Le unità a stato solido (SSD ) stanno rapidamente diventando lo spazio di archiviazione del computer preferito per sistemi operativi e app. Li troverai nei laptop, telefoni, tablet e persino nelle console più recenti.
Con prestazioni e durata eccellenti, queste unità stanno facendo davvero scalpore, ma cos'è esattamente un SSD?
Come funzionano i tradizionali dischi rigidi (HDD)
Per comprendere cosa rende gli SSD diversi, dobbiamo tornare brevemente indietro nel tempo e osservare le tradizionali unità disco rigido (HDD). Un HDD era il tipo di unità standard che si trovava praticamente in tutti i computer fino a poco tempo fa.
All'interno dell'HDD troverai uno o più dischi rotanti chiamati "piatti". Ogni piatto è diviso in tracce e settori. I piatti sono solitamente realizzati in alluminio o vetro e sono rivestiti con materiale magnetico.
La superficie del piatto contiene miliardi di singole aree, ciascuna delle quali rappresenta un singolo bit di dati. L'area può essere magnetizzata o smagnetizzata, rappresentando uno o zero.
Mentre i piatti rotanti si muovono a migliaia di giri al minuto, minuscole testine di lettura-scrittura fissate ai bracci oscillanti fluttuano un capello sopra il piatto leggendo o scrivendo sull'unità.
Le unità disco rigido sono dispositivi incredibilmente complicati con molte parti mobili piccole, precise e fragili. È una meraviglia moderna che funzionino così bene.
Come funziona un'unità a stato solido (SSD)
Gli SSD hanno più cose in comune con dispositivi a semiconduttore come CPU e RAM che con unità disco rigido. Sia gli SSD che gli HDD fungono da dispositivi di archiviazione, ma gli SSD funzionano in modo molto diverso.
All'interno di un tipico SSD troverai solo chip di computer. C'è il chip controller dell'SSD, che gestisce come e dove vengono archiviati i dati, ma la maggior parte di un SSD è costituita da chip di memoria flash.
La memoria flash è una memoria "non volatile". La memoria volatile, come la RAM, non persiste quando si spegne l'alimentazione: i dati ivi archiviati scompaiono. Al contrario, con la memoria non volatile (come SSD o unità USB), i tuoi dati persistono anche quando il dispositivo è spento. Questo è il motivo per cui le chiavette USB vengono chiamate anche "unità flash"!
I moderni SSD (e la maggior parte delle unità flash USB e delle schede di memoria) utilizzano un tipo di memoria flash chiamata memoria flash NAND. Prende il nome da uno dei tipi di porte logiche che puoi realizzare in un microchip. All'interno della memoria NAND ci sono "celle" che possono contenere diversi livelli di carica elettrica. Misurando il livello di carica in una cella di memoria, puoi capire se rappresenta uno o zero. Per modificare il contenuto di una cella, è sufficiente modificare il livello di carica al suo interno..
Esistono molte variazioni diverse nella tecnologia nel mondo della memoria NAND. Ad esempio, potresti aver visto alcuni SSD Samsung etichettati "V-NAND" o NAND "verticale". Qui le celle di memoria sono impilate verticalmente, consentendo una maggiore capacità di archiviazione con lo stesso ingombro di silicio. Anche la NAND 3D di Intel è più o meno la stessa tecnologia.
Tipi di SSD e interfacce
Gli SSD sono disponibili in diversi fattori di forma e tipi di memoria flash NAND. Ciò determina le prestazioni massime di un SSD e il suo prezzo.
Tipi di memoria Flash
Tutti i flash NAND non sono uguali in termini di densità dei dati e prestazioni. Ricorderai dalla nostra discussione precedente che gli SSD archiviano i dati come cariche elettriche all'interno delle celle di memoria.
Se una cella memorizza solo un singolo bit di dati, si chiama SLC o memoria di cella a livello singolo. La memoria MLC (cella multi-livello) e TLC (cella a triplo livello) memorizzano rispettivamente due e tre bit di dati per cella. La memoria QLC (quad-level cell) porta a quattro bit per cella.
