Dead Flash

В последнее время даже у аккуратных пользователей карты памяти выходят из строя примерно в течение полугода не слишком интенсивного использования. Форумы пестрят сообщениями об очередных факапах в самый неподходящий момент: карта сдохла на свадебной съёмке, при записи GPS-трека, в конце туристической поездки, в регистраторе за минуту до ДТП и т. п. Почему так происходит, и как быть?

В этой статье речь пойдёт в основном про карты формата (micro)SD. В зависимости от ёмкости они бывают стандартов SDHC/XC/UC и разных скоростных классов, но для обсуждения надёжности это не так важно. Базовые технологии производства и причины поломок у них одинаковые.

Физические дефекты

Всё чаще знакомые приносят мне дохлые карточки и флэшки (знаю, что принято писать через “е”, но flash ≠ flesh). Выцарапать из них данные иногда удаётся, а вот дарить вторую жизнь физически повреждённому устройству уже нецелесообразно. Это лишь продляет его агонию и приводит к повторной потере данных. Случаи физических дефектов участились сразу по нескольким причинам.

Во-первых, изменилась компоновка. Карты формата SD(HC/XC) примерно до 2013 года выпуска были устроены по типу USB-флэшки: микросхема памяти, отдельная и довольно прочная плата толщиной около миллиметра с контроллером и стабилизатором питания, контактная группа и пластиковый корпус. Такие карточки легко разбирались и ремонтировались при необходимости.

Внутри полноразмерных карт 2014 – 2016 годов производители стали размещать уже сверхтонкие платы – буквально в четверть миллиметра толщиной. Они болтались в пластиковом корпусе без креплений и механической защиты, поэтому их было легко повредить при малейшем неосторожном движении. Достаточно чуть согнуть или сдавить карточку, чтобы порвались дорожки и оторвались контакты. Совершенно эфемерные создания. Лучше вообще не извлекать их из слота, а копировать файлы по WI-Fi, или подключив девайс кабелем.

Такие карты до сих пор можно встретить в продаже, но они активно вытесняются более современными и дешёвыми в производстве. У них плата со всей нехитрой электроникой ещё более тонкая и размещена прямо на корпусе микросхемы памяти.

В новых картах SDHC чип памяти и плата слеплены «бутербродом»
В новых картах SDHC чип памяти и плата слеплены «бутербродом»

С одной стороны, это добавляет картам механической прочности – они уже менее чувствительны к сгибам. С другой – новая компоновка делает ремонт сложной процедурой (а для народных умельцев – за гранью возможного). Такой монолит аккуратно не разобрать в подвальной мастерской, а отрывать плату и считывать данные напрямую программатором практически бесполезно. Полученный дамп сложно преобразовать в файловую систему, если повреждён контроллер и нет спецсредств. Единственный доступ для кулибиных остаётся штатным – через контактную группу. Шанс на дешёвое восстановление данных стремится к нулю.

Плата толщиной < 0,25 мм на чипе памяти
Плата толщиной < 0,25 мм на чипе памяти

На картах microSD подобная схема «бутерброда» использовалась изначально. Ничего другого в таком формате просто не уместишь. Электронная обвязка используется в них самая примитивная, а от стабилизатора напряжения осталось одно название.

Дорожки на карте microSD
Дорожки на карте microSD

Во-вторых, изменился сам подход к производству карт памяти. Все лучшие чипы NAND-Flash сейчас идут на изготовление SSD для дата-центров и топовых смартфонов/планшетов. Более дешёвые (и менее надёжные) чипы высокой плотности, а также частично дефектные и повторно используемые (refurbished) из старых устройств используются для выпуска потребительских карт памяти и флэшек бюджетного  уровня. То есть, они отправляются на помойку, просто длинным путём – с короткой остановкой у вас и других пользователей, желающих купить много дешёвых гигабайт.

