Накопитель — это такой компонент ПК, который предпочитает разочаровывать постепенно. Ну, смотрите. Видеокарта либо тянет игру, либо нет. Процессор как считал, так и считает в течение всего срока эксплуатации. А вот SSD, который в день покупки перекидывал файлы со свистом, через год запросто может начать тормозить так, как Киа Оптима на шинах Gislaved. То есть не будет ни ошибок, ни предупреждений, ничего. Он просто станет медленнее, и все. Интересно, почему?

Четыре разные болезни с похожими симптомами

На самом деле все просто. Ну, насколько это возможно, когда пытаешься разобраться в такой непростой теме, разумеется. По факту то самое замедление провоцируют сразу несколько разных механизмов. То есть симптомы, конечно, будут похожие, но причины, которые их вызывают, кардинально отличаются:

• Кончился кэш. Копируете большой файл, первые секунд десять все летит, а потом скорость обваливается втрое, а то и вдесятеро.

• Кончилось место. Диск забит под завязку, и теперь тормозит вообще все, включая мелкие операции.

• Нет своей памяти на борту. Диск бодро гоняет крупные файлы, но вязнет на мелких операциях — распаковке архивов, загрузке игр, запуске системы.

• Данные залежались. Тут самое интересное: файлы, записанные год назад, читаются медленнее свежих. Причем заметно медленнее.

Первое, что обычно советуют, когда SSD начинает тормозить, — проверить износ в SMART. Но, во-первых, какой износ у годовалого диска? А во-вторых, совершенно непонятно, что делать, когда SMART покажет 100% здоровья и ноль ошибок. Чаще всего юзер просто делает вывод, что накопитель тут ни при чем, и начинает копать в сторону драйверов, служб Windows и вирусов.

Но вся штука в том, что и диск не врет, и попытки искать причину его замедления в другом месте попросту провальны. А все потому, что ни исчерпание кэша, ни пространства, ни другие две причины замедления в SMART просто не отражаются. Это же не ошибки.

Так что разбираться придется вручную. Благо все проблемы решаемы, если знать, куда смотреть.

Почему скорость падает на середине копирования

Кидаете вы, скажем, распакованную игру на 200 гигабайт и видите, что поначалу запись идет на скорости 6 ГБ/с. Красота, потому что так и должно быть. Однако секунд через 20 цифра запросто может упасть до 1,5 ГБ/с, а к концу и вовсе до 800 МБ/с. Хотя ни файл, ни диск не менялся.

А все потому, что SLC-кэш себя исчерпал. Но интересно тут то, насколько по-разному он себя ведет у разных моделей:

Вот примерно так и выглядит разбитая мечта о семи гигабайтах в секунду

Разброс, как видите, получается очень приличный. Двухтерабайтники держат по 600 с лишним гигабайт, то есть почти треть заявленного объема, а вот терабайтник ADATA сдается уже на 117. Хотя по логике должен был бы вытянуть хотя бы половину от старших моделей.

Почему так происходит, честно говоря, не очень понятно. Логику эту производители не раскрывают, так что остается только смотреть замеры.

Главное, что динамический кэш живет за счет свободного места, и это никакая не тайна. А доля эта у большинства накопителей крутится вокруг трети от незанятого. То есть чем больше вы на диск накидали, тем меньше запаса остается у кэша. От этого и пляшем. Если, скажем, пустой диск может вытянуть все 600 ГБ, то забитый наполовину — хорошо, если потянет 300, а на 90% забитый скорее всего не даст и полусотни.

Но есть и хорошие новости: если диск не забит под завязку, кэш будет восстанавливаться самостоятельно. Достаточно паузы в несколько секунд, и контроллер начнет перегонять записанное из однобитного режима в трехбитный, освобождая место под новые порции. Да, вернется только тот объем, который вам положен по заполнению — не больше. Но копирование двух файлов по 100 гигабайт с перерывом пройдет быстрее, чем одного на 200. А это уже что-то.

