NVMe vs SSD vs HDD: какие накопители выбрать для работы VPS

автор Yulia Lys

Правильный выбор устройства для хранения данных на сервере VPS может повысить производительность его работы и сэкономить средства на аренде. Такой выбор, прежде всего, должен согласовываться с назначением и конечной целью использования VPS-сервера – для игры, хранения данных, глубокого обучения моделей ИИ или, например, для рассылки почтовых сообщений. Для каждой из этих целей может быть выбран один из распространённых видов накопителей – SSD на NVMe / SATA интерфейсах или традиционный «жёсткий» диск HDD. Рассмотрим основные характеристики указанных накопителей и возможные варианты их применения.  

Покупай VPS/VDS сервер!

Быстрые VPS серверы на VZ и KVM с бесплатной админкой 24/7, тестом и ежедневными бэкапами

Тарифы

 

Разница между NVMe SSD и HDD

Сравнение накопителей начнём с рассмотрения принципа их работы и основных характеристик:

«Жёсткий» диск HDD с интерфейсом SATA

Накопитель HDD (Hard Disk Drive), или винчестер, является исторически первым электромеханическим накопителем, который нашёл широкое применение в качестве устройства хранения данных в цифровой технике. Принцип его работы основан на использовании физического явления электромагнитной индукции, когда при изменении электрического тока изменяется поле магнитное и наоборот. Это позволяет производить запись информации на материалы, покрытые магнитным веществом, а затем считывать её за счёт преобразования магнитных потоков в электрические импульсы.

Конструктивно HDD-диски выполнены в виде набора металлических пластин с магнитным покрытием, вращающихся на одной оси и управляемых дисковым микроконтроллером. Запись и считывание информации производится с помощью магнитных головок, зафиксированных у края поверхности пластин.

Характеристики HDD обусловлены принципом его работы, типом используемого интерфейса, а также конструктивными особенностями конкретной модели. Например, для модели Seagate BarraCuda SATA с ёмкостью 3 ТБ зафиксированы следующие данные производительности:

Скорость записи HDD – 174,4 МБ/сек;

Скорость считывания HDD – 175, 2 МБ/сек.

Плотность записи HDD-дисков постоянно растёт и на сегодняшний день уже достигла 3,3-7,75 Тбит/см², что позволяет получать накопители ёмкостью порядка 60-100 ТБ, что не так уж и мало на сегодняшний день. И это не предел. Это стало возможным благодаря развитию технологий многоуровневой магнитной записи с применением термомагнитной записи HAMR (Heat-assisted magnetic recording).

Срок службы HDD-диска во многом определяется конструктивными особенностями и интенсивностью его использования, но в официальных гарантиях производителей обычно указывается 5 лет непрерывной (круглосуточной) работы. Однако, это не означает, что по истечении этого срока диск перестаёт работать, просто может несколько увеличиться процент отказов накопителя, что свойственно любой электронике. В случае щадящей интенсивности работы срок службы может составить 20 лет и более с постепенным снижением уровня производительности. При этом записанные данные не искажаются и никуда не пропадают.       

Экономическая эффективность HDD определяется ценой 1 ГБ информации, которая для этого вида накопителей является наилучшей. 

Преимущества HDD проявляются лишь в случае их правильного применения. К ним относятся: высокая плотность записи; высокая экономическая эффективность; предсказуемый срок использования; возможность горячей замены; надёжное долговременное хранение данных.

Недостатки HDD в основном обусловлены технологией записи / считывания информации и их конструктивными особенностями. К ним в первую очередь относятся: наличие подвижных деталей, которые чувствительны к повреждениям и требуют осторожности в процессе эксплуатации устройства; необходимость обслуживания; шум при работе; невысокая скорость записи / считывания данных.  

Рекомендации к применению HDD основаны на их свойствах и могут быть следующими: использование для холодного хранения в ЦОД; резервного копирования; хранения установочных дисков, медиафайлов и архивов игр; домашние NAS-хранилища; для долгосрочного хранения больших объёмов данных, которые временно не используются. Вообще же,  HDD-накопители всегда подойдут там, где соблюдается принцип: один раз записал – много раз считывай.

SSD с интерфейсом SATA

Накопители SSD (Solid-State Drive) или твердотельные запоминающие устройства немеханического типа являются альтернативой HDD и имеют перед ними преимущества в производительности и некоторых других эксплуатационных характеристиках.


На Рисунке 1 показана схема взаимодействия основных компонентов ССД с интерфейсом SATA и контроллером. Мы видим, что в качестве основной памяти здесь используется один из видов энергонезависимой памяти типа NAND (быстрая флэш-память). Данные передаются через контроллер SATA, что занимает какое-то время на их обработку. 

Рисунок 1. Структурная схема SSD-накопителя с интерфейсом SATA.

