Динамичният термичен тротлинг е една нова функция на съвременните флаш

Динамичният термичен тротлинг е една нова функционалност на актуалните флаш дискове, при която контролерът съзнателно забавя или даже стопира работата си, с цел да понижи температурата на клетките на NAND паметта. Това се прави, с цел да се запазят данните, като не се допусне прегряване на диска или задействане на циклите за изключване на неговото зареждане.

С всяко последващо потомство PCIe честотната лента на PCIe линиите нормално се удвоява. В PCIe 4.0 скоростите на SSD се приближават до теоретичния най-много от 8 GB/s. Днес SSD дисковете с PCIe Gen 5.0 x4 интерфейс са с овърклок до 10-14 GB/s, като вследствие от това контролерът става доста парещ (нищо чудно, че тези чипове въобще не живеят дълго).

Самият брой интервенции на дребното устройство с M.2 форм-фактор води до по-високи температури освен за контролера, само че и за NAND флаш паметта, защото тя и контролерът са физически ситуирани на една и съща дребна поставка:

Следователно температурата им е почти идентична. И това е казусът.

Факт е, че NAND паметта в всеобщите SSD дискове работи оптимално в температурния диапазон до 60-70°С, само че по никакъв начин не е желателно да се стига по-далеч. При температури над 80-90°С вградените в SSD устройства механизми за сигурност могат наложително да изключат зареждането, с цел да предотвратят повредата на устройството. А това може да докара до загуба на цялата информация. Ето за какво тъкмо преди да се случи сходно нещо е програмирана процедура за термично изключване, която води до внезапно понижаване продуктивността на устройството. Контролерът на SSD диска наложително стопира интервенциите, с цел да предотврати нагряването и загубата на данни.

Това е една от аргументите някои SSD дискове да се продават в комплект с алуминиеви и даже медни радиатори. Охлаждането е в действителност значимо. Така да вземем за пример Crucial T700 се доставя с авансово конфигуриран въздържан нагревател, а в интернет можете да намерите ревюта и мнения за най-хубавите радиатори за M.2 SSD дискове.

Компанията продава и версия без нагревател, само че тя е предопределена за тези, които желаят да употребяват вградения в дънната платка нагревател или нагревател на трета страна (което наложително изисква някакъв вентилатор на тази трета страна в кутията, който да поддържа придвижването на въздуха).

Дори по-старите модели PCIe 4.0 бяха оборудвани с радиатори, а за новото потомство PCIe 5.0 дейното изстудяване не е безпричинно, като се има поради увеличението на продуктивността и затова на разсейването на топлината и температурата на SSD. Проблемът е изключително изострен при преносимите компютри с техните лимитирани благоприятни условия за въздушно изстудяване.

Последното потомство M.2 SSD дискове се нагряват толкоз доста, че за тях се създават даже системи за водно изстудяване и супермощни вентилатори с 20 хиляди оборота в минута. Може би най-екстремният образец от този тип е планът NeonStorm на Adata. Това е независима система за течно изстудяване, която включва:

Размерът на системата е неведнъж по-голям от този на един дребен M.2 SSD диск.

Adata твърди, че при актуалните PCIe 5.0 дискове пасивното отклоняване на топлината към този момент не може да се оправи с прегряването, тъй че би трябвало да се употребява интензивно изстудяване. И това никога не е единственият сходен образец. TeamGroup и Inland също конфигурират вентилатори на своите SSD дискове.

Аргументи срещу дейното изстудяване

За да бъдем обективни, би трябвало да отбележим, че не всички производители са на едно и също мнение. Например Micron (която създава SSD дискове за Crucial) към момента не вижда нужда от интензивно изстудяване на дисковете.

При оптимални натоварвания SSD дисковете употребяват не повече от 11,5 W. Но това е единствено при оптимално натоварване, което SSD дисковете по този начин или другояче не могат да поддържат дълго време (докато се запълни бързият кеш). Скоростите на трансфер на данни, посочени на множеството потребителски SSD дискове, са предопределени за относително краткотрайни натоварвания. След като DRAM и SLC кешовете се запълнят, скоростта пада до приблизително равнище. Затова е малко евентуално дискът да работи при цялостно натоварване за продължителни интервали от време.

Разбира се, един охладител на SSD няма да навреди изключително, само че той е евентуална точка на щета и непотребен източник на звук, в случай че SSD дискът ни фактически не се нагорещи задоволително, с цел да провокира термично изключване. Това може да се съпостави с инсталирането на супер солиден охладител на слаб Celeron – хубаво е, само че няма необикновен смисъл. По някаква причина в тази връзка се сещаме за чудовищните вентилатори ThermaLake от 2000-те години:

Представете си какъв брой гръмък ще бъде един вентилатор с 20 000 оборота в минута, когато след няколко години лагерът му се износи.

Освен това доста дънни платки имат вградени радиатори за M.2, които са несъвместими с спомагателна външна или въздушна система за изстудяване. И като цяло дейното изстудяване на M.2 не е планувано от дизайнерите, тъй че може да пречи на прилежащите съставни елементи на дънната платка и в кутията на компютъра.

