Od HDD do PCIe 5.0, czyli jak zmieniły się nasze dyski w 10 lat

Ostatnia dekada na rynku nośników pamięci to prawdziwa rewolucja. Dziesięć lat temu wielu pecetowców miało pod maską duże, hałaśliwe i zawodne dyski twarde, bo dyski SSD były luksusem, na który nie każdy mógł sobie pozwolić. Dziś to już obowiązkowy element każdej konfiguracji i ze świecą szukać kogoś, kto nie rozstał się jeszcze ze swoim "twardzielem". Ba, wystarczyło kilka lat, by wydajność SSD wzrosła niemal 30-krotnie. Jakie inne podzespoły mogą się pochwalić takim osiągnięciem?

Era dysków SATA i ograniczenia przepustowości

W 2016 roku dominowały 2,5-calowe dyski SATA, ale nie oszukujmy się, większość z nas stać było wówczas co najwyżej na takie o pojemności 250-500 GB. Ba, na systemowe dyski wybieraliśmy nawet 128 GB warianty, wspierając się jednocześnie HDD, które oferowały znacznie większe pojemności i niższe ceny. 

Modele SATA w ogóle nie miały lekko. Bo choć zapewniały znacznie szybszy dostęp do danych niż talerzowe HDD, ich ograniczenie w postaci maksymalnej przepustowości ok. 550 MB/s sprawiło, że z czasem zostały praktycznie wyparte przez dyski NVMe PCIe w formacie M.2 2280 (wtedy jeszcze droższe, ale dziś różnice cenowe są już relatywnie niewielkie). 

Pamiętacie Intel Optane?

W międzyczasie pojawiła się jeszcze jedna opcja, o której zapewne mało kto pamięta. Mowa oczywiście o Intel Optane Memory, czyli modułach o relatywnie niewielkiej pojemności (np. 32 GB), które działały na zasadzie cache nowej generacji, opartego na technologicznie rewolucyjnych wówczas pamięciach 3D XPoint, łączących zalety technologii NAND i DRAM. 

Pomysł był naprawdę ciekawy, a Niebiescy obiecywali, że wystarczy umieścić urządzenie w komputerze i cieszyć się wzrostem ogólnej wydajności maszyny o średnio 28%, notując zarazem nawet 65% przyspieszenie ładowania poziomów w grach. Niestety rozwiązanie nie cieszyło się popularnością, pamięci 3D XPoint były drogie, a gigant relatywnie szybko porzucił to rozwiązanie, które dziś jest jedynie ciekawostką.

NVMe podbija rynek - od PCIe 3.0 do 5.0

Nie to co dyski NVMe oparte na PCIe 3.0, na które w końcu zaczęliśmy się przesiadać. To był prawdziwy skok wydajności: transfery sekwencyjne rzędu 3-3,5 GB/s i ekstremalnie niskie opóźnienia sprawiły, że codzienna praca z komputerem zmieniła się w doświadczenie niemal natychmiastowego reagowania. NVMe pokazało, że pamięć masowa nie jest jedynie „magazynem” danych i może stać się integralną częścią wydajności całego systemu. 

Ba, dla wielu osób to właśnie przesiadka z HDD na SSD okazała się największym przełomem ubiegłej dekady, przyspieszającym pracę komputera w znacznie większym stopniu, niż przesiadka na nowy procesor czy dołożenie pamięci RAM. Do dziś pamiętam swoje zaskoczenie, kiedy zainstalowałem pierwszy SSD w komputerze i ten po ok. 10 sekundach był gotowy do pracy.

W 2019 roku doczekaliśmy się zaś nowej generacji dysków NVMe, wykorzystujących interfejs PCIe 4.0. Transfery wzrosły dwukrotnie, do przeszło 7 GB/s w topowych konsumenckich SSD, na czym skorzystali głównie profesjonaliści, cieszący się przyspieszeniem pracy z dużymi projektami graficznymi, bazami danych czy wirtualnymi maszynami. Nie zrozumcie mnie źle, w przypadku zwykłych użytkowników przyspieszenie w szybkości kopiowania plików także było wyraźnie zauważalne, ale w typowo gamingowych zastosowaniach postęp był relatywnie niewielki, a już na pewno nie taki, by uzasadnić dwukrotnie wyższe ceny.

Jednocześnie producenci musieli zmierzyć się z problemami, które wcześniej były marginalne: zarządzaniem ciepłem i stabilnością przy pełnym obciążeniu, bo o ile w krótkich benchmarkach nośniki tego typu błyszczały, to podczas długiego obciążenia miały problemy z throttlingiem, co zaowocowało pojawieniem się masywnym metalowych radiatorów. 

Trzy lata temu nastąpił kolejny duży skok, czyli premiera pierwszych dysków PCIe 5.0, które teoretycznie umożliwiły transfery przekraczające 14 GB/s. Teoretycznie, bo takie prędkości widoczne są jedynie w syntetycznych benchmarkach, co dobrze pokazuje, że same liczby nie przekładają się bezpośrednio na doświadczenia użytkownika. Do tego pierwsze modele miały bardzo duże problemy z przegrzewaniem, do tego stopnia, że duże radiatory często nie wystarczały i producenci zaczęli stosować… wentylatory. Chyba nie muszę tłumaczyć, jak irytujący bywa taki niewielki “wiatraczek”?

Wyzwania termiczne i downgrade technologii NAND

Co prawda nowe kontrolery już radzą sobie lepiej termicznie, ale wciąż przydatny jest efektywny radiator, dlatego upychanie takich dysków do laptopów często mija się z celem. I choć nie powiem, że wzrosty wydajności są jedynie symboliczne, bo w przypadku kopiowania plików ponownie widać sporą poprawę, w większości scenariuszy ten generacyjny skok nie jest odczuwalny i biorąc pod uwagę różnicę w cenie, lepiej zostać przy PCIe 4.0. 

W tym krótkim podsumowaniu nie sposób pominąć również zmian w samej technologii NAND. Przejście z planarnych komórek do pamięci 3D NAND i rosnąca liczba warstw znacząco zwiększyły pojemność, trwałość i efektywność kosztową dysków. Z drugiej strony pogodziłem się już z degradacją jakości stosowanych pamięci, bo zaczynaliśmy od technologii SLC, później przeszliśmy na MLC, następnie na TLC, a z czasem popularne stały się też tańsze, ale jeszcze mniej trwałe i wydajne pamięci QLC.  

Przyzwyczaiłem się też do tego, że producenci przestali podawać szczegółową specyfikację, co pozwala im na łatwą podmianę komponentów w kolejnych partiach produktu, najczęściej na takie gorszej jakości. A to spory problem w mojej pracy, bo co z tego, że przetestuję dany dysk, skoro Wy możecie dostać coś zupełnie innego. 

Kryzys na rynku pamięci, czyli historia współczesna

Tak się też składa, że kiedy piszę ten tekst, znajdujemy się właśnie w trakcie kryzysu na rynku pamięci, który dotyczy głównie RAM-u, ale obejmuje także nośniki danych. Nie jest to więc najlepszy czas na zakupy, bo niektóre popularne modele w ostatnich miesiącach podrożały przeszło dwukrotnie. Mam jednak nadzieję, że nie będzie to dla producentów kolejny sygnał do cięcia kosztów i liczę na to, że w kolejnej generacji sprzętu skoncentrują się na realnych potrzebach, a nie tylko kolejnych cyferkach, które łatwo sprzedać marketingowo.