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Introduzione ai Solid State Drive, i dispositivi di nuova generazione per lo storage

18/02/2010
- A cura di
Hardware & Periferiche - Gli SSD sono i dispositivi di memorizzazione che andranno a sostituire i comuni hard disk magnetici nei prossimi anni. Ecco di cosa si tratta.

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Gli SSD, acronimo di Solid-State Drive (oppure Solid-State Disk, a seconda dei contesti), sono memorie di massa che trovano la loro origine nelle Flash Memory di tipo NAND.

A differenza dei più classici e diffusi hard disk magnetici, gli SSD non hanno componenti meccaniche in movimento, riducendo così le possibilità di guasti dovuti a malfunzionamenti delle stesse e determinando un minore assorbimento energetico con conseguente riduzione del calore prodotto dal drive in fase di utilizzo.

L'assenza di meccaniche, inoltre, fa si che la resistenza agli urti di un SSD sia nettamente superiore al suo predecessore, nonché diretto concorrente, il disco rigido a piatti rotanti.

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Dal punto di vista prestazionale, gli SSD godono di velocità di trasferimento superiori rispetto ai supporti magnetici, di tempi d'accesso nettamente inferiori (nell'ordine dei decimi di millisecondo) e l'impatto della frammentazione dei file memorizzati sulle performance è assolutamente trascurabile.

Flash Memory di tipo Nand e Controller

È bene precisare che le memorie flash di tipo NAND sono EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) utilizzabili sia in lettura che in scrittura (a differenza delle semplici ROM-Read Only Memory che sono EPROM utilizzate solo in lettura), composte da Transistor Floating-Gate (Transistori con doppio Gate) che costituiscono una cella elementare di memorizzazione programmabile, accessibile, cancellabile e scrivibile attraverso segnali elettrici immagazzinati e conservabili anche in assenza di alimentazione. Quest'ultima caratteristica rende l'unità di memorizzazione non volatile.

Prima della scrittura di ogni contenuto, scrittura che avviene su di un array elementare di 32 Transistor Floating-Gate, sarà necessaria l'applicazione di una tensione (di opposta polarità rispetto alla tensione applicata per la memorizzazione delle sequenze di dati) che consenta la cancellazione dei contenuti precedentemente immagazzinati. È il Controller che, grazie al Firmware, si occupa di pilotare queste tensioni.

Tipi di Flash Memory: MLC & SLC

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Le memorie flash di tipo NAND sono distinguibili in Single Level Cell (SLC) e Multi Level Cell (MLC). Le prime differiscono dalle seconde per tempi di latenza minori dovuti ad una "ingegnerizzazione" più semplice del chip stesso, mentre le memorie di tipo MLC sono maggiormente soggette ad errori per via della più complessa architettura (a più livelli per singola cella) che, comunque, garantisce una maggior densità per costi di produzione minori; tale struttura innalza i tempi di latenza.

Memorie SLC possono immagazzinare un solo Bit, memorie MLC 2 Bit, appunto per l'architettura della cella di memorizzazione a più livelli.

Prestazionalmente parlando, queste divergenze determinano una minore velocità per quanto riguarda le scritture delle memorie MLC, minori tempi d'accesso al dato in memoria per chip di tipo SLC.

In sintesi, si può dedurre che i chip di tipo MLC saranno meno costosi, più capienti ma anche più lenti, chip SLC avranno un costo di produzione superiore, saranno meno capienti ma più veloci.

SSD, quanto durano e come si preservano?

Flash Memory Nand SLC vengono garantite per una durata di 100.000 cicli di scrittura e cancellazione, Flash Memory Nand MLC per 10.000 cicli.

Al crescere della capienza dell'SSD ne consegue un minor rischio di rottura; infatti, grazie all'algoiritmo denominato Wear Levelling (ormai divenuto uno standard tra i produttori di controller per SSD) che organizza le scritture e riscritture in modo da ripartirle omogeneamente tra le celle di memoria, si riduce la possibilità di eseguire un determinato numero di operazioni su di una stessa cella di memorizzazione, allungandole così la vita utile. Le letture non condizionano la salute del Drive.

Tra le tecnologie che consentono un pieno sfruttamento del Drive nel tempo, è da evidenziare il bad block management.

Ogni cella di memorizzazione ha a disposizione un determinato numero di settori, sia attivi che non utilizzati. Qualora il processo di cancellazione o scrittura dovesse fallire, andando ad intaccare le condizioni vitali della cella, e danneggiando quindi alcuni di questi settori, il Controller del SSD si preoccuperà di attivare i settori lasciati volutamente in sleeping, avviando un processo di re-mapping dei blocchi logici scritti sui settori in precedenza utilizzati.

Attualmente alcuni produttori di memorie come SanDisk stanno anche lavorando all'implementazione di FileSystem specifici per SSD (Si ricordi ExtremeFFS), e memorie Flash più in generale, così da contenere il numero di cicli in scrittura, e agevolare l'attuazione del Wear Levveling.

Altra interessante soluzione per mantenere costante la prestanza di questi supporti è il comando TRIM introdotto con il debutto di Windows 7.

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