Вишенка на торте: в гарантийных обязательствах некоторых производителей прямо написано, что гарантия на карту памяти перестаёт действовать при её использовании в экшен-камерах,  видеорегистраторах и других устройствах с циклической перезаписью. То есть, карты потребительского уровня изначально не предназначены для интенсивной работы. Обходите стороной такие одноразовые поделки, поскольку и в смартфонах они дохнут очень быстро. Разве что в MP3-плеер такую вставить не жалко. Записать треки один раз и дальше только считывать.

Золотая середина есть, но она с каждым годом всё тоньше. По сути варианта выбора надёжной карты два: из лучшей серии в потребительском сегменте, или из специализированной промышленной.

Рекомендации по выбору

  1. В первую очередь выбирайте среди карт памяти тех производителей, которые сами выпускают чипы NAND-Flash. Современная карточка microSD(HC/XC) – это контроллер и электронная обвязка прямо на микросхеме памяти. Лучше вендоров первой линии их никто не сделает.
  2. Серьёзные компании из второго эшелона (Kingston, Transcend и другие) тоже заслуживают внимания. Просто учтите, что им сложнее гарантировать однородность характеристик между партиями, поскольку выпуск их продукции зависит от внешних поставщиков. Если решили остановиться на таком варианте, то берите из серии Kingston Industrial Temperature, или Transcend SuperMLC 220.
  3. Если бюджет сильно ограничен, а надёжность важнее объёма и скорости записи, то ищите старые карточки с чипами SLC (одноуровневые ячейки) и MLC (многоуровневые, а по факту – двухуровневые ячейки). Они ещё встречаются в розничных магазинах и оказываются гораздо живучее современных аналогов. Правда, их ёмкость ограничена соответственно 8 и 16 Гб, а до покупки тип памяти наверняка не узнаешь, поэтому совет спорный.
  4. Избегайте дешёвых карт потребительского уровня. В большинстве из них сегодня используется память с трёхуровневыми (TLC) или даже четырёхуровневыми (QLC) ячейками. Их ресурс перезаписи составляет всего 500 – 1000 P/E циклов при хорошей погоде. Раньше (во времена безраздельного господства SLC) он был 100 тысяч циклов. Почувствуйте разницу!
  5. Для записи действительно ценных данных без ущерба скорости покупайте карточки промышленного класса. Помимо способности к многократной перезаписи, они отличаются более умным контроллером (например, с поддержкой ECC и оценкой оставшегося ресурса).
  6. Найти карточки класса industrial / enterprise в рознице довольно сложно. Среди продаваемых на российском рынке есть близкие к ним по характеристикам, но более доступные. Я бы посоветовал следующие модели:

– Samsung microSDHC PRO Endurance. По заверениям производителя у неё в 25 раз увеличен ресурс. В собственных тестах Samsung карты этой серии выдерживали 17520 часов циклической перезаписи видео в формате FullHD (для карты ёмкостью 128 Гб). Механическая надёжность оценивается в 10 тыс. циклов вставки/извлечения из слота.

– SanDisk High Endurance microSDXC. Обещано до 10 тыс. часов в режиме циклической перезаписи для модели ёмкостью 64 Гб, что сравнимо с показателями Samsung. У 32-гигабайтной карты SDHC этой же серии заявленный ресурс перезаписи вдвое ниже, но это ожидаемо и всё равно больше, чем у потребительских карт.

Логические неисправности

Если с карты памяти пропали файлы, но она определяется ОС, то (скорее всего) на ней просто возникли ошибки файловой системы. На большинстве карточек объёмом  4 – 32 Гб создаётся один логический раздел с FAT32. Для SD-карт проблема здесь в том, что любая операция записи вызывает обновление таблицы размещения файлов.

Поскольку флэш-память стирается блоками, ради изменения одного символа в любом файле (и даже в его атрибуте, например – имени или дате) приходится перезаписывать как минимум один целый блок. Вы сохранили одну веб-страничку, а FAT перезаписалась сотню раз из-за каждой мелкой гифки (архивы рулят).

