Динамический термотроттлинг — функция современных SSD, когда контроллер специально замедляет/приостанавливает свою работу, чтобы снизить температуру ячеек памяти NAND. Он делает это ради сохранения данных, чтобы накопитель не перегрелся и не сработали контуры отключения питания.
С каждым поколением PCIe пропускная способность линий PCIe обычно удваивается. В PCIe 4.0 скорость SSD приближалась к теоретическому максимуму 8 ГБ/с. Сегодня SSD PCIe Gen 5.0 x4 разгоняются до 10−14 ГБ/с, при этом сильно нагревается контроллер (неудивительно, что эти микросхемы вообще долго не живут).
Огромное количество операций на крошечном устройстве форм-фактора M.2 приводит к повышению температуры не только контроллера, но и флэш-памяти NAND, поскольку они с контроллером физически расположены на одной маленькой подложке:
Стандартная архитектура SSD
Следовательно, у них примерно одинаковая температура. А вот это уже проблема.
Дело в том, что NAND в массовых SSD оптимально работает в температурном диапазоне до 60−70° C, а вот идти дальше уже нежелательно. При температуре более 80−90° C встроенные механизмы безопасности SSD могут принудительно отключить питание устройства, чтобы предотвратить его повреждение. А непосредственно перед этим запрограммирована процедура термотроттлинга с резким падением производительности накопителя. Контроллер SSD принудительно приостанавливает операции, чтобы предотвратить нагрев и потерю данных.
Нагрев ячейки NAND повышает риск потери данных из-за утечки электронов, источник
Увеличение количества ошибок NAND при повышении рабочей температуры, источник
В этом одна из причин, по которой некоторые SSD продаются в комплекте с алюминиевыми и даже медными радиаторами. Охлаждение действительно важно. Например, Crucial T700 идёт с предустановленным пассивным радиатором, а в интернете можно найти обзоры лучших радиаторов для SSD M.2.
Компания продаёт и версию без радиатора, но она предназначена для тех, кто хочет использовать встроенный радиатор материнской платы или радиатор стороннего производителя (при этом обязательно требуется какой-нибудь сторонний вентилятор в корпусе, чтобы воздух двигался).
SSD Crucial T700
Радиаторами оснащались даже старые модели PCIe 4.0, а для нового поколения PCIe 5.0 нелишним будет и активное охлаждение, учитывая рост производительности и, следовательно, тепловыделения и температуры SSD. Проблема особенно остро стоит в ноутбуках с их ограниченными возможностями воздушного охлаждения.
Последнее поколение M.2 SSD нагревается уже до такой степени, что для него разрабатывают даже системы водяного охлаждения и супермощные вентиляторы на 20 тыс. оборотов в минуту. Пожалуй, самый экстремальный пример такого рода — Project NeonStorm от компании Adata. Это автономная система жидкостного охлаждения, которая включает в себя:
- насос;
- резервуар с жидкостью;
- радиатор;
- пару вентиляторов.
Система многократно больше по размеру, чем маленький SSD формата M.2.
Adata Project NeonStorm
Adata утверждает, что в современных накопителях PCIe 5.0 пассивный отвод тепла уже не справляется с перегревом, поэтому необходимо использовать активное охлаждение. И это далеко не единственный такой пример. Компании TeamGroup и Inland также устанавливают вентиляторы на свои SSD.
Inland TD510 2TB PCIe Gen5 NVMe SSD, источник
▍ Аргументы против активного охлаждения
Справедливости ради нужно отметить, что не все производители едины в таком мнении. Например, компания Micron (делает SSD для Crucial) пока не видит необходимости в активном охлаждении накопителей.
При пиковых нагрузках SSD потребляют не более 11,5 Вт. Но это именно при пиковой нагрузке, которую SSD всё равно не в силах поддерживать длительное время (пока не заполнится быстрый кэш). Скорость передачи данных, указанная на большинстве потребительских SSD-накопителей, рассчитана на относительно кратковременные нагрузки. После заполнения кэшей DRAM и SLC скорость падает до среднего уровня. Поэтому маловероятно, что накопитель будет работать с полной нагрузкой в течение длительного времени.
Конечно, кулер на SSD не принесёт никакого особого вреда, но это потенциальная точка отказа и ненужный источник шума, если наш SSD действительно не нагревается до такой степени, чтобы включался термотроттлинг. Это можно сравнить с установкой сверхмассивного кулера на слабенький Celeron — красиво, но смысла особого нет. Почему-то в связи с этим вспоминаются вентиляторы-монстры ThermaLake из 2000-х:
Представьте, как начнёт шуметь вентилятор на 20 000 оборотов в минуту, когда его подшипник износится через пару лет.
