилась весьма существенно. Более того, сроки надежного хранения часто не дотягивают даже до года: пористая структура дешевого пластика не препятствует проникновению влаги, которая разрушает металлическую пленку информационного слоя. Процесс коррозии ускоряется под воздействием высокой температуры и яркого света, особенно ультрафиолета. Параллельно с указанными средствами развивались накопители на жестких магнитных дисках (Hard Disk Drive, HDD). Модели ПК архитектуры IBM PC, появившиеся в начале 80-х годов, комплектовались HDD емкостью 5 Мбайт, а позже число мегабайт увеличилось до 10, 20 и т. д. Но вскоре появились очень серьезные исследования, в ходе которых рост емкости 3,5-дюймовых HDD ограничивался значениями 120–150 Мбайт. Объяснялось это существованием парамагнитного предела: с уменьшением размеров магнитных доменов в условиях увеличения плотности магнитных дорожек на дисках возрастала вероятность произвольного изменения их состояния (размагничивание, перемагничивание и т. п.). Однако благодаря новым открытиям, материалам, элементам и технологиям указанный предел все время отодвигается. В результате появляются все более совершенные модели HDD, доступ к записанным данным осуществляется менее чем за 20 мс, а емкость указывается уже в терабайтах даже в потребительском секторе. Расстояние же между головками и быстро вращающимися магнитными дисками исчисляются уже нанометрами. Управление осуществляется с помощью высокоточной механики, а также сложной электроники, которая, по сути, является встроенным миниатюрным компьютером со сложным чипом, выполняющим функции процессора (с ОЗУ, прошивкой в ПЗУ и т. п.). К сожалению, эти совершенные, но сложные накопители уязвимы для ударных нагрузок и вибраций: выход из строя (вместе с потерей накопленной информации) менее 1% HDD за пять лет считается еще очень хорошим результатом. Увы, хотя этот тип накопителей очень востребован, он явно неидеален. Именно поэтому конструкторы и пользователи с энтузиазмом восприняли разработку чипов (1988 г.) и устройств на основе технологии флеш (1984 г.) – они не нуждаются в сложных механических узлах, состоят из печатной платы с набором напаянных на ней микросхем. Такая конструкция обещает высокие показатели быстродействия, энергоэкономичности, надежности. Но насколько оправданны эти надежды? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала немного о технологии флеш, которая является разновидностью полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти. Звучит страшновато, но по сути всё очень просто. Не вдаваясь в тонкости реализации разных вариантов технологии флеш, можно сказать (конечно, сильно упрощая), что биты данных хранятся в миниатюрных конденсаторах с очень низким саморазрядом. Считывание же значений осуществляют схемы на основе транзисторов с изолированными затворами (рис. 2).