Твърдотелен охладител

За изстудяване на SSD дисковете могат да се употребяват разнообразни способи, в това число пасивно (радиатори) и интензивно (вентилатори) въздушно изстудяване. Между другото, в тази област също се вършат нововъведения. Например, на неотдавнашното ревю Computex 2023 в Тайван беше показано истинското устройство AirJet за интензивно изстудяване. Устройството с размери 42×28×3 mm наподобява като имобилен чип, само че в действителност отстранява до 5,25 W топлота от охлажданата повърхнина с помощта на „ вибрациите на микромембраните “.

Разработчик на устройството е американският стартъп Frore Systems. Тези неща могат да се прикрепят към всевъзможни горещи повърхности: CPU, GPU, SSD, RAM, таблети, преносими компютри и други.

Това е първият в света по този начин наименуван „ твърдотелен охладител “ (solid-state cooler, solid-state thermal solution). Мембраните навътре в устройството генерират мощен въздушен поток, който навлиза в AirJet през входните отвори в горната част. Вътре въздушният поток се трансформира във „ високоскоростни пулсиращи струи “, се споделя в описанието на устройството. Въздухът минава през топлообменник в основата, което значи, че корпусът на AirJet поема част от топлината от охлажданата повърхнина и издухва горещия въздух.

За страдание разработчиците към момента не са разкрили от какъв материал са направени мембраните. Според слуховете, измежду чиновниците на компанията има авиационни експерти, а някои от правилата на работа на AirJet се основават на методите за изстудяване на предните ръбове на турбинните лопатки на реактивните мотори.

По-малката версия на AirJet Mini работи при равнище на шума от 21 dBA (по скалата на равнището на шума това е сравнимо с шумоленето на страници на книга (20 dBA) или шепота (30 dBA)), употребява единствено 1 W, като в същото време генерира противоналягане от 1750 Pa, което е 10 пъти по-високо от това на вентилатор. Генериран въздушен поток: 0,21 CFM.

Версията AirJet Pro (72×32×3 мм) лишава 10,5 W топлота при същото противоналягане. Консумация възлиза на 1,75 W, а равнището на шума е 24 dBA.

Разработчиците се надяват, че AirJet ще даде опция за основаването на по-елегантни компютри и преносими компютри, без засмукване на прахуляк и без звук от вентилаторите, само че с дейно изстудяване.

Охлаждането на SSD дисковете е едно от главните евентуални приложения на AirJet. В момента разработчиците обмислят по какъв начин да слагат AirJet върху корпуса на SSD или върху самите чипове памет. Един от факторите, ограничаващи приложението на тази технология, е нуждата от оживление на въздуха в компютърната кутия, с цел да може топлината да се разсее на открито. Но тази технология дава опция за основаването на компактни и на процедура съвсем безшумни компютърни устройства.

Да напомним, че в края на предходната година започващата компания Frore Systems съобщи, че ще показа на пазара първите AirJet охлаждания за Intel и Qualcomm най-късно до края на 2023 година. Навярно тогава ще се появят и компютърни устройства, в които се употребява новия вид изстудяване, както и SSD с AirJet.

Всъщност потреблението на сила (и разсейването на топлина) на SSD дисковете може да бъде даже по-висока от тази на HDD дисковете на равнище терабайт. Всичко зависи от типа на задачата, размера на диска и продуктивността.

Така да вземем за пример първите пробни PCI-E 5.0 SSD дискове, работещи с оптималната теоретично допустима скорост от 16 GB/s, имаха оптималната консумация на сила до 25 вата. Днешните устройства със скорост към 12 GB/s са с оптималната консумация от 11-12 W, което наподобява като рационален компромис.

Изводи

През последните години развиването на SSD показва голям прогрес, като по едно и също време с това цените се намаляват. Въпросът остава открит: ще съумеят ли те да изместят твърдите дискове от пазара? Тук мненията на специалистите фрапантно се разграничават. Някои считат, че дните на твърдите дискове са преброени. Други пък настояват тъкмо противоположното. Например съгласно прогнозата на Coughlin Associates през идващите години SSD няма да могат да се конкурират с продажбите на хард дискове. Нещо повече, продажбите на твърди дискове (в екзабайти) бързо ще нарастват и даже ще изпреварят SSD.

Пазарът за предпазване на данни е на път да процъфти заради възходящото търсене на тези услуги за потребностите на изкуствения разсъдък, интернет на нещата, медийните и развлекателните приложения, както и на медицинските и други приложения, които употребяват добиване на данни. Поради тази причина ще нараства търсенето на всички типове устройства за предпазване, в това число SSD, HDD и на лентовите устройства (LTO), които са ненадминати във връзка с цената на гигабайт памет.

Единственото нещо, за което анализаторите са съгласни, е, че 3,5-инчовият форм-фактор изчезва, отстъпвайки място на 2,5-инчови и по-малки носители: сериозната точка е настъпила през 2022 година

SSD дисковете стават все по-бързи и по-горещи с всяко ново потомство. Самият факт на съществуването на топлота подсказва, че е добра концепция да се разсее непотребната топлота: би трябвало да се сложи нагревател или нещо по-мощно. Така или другояче, има смисъл да държите температурата под око, с цел да не изгубите данните си, които са най-ценното нещо.