Когда вышел Mac mini на базе M4 (обзор), мы обсуждали его странное ценообразование.

Увеличение памяти и ОЗУ в два раза стоит как сам компьютер ($600), а улучшение хранилища до 2 ТБ обойдётся ещё дороже ($800).

Идея разобраться в этом вопросе пришла, когда я увидел процесс замены SSD на Mac mini. Оказалось, что это такой же чип, как и CPU, припаянный к плате.

Ниже решил разобраться сразу в двух вопросах.

Во-первых, стало интересно, каким образом производители научились делать память настолько плотной, что огромный объём информации помещается в крошечном SSD модуле.

Но, во-вторых, почему все компании продают SSD-плашки за 150 долларов, а Apple, не моргая, просит по 800 долларов за тот же самый объём.

Пока искал информацию, что же именно представляет из себя чип SSD, узнал, что для его работы используют квантовую механику.

Но сначала разберёмся в двух главных типах памяти.

Коротко. Насколько быстрее SSD, чем HDD в 2024 году

Постоянное хранилище в компьютерах бывает двух видов: HDD и SSD.

HDD (Hard Disk Drive) – диск с покрытием из сплава кобальта, хрома и тантала, на который с помощью электромагнитного воздействия головкой записывается информация.

За счёт свойств сплава намагниченная информация сохраняется в виде особой молекулярной структуры в предварительно подготовленных ячейках.

Используются в бюджетных ПК, дата-центрах, системах наблюдения и внешних хранилищах.

Медленный, но дешёвый способ хранить информацию.

При скорости чтения 121 МБ/с бюджетный диск стоит 4800 рублей за 2 ТБ.

При скорости чтения 141 МБ/с топовый диск стоит 11 900 рублей за 2 ТБ.

SSD (Solid State Drive) – распаянные на плате процессоры, состоящие из ячеек-транзисторов, которые хранят в себе информацию о битах.

На плате также есть контроллеры, обеспечивающие равномерный износ ячеек.

Используются во всей потребительской и современной промышленной электронике.

Быстрый, но более дорогой способ хранить информацию.

При скорости чтения 2000 МБ/с бюджетная версия стоит 11 000 рублей за 2 ТБ.

При скорости чтения 4390 МБ/с топовый диск стоит 19 600 рублей за 2 ТБ.

Получается, за скорость в 31 раз выше мы тратим всего в 1,6 раз больше. Выбор технологи очевиден.

Теперь давайте посмотрим, каким сколько на самом деле места занимает SSD.

Что общего между SSD и процессором

SSD используют в нескольких форм-факторах, но принцип работы у них один.

Среди популярных имеем четыре:
• 2,5″ внешние SSD-диски, которые подключаются к компьютеру по проводу
• USB-флешки и SD-карты
• M.2-плашки постоянного хранилища в виде плат с чипами памяти и контроля
• Распаянные прямо на плате компьютера чипы памяти

У всех них ключевым компонентом выступает чип флэш-памяти специального типа NAND.

На каждом из указанных выше устройств чип распаивают на плате, добавляют сопроцессоры кэша, контроля износа и другие элементы. Так получается модуль.

Да, на самом деле каждый чип SSD, который непосредственно хранит информацию, является самым настоящим процессором, который создают с помощью литографии, как при создании современных CPU.

Отсюда и прирост скорости после HDD.

Гораздо проще пустить ток на процессор, чем раскрутить диск HDD, и ждать, когда нужная ячейка физически доберётся до иглы, которую требуется так же физически передвинуть на нужную дорожку.

Чем отличается SSD от процессора

Когда затвор притягивает электроны из канала, они оказываются в ловушке. Если ловушка пустая, ячейка имеет значение 1, если электронов там много, то значение 0. Ловушка также является частью затвора

NAND-чипы для SSD, как и, например, M4 из MacBook Pro делают из кремния, в котором «чеканят» транзисторы и при помощи оттиска от ультрафиолета.

Но отличия, всё-таки, есть, и большие.

Чипы CPU, GPU, NPU и DRAM все работают, только когда на них подаётся энергия, потому что их транзисторы созданы, чтобы с максимально быстрой скоростью пропускать заряд и переключаться с 0 на 1.

Для этого в них используют полевой транзистор (MOSFET), который не умеет хранить заряд.