Рис. 2. Хранение бита В такой схеме установка «нуля» осуществляется подключением конденсатора к «земле», а «единицы» — к шине питания. А как реализовано собственно хранение заряда — это, вообще говоря, не так и важно. По сути, это конденсатор и цепь считывания, формирующие ячейку хранения. Остается добавить, что для хранения байта потребуется восемь таких ячеек. Можно сказать, что такой подход лежит в основе USB-флеш-накопителей (USB-флешки), флеш-карт (SD, SDHC, SDXC) и твердотельных накопителей (Solid-State Drive, SSD), как впрочем, и чипов флеш, используемых в различных электронных устройствах. Очевидно, что время сохранения информации зависит от времени сохранения заряда – точнее, пока «единица» устойчиво считывается именно как «единица», а не как «ноль». Для повышения надежности в архитектуре предусмотрены дополнительные ячейки, используемые для контроля и восстановления информации. А теперь о некоторых тонкостях. Дело в том, что указанная эквивалентная схема иллюстрирует способ хранения информации в самых ранних разработках, когда каждый бит требовал свою индивидуальную цепь хранения заряда. Это однобитовые ячейки, их называют одноуровневыми (Single-Level Cell, SLC). Время хранения информации достигает 10 лет. С целью повышения информационной емкости накопителей были разработаны технологии хранения нескольких бит в каждой ячейке: двух битов, что достигается хранением четырех уровней напряжения на конденсаторе (Multi-Level Cell, MLC), трех битов за счет хранения восьми уровней (Triple-Level Cell, TLC), четырех битов за счет хранения шестнадцати уровней (Quad-Level Cell, QLC). Анонсирована разработка накопителей с сохранением в каждой ячейке пяти бит (Penta-Level Cell, PLC). Многоуровневое хранение требует наличия в составе архитектуры накопителя скоростных аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. Однако указанные методы сокращают время надежного хранения информации. Конечно, используются дополнительные ячейки для контроля и восстановления информации, но в целом достигнуты высокие показатели емкости при относительно небольших затратах. Данный тип накопителей заметно ускоряет работу дисковой подсистемы настольных и мобильных компьютеров: время доступа менее – 1 мс, скорость считывания зависит от особенностей интерфейса и значительно превышает аналогичные параметры HDD (в десятки раз в случае лучших моделей SSD). Высокие параметры обеспечили популярность SSD, хотя по такому параметру, как стоимость за 1 Гбайт, они заметно уступают классическим жестким дискам. Однако SSD практически не боятся вибраций и ударных нагрузок, потребляют меньше энергии, более надежны. Правда, как выясняется, SSD (и USB-флэш-накопители, карты и чипы) имеют ограниченный ресурс перезаписи/стирания информации. Для его повышения конструкторы используют различные методы: выравнивание износа ячеек, их страничная и блоковая организация, кэширование, использование эффективных кодов контроля и восстановления, максимальное сокращение операций перезаписи и т. п. Как результат, ресурс перезаписи для SSD потребительского сектора оценивается в десятках, а для высокоемких моделей нередко и в сотнях терабайт. Для серверных SSD этот показатель оценивается уже в тысячах терабайт. При этом речь идет о ресурсах, гарантированных производителями, реальные же показатели значительно выше. А теперь о времени хранения информации. Очевидно, что для длительного сохранения требуется периодическая проверка ячеек и последующее восстановление уровней. Нахождение флеш-накопителей в течение долгого времени в выключенном состоянии может привести к безвозвратной потере данных. В некоторых случаях это могут быть месяцы и недели, а то и дни. Особенно обостряется проблема в случае накопителей, созданных на основе многоуровневых ячеек типа QLC и тем более PLC. Организация JEDEC, занимающаяся стандартизацией и сертификацией, не рекомендует на долгий срок оставлять SSD без электропитания. В нормальных условиях эксплуатации для потребительских SSD время сохранения информации обычно составляет около года, а для корпоративных моделей, согласно требованиям JEDEC, должно составлять не менее трех месяцев. Кстати, это не означает, что корпоративные менее надежны, просто требования к ним существенно выше и допустимая вероятность ошибок ниже. Следует добавить, что на время сохранения информации влияет температура окружающей среды: как показывают исследования, превышение всего на 5 градусов может сократить этот срок вдвое, а дальнейший подъем ухудшает ситуацию еще сильнее. И какие же выводы следуют из всего этого? Увы, накопители SSD (и USB-флешки, и флеш-карточки) не предназначены для долгого хранения данных «на полке». Эти устройства целесообразно периодически подключать к компьютерным системам, чтобы встроенные контроллеры могли выполнить свои функции и при необходимости провести восстановление содержимого ячеек памяти. Следует добавить, что предпочтительнее продукция именитых производителей: из моделей MLC, TLC, QLC лучше выбрать первые два типа и заполнять их информацией не на 100%, оставляя часть пространства незанятым. Кроме того, целесообразно периодически контролировать состояние накопителей с помощью фирменных утилит. Следование этим рекомендациям обеспечит высокую производительность при надежной работе флеш-накопителей. Итак, получается, что и SSD не является идеальным выбором? Пожалуй, что так. Однако технологии продолжают развиваться. Как считают инженеры Intel, следующий этап эволюции связан с переходом на флеш-память нового типа, получившую наименование 3D XPoint. Эта разработка, как и предшественница, позволяет выпускать твердотельные накопители, обеспечивающие энергонезависимое хранение программ и данных, но достигается это уже на другом, более высоком уровне возможностей устройств и подсистем хранения информации. Проанализировав доступные документы, независимые эксперты утверждают, что работа флеш-памяти 3D XPoint основана на использовании эффектов фазовых переходов применяемых полупроводниковых материалов, вызывающих изменение их проводимости, что может быть выявлено соответствующими электронными схемами.

