Kingston заряжает флешки
Смотрим к чему это приводит…

В каждой шутке есть доля шутки! Казалось бы, смешное утверждение о зарядке флешек даже теоретически не могло возникнуть ниоткуда. Но оно появилось и имеет под собой объяснимые причины. Многие осведомленные пользователи знают, что за NAND памятью нужен уход, который заключается в выравнивании износа ячеек. Обычно это делает контроллер, и теория о работе аналогичных сервисов по уходу перекочевала из тем с SSD. Да, принципиально это похожие устройства, но их различает множество деталей, давайте их обсудим…



У SSD контроллеры включаются в работу сразу, у них есть SLC-буфер, операционная память и пул из ячеек NAND. Структура обращений схожая, но сервисов в SSD больше, нежели у доступных NAND устройств. Пользователи в большинстве своем думают, что частая работа с USB-флешками (перенос, копирование, удаление) приводит к нехватке времени для контроллера по уходу за NAND-памятью. Отчасти это так, но ошибка кроется в том, что «заряжая» флешку, вы не ухаживаете за памятью и не запускаете процесс ухаживания! Взять хотя бы состояние флешки: при подключении к порту потребление USB-флешки явно не превышает 0,02-0,05А.



В зарядном устройстве флешка не активируется, потому что отсутствуют запросы к контроллеру системой. Точнее для флешки, находящейся в разъеме зарядного устройства состояние равно покою. Она не включается, а контроллер «спит» в неактивной фазе. Почему же важно активировать контроллер? Ответ на этот вопрос вы найдете ниже…

Тестовый стенд



• Материнская плата: ASUS ROG Maximus XI Hero (Intel Z390, LGA 1151 v2);
• Процессор: Intel Core i9-9900К (Фиксированная частота 4500 МГц, HT вкл.);
• Система охлаждения: система водяного охлаждения:
— Alphacool NexXxoS Monsta 360;
— Scythe Minebea Silent IC 2000 об/мин x3;
— EK-XRES 140 Revo D5 PWM;
— EK-Supremacy EVO;
— Шланги 15/19;
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling МХ-2;
• Видеокарты: Nvidia GTX 1660 Super;
• Блок питания: ASUS Thor 1200 Ватт.

Программное обеспечение:

• Операционная система: Microsoft Windows 10 x64 (2004);
• Драйвера видеокарты, чипсета: последние на момент тестирования.

Инструментарий


Так как основная идея заключается в проверки «памяти» USB Flash, то для тестов возьмем две «флешки» Kingston моделей:



microDuo3 G2, емкостью 128 Гб и интерфейсом USB 3.2 Gen 1. Данная флешка адаптирована для телефонов, поддерживающих функцию USB OTG (On-The-Go). Этот стандарт позволяет напрямую подключать мобильные устройства к поддерживаемым USB-устройствам. И стандартного порта USB Type A, по-сути является двухсторонней. Заявлены характеристики только для чтения (до 80Мб/сек).

Второй подопытный экземпляр — Флеш-накопитель DataTraveler SE9 G2



Емкостью 64 Гб и скоростью чтения до 100 Мб/с. Поддерживается стандарт подключения USB 3.1 Gen 1. Так что перед нами вполне типичная «флешка» для каждодневного использования.

Для начала проведем вводные тесты, чтобы понимать от чего отталкиваться дальше. Оба устройства новые «из коробки», файловая система – exfat. Оценивать производительность будем по результатам тестов чтения и записи в линейном задании.





DataTraveler microDuo 3.0 G2 выдает скорость чтения порядка 120 Мб/сек и записи в среднем 55 Мб/сек.





DataTraveler SE9 G2 USB показала почти 130 Мб/сек при чтении и 20 Мб/сек на записи. Цель дальнейших экспериментов – оценить влияние действия зарядных устройств разного типа на обе флешки. Т.к. по мнению некоторого количества людей, контроллеру нужно питание, чтобы успеть высвободит блоки для записи и дать время на выравнивание износа блоков.

А проверять мы будем в 3 сценариях:
• Оставим флешки в разъеме USB Power Bank’а;
• Оставим флешки в разъеме зарядного устройства;
• Оставим флешки в разъеме USB на включенном компьютере (без обращения к ним пользователем);

Сам тест с 0% занятого объема (результаты предоставлены выше), 25% и 75%. Для убедительности, оставим их в разъеме зарядки 1 час, ночь.

