На чем хранить фотографии: мифы о накопителях

Вне зависимости от того, какой порядок файловой структуры соблюдает (или не соблюдает) пользователь на своих компьютерных устройствах, однажды возникает необходимость в дополнительной систематизации бесконечных папок и файлов. Даже если в сознании поселилась уверенность, что всё лежит где надо и надежно сохранено, имеет смысл провести внеплановую файловую ревизию, а по ее итогам в случае необходимости сделать архивную копию важных данных.

Помимо рабочих документов, у всех нас есть как минимум пара сотен гигабайт фотографий и видеозаписей, которые мы хотели бы сохранить как можно дольше, а лучше навсегда (для будущих поколений, так сказать). В связи с этим люди продолжают мечтать о таком носителе данных, на который можно было бы записать нужную информацию, положить его на полку и забыть на энное количество лет, будучи уверенным в возможности легкого доступа к этой информации в любой момент. Но возможно ли это в принципе и на чём лучше всего хранить дорогие уму и сердцу файлы?

В плену заблуждений

Весьма долгое время среди существенной части компьютерных пользователей бытовало предубеждение, что твердотельные накопители (Solid-State Drive, SSD) гораздо надежнее своих старших собратьев в иерархии носителей данных – жестких магнитных дисков (Hard Disk Drive, HDD). На момент пика рекламы и популяризации SSD многим уже не один раз пришлось столкнуться с ситуацией, когда с момента появления первых бэд-блоков на HDD до практически их полной недееспособности проходила лишь пара недель, а то и дней, поэтому в новый маркетинговый миф поверили многие. Надежда на то, что проблема решена и наконец-то появился надежный накопитель для хранения данных, была чрезвычайно сильной. Однако в реальности всё оказалось гораздо сложнее, а недостатков у SDD по факту не меньше, чем достоинств. Кстати, привычные всем USB-флешки и флеш-карты, используемые в смартфонах и фотоаппаратах, выполнены на базе той же технологии флеш-памяти, которая используется в SSD-дисках.

Быстро выяснилось, что SSD сильно ограничены количеством циклов перезаписи, то есть гарантированный объем записанной на носитель информации за весь срок его жизни конечен. Если сказать проще, чем меньше диск используется в режиме записи, тем дольше он проживет. В специализированных программах для оценки состояния HDD и SSD этот диагностический пункт называется «Циклы P/E», где P – это program (в данном контексте используется в значении «записывать»), а E – erase («стирать»). Более того, при увеличении плотности записи с 1 бита на ячейку в SLC (Single-Level Cell) до 2 бит на ячейку в MLC (Multi-Level Cell) доступный пользователю ресурс циклов перезаписи сократился сразу в десять раз. При последовательном уплотнении с 2 бит на ячейку до 3 бит в TLC (Triple-Level Cell) и 4 бит в QLC (Quad-Level Cell) тенденция к уменьшению параметра P/E сохранилась. Таким образом, резкое снижение стоимости условного гигабайта на твердотельных накопителях напрямую связано с увеличением сложности устройства и снижением его долговечности.

Для оценки надежности SSD-диска достаточно использовать два параметра, которые добросовестные производители обязательно указывают в технической документации: TBW (Terabytes Written) и DWPD (Drive Writes Per Day). TBW – теоретический и рекомендуемый предел по объему данных, которые можно записать на SSD-накопитель за полный срок его жизни, выражается в терабайтах. Это не означает, что по его достижении устройство моментально перестанет работать, однако с указанного момента производитель официально считает диск достаточно изношенным, чтобы не гарантировать его дальнейшую качественную работу. В реальности же такие диски продолжают трудиться на благо пользователя. DWPD –приблизительная суточная нагрузка (выражается в виде доли от номинальной общей емкости диска в процентах) в период гарантийного срока, чаще всего от трех до пяти лет.

В качестве конкретного практического примера предлагаю рассмотреть SSD M.2 NVMe-накопитель Kingston FURY Renegade емкостью 1 Тбайт. Устройство поддерживает интерфейс PCI-E 4.0 x4 и обеспечивает скорость чтения и записи 7300 и 6000 Мбайт/с соответственно. Выполнено на базе TLC-памяти, позволяющей записывать по три бита в каждую ячейку. TBW – 1000 Тбайт. DWPD – 0,55. Гарантийный срок – 60 месяцев (5 лет). Параметры TBW и DWPD связаны между собой формулой: TBW = DWPD × объем SSD в Тбайтах × общее число гарантийных дней. Таким образом, зная только DWPD, можно посчитать TBW (если он, допустим, не указан). В нашем примере общее число гарантийных дней: 5 лет × 365 дней = 1825 дней. Объем диска – 1 Тбайт, а коэффициент DWPD – 0,55. Подставляем значения в формулу и получаем итог чуть выше официально заявленных 1000 Тбайт. Выходит, Kingston гарантирует, что этот диск можно полностью перезаписать не менее 1000 раз!