Кроме того, во многих материнках есть встроенные радиаторы для M.2, которые несовместимы с дополнительной системой внешнего или воздушного охлаждения. Да и вообще, активное охлаждение M.2 не предусмотрена проектировщиками, поэтому может банально мешать соседним компонентам на материнской плате и в корпусе ПК.
▍ Твердотельный кулер
Для охлаждения SSD можно использовать разные методы, в том числе пассивное (радиаторы) и активное (вентиляторы) воздушное охлаждение. Кстати, в этой области тоже происходят инновации. Например, на недавней выставке Computex 2023 на Тайване было представлено оригинальное устройство AirJet для активного охлаждения. Девайс размером 42×28×3 мм выглядит как неподвижная микросхема, но на самом деле снимает с охлаждаемой поверхности до 5,25 Вт тепла за счёт «вибрации микромембран».
Разработчик устройства — американский стартап Frore Systems. Такие штучки можно прикреплять к любым горячим поверхностям: CPU, GPU, SSD, оперативная память, планшеты, ноутбуки и др.
Это первый в мире так называемый «твердотельный кулер» (solid-state thermal solution). Мембраны внутри устройства генерируют мощный поток воздуха, который поступает в AirJet через входные отверстия в верхней части. Внутри воздушный поток преобразуется в «высокоскоростные пульсирующие струи», сказано в описании устройства. Воздух проходит через теплообменник в основании, то есть корпус AirJet забирает на себя часть тепла с охлаждаемой поверхности и выдувает горячий воздух.
К сожалению, разработчики пока не раскрыли, из какого материала сделаны мембраны. По слухам, среди сотрудников компании есть специалисты по авиации, а некоторые принципы работы AirJet основаны на методах охлаждения передних кромок лопаток турбин реактивного двигателя.
Схема работы модуля AirJet
Маленькая версия AirJet Mini работает с уровнем звука 21 дБА (по шкале уровня шума это сравнимо с шелестом страниц книги (20 дБА) или шёпотом (30 дБА)), потребляет всего 1 Вт, создавая при этом противодавление в 1750 Па, что в десять раз выше, чем у вентилятора. Генерируемый воздушный поток: 0,21 CFM.
Версия AirJet Pro (72×32×3 мм) снимает 10,5 Вт тепла с тем же показателем противодавления. Энергопотребление 1,75 Вт, уровень шума 24 дБА.
Разработчики надеются, что AirJet позволит создавать более элегантные компьютеры и ноутбуки, без засасывания пыли и шума вентиляторов, но с эффективным охлаждением.
Охлаждение SSD — одно из основных потенциальных применений AirJet. Сейчас разработчики размышляют, как разместить AirJets на корпусе SSD или на самих микросхемах памяти. Одним из факторов, ограничивающих применение этой технологии, является необходимость в воздухозаборнике.
На самом деле энергопотребление (и тепловыделение) SSD бывает даже больше, чем у HDD, в расчёте на терабайт. Всё зависит от типа задачи, объёма накопителя и производительности.
Так, первые экспериментальные SSD PCI-E 5.0, работавшие близко к максимально теоретически возможной скорости 16 ГБ/с, имели потребляемую мощность до 25 Вт в пике. Современные устройства примерно на 12 ГБ/с — максимум 11−12 Вт, что кажется разумным компромиссом.
▍ Выводы
В последние годы разработка SSD демонстрирует огромный прогресс, цены тоже снижаются. Открытым остаётся вопрос: смогут ли они вытеснить с рынка HDD? Тут мнения экспертов кардинально расходятся. Одни считают, что дни жёстких дисков сочтены. Другие говорят полностью противоположное. Например, по прогнозу Coughlin Associates, в ближайшие годы SSD не смогут составить никакой конкуренции продажам HDD. Более того, объёмы продаж HDD (в экзабайтах) будут расти бурными темпами, даже опережая SSD.
Рынок хранения данных ждёт процветание в связи с растущим спросом на эти услуги для приложений ИИ, интернета вещей, медиа и развлечений, а также медицинских и других приложений, которые используют дата-майнинг. В связи с этим вырастет спрос на все типы накопителей, включая SSD, HDD и ленточные накопители (LTO), которые не имеют равных по стоимости хранения гигабайта.
Единственное, с чем согласны аналитики, так это что форм-фактор 3,5" постепенно исчезает, уступая место 2,5" и более компактным носителям: перелом случился в 2022 году.