Созданные на основе флеш-памяти этого типа накопители получили наименование Optane. По производительности они находятся между оперативной памятью и твердотельными накопителями, при этом значительно дешевле DRAM и в то же время значительно надежнее традиционных SSD, обладают более высокими скоростными возможностями и обеспечивают побайтную адресацию. Выпущенные серверные накопители демонстрируют очень высокие показатели: на операциях чтения/записи блоками 4 Кбайт производительность достигает 550 000 IOPS, выносливость — 30 DWPD (перезаписей всего информационного объема накопителя в день), что примерно втрое больше лучших альтернативных моделей твердотельных накопителей. По сравнению с традиционными SSD у Intel Optane SSD DC P4800X задержки доступа меньше более чем в 10 раз. А еще эти устройства в 5-8 раз быстрее на низких очередях, а при 99% QoS преимущество может достигать 60-кратного увеличения. Остается добавить, что такие накопители оптимальны для приложений, критичных к требованиям по задержкам. При этом время отклика практически не меняется от нагрузки. А еще они обладают очень высокими ресурсами перезаписи, хранят информацию практически неограниченное время и не теряют ее при обесточивании. Всё это позволило существенно изменить архитектуру мощных систем обработки данных. Главным же недостатком остается высокая стоимость, но, как ожидается, она будет снижаться по мере совершенствования подобных технологий и архитектуры созданных на их основе накопителей. Вряд ли эти твердотельные накопители являются идеальными, но, как говорится, процесс идет. Без сомнения, будущее будет интересным!

Опубликовано 20.06.2022

«Облако», HDD или SSD: где лучше сохранится информация спустя 20−50 лет и как умирают данные

Постоянный запрос в поисковики «как именно нужно хранить информацию». На жестких дисках или твердотельных накопителях? Можно ли единожды произвести запись и оставить накопитель в покое на несколько лет, либо необходимо периодически (раз в полгода или год) перезаписывать его, чтобы данные не исчезли или не повредились?

Какого-то единственного правильного решения такой задачи нет, поскольку исходя из личного опыта многие пользователи предлагают разные достижения поставленной цели. После прочтения постов на разных форумах становится понятно одно — хранить важную информацию на неиспользуемых на постоянной основе накопителях нельзя. Дело не только в размагничивании самих дисков или деградации ячеек памяти, но и увеличении энтропии, ведущей к искажению данных, то есть появлению битых файлов.

Кстати, насчет энтропии: это одна из причин, почему космическое оборудование намного слабее того, которым мы пользуемся на Земле. Все дело в плотности микросхем, так как современное «железо» стремится к уменьшению техпроцесса, а чем плотнее компоненты, тем они более уязвимы к космическому излучению и солнечной радиации. Долгосрочное хранение информации на жестких дисках и SSD имеет аналогичные проблемы, поскольку электромагнитные излучения, перепады температур и влажности еще никто не отменял. Так как же правильно хранить важные файлы, как снизить риск их потери и как, собственно, умирают данные — с этим мы и намерены сегодня разобраться.

Деградация ячеек и размагничивание данных на диске

Сначала разберемся с размагничиванием пластин в жестких дисках, ведь там считывание информации зависит от трех главных параметров: точности позиционирования механизма считывающей головки, чувствительности головок и мощности магнитного поля болванок. В нормальных условиях, когда соблюдаются рекомендуемые производителем показатели влажности, температуры в помещении, а также отсутствуют механические удары и вибрация, сильные электромагнитные поля, деградация магнитного поля пластин составляет около 1% в год.

При этом сказать, что через условные 50 лет половина диска станет нечитаемой, будет неправильно. Обычно в таких случаях наличие битых файлов или вовсе их исчезновение будет связано не столько с ухудшением магнитной записи, сколько с деградацией материалов, отвечающих за точность позиционирования и чувствительность считывающих головок. Поэтому переживать за сохранность информации не стоит, поскольку неработающий должным образом такой жесткий диск всегда можно отнести к специалистам, которые без проблем считают и восстановят 100% данных напрямую с пластин. Это касается и вышедших из строя жестких дисков, в которых сломалась электроника, но «блины» не были повреждены механически ни считывающей головкой, ни наличием трещин и сколов. Единственный минус: стоимость услуг по восстановлению файлов может обойтись в копеечку.

Стоит ли так рисковать и оставлять на полке жесткий диск на 5−10−20 лет? На самом деле, нет. Несмотря на то, что многие могут похвастаться, что их жесткие диски успешно были считаны спустя 10−15 лет простоя на пыльной полке, есть много и негативных отзывов, когда после длительного хранения «харды» попросту отказывались раскручивать пластины. Связано это с тем, что жесткие диски предназначены для постоянной работы, поскольку в процессе своей жизнедеятельности они постоянно обновляют магнитный слой пластин и тем самым могут работать без сбоев десятки лет. Поэтому лучшим решением является постоянная перезапись данных с одного носителя на другой раз в год, если это действительно очень важные файлы.

Если планируется перезапись информации с одного «харда» на другой, то для этих целей лучше использовать проверенные временем устройства 3−5 летней давности (можно и больше) без наличия битых секторов! Жесткие диски, особенно современные модели, подвержены «детской смертности» — они до 40 раз имеют больше шансов выйти из строя в первые год-два эксплуатации, чем старшие собратья, отработавшие минимум 3 года.