Più bit di dati puoi archiviare in una singola cella, più economico potrà essere il tuo SSD o più dati potrai inserire nello stesso spazio. Sembra un'ottima idea, ma grazie al modo in cui funzionano gli SSD, le unità muoiono più rapidamente quando si utilizza un metodo di archiviazione multi-bit. La memoria SLC è il tipo di NAND più performante e più duraturo con una lunga durata. Tuttavia, è anche il più costoso in assoluto e si trova solo nelle unità di fascia alta.
Pertanto, la maggior parte degli SSD consumer utilizza MLC o TLC e impiega metodi speciali per estendere il più possibile la loro durata utile. Tratteremo il problema dell'usura degli SSD più avanti in questo articolo illustrando gli svantaggi della tecnologia.
Fattori di forma SSD
Gli SSD sono disponibili in vari fattori di forma. Un "fattore di forma" è semplicemente la forma fisica del dispositivo e lo standard di connessione a cui è conforme. Poiché gli SSD sono stati inizialmente progettati per sostituire gli HDD, i primi dispositivi destinati ai desktop consumer dovevano essere inseriti dove prima si trovavano i dischi rigidi.
È qui che entra in gioco il design SSD SATA da 2,5 pollici. Puoi semplicemente estrarre il disco rigido del tuo laptop attuale da 2,5 pollici e collegare uno di questi SSD..
L'SSD all'interno di questo case non ha bisogno di tutto quello spazio, ma era perfettamente logico dato che i laptop e la maggior parte dei desktop moderni dispongono già di alloggiamenti per unità da 2,5 pollici e connettori SATA sulle schede madri. Puoi anche acquistare adattatori che ti consentono di inserire un'unità da 2,5 pollici nell'alloggiamento da 3,5 pollici di un desktop.
Oltre a occupare spazio non necessario, queste unità da 2,5 pollici erano limitate a 600 MB/s poiché questo è il limite dell'interfaccia SATA 3.
Lo standard mSATA (mini-SATA) risolve il problema dello spazio. mSATA aveva fisicamente la stessa forma, dimensione e connettore dello standard della scheda PCI Express Mini, ma i due tipi di schede sono elettricamente incompatibili.
Lo standard mSATA è stato ora sostituito dallo standard M.2. Gli SSD M.2 possono essere SATA o PCIe, a seconda della combinazione di scheda e scheda madre.
Le schede M.2 possono anche essere fronte-retro con componenti su entrambi i lati e variano in lunghezza. È sempre importante assicurarsi che la scheda madre del tuo computer sia compatibile con l'SSD M.2 che desideri utilizzare!
Le unità SSD NVMe utilizzano lo standard Non-Volatile Memory Express, che consente al computer di accedere alla memoria SSD utilizzando il PCIe più comunemente utilizzato per le schede grafiche. PCIe ha una larghezza di banda molto maggiore rispetto a SATA, consentendo alla memoria SSD veloce di raggiungere il suo pieno potenziale.
I vantaggi degli SSD
Sono molte le ragioni per cui gli SSD stanno rapidamente diventando lo standard nella tecnologia di archiviazione. Anche se alcuni problemi iniziali li hanno tenuti fuori dal mondo dei computer tradizionali per un po', ora sono al punto in cui possiamo consigliarli a chiunque. Anche i ultime console per videogiochi ora utilizzano SSD. Ecco i principali punti di forza che hanno portato gli SSD alla loro attuale popolarità.
Gli SSD sono veloci
Il disco rigido meccanico più veloce al mondo, il Seagate Mach.2 Exos 2X14, può raggiungere velocità di trasferimento sostenute di 524 MB/s. È veloce quasi quanto un SSD SATA 3, ma la tipica unità meccanica che troverai nei computer al giorno d'oggi può raggiungere qualcosa tra 100 MB/s e 250 MB/s se stai guardando la fascia alta del mercato .
