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Unità di memoria a stato solido

tipologia di dispositivo di memoria di massa che utilizza memoria a stato solido
(Reindirizzamento da Solid state disk)
Un'unità a stato solido da 2,5 pollici e connessione SATA oggi può essere utilizzata dai portatili ai Personal Computer, è visibile anche l'adattatore per gli alloggiamenti più spaziosi
mSATA SSD

Una unità di memoria a stato solido (in acronimo SSD dal corrispondente termine inglese solid-state drive, talvolta impropriamente disco a stato solido), in elettronica e informatica, è un dispositivo di memoria di massa basato su semiconduttore, che utilizza memoria allo stato solido (in particolare memoria flash) per l'archiviazione dei dati.

Indice

DescrizioneModifica

 
Un comune disco rigido (a sinistra) confrontato con un'unità a stato solido (a destra)

Mentre i termini "unità a stato solido", o solid state drive sono quelli corretti, il termine "disco a stato solido" è improprio perché all'interno dell'SSD non c'è alcun disco, né di tipo magnetico, né di altro tipo (anzi, non vi è contenuto alcun componente in movimento). L'utilizzo della parola "disco" deriva dal fatto che questo dispositivo di memoria di massa svolge la medesima funzione del tradizionale disco rigido e viene quindi utilizzato, gergalmente, ma impropriamente, in sostituzione di esso. Anche la dizione sintetica e diffusa "disco SSD" è similmente impropria.

A differenza dei supporti di tipo magnetico come nel caso del disco rigido a testina, è la possibilità di memorizzare in maniera non volatile grandi quantità di dati, senza l'utilizzo di organi meccanici (piatti, testine, motori ecc.) come fanno invece gli hard disk tradizionali. La maggior parte delle unità a stato solido utilizza la tecnologia delle memorie flash NAND, che permette una distribuzione uniforme dei dati e di "usura" dell'unità.[1]

Dettagli tecniciModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Memoria flash.

Le unità allo stato solido si basano su memoria flash solitamente di tipo NAND per l'immagazzinamento dei dati, ovvero sfruttano l'effetto tunnel per modificare lo stato elettronico di celle di transistor; per questo essi non richiedono parti meccaniche in movimento (dischi, motori e testine), né componenti magnetici, il che comporta notevoli vantaggi alla riduzione dei consumi elettrici e dell'usura.

La memoria degli SSD è solitamente di tipo NAND 2D (a singolo strato) o 3D (multistrato o V-NAND)[2], una tecnologia che può differenziarsi in Single Level Cell (SLC), Multi Level Cell (MLC), Triple Level Cell (TLC) e Quad Level Cell (QLC) a seconda del numero di bit per cella e di conseguenza dei livelli di tensione che può assumere; inoltre tali memorie vanno incontro ad usura e a perdere precisione del livello di tensione, generando un maggior carico dell'algoritmo Error-Correcting Code (ECC).[3][4][5]

Altra caratteristica vantaggiosa delle memorie flash risiede nelle ridotte dimensioni fisiche che consentono la realizzazione di unità SSD estremamente compatti e leggeri, quindi facilmente integrabili anche all'interno dei dispositivi mobili ultrasottili.[6]

Oltre alla memoria in sé, un'unità SSD dispone di diversi componenti necessari alla gestione del suo funzionamento.

ControllerModifica

Il controller è costituito da un microprocessore che si occupa di coordinare tutte le operazioni della memoria di massa. Il software che governa questo componente è un firmware preinstallato dal produttore. Oltre alle operazioni di lettura/scrittura si occupa della gestione di[7]:

Memoria CacheModifica

La memoria Cache è una memoria, a seconda del livello a cui appartiene, solitamente nell'ordine di qualche MB o GB a seconda del tipo di sistema e generalmente proporzionale alla capienza dell'SSD, utilizzata dal processore per immagazzinare temporaneamente informazioni che verranno richieste in seguito dal sistema. Essa viene quindi riempita e svuotata molte volte.

Questa cache può essere di vario tipo:

  • Tramite memorie DRAM, esattamente come nei dischi meccanici (HD) la cache è una memoria molto rapida e volatile
  • Tramite memoria ROM, tecnica utilizzata su alcuni SSD di tipo economico, ma caratterizzata da celle NAND SLC
  • Misto o dual-cache, uso di entrambi i sistemi (DRAM+ROM), si tratta di cache a due livelli, che permette un sistema di gestione cache estremamente versatile ed elaborato.

SupercondensatoreModifica

Una novità introdotta dalle memorie a stato solido è la possibilità di terminare le operazioni di scrittura anche in caso di mancanza di tensione. Questo avviene grazie alla presenza di un supercondensatore o, più raramente, di una batteria di backup[9], che garantisce energia sufficiente per concludere l'operazione in corso. Questa tecnica permette di garantire una maggiore integrità dei dati ed evitare che il file system risulti corrotto.