Если бы вы записывали на SSD, то в нём сработали бы механизмы кэширования и контроля ресурса ячеек, но  примитивный контроллер SD-карт этого не умеет делать. Частая перезапись (особенно циклическая, как в видеорегистраторах) приводит к неравномерному износу ячеек. Первыми перестают уверенно читаться/стираться те, на которых размещена файловая таблица. В какой-то момент картридер не сможет прочесть её за отведённое время. ОС покажет сообщение об ошибке чтения карты памяти, при этом она ещё будет определяться как устройство.

Другая проблема – нарушение правил эксплуатации. Как говорил один известный айтишник и отец восьмерых детей: «Главное – вовремя вынимать!». Повреждения файловой системы на картах памяти чаще всего возникают именно из-за их поспешного извлечения. Снимки ещё записываются из кадрового буфера, или программа пишет лог на карточку в смартфоне, а её уже выдёргивают из слота.

В результате файловая таблица наполняется ошибочными записями, поскольку журнала для сверки запланированных и фактически выполненных действий у неё нет. Тут бы посоветовать перейти на журналируемые ф. с. (вроде ext4 или NTFS), но большинство девайсов просто не сможет их прочесть. Такой вариант пригоден только дли гиков, рутировавших смартфон или экспериментирующих с мультизагрузкой.

Ремонт и утилиты в помощь

С самой картой ничего необратимого при логическом повреждении таблиц FAT не происходит. Известная ещё с досовских времён команда `chkdsk бука_диска: /f` исправит ошибки файловой системы и переместит все куски потерянных данных в каталог `FOUNDxxx`, но не факт, что среди них найдётся нужный вам. Возможно, он просто не успел записаться.

В более тяжёлых случаях перед запуском cheсk disk имеет смысл запустить утилиту поиска удалённых файлов. Всевозможных программ восстановления написаны десятки. Лично мне нравится Recuva для Windows и R-Studio для Linux, но вы используйте ту программу, которую лучше знаете. Заодно поищите их на сайте производителя карт памяти и USB-флэшек – там может быть бесплатная фирменная утилита.

Когда данные восстановлены, есть смысл переформатировать карту памяти для более стабильной дальнейшей работы. Среди продвинутых пользователей долгое время была популярна программа HP USB Disk Storage Format Tool. Много лет назад её разработали в Hewlett-Packard для создания загрузочных флэшек с FreeDOS и использовали при обновлении BIOS.  В нулевых годах она распространялась в составе пакета для апдейта ноутбуков, и с тех пор не развивалась. На официальном сайте её уже не скачать, а на сторонних ресурсах доступна версия 2.23.

Старая добрая HP USB DSFT v.2.2.3
Старая добрая HP USB DSFT v.2.2.3

Программа очень старая, зато не содержит рекламы и остаётся актуальной, поскольку умеет в один клик создавать на флэшке раздел NTFS и действительно выполняет команду полного форматирования, а не просто отправляет её в никуда.

Название утилиты было столь популярным, что компания Authorsoft решила выпустить свою версию USB Disk Storage Format Tool (естественно, уже без приставки HP). Это совершенно другая программа – бесплатная, но с рекламой. Она поддерживает FAT/FAT32/exFAT и NTFS, а  в качестве защиты от дурака в ней перед форматирование требуется ввести имя тома. По завершении работы всегда предлагает купить версию Pro с дополнительными возможностями, или предлагает другой софт.

реклама в USB DSFT v.6.0
реклама в USB DSFT v.6.0

SD Association (организация, занимающаяся разработкой и поддержкой стандартов семейства Secure Digital) настоятельно рекомендует использовать для форматирования карт памяти SD/SDHC/SDXC специализированную утилиту – SD Card Formatter от Tuxera вместо встроенных средств ОС и сторонних программ. Она умеет использовать CHS-адаптированную разметку, оптимизирована под логику работы NAND Flash и не портит защищённую область (protected area), где хранятся служебные данные. Текущая версия 5.01. доступна для Windows 7 – 10 любой разрядности и Mac OS X, начиная с 10.7.