I tipici SSD M.2 PCIe, come quelli presenti nei laptop di fascia media, offrono da 2,5 a 3,5 GB/s. Gli ultimi SSD M.2 PCIe si avvicinano agli 8 GB/s, una quantità di dati da capogiro. Le velocità di scrittura sequenziale sono solitamente un po' più lente di quelle di lettura, ma i dati volano a una velocità incredibile in entrambe le direzioni..
Non è solo una questione di velocità di trasferimento. I dischi rigidi meccanici richiedono tempo per far girare i piatti e spostare le testine in posizione. Trovare il punto giusto sul piatto per una richiesta di dati è noto come “tempo di ricerca”. Per gli SSD, il numero di latenza è effettivamente pari a zero.
L'SSD può leggere istantaneamente i dati da qualsiasi posizione all'interno delle celle di memoria e persino farlo in parallelo. Non importa in che modo lo dividi, gli SSD si trovano in un universo di prestazioni diverso rispetto anche ai migliori dischi rigidi meccanici, non importa in che modo lo dividi.
Quando si aggiorna l'HDD di un computer a un SSD, si notano tempi di avvio molto più rapidi e una reattività del sistema molto rapida. Semplicemente perché la tua CPU non deve mai attendere i dati dalle tue unità di archiviazione. È un modo fantastico per dare nuova vita a un vecchio sistema Windows.
Gli SSD sono durevoli
Gli SSD sono durevoli quanto qualsiasi altro componente a stato solido come una CPU o una RAM senza parti mobili. A meno che uno sbalzo di tensione non li distrugga, dovrebbero funzionare indefinitamente o almeno finché il computer rimane utile. La memoria flash è inoltre molto resistente ai danni da impatto, a differenza dei dischi rigidi che si distruggono facilmente se cadono, soprattutto mentre i piatti girano.
Questa resistenza li rende perfetti per i laptop ed è per questo che gli ultrabook come Apple MacBook Air, iMac e altri membri della famiglia di computer Mac sono dotati di SSD integrati ad alte prestazioni.
"Durabilità" in questo caso non si riferisce al fenomeno dell'usura dell'SSD, di cui parleremo nell'elenco degli svantaggi riportato di seguito.
Gli SSD non soffrono di frammentazione
La frammentazione dei dati è un vero problema sugli HDD. Succede quando nuovi dati vengono scritti nel primo spazio disponibile sull'unità. Pertanto, i dati di un determinato file o di un insieme di file correlati potrebbero essere sparsi in tutta l'area fisica del piatto dell'unità.
Ciò distrugge le velocità di lettura sequenziale e aggiunge un sacco di tempo di ricerca perché le testine dell'unità volano dappertutto per trovare tutte le parti di un file. Gli SSD, per la loro stessa natura, non soffrono di frammentazione. Non è che i file non siano frammentati. È solo che non ha importanza perché non ci sono parti in movimento e non c'è tempo di cui parlare..
La deframmentazione non fa altro che usurare inutilmente l'unità. Se vuoi saperne di più sulla frammentazione SSD, leggi Dovresti deframmentare un SSD?
Gli SSD sono silenziosi
I dischi rigidi sono rumorosi! Il ronzio del motore, il sibilo del disco, il ticchettio delle testine che si muovono avanti e indietro: questo è stato il rumore di fondo per gli utenti di computer nel corso dei decenni.
Gli SSD, al contrario, non fanno alcun rumore. Potrebbe sembrare un vantaggio banale, ma i componenti rumorosi del computer sono fastidiosi. In alcuni casi d'uso, come i computer utilizzati per la registrazione del suono, i livelli sonori sono fondamentali. Ci sono stati dischi rigidi costosi con supporti e design speciali che hanno cercato di ridurre il rumore dell'HDD, ma con gli SSD il problema è completamente risolto.
Ecco perché ora possiamo avere un computer come il Apple M1MacBookAir, che non ha ventole né disco rigido meccanico. L'intero computer è a stato solido e quindi non fa alcun rumore!