В чипах для SSD используются транзисторы с плавающим затвором, которые умеют удерживать заряд в отдельных ячейках.

Если в ячейке есть электроны, она будет представлена как 0, если электронов нет, то как 1.

Отсюда, кстати, появилась слово «флеш».

Когда японский инженер из Toshibo Фудзио Масуока разработал первый такой транзистор, стирание электронов напомнило его коллеге вспышку фотоаппарата, которая на английском называется «camera flash».

При разработке NAND-чипа сложнее всего придумать, как удержать заряд внутри ячейки. То есть сделать память независимой от того, поступает на процессор энергия, или нет.

Поражает, что для этого придумали учёные.

Причём тут квантовая механика

Если перетягивать электроны механическим путём, они сломают барьер из кремния, перемешают материалы канала и ловушки и разрушат транзистор

Объясню максимально простым языком, потому что на все тонкости квалификации не хватит даже у некоторых учёных.

Ячейка состоит последовательно из:
▪︎ Канала с потоком электронов
▪︎ Барьера
▪︎ Ловушки-затвора заряда, по количеству электронов в которой система определяет значение бита
▪︎ Ещё одного барьера
▪︎ Затвора с положительным зарядом, который притягивает электроны.

Но затвор называют плавающим, потому что он изолирован от других элементов и умеет менять своё значение.

Затвор вырабатывает положительный заряд и «телепортирует» электроны в своё ловушку.

Это возможно, потому что по квантовой механике электрон имеет облако вероятностей, где он проявляет свои свойства волны, а не частицы, и потому имеет вероятность нахождения в том или ином месте относительно своего радиуса.

Из канала в ловушку электрон может попасть сквозь барьер толщиной ровно 8 нм только с помощью такого «просачивания».

Когда на ячейку поступает запрос записать информацию, на затвор подаётся напряжение, которое «подтягивает» электрон ближе к барьеру.

Благодаря точно подобранному напряжению, поступающему с затвора, облако вероятностей, в котором существуют электроны, перемещается из канала в ловушку, тем самым перемещая и сами электроны

Благодаря большой тяге и облаку вероятностей нахождения электрона, они оказываются на противоположной стороне барьера и тем самым оказываются в ловушке.

В зависимости от того, сколько заряда поступило из затвора, в его ловушке появляется нужное количество электронов, по которому определяется количество бит информации в ячейке.

Стенка между потоком электронов и ловушкой заряда должна быть в толщину от 75 до 100 атомов кремния, или 8 нм.

Если она будет тоньше 75 атомов, утечка электронов окажется слишком сильной, что приведёт к потере информации о файле и испортит его.

Если стенка будет толще 100 атомов, для активации квантового эффекта нужен будет слишком сильный заряд, и тогда ячейка разрушится.

Разобрались, как именно транзистор превращает энергию в ноль или единицу. Теперь давайте посмотрим, за счёт каких эффектов инженеры увеличивают плотность чипа.

Как увеличивают память SSD

Объём памяти процессора увеличивают сразу четырьмя способами:
1. Транзисторы делают меньше
2. Увеличивают ёмкость в битах для каждого транзистора
3. Накладывают несколько пластин друг на друга (до 16 пластин в чипе)
4. Накладывают транзисторы друг на друга (уже больше 200 слоёв на пластину)

Способы указаны от самых сложных до самых распространённых на данный момент.

1. Транзисторы стали меньше, но почти дошли до предела.

За последние годы на одной плоскости начали умещать больше транзисторов. Логика тут точно такая же, что и в современных CPU, GPU и NPU.

Со временем техпроцесс дошёл 15 нм. Меньше делают редко, поскольку для массового производства нужно придумывать обходные пути описанного выше квантового эффекта.

Речи о 3 нм, например, нет, так как только барьер плавающего затвора в одной в ячейке должен быть толщиной 8 нм.

2. Ёмкость одного транзистора увеличили с 1 бита до 5 битов. Но в основном используют 3, так надёжнее.

Первые ячейки-транзисторы флеш-памяти хранили только по 1 биту информации каждый.

Если электронов много, то ячейка значит 0, если электронов мало, ячейка значит 1. Это старая технология.

Сейчас ячейки научились разбивать на секторы, которые в зависимости от количества электронов умеет хранить 2, 3, 4, и с 2022 года даже 5 бит информации.