Правда, есть тут и третий сценарий, самый неприятный. Если та самая разгрузка SLC-сегмента запустится, пока вы еще копируете, контроллеру придется и данные от вас принимать, и кэш разбирать. А это почти всегда ведет к еще большему падению скоростей, чем в режиме без кэша. 

Насколько именно — зависит от того, сколько у контроллера ресурсов и как написана прошивка. Но вам это в любом случае не понравится.

Почему большой кэш — не всегда хорошо

Кэш сам по себе, как ни странно, скорость не создает. Это вам не турбина. Он просто грамотно перераспределяет обработку данных. Поэтому первые несколько сот гигабайт пишутся на царских скоростях, а остатки – как придется.

Посмотрите, как меняется скорость записи с кэшем и без кэша в зависимости от объема записываемых данных.

Сразу оговорюсь, что речь про один непрерывный сеанс записи, а не про то, сколько данных вообще лежит на диске. Да и отключить кэш в магазинном накопителе вам никто не даст, это чисто лабораторный режим. Но посмотреть все равно интересно:

Как видите, математика получается вполне занятная. На полтерабайтном файле кэш выносит соперника без кэша всухую, на терабайте еще уверенно ведет, к полутора терабайтам преимущество почти растворяется, а на двух он и вовсе начинает проигрывать. И проигрывает, заметьте, тому, кто вообще не умеет ускоряться.

Как так получается, спросите? Все дело в средней скорости. Диск с кэшем стартует примерно на 7 ГБ/с, но эти 7 гигабайт в секунду работают только на файлах ограниченного объема (примерно 30% от объема диска), а весь остаток он дописывает на 1,5 ГБ/с. И чем больше остаток, тем сильнее падает скорость.

На двух терабайтах картина такая: условные 600 гигабайт пишутся быстро, а почти 1400 медленно. Средняя выходит около двух гигабайт в секунду — то есть ниже тех самых 2,1, которые ровный накопитель выдает от начала и до конца. Вот и весь фокус.

Ну, или не весь. Потому что по факту там все сильно сложнее и интереснее. Падение-то после исчерпания кэша происходит не в одну ступень, а в две, и вот вторая портит картину сильнее всего.

Как это работает. Сперва контроллер переключается на прямую запись в трехбитные ячейки – и скорость хоть и падает примерно втрое, все-таки держится достаточно ровно. Но потом заканчиваются и свободные ячейки, и кэш приходится разгружать уже прямо во время записи. И все это параллельно с приемом нового потока. Отсюда и дальнейшее падение. Причем еще примерно вдвое от уже срезанных цифр.

Забавно при этом, что чистая запись в трехбитные ячейки выходит даже быстрее, чем запись с кэшем с его одновременной разгрузкой. Хотя оно и логично: в первом случае контроллер только программирует ячейку, а во втором к этому добавляется чтение из кэша, повторное программирование и лишнее стирание. По расчетам Western Digital, для четырехбитной памяти разница, кстати, будет еще больше и составит около 36% в пользу прямой записи.

То есть на длинной дистанции кэш не просто перестает помогать. Он начинает мешать, потому что данные из него надо куда-то деть, и делать это приходится за ваш счет.

Почему забитый диск тормозит вообще во всем

А вот этот случай касается далеко не всех, так что сразу проверьте, ваш он или нет. Если у вас топовая модель (Samsung 990 Pro, WD Black SN850X, Crucial T500, Seagate FireCuda 530 и подобные) — можете смело пропускать: там DRAM есть. А вот в среднем сегменте проверять надо по конкретной модели: производители всё чаще экономят на буфере даже в недешёвых накопителях — например, Samsung 990 EVO Plus, WD Black SN770 и Lexar NM790 работают без DRAM, на HMB. 

Но у остальных картина такая. Места навалом, кэш не тронут, диск исправен, однако, скажем, фильм он копирует со свистом, а вот распаковка архива или запуск игры идут откровенно вяло. 