Из приведенного выше примера также очевидно, что одно значение DWPD для дисков разного объема будет давать существенно разные TBW: последний будет увеличиваться прямо пропорционально прибавке в объеме диска. Благодаря этим параметрам можно предварительно оценить срок жизни любого SSD, особенно если пользователь знает, в каких условиях планируется его применять (приблизительный объем операций записи в день). В связи с ограниченным ресурсом на запись использовать SSD-накопители в качестве основных для работы с постоянной перезаписью очень крупных массивов данных, например в круглосуточных системах видеомониторинга или для сидирования торрентов, явно не лучшая идея.

В таком случае, возможно, SSD лучше подходят для разовой записи и долговременного хранения контента на полке? К сожалению, ответ на этот вопрос тоже отрицательный. Проблема заключается в особенностях хранения информации на твердотельных накопителях. Несмотря на то что SSD позиционируется как энергонезависимое запоминающее устройство, в его основе лежит полупроводниковая технология электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Помимо самой памяти, в нем также используется управляющая микросхема – контроллер/программатор. Если в одноуровневой SLC-памяти используется один уровень напряжения и хранится один бит информации, то в двухбитной MLC уже четыре состояния напряжения (00, 01, 10 и 11), а для хранения трех бит с помощью TLC требуется восемь уровней напряжения (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111).

Если очень упростить, то можно сказать, что биты информации на SSD-диске хранятся в крошечных конденсаторах с чрезвычайно низким саморазрядом (если интересно подробнее, ищите работы по поисковому запросу «Charge Trap Flash»). Поэтому подобный накопитель нуждается в периодическом мониторинге состояния ячеек и восстановлении соответствующих уровней напряжения в случае необходимости.

То есть SSD-диски, USB-флешки и флеш-карты не подходят для долговременного хранения данных без подключения к ПК, ноутбуку или гаджету. Если записать данные на твердотельный носитель и положить его на полку, то при последующем подключении спустя несколько месяцев, а тем более лет можно столкнуться с невозможностью считывания всех или части данных. Чем более многоуровневый тип памяти (например, TLC или QLC) используется в SSD-устройстве, тем меньше времени в отключенном состоянии может потребоваться для вероятного повреждения данных.

Самыми надежными в контексте долгосрочного хранения данных являются SSD, выполненные на базе одноуровневых ячеек памяти SLC. Несмотря на то что большинство современных SSD-дисков при хранении данных на них вне работающей системы, скорее всего, будут вполне работоспособны в среднем в течение года, а то и больше, нужно учитывать, что официально эти накопители не рекомендуется использовать таким образом. Тем более что сохранность данных зависит не только от технических характеристик накопителя, но и от условий окружающей среды. Например, повышенная температура может негативно повлиять на целостность хранимой информации.

Не стоит забывать и об «ошибке выжившего»: наверняка хотя бы раз в жизни вы встретитесь с человеком, который клятвенно заверит, что его накопитель после пяти лет на полке был включен в систему и отлично работает. Да, такое вполне возможно, но никак не отменяет общих принципов хранения данных на SSD. Кроме того, не стоит забывать, что для некоторых SSD-дисков заявлены сроки хранения данных без подключения к электропитанию до 10 лет. Однако эти цифры не учитывают износа ячеек памяти (количество использованных циклов P/E) на момент отключения диска от питания. В случае существенного износа 10 лет на бумаге в суровой реальности могут легко превратиться в 3-6 месяцев. Кстати, в оценке износа SSD принято считать только операции записи, так как при чтении ячейки памяти практически не повреждаются.

Что же делать?

На самом деле однозначного ответа на этот вопрос как не было, так и нет. Все известные человечеству способы хранения информации имеют свои недостатки. В разные годы на роль вечного носителя данных претендовали оптические диски, магнитные жесткие диски и твердотельные накопители. К сожалению, в гонке за удешевлением производства производители оптических дисков стали использовать не очень качественные материалы, вследствие чего конечная продукция подвержена быстрому износу и сильно страдает от капризов окружающей среды, особенно сильных колебаний температуры и освещенности. В связи с этим среднестатистическая «болванка» в условиях бытового использования/хранения живет от силы пару лет.

Вместе с тем проблема использования дешевого пластика для оптических носителей в гораздо большей степени затронула сегмент CD и DVD-дисков, нежели BD (Blu-Ray Disc). Последние обладают емкостью до 128 Гбайт и обычно отпечатаны из более качественных материалов, следовательно вполне могут использоваться для длительного хранения цифровых данных (до нескольких десятков лет). Тем не менее любые оптические диски требуют бережного хранения.