С каждым новым поколением накопители SSD становятся всё быстрее и горячее. Сам факт нагрева намекает, что неплохо бы отводить лишнее тепло: поставить радиатор или что-то помощнее. В любом случае, есть смысл следить за температурой.
Telegram-канал с розыгрышами призов, новостями IT и постами о ретроиграх ????️
Комментарии (21)
simenoff
20.09.2023 09:54+10Представьте, как начнёт шуметь вентилятор на 20 000 оборотов в минуту, когда его подшипник износится через пару лет.
При таких оборотах он в любом случае будет сильно шуметь
Hlad
20.09.2023 09:54+3А сколько проживёт SSD, который постоянно нагружают так, что он перегревается? Как я понимаю, перегрев возникает прежде всего при очень интенсивной записи?
Samodelkin333
20.09.2023 09:54AirJet интересная технология как бы там ни было, но с ней не всё понятно. Однозначное зло и шум это мелкие вентиляторы, ну не бывает 10-20000 об/мин без вжжж и бззз. Ломаются все эти 3010 помимо прочего, некачественные мелкие вентиляторы никуда не денутся. Из последнего это Samsung 960, перегрев с радиатором от материнки и радиатор Jeyi Warship pro. Помогло на ура благо место было.
RigidStyle
20.09.2023 09:54+3По мне так это просто смешно, ну в смысле вентиляторы на ССД.
Во первых, даже если сильно постараться, там будет не такое то и большое ТПД.
Во вторых, на ССД часто (почти всегда) есть наклейка бренда. Ставить радиатор поверх наклейки - это тупо. Снять наклейку означает лишиться гарантии.
В третьих - воздухом от видеокарты можно охлаждать ССД на стандартной компоновке плат почти всегда. А в не стандартной компоновке (когда карта на удлинителе параллельно плате стоит) радиатор высокий на ССД в принципе не влезет. Отсюда зачем ему принудительный вентилятор вообще не понятно.
Ну и последнее - не проще ли тогда вынести ССД просто на отдельную плату расширения, если ему в материнке "жарко"? Вместо того, что бы городить активную систему охлаждения ССД?
Максимальная мощность для М2 у многих производителей не превышает 7 ватт (самсунг 980) или 1.8А WD Blue. 10 ватт и активная система охлаждения? Какой смысл?
dfgwer
20.09.2023 09:54Красиво. Это важно для части рынка.
И все-таки в статье в основном речь о псие5 ссд, они действительно мощнее текущего поколения.
Tirarex
20.09.2023 09:54+1Ccд вообще разных форматов бывают. В статье говорится об m.2 и это немного странно так как в схд на ссд если ставят то u.2 диски, а это формат фактор 2,5 ссд но разной толщины и зачастую с совершенно другим потреблением. И всякие PM9A3 под постоянной нагрузкой от кучи виртуалок, вполне себе печки (20+вт), а в большой полке их там не один десяток может быть, и охлаждать их надо похлеще процессоров.
3e6pa2
20.09.2023 09:54Огромное количество операций на крошечном устройстве форм-фактора M.2 приводит к повышению температуры не только контроллера, но и флэш-памяти NAND, поскольку они с контроллером физически расположены на одной маленькой подложке
Нагревается SSD сам по себе не от материнки.
yrub
20.09.2023 09:54+1вам смешно, потому что вы темой интересовались и тесты не проводили не смотрели.
Во первых, даже если сильно постараться, там будет не такое то и большое ТПД.
достаточно большое чтобы поднять температуру контроллера градусов до 70-80.
Во вторых, на ССД часто (почти всегда) есть наклейка бренда. Ставить радиатор поверх наклейки - это тупо. Снять наклейку означает лишиться гарантии.
ее присутствие влияет слабо, люди снимали, пару градусов только скидывает, тонкая она, у самсунгов она еще и на какой-то металлизированной основе
В третьих - воздухом от видеокарты можно охлаждать ССД на стандартной компоновке плат почти всегда.
не знаю какая у вас стандартная компоновка, m2 может быть и под процессором сразу но параллельно пластинам радиатора. или воткнут в pci через переходник - опять никем не обдувается.
Отсюда зачем ему принудительный вентилятор вообще не понятно.
потому что маленький радиатор не справляется, опять же тесты. любой микроскопический кулер на нем с малым оборотами меняет картину сильно.
10 ватт и активная система охлаждения? Какой смысл?
а у вас какая-то своя шкала есть? мол 10 ватт не смысла, 20 есть.