Но чем больше бит может хранить ячейка, тем больше напряжения ей нужно, и поэтому тем быстрее она разрушается. В основном сейчас используют ячейки ёмкостью в 3 бита, как оптимальный баланс между плотностью и износостойкостью.

3. Пластины с транзисторами накладывают друг на друга.

Все транзисторы находятся на одной кремниевой пластине.

В одном чипе сейчас совмещают до 16 пластин одна над другой, которые соединяют специальной шиной и упаковывают в цельный серый корпус, который мы уже видим как чип на плате.

Но сами пластины уже давно не содержат один ряд транзисторов и стали гораздо сложнее.

4. Сами транзисторы теперь располагают трёхмерной сеткой.

Чтобы хранить больше информации, ячейки начали располагать одна над другой. Таким образом структуру перевели из двухмерной плоскости в трёхмерную.

Например, в iPhone 16 Pro установлен SSD чип Kioxia K5A3RF9864, выполненный по технологии 3D Flash Memory BiCS FLASH, где используется больше 218 слоёв ячеек.

Kioxia (по её заявлениям) первая изобрела такой способ компановки транзисторов в SSD.

Это самый частый метод, благодаря которым современные SSD увеличивают объём памяти быстрым темпом.

В 2020 году в среднем чипы содержали 112 рядов транзисторов, в 2022 году стандартом стало 162 слоя, а в 2024 запустили 3D NAND чипы, где наложено 218 слоёв.

Почему SSD становятся сложнее и одновременно дешевеют

Все консоли, ноутбуки и даже настольные ПК в последние 5 лет перешли на SSD, потому что те стали заметно дешевле.

Так изменилась цена за 11 лет:

2013: 128 ГБ стоили $92
2016: 240 ГБ стоили $60
2019: 480 ГБ стоили $50
2021: 1 ТБ стоил $76
2024: 2 ТБ стоит $100.

Полную таблицу можно посмотреть здесь.

Тренд на снижение очевиден. У всех, кроме Apple.

Цены становятся ниже, потому что производство оптимизируется и становится широким. По той же причине в своё время резко подешевели HDD.

Но Apple продолжает запрашивать сумасшедшие суммы по одной простой причине: потому что может.

А почему тогда Apple делает наценку 900% на SSD

Столько стоит 4ТБ SSD памяти. За тот же объём Apple требует 1200 долларов

Многие до сих пор думают, что SSD ужасно дорогие, а ещё считают, что Apple использует только лучшие чипы для хранилища. Как мы знаем, это не так.

Компания берёт абсолютно готовые решения от стороннего производителя Kioxia и распаивает их таким же обычным способом, как это делают другие в съёмных плашках M.2.

Единственным отличием SSD Apple от остальных является кастомный контроллер износа, но подробностей на эту тему мало и однозначно не объясняет наценку в 900%.

А во столько обойдётся апгрейд от Apple. MacBook Pro за 2500 долларов с памятью 512 ГБ для профессионалов, улучшение которого до 4 ТБ памяти обойдётся 1200 долларов вместо 240 долларов, за который продают топовые плашки M.2 от Samsung

Сами смотрите:

За увеличение памяти в базовом iPhone 16 Pro Max компания берёт 200 долларов, хотя чип на 256 ГБ стоит всего 22 доллара.

Историю про Mac mini M4 вы и так знаете. Apple просит 600 долларов за чип 16 ГБ ОЗУ + 256 ГБ хранилища, которые вместе обходятся в около 56 долларов. Та же наценка в 900%.

Исправит ли повышение плотности ситуацию? Вряд ли.

Уже сейчас в базе лучше брать компьютеры как минимум с 1 ТБ и смартфоны с 512 ГБ памяти, и в Apple это знают.

Но так как из-за недавнего увеличения базовой RAM теперь хранилище стало единственным способом для Apple заработать больше денег на одной и той же модели, опции памяти останутся такими же скудными.

А, в крайнем случае, компания сможет объяснить дороговизну апгрейда, например, квантовыми эффектами или другими технологическими особенностями. Плавали, знаем.

• До ←

  Эксперт раскритиковал новую функцию визуального поиска в iOS 18. Она может поставить личные данные под угрозу

• После →

  В Китае представили самый быстрый в мире поезд. Разгоняется до 450 км/ч