Жесткие магнитные диски (HDD) были и остаются самым распространенным способом долговременного хранения информации. У них довольно много недостатков: большое количество сложных высокоточных механических элементов и электроники, способных ломаться, высокая чувствительность к ударным нагрузкам и вибрациям, невысокая, особенно в сравнении с современными SSD, скорость доступа к данным. К тому же пластины жестких дисков подвержены естественному размагничиванию – примерно на 1% в год. В случае тяжелых условий эксплуатации этот процент может значительно вырасти. Тем не менее, большинство проблем с чтением HDD связаны не с магнитной записью, а износом механики и/или электроники устройства: в таких случаях данные обычно можно спасти, считав их в специальной мастерской непосредственно с «блинов» (если, конечно, механика не успела повредить их физически).

В случае с жесткими дисками также необходимо учитывать возраст накопителя, и здесь нельзя не отметить интересное наблюдение. Современные HDD чаще всего выходят из строя в первые два года использования. А если диск проработал два-три года без единого битого сектора (бэд-блока), то у него есть все шансы стать долгожителем и прослужить десять и более лет. Именно такие диски лучше всего использовать для долговременного хранения данных на HDD. Причем планируемую к долгому хранению информацию желательно сохранить в виде нескольких копий на разных носителях, а важные данные еще и полностью перезаписывать с накопителя на накопитель хотя бы раз в пару лет, заодно проверяя их целостность. В отключенном состоянии шансы на полное размагничивание HDD меньше, чем на полный саморазряд SSD.

Несмотря на это, обе категории устройств рекомендуется использовать во включенном состоянии. При постоянном питании SSD поддерживают сохранность данных, периодически корректируя уровни напряжения в ячейках памяти, а HDD – следят за обновлением магнитного слоя пластин. В случае с HDD после его подключения к питанию через 5-10 лет «отдыха» в столе пользователь скорее столкнется с отказом механики: вероятно, диск просто не сможет набрать нужные обороты. Скорее всего, данные удастся восстановить в лаборатории, но стоить это будет дорого. Если же столько же лет без дела пролежит SSD, вероятность безвозвратной потери данных гораздо выше.

Итого

Обсуждать проблематику долгосрочного хранения данных можно бесконечно долго. И все же подведем хотя бы промежуточные итоги. Итак, важно уяснить, что большинство современных накопителей разрабатывались для постоянного использования в рамках работающих систем и не предназначены для хранения в отключенном от энергопитания состоянии, то есть «на полке» или «в столе». Это касается как SSD-, так и HDD-дисков. И все же в случае вынужденного использования вне системы у HDD есть определенные преимущества.

Для долговременного хранения данных даже в рамках работающей системы лучше выбирать жесткие диски, проработавшие без появления битых секторов от трех и более лет. Для хранения фото, видео и иного архивного контента лучше использовать HDD, а не SSD. Хранить важные данные можно только на постоянно подключенных или хотя бы периодически используемых накопителях.

Настоятельно не рекомендую проверять в реальности надежность сценария с записью данных на SSD/HDD и последующим выключением накопителя на долгие годы. Любые накопители, в том числе USB-флешки и флеш-карты, необходимо периодически (не менее раза в год, а лучше чаще) подключать к питанию и проверять данные на сохранность, в идеале – перезаписывать. Не стоит забывать, что принцип хранения данных у флешек такой же, как у SSD.

Благодаря высокой скорости чтения и записи SSD имеет смысл использовать в качестве загрузочных дисков для операционных систем, наиболее часто используемого и требовательного к скорости ПО, а также для некоторых требовательных игр. Безусловно, помимо высокой скорости работы, у SSD есть ряд других плюсов, о которых не было упомянуто в заметке, – например, высокая устойчивость к вибрациям и ударной нагрузке, а также отсутствие механических элементов. Однако в контексте рассматриваемой нами задачи эти плюсы нивелируются минусами.

Помимо прочего, необходимо обязательно дублировать важные данные на разных видах носителей и желательно работающих в разных, не связанных друг с другом системах. А еще лучше, если данные хранятся на накопителях, физически расположенных в разных локациях, но это уже из области катастрофоустойчивости, на случай непредвиденных обстоятельств.

Любые накопители не рекомендуется заполнять, что называется, под завязку, на 100%. Желательно время от времени проверять состояние их с помощью специальных программ, как фирменных (от производителей), так и сторонних. Например, Crystal Disk Info и Disk Genius – их отчеты нередко дополняют друг друга.

Особо важные данные можно дополнительно сохранить на Blu-Ray-диски – это наиболее надежный класс оптических носителей, действительно предназначенных для долговременного хранения данных «на полке». При бережном отношении качественная оптика может прожить до 25–35 лет. Однако объем одного Blu-Ray-диска ограничен 128 гигабайтами. Впрочем, пары десятков «болванок» должно хватить для хранения особо важных медиа. Но и в этом случае не забывайте главное правило – обязательно дублировать важные данные где-то еще.