Деградация ячеек на SSD

Большая часть современных SSD-накопителей используют метод ловушки заряда в ячейки памяти — CTF (Charge Trap Flash). Сами же ячейки на сегодняшний день в зависимости от стоимости твердотельного накопителя могут быть 4-х видов: SLC (хранение 1 бита информации), MLC (2 бита), TLC (3 бита) и QLC с хранением в ячейке 4 бит данных. В зависимости от количества хранимых бит в одной ячейке варьируется и емкость SSD — чем больше, тем лучше. Но у этого свойства есть и обратная сторона медали: чем выше количество бит в одной ячейке, тем больше уровней напряжения требуется для записи информации, а потому материал диэлектрика в ячейках памяти изнашивается быстрее. Важно уточнить, что деградация происходит только при записи данных, а при их считывании нагрузки на диэлектрик практически нет.

Значит ли это, что SSD можно единожды записать и хранить его долгие годы вне компьютера, а после удачно считать с него важную информацию? Можно, но ограниченное время. Например, компания DELL в документации к производимым твердотельным накопителям указывает, что ее SSD способны хранить информацию без подключения к питанию минимум 10 лет. При этом бренд отмечает, что если flash-память уже значительно изношена, то без питания данные могут храниться на накопителях до 3 месяцев для MLC и до 6 месяцев для SLC-ячеек.

Виджет Яндекс.Маркет

Вечного архива не существует

Подводя итог о долгосрочном хранении данных на жестких дисках и SSD — ни первые, ни вторые не проектируются производителями для многолетнего архивирования информации. Для этих целей у компаний есть специальные оптические диски «архивного уровня», как например, DWD + RW или Blu-Ray диски, срок службы которых может достигать до 30 лет и даже больше. Что касается безмятежного и безопасного хранения данных на срок до 100 лет, то таких решений на сегодняшний день еще не найдено.

Стоит ли хранить данные в «облаке»?

Если отбросить устоявшиеся мифы о том, что данные пользователей, хранящиеся в «облаке» с легкостью могут украсть хакеры, или исчезнуть в результате стихийного бедствия, то облачные хранилища действительно надежны по состоянию на 2021 год. Крупные корпорации, которым принадлежат огромные сервера в разных странах, куда серьезнее относятся к безопасности и сохранности данных, нежели простые пользователи. Поэтому если и делать выбор между локальным хранением информации на HDD/SSD или предоставить эту услугу «облаку», то в плане надежности второй вариант предпочтительнее. К слову, он и удобнее, так как доступ к файлам будет всегда и везде — достаточно иметь под рукой смартфон и выход в Интернет. С другой стороны, такое удобство и безопасность в финансовом плане обойдется дороже.

Значит ли это, что данные в «облаке» никогда не исчезнут? Несмотря на то, что дата-центры имеют подстраховку в виде резервных копий, иногда и они безвозвратно теряют данные. Случается это крайне редко и теряется лишь малая часть информации, но факт остается фактом. Например, в 2015 году очень не повезло дата-центру компании Google, расположенному в Бельгии. В него 4 раза подряд ударил разряд молнии, и несмотря на все попытки восстановить все данные, безвозвратно было потеряно около 0,000001% информации. За последние 6 лет подобных происшествий больше не случалось несмотря на неоднократные неприятные инциденты, связанные с серверами (например, в марте 2021 года полностью сгорел страсбургский OVH SBG2, но ни один важный файл потерян не был).

Удалить с «облака» не так уж просто

Когда пользователь что-то удаляет с облачного хранилища, это не значит, что стертые файлы исчезают бесследно. Наглядным примером служит история, случившаяся в 2017 году, когда облачный сервис Dropbox из-за бага восстановил для части пользователей удаленные несколько лет назад данные.

Как умирают файлы на дисках

Что на жестких дисках, что на SSD информация умирает плюс-минус одинаково: обычно видеоролики «рассыпаются» на крупные пиксели различных цветов, разъезжаются на полосы или картинка застывает/видеозапись обрывается. Что касается фотографий, то они начинают демонстрировать артефакты (снова пиксели, полосы, часть картинки может быть залита одним или несколькими цветами), а музыкальные файлы начинают «булькать», издавать резкие звуки, обрываться на воспроизведении в любой момент. Прочие документы могут и вовсе не открываться.