InterfacciaModifica

La connessione può avvenire con cavi di tipo SATA, sia per quanto riguarda la connessione dati che per l'alimentazione. In definitiva è possibile collegare un SSD utilizzando una normale interfaccia SATA2 (3Gb/s) o SATA3 (6Gb/s). Vi sono inoltre SSD che utilizzano l'interfaccia PCI Express; quest'ultima può arrivare fino a una velocità di trasferimento di 20Gb/s.[10]

Confronto con le unità tradizionaliModifica

VantaggiModifica

La totale assenza di parti meccaniche in movimento porta diversi vantaggi, di cui i principali sono:

  • Rumorosità assente, non essendo presente alcun componente (motore e disco magnetico) di rotazione, al contrario degli HDD tradizionali;
  • Minore possibilità di rottura: le unità a stato solido hanno mediamente un tasso di rottura inferiore a quelli dei dischi rigidi. Questo tasso oscilla tra lo 0,5% e il 3%, mentre nei dischi rigidi può raggiungere il 10% (l'MTBF solitamente di un SSD di ultima generazione raggiunge 2 000 000 ore).[11];
  • Minori consumi elettrici durante le operazioni di lettura e scrittura;
  • Tempi di accesso e archiviazione ridotti: si lavora nell'ordine dei decimi di millisecondo[12]; il tempo di accesso dei dischi magnetici è oltre 50 volte maggiore, attestandosi invece tra i 5 e i 10 millisecondi;
  • Non necessitano di deframmentazione;
  • Maggior velocità di trasferimento dati;
  • Maggiore resistenza agli urti: le specifiche di alcuni produttori arrivano a dichiarare resistenza a urti di 1500 g[13];
  • Minore produzione di calore;
  • Gli SSD SATA hanno la stessa identica forma, dimensione ed interfaccia di collegamento dei dischi rigidi SATA da 2,5" e sono pertanto interscambiabili con essi senza installare componenti hardware o software specifici (alcuni settaggi dell'UEFI potrebbero rendersi necessari per sfruttarne appieno la velocità di trasferimento dati).

SvantaggiModifica

A fronte di una maggiore resistenza agli urti e a un minor consumo, le unità a stato solido hanno due svantaggi principali:

  • Maggiore prezzo che può variare da 0,25 fino a 0,80 €/GB (il prezzo secondo le previsioni scenderà a 0,06 €/GB nel 2019)[14], ovvero una minore capacità di immagazzinamento a parità di costo rispetto ai dischi rigidi Serial ATA.
  • Peggiore permanenza dei dati quando non alimentati e in modo differente a seconda della temperatura d'esposizione[15]

Questi problemi sembrano però destinati a risolversi in futuro. Le nuove tecnologie stanno portando memorie flash in grado di garantire durata pari o superiore a quella di un disco rigido tradizionale e attualmente i produttori dichiarano 140 anni di vita con 50 GB di riscritture al giorno su un'unità da 250 GB[13]. Il tutto grazie all'introduzione di particolari tecniche, come quella dell'uso di nanotubi di carbonio.

Il costo della tecnologia SSD sta lentamente scendendo facendo facilmente presagire una futura sostituzione dei dischi tradizionali con unità a stato solido.

Prestazioni in lettura e scritturaModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Write amplification.

Un elemento che viene immediatamente alla luce analizzando le prestazioni di un dispositivo SSD è la minor velocità in scrittura rispetto a quella in lettura e la sua forte variabilità in dipendenza della dimensione dei file che si vogliono scrivere. Ciò dipende dal fatto che mentre i File system dei Sistemi Operativi solitamente usano blocchi di celle dalla dimensione di 4 KiB, nei dispositivi SSD la dimensione dei blocchi è molto superiore (per esempio 4 MiB).

Questo comporta che per scrivere una cella dobbiamo leggere prima l'intero blocco, quindi scrivere sopra la cella desiderata lasciando le altre inalterate e infine salvarlo. Ne deriva che se dobbiamo scrivere più celle (file più grandi) le prestazioni migliorano, perché a fronte della lettura e poi del salvataggio di un blocco, possiamo scriverci dentro contemporaneamente tante celle quanto sono quelle libere disponibili.

Un modo per migliorare le prestazioni è quello di conoscere i blocchi liberi (con nessuna cella utilizzata); per ottenere ciò i sistemi operativi di ultima generazione mettono a disposizione il comando TRIM, che comunica al controller dell'SSD quali blocchi sono inutilizzati e cancellano le celle direttamente in fase di cancellazione dei file, migliorando dunque le prestazioni.

La frammentazione di un disco SSD non influisce sulle sue prestazioni, poiché il tempo d'accesso a qualunque cella è identico; i moderni sistemi operativi pertanto disattivano la deframmentazione del disco (in tutti i sistemi operativi Microsoft Windows, occorre però disattivare la schedulazione, altrimenti la deframmentazione sarà comunque pianificata), in quanto risulta non solo inutile, ma addirittura dannosa poiché influisce negativamente sulla vita del disco stesso. Infatti proprio per aumentare la durata del supporto si cerca di ridurre il sovraccarico sempre su una cella riscrivendola di continuo, grazie all'ausilio di un controllore che distribuisce i dati in fase di scrittura cercando di sfruttare tutto il disco ed evitando di lasciare parti inutilizzate. Al contrario la deframmentazione non farebbe altro che aumentare il numero di cicli scrittura di dati accorciando la vita del disco stesso.