Как ни странно, это никакая не поломка. Так и задумано. Просто на микросхеме сэкономили. Вопрос только в том, чего именно вы лишились.

В норме система обращается к диску по логическим адресам, а физически данные при каждой сборке мусора переезжают с места на место. Поэтому контроллер ведет справочник соответствий, куда заглядывает перед любой операцией. Справочник этот немаленький: примерно мегабайт на каждый гигабайт памяти, то есть терабайтнику подавай целый гигабайт под одни только адреса.

В нормальном накопителе он лежит в отдельной микросхеме DRAM, и сходить туда стоит сотни наносекунд. Однако без микросхемы справочник переезжает в саму флеш-память, и любая операция происходит дольше: сперва лезем за адресом, потом по этому адресу лезем за данными. И каждый такой поход обходится уже не в нано-, а в микросекунды. А это много.

Вот отсюда и берется задержка. То есть при копировании фильма контроллер лезет в справочник один раз на здоровенный кусок данных, и потери если и есть, то копеечные. Но при распаковке архива или загрузке игры операций тысячи, и на каждой он платит временем.

Да, речь, конечно, не про обвал в десять раз, а про проценты на операциях с мелочью. Но, так или иначе, если у вас тормозит вообще все и всегда, ищите причину выше по тексту, а не тут.

Что с этим делать? Ну, если DRAM на плате нет, то микросхему туда уже не припаяешь. Зато есть HMB, когда накопитель одалживает кусок вашей оперативки под тот же справочник. Работает почти так же хорошо, так что первым делом стоит проверить, включен ли он: в Windows он активен по умолчанию, но после обновления драйвера запросто может отвалиться.

А на будущее правило простое. Под систему и рабочие задачи берите накопитель с DRAM на борту, под хранилище фильмов сойдет и без нее. Правда, в характеристиках производители об этом пишут неохотно, так что придется лезть в обзоры или в разборы платы.

Почему диск без DRAM вязнет на мелких файлах

Все предыдущее так или иначе касалось записи. Теперь же поговорим про чтение, и с ним тоже могут быть нюансы.

Например, файлы, которые пролежали на диске без изменений год-полтора, могут читаться медленнее, чем те, которые были записаны недавно. Почему? Потому что read-retry.

Заряд-то в ячейках не вечный и имеет свойство утекать. Отсюда и накопление ошибок, с которыми ECC перестает справляться за один заход. Вот контроллер и начинает перечитывать страницу заново, каждый раз чуть сдвигая опорное напряжение. И таких заходов на одну страницу может уйти и 5, и 10, и даже 20. В итоге данные, конечно, прочитаются правильно. Вопрос только – как быстро.

Тут все сильно зависит от типа памяти. Самые тяжелые случаи приходятся на дешевые четырехбитные накопители. Там скорость чтения залежавшихся данных падала с 500 МБ/с до 50-70. То есть речь идет буквально о целом порядке. На трехбитных дисках картина мягче, но замедление ловят и там. Просто не такое критическое.

Хорошо, что лечится вся эта петрушка на удивление просто. Если те же самые данные взять и принудительно перезаписать, скорость вернется к исходной. Причем сразу же, безо всяких танцев с бубном. Заряд обновился, ошибок стало меньше, и никакой read-retry контроллеру больше не нужен.

Так что раз в год-полтора просто скопируйте архивную папку в новое место, а старую удалите. Выглядит как шаманство, конечно, но по факту вы делаете руками то, что серверные накопители умеют сами: там контроллер периодически перечитывает залежавшиеся блоки и переписывает их, не дожидаясь, пока ошибок наберется слишком много. В потребительских дисках такого почти не встретишь, потому что каждый цикл обновления тратит ресурс.

Ну а если возиться совсем не хочется, то вывод простой: холодный архив на SSD хранить не стоит. Обычный жесткий диск от лежания не тормозит вообще, да и стоит за терабайт втрое дешевле.