Чтобы не загружать читателя массой чрезмерным количеством графиков, подведем все результаты под единый знаменатель.

• Разницы в результатах тестов между «заряженной» флешкой длительностью 1 час и ночь – нет.
• Аналогичным образом не выявлено разности показаний между зарядкой в разъеме USB Power Bank’а, зарядного устройства и на включенном компьютере (без обращения к ним пользователем).
• В зависимости от занятого места, а мы предварительно заполняли флешки на 70%, так же никаких отличий не выявлено.

Запись на носители осуществлялась программой H2Test:



Результаты тестирования






Графики чтения на 70% записанной флешке DataTraveler microDuo 3.0 G2 в портах на USB на включенном компьютере и в разъеме зарядного устройства.




Графики записи на 70% записанной флешке DataTraveler microDuo 3.0 G2 в портах на USB на включенном компьютере и в разъеме зарядного устройства.




Графики чтения на 70% записанной флешке DataTraveler SE9 G2 USB в портах на USB на включенном компьютере и в разъеме зарядного устройства.




Графики записи на 70% записанной флешке DataTraveler SE9 G2 USB в портах на USB на включенном компьютере и в разъеме зарядного устройства.

FAQ





А теперь поговорим о том, почему USB Flash Drive совершенно не одно и то же, что NAND SSD и законы TRIMM/Garbage Collection не работают на флешках.

— Может ли USB Flash Drive потерять ваши данные?
— Естественно, как и любой другой NAND носитель. Срок «хранения» данных составляет от 1 года для устройств с «историей», и гораздо больше для новых USB Flash Drive. Это пессимистичные цифры, в действительности высокая температура и неиспользование ячеек постепенно снижает потенциал заряда. NAND разного качества также влияет на срок. Диапазон порогового и нормального состояния заряда в качественном NAND выше, нежели в 3-сортном NAND.

— Как предотвратить потерю данных? Как флешка узнает, что данные потерялись?
— Контроллер NAND имеет встроенный алгоритм коррекции ошибок. Когда вы пытаетесь прочесть данные с флешки, контроллер обращается к NAND, читает ячейку и производит коррекцию при ее возможности. Если коррекция возможна и произведена удачно, то вы получаете доступ к своим «старым» данным. Этот процесс происходит при нормальном обращении к флешке при операциях ввода/вывода, а также производится выборка и оценка ячеек по их уровням «усталости». Контроллер автоматически распределяет данные по ячейкам.

— Как снизить вероятность выхода из строя ячеек и появления некорректируемых ошибок чтения/записи?
— Для этого достаточно просто пользоваться флешкой постоянно. Т.к. в это время происходят операции выравнивания. USB Flash Drive придуманы для временного хранения и переноса данных и не созданы для постоянного хранения.

— Обновление USB Flash Drive
— То, что ячейки со временем теряют заряд – это верно, но нахождение USB Flash Drive в заряднике любого типа не обновляет ячейки и не заставляет контроллер производить выравнивание. Принцип работы ячейки таков, что она остается в тени за контроллером, а подключение зарядника не заставляет контроллер обращаться к ячейке.

— Приводит ли «зарядка» к деградации НАНД памяти?
— Нет не приводит, т.к. NAND память «спит» за спиной у контроллера и не получает никаких зарядов.

— Продолжает ли работать «сборщик мусора» после безопасного извлечения?
— Нет, как и другие операции с NAND-памятью, т.к. контроллер прекращает общаться с системой.

— Есть ли во флешках сборщик мусора (GC)?
— Нет, в привычном виде в которым мы видим работу GC на SSD во флешках нет! Есть TRIM, и он переносит данные в случае необходимости. Учтите, ответ правилен к привычным нам доступным флешкам, а не уникальным моделям со структурой SSD.

— Исчезают данные с флешки через N-лет?
— Они не исчезают вообще, а остаются на своем прежнем месте, только эта информация не может быть прочитана, по причине того, что совокупное количество ошибок будет за гранью возможности коррекции всеми доступными способами контроллера. Это происходит по достижению недопустимого состояния электрических и временных параметров при чтении ячеек. Фактически, NAND память теряет возможность быть корректно прочитанной.

Флешки, не требующие зарядки несут на себе гордое имя Kingston. С полным списком «безопасных» USB drive можно ознакомиться здесь.

Для получения дополнительной информации о продуктах Kingston Technology обращайтесь на официальный сайт компании.