ApplicazioniModifica

Computer a doppia unitàModifica

Le caratteristiche delle unità SSD sono alla base di impieghi spesso specifici. Ad esempio, esiste la fascia dei desktop e notebook dotati di "doppio disco" (impropriamente in quanto l'SSD non è un disco) con la seguente configurazione:

  • unità SSD di media capacità utilizzata per l'installazione del sistema operativo e delle applicazioni software[16] (la velocità di accesso è più importante della capacità e affidabilità);
  • tradizionale unità disco HDD di grande capacità impiegata come archivio dei contenuti (l'affidabilità e la capienza sono più importanti della velocità ed efficienza).

Chiaramente, esistono le altre due configurazioni, quella più economica e quella più prestazionale:

  • una sola unità, SSD (solitamente con due partizioni: una per l'installato, l'altra per i dati);
  • due unità SSD.

Principali produttoriModifica

NoteModifica

  1. ^ (EN) Solid State Storage 101: An introduction to Solid State Storage (PDF), SNIA, gennaio 2009. URL consultato il 4 dicembre 2011 (archiviato dall'url originale il 6 febbraio 2009).
  2. ^ Micron e il futuro delle memorie NAND 3D e degli SSD
  3. ^ Giovanni Abbinante, NAND SLC, MLC e TLC; facciamo chiarezza, su XtremeHardware, 11 gennaio 2013. URL consultato il 22 dicembre 2018.
  4. ^ (EN) Jon L. Jacobi, Intel SSD 660p review: Quad Level Cell (QLC/4-bit) NAND makes its debut, su PCWorld, IDG, 7 agosto 2018. URL consultato il 22 dicembre 2018.
  5. ^ (EN) Doug Rollins, Four Things You Should Know About Quad-Level Cell NAND Technology, su Micron, 8 agosto 2018. URL consultato il 22 dicembre 2018.
  6. ^ Andrew Ku, Sono più affidabili gli SSD o gli Hard Disk tradizionali?, su Tom's Hardware, Purch Group, 26 ottobre 2011. URL consultato il 22 dicembre 2018 (archiviato dall'url originale il 19 marzo 2016).
  7. ^ Fabio Rapposelli, Come funzionano i dischi allo stato solido SSD, su HostingTalk.it, 19 dicembre 2010. URL consultato il 22 dicembre 2018.
  8. ^ Manolo De Agostini, SSD il 300% più veloci, il segreto sta tutto nella logica, su Tom's Hardware, Purch Group, 24 maggio 2014. URL consultato il 22 dicembre 2018 (archiviato dall'url originale il 27 settembre 2015).
  9. ^ (EN) Pierre Mars, Supercapacitors for SSD backup power, su Hearst Electronic Products, 3 marzo 2009. URL consultato il 22 dicembre 2018 (archiviato dall'url originale il 25 agosto 2012).
  10. ^ Redazione, KingSpec presenta un SSD PCI-E con Transfer-Rate di 2,5 GB/s, su HDblog.it, 5 settembre 2013. URL consultato il 22 dicembre 2018.
  11. ^ SSD failure rate: First data on SSD reliability, HardMac.com, 8 dicembre 2010. URL consultato l'8 dicembre 2010 (archiviato dall'url originale il 19 dicembre 2010).
  12. ^ mtron.net - de beste bron van informatie over mtron Archiviato il 5 dicembre 2007 in Internet Archive.
  13. ^ a b http://www.supertalent.com/datasheets/6_54.pdf
  14. ^ Notebook hard drives are dead: How SSDs will dominate mobile PC storage by 2018, su PCWorld. URL consultato il 24 aprile 2016.
  15. ^ Gli SSD possono iniziare a perdere dati dopo 7 giorni senza alimentazione
  16. ^ https://www.ilsoftware.it/articoli.asp?tag=Hard-disk-o-SSD-caratteristiche-e-differenze_13626
  17. ^ BiTMICRO, su bitmicro.com. URL consultato il 9 giugno 2019.
  18. ^ SSD Technologies, su foremay.net. URL consultato il 9 giugno 2019.
  19. ^ Intenso – Prodotti – SSD, su intenso.eu. URL consultato il 9 giugno 2019.
  20. ^ Solid state drives, su owcdigital.com. URL consultato il 9 giugno 2019.
  21. ^ Dischi a stato solido (SSDs), su silicon-power.com. URL consultato il 9 giugno 2019.
  22. ^ Super Talent Technology – SSD, su supertalent.com. URL consultato il 9 giugno 2019.

Voci correlateModifica

Altri progettiModifica

Collegamenti esterniModifica