Gli SSD sono piccoli ed efficienti dal punto di vista energetico
Gli SSD occupano molto meno spazio degli HDD e necessitano di molta meno energia per funzionare. Ciò significa che possiamo avere computer, tablet, smartphone e altri dispositivi elettronici più piccoli e sottili che richiedono unità di archiviazione veloci e non volatili.
Gli SSD possono entrare quasi completamente in modalità di sospensione quando non vengono utilizzati e, a differenza degli HDD, possono passare alla modalità ad alte prestazioni quasi istantaneamente. Nel complesso, il consumo energetico dell'SSD è particolarmente importante per ottenere una migliore durata della batteria dei computer portatili e di altri gadget che li utilizzano. I dispositivi elettromeccanici necessitano semplicemente di più energia rispetto ai dispositivi a stato solido per funzionare.
Gli SSD possono ridurre le dimensioni di installazione
Gli SSD possono ridurre le dimensioni di installazione di alcune applicazioni, in particolare videogiochi. Quando le applicazioni fanno affidamento sul rapido flusso di dati in memoria, gli sviluppatori possono duplicare le informazioni in più posizioni sul piatto dell'HDD. Ciò riduce i tempi di ricerca perché le testine dell'unità sono sempre vicine a una copia dei dati di cui ha bisogno. È un trucco intelligente, ma va a scapito dello spazio di archiviazione.
Le applicazioni progettate per gli SSD non sono affatto obbligate a farlo. Poiché l'SSD non ha praticamente alcuna latenza e può leggere immediatamente i dati da qualsiasi punto dell'unità, deve essere presente solo una copia dei dati..
Console come PlayStation 5 hanno già dimostrato quanto gli SSD possano ridurre le dimensioni di installazione, soprattutto se combinati con la compressione, il che ci porta al vantaggio successivo.
Gli SSD possono essere accelerati
Se pensavi che gli SSD fossero già abbastanza veloci, potresti velocizzare queste unità per ottenere prestazioni davvero elevate. Tutto grazie alla tecnologia di compressione. I dati vengono archiviati sull'SSD in una forma fortemente compressa. Quando le informazioni vengono richieste, vengono decompresse in tempo reale, amplificando efficacemente le velocità di trasferimento dei dati grezzi dell'SSD.
L'unico problema è che è necessario un processore potente per la decompressione, ma attualmente gli SSD non includono tale processore. Si scopre che le GPU sono eccellenti per svolgere questo tipo di lavoro, quindi utilizzando API software (Application Programmer Interface) come Archiviazione diretta e RTX IO di Nvidia di Microsoft, le recenti generazioni di GPU possono accelerare non solo grafica 3D ma anche prestazioni SSD.
Gli svantaggi degli SSD
Gli SSD hanno molte caratteristiche desiderabili, ma la tecnologia non è perfetta. Alcuni aspetti del possesso di un SSD non sono così piacevoli come vorremmo.
Gli SSD sono più costosi
Il prezzo degli HDD è sceso moltissimo e la quantità di dati che possono essere archiviati è aumentata fino a raggiungere livelli di densità folli. Il risultato è che un gigabyte di dati su HDD costa molto meno anche del flash NAND più economico.
I prezzi degli SSD sono crollati vertiginosamente negli ultimi anni, ma in genere le persone utilizzano ancora SSD relativamente piccoli, compresi tra 256 GB e 512 GB. Gli SSD sono riservati ad applicazioni e sistemi operativi, mentre gli HDD dispongono comunque di memoria di massa per file multimediali o applicazioni che non beneficiano delle velocità SSD.
La buona notizia è che, come tutta la tecnologia dei semiconduttori, è probabile che la densità dei transistor e i processi di produzione mostrino una tendenza esponenziale che porta a costi inferiori e a quantità di spazio più significative. Per ora, la maggior parte dei budget richiede un mix di spazio di archiviazione SSD e HDD.