При этом стоит понимать, что файлы сами по себе не могут деградировать. Если они открываются, то с вероятностью 99,9% они содержат ровно тот же код, что и при записи. Почему тогда они становятся «битыми»? Здесь проблема кроется в основном в некорректности считывания и последующей записи. Для HDD, как мы уже говорили, это потеря чувствительности и сбой позиционирования считывающих головок при полной сохранности данных на самих болванках. Для SSD ситуация сложнее, ведь там могут «барахлить» и контроллер памяти, и сама NAND-память. К слову, именно поэтому с SSD восстановить информацию сложнее, а порой и невозможно, в отличие от жестких дисков.

Виджет Яндекс.Маркет

Как лучше хранить данные: локально или онлайн?

Какой вывод можно сделать насчет долгосрочного архивирования важной информации? Лучшим вариантом станет хранение файлов на жестких дисках, проверенных временем (3−5 лет без BAD-секторов) с периодической перезаписью данных раз в год на резервный HDD. При этом еще лучше иметь бэкап в «облаке», чтобы на 100% быть уверенным, что важные данные никогда и никуда не потеряются в течение как минимум нескольких десятков лет. Увы, но обойтись одним единственным решением сейчас невозможно, поскольку соответствующих технологий еще не разработано.

Это тоже интересно:

• Лучшие смартфоны до 30 000 рублей в июле 2023 года
• Не только 5G-чип. Самые странные идеи Билла Гейтса
• Обзор Huawei MatePad 11,5 дюйма: изящное решение любых задач

Отключённый промышленный твердотельник может потерять данные за неделю

Твердотельные накопители имеют ряд преимуществ над традиционными жёсткими дисками: это потребляемая энергия, время и скорость доступа. И год от года основной недостаток становится менее заметным — SSD дешевеют.

Доклад Элвина Кокса в Комитете инженеров, специализирующихся в области электронных устройств (JEDEC), затрагивает вопросы долговременного хранения данных на твердотельных накопителях и подчёркивает разницу между продуктами для домашнего использования и промышленными образцами.

Обычный твердотельный накопитель для простого потребителя при температуре использования 40° C и температуре хранения в 25° C будет удерживать информацию на протяжении 105 недель, это примерно два года. Если температура отключённого диска поднимется на 5 градусов, то информация будет храниться примерно год, 52 недели. Каждые 5 дополнительных градусов в отключённом состоянии сокращают срок хранения примерно в два раза.

Ожидаемый промежуток сохранения информации в неделях в зависимости от температур хранения и работы, домашние SSD

Если жёсткий диск хранить при допустимых условиях, то риск незаметной потери данных минимален. Для SSD подобное не является справедливым, для избежания потерь им нужен доступ к питанию. Твердотельные накопители для предприятий имеют следующие характеристики: если подобные диски работают при 40° и простаивают при 25°, то информация будет сохраняться лишь 20 недель, а вообще стандарт JEDEC требует сохранения в течение как минимум 3 месяцев. В наиболее худших условиях потери могут начаться уже через неделю, это случается, если использовать SSD в холодных условиях, а хранить в горячем окружении.

Такая же таблица, но для промышленных твердотельников

Эти новости не смогут заинтересовать большие группы людей, которые используют свои устройства ежедневно. Но некоторые продвинутые пользователи имеют в своём распоряжении целые коллекции твердотельных накопителей, на которых может храниться важная информация. В ситуации с жёсткими дисками логично ожидать, что для последующей работы достаточно подключить накопитель к компьютеру. С твердотельниками нужно быть осторожнее и не допускать более 12—24 месяцев хранения в отключённом состоянии. Если пользователь поддался соблазну характеристик NAND-памяти для дата-центров и купил экземпляр для предприятий, то хранить данные в отключённом состоянии не стоит вообще. Следует также отметить, что температурные диапазоны для хранения твердотельных накопителей более узкие, чем у обычных жёстких дисков. Для дисков достаточно промежутка между −40° и 70°, а для SSD может потребоваться контролируемая температура — к примеру, твердотельник недопустимо забывать на несколько дней в автомобиле на солнце.

Фирма Kore Logic указывает на важность резервного копирования при использовании твердотельных накопителей предприятиями. К примеру, налоговая служба США рекомендует хранить некоторые данные на протяжении как минимум 7 лет. Важность хранения часто выходит за пределы рекомендаций финансовых регуляторов, компания может обнаружить необходимость в поиске старых документов для решения других вопросов. В подобных случаях может оказаться предпочтительными использование жёстких дисков, длительность хранения на которых SSD-накопители так и не могут достичь.

• SSD
• твердотельные накопители
• JEDEC
• температура
• сохранение информации
• накопители

• Компьютерное железо
• Накопители