Рассмотрим характеристики этого типа накопителя. Для модели Samsung SSD 850 EVO SATA зафиксированы следующие показатели скорости его работы, а значит, производительности:

Скорость записи SSD SATA – 532,7 МБ/сек;

Скорость считывания SSD SATA – 553, 8 МБ/сек.

Плотность записи SSD SATA несколько уступает HDD-дискам, с каждым годом сокращая этот разрыв за счёт использования многоуровневых ячеек памяти. 

Срок службы SSD SATA зависит от характеристик используемых ячеек памяти и ограничивается количеством циклов записи / считывания информации, которое в среднем может составлять 800–2000 циклов, что примерно соответствует 5-6 годам непрерывной работы устройства. Однако по истечении этого срока надёжность хранения информации резко падает – она может со временем искажаться и даже быть утерянной.    

Экономическая эффективность SSD SATA заметно уступает винчестерам и может быть в 5-6 раз ниже. Правильное применение накопителей может уменьшить этот разрыв.

Преимущества SSD SATA: высокая скорость записи / считывания; бесшумная работа; не требуется обслуживание; средняя цена за приемлемую производительность; возможность горячей замены.

Недостатки ССД SATA: небольшой срок службы, который зависит от модели устройства и уменьшается при увеличении плотности записи / хранения данных. 

Рекомендации к применению SSD SATA: высокоскоростная альтернатива для HDD-дисков; RAID-массивы; для VPS-серверов с частыми обращениями к данным. 

SSD с интерфейсом NVMe

Использование ССД-дисков с интерфейсом NVMe (Non-Volatile Memory Express) позволяет существенно увеличить общую производительность устройства хранения данных по сравнению с SATA. Здесь задействуется слот PCI Express, имеющий максимальную пропускную способность и, соответственно, меньшую задержку передаваемых данных. Разница nvme и ssd SATA в том, что последний содержит контроллер.

На Рисунке 2 приведена схема взаимодействия компонентов SSD с интерфейсом NVMe. Можно убедиться, что здесь отсутствует контроллер, и поэтому данные передаются в устройство напрямую. В этом случае скорость передачи будет определяться исключительно возможностями PCI-шины и процессора.      

Рисунок 2. Структурная схема SSD-накопителя с интерфейсом NVMe.

Рассмотрим характеристики NVMe-накопителя. Для модели Samsung 970 EVO NVMe зафиксированы следующие показатели скорости:

Скорость записи SSD NVMe  – 1519,4 МБ/сек;

Скорость считывания SSD NVMe – 3539, 5 МБ/сек.

Плотность записи SSD NVMe имеет те же показатели, что и для любых других твердотельных ССД-дисков.

Срок службы SSD NVMe, как и для SATA, определяется характеристиками ячеек памяти.

Экономическая эффективность SSD NVMe небольшая из-за высокой цены за 1ГБ хранения и поэтому обычно применяется в условиях высоких нагрузок. 

Преимущества SSD NVMe для VPS-сервера: очень высокая производительность при чтении / записи; поставляется в разных форматах – для массового использования (M.2) и для ЦОД (U.2) – поддерживает горячую замену на nvme vps и не только; имеет все преимущества SSD-дисков.  

Недостатки SSD NVMe: очень дорогой; имеет те же недостатки, что и другие SSD-диски.

Рекомендации к применению SSD NVMe: для установки в ЦОД; для приложений с частыми обращениями к данным – ОС, СУБД, игры; быстрый vps хостинг сайтов с высокими рабочими нагрузками.

Сравнение скорости накопителей

На Рисунке 3 приведена диаграмма средних значений скоростей записи и считывания данных для рассмотренных нами ранее моделей накопителей. 

Рисунок 3. Диаграмма сравнения скорости работы дисковых накопителей.  

Из диаграммы видно, что наименьшее значение скорости имеет SATA HDD-диск – 174,8 МБ/сек. Среднюю позицию занимает SATA SSD со средним значением скорости – 543,25 МБ/сек. Наибольшее значение скорости имеет диск NVMe SSD – 2529,45 МБ/сек. Само собой, для других моделей накопителей показатели скорости будут несколько различаться, но в целом, их соотношение будет примерно одинаковым: 1/3,1/4,7 (HDD/ SATA SSD/NVMe SSD). 

Где NVMe даёт наибольший прирост

Как мы уже выяснили, наибольший выигрыш SSD NVMe диски дают в общей производительности работы накопителя – в скорости записи / чтения данных. Причём наилучший результат показывает операция чтения, более чем в два раза превосходя скорость записи данных. Поэтому такое устройство с успехом подойдёт для всех высоконагруженных проектов – быстрый vps хостинг сайтов, распределённая разработка веб-приложений на NVMe VPS-сервере, работа с базами данных, игровые приложения и любые проекты, где требуется частое обращение к данным.