Gli SSD possono usurarsi
Sebbene gli SSD siano molto durevoli e possano resistere a sollecitazioni maggiori rispetto agli HDD, pur avendo una vita operativa più lunga, sono soggetti a usura. L'usura degli SSD si verifica perché la scrittura degli SSD sulle celle di memoria è distruttiva. Ogni volta che viene scritto un bit su una cella di memoria SSD, questa perde leggermente la capacità di trattenere la carica..
Con il passare del tempo, le scritture ripetute su una cella la rendono inutilizzabile. Gli SSD SLC possono gestire le scritture più ripetute prima di friggere una determinata cella, ma le celle MLC, TLC e QLC sono più vulnerabili, in quest'ordine. I primi SSD consumer potrebbero morire presto in modo allarmante, ma oggi le unità dispongono di strategie come il livellamento dell'usura e l'overprovisioning per estendere la resistenza in scrittura dell'SSD.
L'usura degli SSD è un argomento complesso, quindi dai un'occhiata a Tutto quello che devi sapere sull'usura degli SSD per una discussione approfondita.
Gli SSD possono deteriorarsi rapidamente
Tutte le forme di archiviazione dei dati alla fine soccombono al bit rot.Ciò accade quando il supporto di archiviazione si degrada così tanto da non riuscire più a conservare i dati in una forma leggibile.
Diversi supporti subiscono un deterioramento dei bit per vari motivi, ma i dischi rigidi possono essere conservati per decenni senza che il deterioramento dei bit costituisca un problema. Gli SSD, d'altra parte, possono potenzialmente perdere i propri dati dopo solo pochi anni di archiviazione. Ciò accade a causa del degrado dello strato isolante che mantiene la carica in ciascuna cella di memoria. Se l'importo fuoriesce, la cella è vuota e non contiene dati!
Sembra che il bit rot si verifichi più rapidamente se gli SSD vengono conservati in un ambiente troppo caldo, ma in ogni caso probabilmente non sono la scelta migliore per archiviare i dati in un cassetto da qualche parte.
Il recupero dei dati SSD è difficile se impossibile
Esiste un settore sofisticato costruito attorno all'arte del recupero dei dati dai dischi rigidi meccanici. Se hai abbastanza soldi da spendere, puoi anche recuperare i dati da unità che sono state distrutte, poiché uno specialista ricostruisce letteralmente l'unità dai pezzi.
A un livello più banale, puoi recuperare i dati che sono stati eliminati accidentalmente perché gli HDD non eliminano i dati fisici quando li elimini in Windows o in un altro sistema operativo. Invece, quell'area dell'unità viene semplicemente contrassegnata per essere sovrascritta. Finché la sovrascrittura non è ancora avvenuta, puoi recuperarla utilizzando un software speciale.
Gli SSD rendono quasi impossibile ripristinare qualsiasi cosa se l'unità è danneggiata o i file vengono eliminati. Se un L'HDD è danneggiato viene causato da uno sbalzo elettrico, puoi comunque ricostruirlo con nuovi componenti elettronici dell'unità, ma poiché un SSD è interamente elettrico, tutta la memoria potrebbe essere bruciata..
Inoltre, non aiuta il fatto che gli SSD dispongano di controller sofisticati che fanno molte cose con sistemi operativi di dati fisici di cui non sono a conoscenza. Ad esempio, il comando TRIM utilizzato dagli SSD SATA elimina preventivamente le celle di memoria contrassegnate per l'eliminazione per accelerare il processo di scrittura di nuovi dati. Quindi il trucco per il ripristino non funzionerà con loro!
Il futuro è a stato solido
Sebbene gli SSD non siano perfetti, rappresentano un tale salto di qualità nelle prestazioni delle unità di archiviazione che il loro dominio finale sul mercato dello storage sembra inevitabile. Nel corso del tempo ci aspettiamo che anche gli SSD SLC scendano di prezzo, mentre i tipi di SSD meno durevoli diventeranno ancora più intelligenti quando si tratterà di limitare l’usura.
Anche la tecnologia dei dischi rigidi ha avuto una buona dose di problemi all'inizio, ma abbiamo la sensazione che tutti i problemi ancora riscontrati dagli SSD verranno risolti in tempi record.
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