RigidStyle
20.09.2023 09:54-1Так то, что "пару градусов только скидывает" снятие наклейки говорит как раз о многом. Например о том, что радиатор на ССД не нужен, так как он там тупо не работает нормально из за плохого теплораспределения и теплопроводности самого ССД и его чипов (корпусов чипов).
Собственно и 70-80 градусов при таком низком ТПД следствие этого.
Вы попробуйте радиатор на процессор поставить, проложив между ним и процессором наклейку, посмотрите сколько там будет градусов разница. Потому что там это работает как должно, а не как плацебо (как в случае с ССД).
Да и банально, если уж очень он такой горячий, то снять 7 ватт с ССД можно просто установив пластинку алюминиевую на всю его поверхность, толщиной в 1-2мм, которая будет работать как простейший теплораспределитель. И воздух от видеокарты, который естественным образом дует в зону, где стоит ССД, охладит его без проблем.
На счет "стандартной компоновки". Единственный вариант, когда ССД не обдувается от видеокарты, это когда он закрыт слотом (стоит над видеокартой, как раз между слотами разъемов ПСИ и закрывается самой платой видеокарты). Но чаще всего ССД стоят либо перпендикулярно слотам, в зоне куда дует видеокарта, либо параллельно слотам, но под первым слотом. Да, есть еще ССД параллельно ОЗУ рядом с ОЗУ, но это редкий случай.
Что касается тестов, то для меня это вообще слабый аргумент, так как 90% тестов что я видел, это просто чушь, где люди не обладают базовыми знаниями физики, и тестируют непонятно что. Я доверяю не каким то "абстрактным тестам" где "люди тестировали", а конкретным исследованиям с методологией адекватной (которая расписана подробно), построения зависимостей, а не только замерами крайних точек и т.д. Но таких исследований на пальцах пересчитать.
На счет шкалы. Внезапно да, она есть. Там еще формулы всякие, как считать площадь радиатора в зависимости от дельты температур, ТПД и всякого такого. И при размере ССД если на нем 20 ватт, то естественной конвекцией их уже не снять. Нужно как минимум теплораспределитель ставить, как максимум принудительный обдув (много факторов).yrub
20.09.2023 09:54вы вот что-то фантазируете про наклейку, размеры радиатора, а я вам написал как оно на самом деле на основании тестов, того же prossd канала на ютубе и д.р.
Вы попробуйте радиатор на процессор поставить, проложив между ним и процессором наклейку,
вы пробовали? мне сейчас лень. чипы памяти кстати из чего сделаны? - тоже пластик.
RigidStyle
20.09.2023 09:54Пробовал. Вернее пробовал не я, а мне принесли комп посмотреть, который перегревался (троттлил, с последующим бсодом). Там оказалось, что с подошвы теплосьемника радиатора не убрали защитную наклейку с надписью "удалить при установке".
Вообще даже термопаста меняет температуру на несколько градусов. Так термопаста - это не прослойка теплоизолятора (картона или пластика). И заполняет только "ямы", оставляя "бугры" в контакте металл-металл.
То, что вы написали, это не как оно "на самом деле", а как оно в каком то конкретном частном случае, где почему то жесткий диск не получает достаточного обдува (может вентиляторы видеокарты выключены в режиме без нагрузки, может еще чего), либо он не понятно где установлен.
У меня стоит самсунг 980 про (троттлинг на 80 на сколько я знаю) в "воздушном кармане" меж разъемов ПСИ-Е под видеокартой (еще и закрыт сверху шлейфом-удлинителем для видеокарты), с наклейкой, без каких либо обдувов и охлаждений (система охлаждения ПК полностью пассивная. Полностью в смысле прям вообще полностью. только бесшумная помпа СВО крутиться, ни одного вентилятора вообще нет), без радиаторов, без теплораспределителя в виде крышки слота и т.д. И в стресс тесте 10 минут температура его 69 градусов. Так что не знаю, что там кто у вас тестирует, что у него это все перегревается. Может прежде чем тестировать на перегрев диски, стоит потестировать руки тестировщика? И задаться вопросом, почему то, что перегреваться не может чисто по физике в "стандартных условиях эксплуатации", у тестировщика показывает перегрев. Может он радиаторами торгует? Просто на озу в свое время тоже активно начали ставить радиаторы, при том, что озу в нормальном режиме работы без разгона даже близко не нагревается до своих критических температур. Зато на радиаторе можно было поднять маржинальность. Не кажется ли вам, что тут схожая история?