SD Card Formatter v.5.0.1
SD Card Formatter v.5.0.1

Интерфейс у неё интуитивный, но я всё же рекомендую ознакомиться с руководством пользователя.

Наши руки не для скуки

Самостоятельно есть смысл пытаться устранить только логические дефекты карт памяти, связанные с нарушением целостности файловой системы. Физические повреждения в домашних условиях не исправить. Тут требуется небольшая лаборатория, умение работать с паяльной станцией, микроскопом, программатором и полученным дампом.

Конечно, бывают редкие ситуации, когда пользователю или его знакомому айтишнику случайно удаётся на время оживить полудохлую карту памяти. Например, при попытке вставить карту в другой кардридер её корпус сдавило чуть сильнее, и повреждённый контакт на несколько секунд восстановился. Карта вдруг определилась, но потом опять «отвалилась».

Будет чудо, если переменный контакт окажется единственной проблемой, и вы успеете скопировать файлы. Как правило, беда не приходит одна, а один дефект порождает новые. Поэтому не пытайтесь реанимировать не определяющуюся карту памяти самостоятельно – сделаете только хуже и с высокой вероятностью потеряете данные окончательно.

Если нужно считать ценные файлы, то обратитесь в лабораторию, профессионально занимающуюся восстановлением данных.  Ценные – это те, за которые вы готовы заплатить несколько тысяч рублей, а не которые вам лень искать на другой флэшке.

Как определить подделку

Как это ни странно, карты памяти тоже подделывают. Однажды из-за левых карточек чуть не сорвался выпуск «умных» часов. Во время их производственного тестирования посыпались массовые отказы, и линию пришлось останавливать. Благо, админ быстро сориентировался.

Он обратил внимание на то, что в логах фигурировала однотипная ошибка записи, а все проблемные экземпляры использовали карты памяти Kingston из одной закупки. Насторожило, что номер партии на них был нанесён краской, причём с использованием того же шрифта, что и основной логотип. Этот  номер оставался один и тот же для 1000+ дефектных карт. У настоящих карточек P/N наносится в виде лазерной метки и другим шрифтом. Чаще всего он меняется каждые 96 штук.

Дальше при считывании электронных идентификаторов карты он заметил аналогичные нестыковки. Например, дата производства была указана дефолтная – 01/2000. Не только номер партии, но и серийный номер у поддельных карт оказался одинаковым – фальсификаторам просто лень было его менять, как и указывать верную дату.

В данном случае совместное расследование с Kingston показало, что карты памяти были настоящими, то есть действительно произведены по заказу этой компании заводским способом. Просто это была отбраковка на раннем этапе, которую ушлые китайские подрядчики решили не выбрасывать, а подшаманить и впарить, перемешав с официальной продукцией того же завода, успешно прошедшей контроль.

Мелкие дистрибьюторы и розничные покупатели не заподозрили бы ничего необычного, так как небольшой процент брака встречается у всех. Подделка всплыла только потому, что в крупном заказе оказалось сразу свыше тысячи фейковых карт, и админ не поленился докопаться до сути проблемы.

Заключение

Написанное выше во многом справедливо и для USB-Flash накопителей. Тем более, что некоторые из них фактически представляют собой кардридер со спрятанной внутри карточкой microSD.

Производители карт памяти стараются завлечь скоростными характеристиками и большим объёмом по низкой цене. Если вы не верите в чудеса, то наверняка понимаете, что для этого они приносят в жертву другие показатели – менее заметные, но влияющие на долговечность.

За редким исключением современная карточка – это короткоживущий носитель с непредсказуемой, но неизменно скорбной судьбой. Даже если вам посчастливилось достать относительно качественную карту памяти, то всё записываемое на неё регулярно дублируйте в облако и локально.