Почему Gen5 иногда просто отваливается

Ну и напоследок сценарий для владельцев одного из самых быстрых SSD. Симптом, характерный для них, на первый взгляд похож на исчерпание кэша, но есть разница. И она заключается в том, что падение идет резче, а после пары минут простоя скорость возвращается сама собой. Вот только кэш так себя не ведет.

Зато перегрев очень даже ведет. И для Gen5 он очень характерен. Все-таки контроллер накопителей пятого поколения под нагрузкой может брать до 8 ватт, а рассеивать это добро приходится с платы размером в половину пальца. Ни площади толком, ни обдува — только текстолит да пара микросхем.

Про сам троттлинг рассказывать нечего, потому как работает он довольно предсказуемо. Интереснее то, чем это иногда заканчивается. В одном из тестов Seagate FireCuda 540 добрался до 87 градусов, после чего скорость чтения обвалилась, а сам диск просто исчез из системы. Причем перезагрузка не помогла, понадобился полный холодный старт. Представляю лицо человека, у которого системный накопитель просто отвалился во время работы. Не хотел бы я быть на его месте.

Так что радиатор для Gen5 — совсем не украшение, о чем мы уже подробно рассказывали. Хорошая новость в том, что штатной пластины на материнской плате обычно хватает. Правда, при условии, что это действительно радиатор, а не декоративная накладка. У настоящего с внутренней стороны наклеена термопрокладка, да и весит он ощутимо. А если накопитель стоит во втором слоте, куда производители плат радиатор кладут далеко не всегда, отдельный придется все-таки докупить.

Как понять, что именно у вас

Ну а теперь самое главное — как понять, что творится конкретно с вашим накопителем. Благо похожи все эти случаи только на первый взгляд.

• Скопируйте файл на 10 гигабайт, потом на 200. Первый летит, а второй проваливается на середине — значит кэш. Тут ничего чинить не надо, так и должно быть.

• Гляньте на заполнение. Больше 85% — освобождайте место, дальше можно не искать. Именно этот случай дает тормоза вообще во всем, включая открытие папок.

• Замерьте скорость чтения старого архива, потом скопируйте его рядом и замерьте копию. Копия читается заметно быстрее оригинала — вот вам и retention. Лечится перезаписью.

• Посмотрите температуру под нагрузкой. За 75 градусов, а скорость обваливается через полминуты и восстанавливается после паузы — троттлинг. Нужен радиатор.

• И проверьте, есть ли на диске DRAM. Если нет, а тормозит только на мелких операциях — это оно. Радикально не лечится, но убедитесь хотя бы, что HMB включён: без него такой диск работает вполсилы.

Кстати, про SMART еще пара слов. Многие идут туда за усилением записи — и не находят. А причина занятная: в стандарте NVMe счетчика записей в саму память просто нет. Не стали его включать из опасений, что по этим цифрам можно будет разобраться в устройстве контроллера. Так что обычные утилиты покажут вам только хостовые записи, а для полной картины придется ставить фирменное приложение производителя.

Что из всего этого следует

Если совсем коротко, то способов разочаровать вас у накопителя хватает, и ни один из них не связан с износом.

Кэш кончается, потому что он изначально задуман как буфер на первые полминуты, а не как рабочий режим. Место кончается, потому что сборщику мусора становится негде разворачиваться. Мелкие операции вязнут, потому что справочник адресов положили в саму флеш-память, и каждое чтение стало двойным. Ну а старые файлы читаются медленнее просто потому, что заряд в ячейках утекает, и контроллеру приходится угадывать, что же там было записано.

И ни о чем из этого накопитель вам не сообщит. В SMART будет по-прежнему написано, что здоровье сто процентов, ошибок ноль, все прекрасно. Формально-то так оно и есть: диск исправен, данные целы, ничего не сломалось. Просто работает он теперь медленнее, а почему — извольте разбираться сами.