Нет, я не говорю, что озу нельзя перегреть, так же как и ССД. Очень даже можно. И не говорю, что радиатор для ССД вообще не нужен. Но если обычный десктопный ССД в обычном стресстесте не перегревается, то что же нужно делать, что бы он перегревался? И зачем это делать? А если там еще и теплораспределитель стоит, хоть какой то (будь то крышка слота на термопрокладке из силикона, или что то похожее), то что бы его перегреть нужно быть каким то "успешным продавцом активных радиаторов". Других вариантов у меня нет, как это можно сделать.
P.S. Про пси5 не говорю, дел с ними не имел, я пока только про пси4 пишу.
AlexanderS
20.09.2023 09:54Ставить радиатор поверх наклейки — это тупо.
С одной стороны интуитивно кажется что да, но установка Thermalright M.2 Heatsink Cooler даже поверх наклейки сшибла температуру на 12 градусов. По-моему это весьма хороший результат.
lea
20.09.2023 09:54+2Это первый в мире так называемый «твердотельный кулер» (solid-state thermal solution).
По описанию похоже на пьезовентилятор, так что сомнительно насчет "первого в мире".
https://www.quartz1.com/price/model.php?akt=102.13
https://24gadget.ru/1161053000-besshumnyy-pezo-kuler-ot-ge-22-foto.html
Жизнеспособность такого решения в реальных условиях тоже под вопросом. Как от пыли его чистить?
kovserg
20.09.2023 09:54+3"В отличии от HDD в SSD нет движущихся частей". Теперь есть — теплоноситель.
Mapaxa864
20.09.2023 09:54+2Разработчики надеются, что AirJet позволит создавать более элегантные компьютеры и ноутбуки, без засасывания пыли
Одним из факторов, ограничивающих применение этой технологии, является необходимость в воздухозаборникеВоздухозаборник должен уже иметь воздух без пыли что ли? Что-то не сходится.
cahbeua
20.09.2023 09:54+1Всегда задавался вопросом почему в системном блоке охлаждают всё что угодно, но только не то что греется. В бедные 200х видел пару матерей с активным охладом на мосту, они тогда стоили примерно как 600й мерс, ещё встречал матери с трубочными радиаторами на ВРМ зону тех же годов и понтов. А сейчас с ужасом наблюдаю что даже самые наиТОПейшие матери все на пассивке с мизерными плоскими радиаторами. При этом греются они почти до красна. Водянкой уже никого не удивить, но модели которые обдувают зону ВРМ и ОЗУ вокруг места крепления к процу от силы штуки 3, и пропеллер там стоит в лучшем случае 40мм, монитор ведь куда важнее чем всякий там обдув зоны проца. С корпусами та же грусть - даже самые продвинутые фултаверы собирают в такой компоновке, что видеокарта дует в нижнюю глухую стену практически в упор, куда тёплому воздуху выходить в таком виде не понятно.
Интуитивно я понимаю что крутые инженеры это продумали и просчитали что свой гарантийный срок оно отработает и в таких условиях, но всё таки как то странно это смотрится - ОЗУ мы обмотаем радиаторами, хотя она при всём желании выше 60 градусов не греет, а питалово пускай себе кипит до пожелтения тексталита, не жалко.
xaosxaos2
20.09.2023 09:54+1Почему-то в связи с этим вспоминаются вентиляторы-монстры ThermaLake из 2000-х: Представьте, как начнёт шуметь вентилятор на 20 000 оборотов в минуту, когда его подшипник износится через пару лет.
Сразу видно человека который не в теме. Так вот ставишь такого монстра, и ограничиваешь обороты на 1000 в минуту, что в то время можно было спокойно устроить. А одно время у меня как-то кулер сломался и комп работал за счёт пассивного охлаждения без проблем. (ну если конечно не взять задачу нагрузить проц надолго..., тогда да) И тишина полная, слышишь только винт и кулер от БП ВСЁ!
Didimus
20.09.2023 09:54Скоро у каждого компонента в корпусе будет своя маленькая СВО. В том числе она будет у центрального насоса главной СВО, и у кнопки включения питания.
placidity_master
20.09.2023 09:54Почему на новые SSD ставят вентиляторы
Не ужели такой
тупойпростой вопрос достоин целой статьи?
Следующая статья "зачем в ПК ставят БП " ?
joker2k1
20.09.2023 09:54да уж, у меня ADATA XPG gammix s70 2tb сгорел от перегрева, радиатор отошел ) обидно
Markscheider
Не совсем ясно, как мембраны приводятся в движение. Пьезоэффект?
По сабжу: если вижу чип - всегда леплю на него подходящий по размеру алюминиевый радиатор поверх самоклеящейся термопрокладки. Почему? Потому, что могу :)