A cosa fare attenzione quando si acquista un SSD

Traduzione e adattamento a cura di Naonis dell’articolo apparso nel sito del produttore al seguente link

Introduzione

Scegliere un SSD può essere difficile. Ci sono così tanti fattori diversi da considerare che può essere difficile sapere se state acquistando l’SSD giusto per le vostre esigenze. Alcuni di questi fattori sono ben noti, come ad esempio la capacità di archiviazione e le prestazioni, tuttavia, ci sono anche altri fattori che andrebbero presi in considerazione. Gran parte della scelta dell’SSD corretto dipenderà dall’uso che volete farne: in alcuni casi le prestazioni potrebbero essere meno critiche di quanto lo sia lo spazio di memoria, mentre in altri lo spazio di memoria potrebbe essere mono critico di quanto invece lo siano le prestazioni.

Di seguito prendiamo in rassegna le principali caratteristiche da considerare quando dovrete scegliere l’SSD più adatto per le vostre necessità.

Background dell’interfaccia host e differenze di base tra NVMe e SATA

Uno dei fattori principali da considerare quando si acquista un SSD è l’interfaccia host dell’SSD che si acquista. L’interfaccia host specifica il protocollo utilizzato dal dispositivo per la comunicazione tra l’unità e il computer a cui è collegato (ad esempio SCSI, SATA, NVMe, IDE, ecc). Prima di scegliere un SSD, è importante determinare quale interfaccia host che si posssa/deve usare. Per esempio, i computer più vecchi potrebbero non supportare le unità NVMe, limitando i tipi di SSD che si possono acquistare alla sola interfaccia SATA. Se, invece, il vostro computer supporta più interfacce host (ad esempio SATA e NVMe), allora potrete scegliere quale tipo di SSD adottare ad esempio tra le due principali interfacce host oggi disponibili che sono SATA e NVMe.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna interfaccia?

Serial ATA (SATA) è stata rilasciata nel 2003 ed è stata progettata per migliorare la precedente interfaccia Parallel ATA (PATA) che era stata sviluppata da Western Digital nel lontano 1986. PATA è diventato sinonimo di interfaccia IDE (Integrated Drive Electronics). Lo standard SATA ha diverse revisioni, la più recente delle quali (al momento di scrivere) è la revisione SATA 3.5. SATA 3 ha una larghezza di banda di circa 6Gb/s e una velocità di dati utilizzabile di ~550MB/s o circa 4.8Gb/s (questa è la velocità di dati utilizzabile dall’applicazione senza considerare l’overhead di sistema).

Non-volatile Memory Express (NVMe) è stata commercializzata per la prima volta nell’agosto 2012. Prima di quella data, la maggior parte degli SSD usavano l’interfaccia SATA. Man mano che il throughput degli SSD aumentava per i miglioramenti tecnologici apportati, i protocolli SATA e AHCI cominciarono ad essere il principale limite delle loro prestazioni e si rese necessario progettare una nuova interfaccia che, utilizzando il bus PCIe invece del bus SATA, consentisse un throughput di dati più elevato. L’attuale PCIe Gen4 permette velocità fino a 2000 MB/s (~2GB/s) per bus. Le unità NVMe usano 4 bus PCIe, il che significa una larghezza di banda teorica di ~8GB/s. Questa interfaccia prese il nome di NVMe.

Differenze tecniche tra interfacce host NVMe e SATA

Anche se c’è stato un evidente miglioramento nella larghezza di banda tra le unità NVMe e SATA, i miglioramenti hanno coinvolto anche il protocollo utilizzato dall’interfaccia.

SATA fa uso del protocollo Advanced Host Controller Interface (AHCI), che è stato progettato da Intel e specifica come deve operare il controller host SATA. Il protocollo ACHI è stato progettato per ottimizzare le prestazioni dei dischi magnetici SATA, accettando richieste multiple dall’host (SATA ACHI ha una dimensione massima della coda di 32 comandi), il disco rigido può poi programmare le richieste per ridurre il movimento della testina di lettura/scrittura, migliorando l’efficienza del disco magnetico. Tuttavia, a causa della natura meccanica di un HDD, può essere eseguita solo una richiesta alla volta.

Un grande vantaggio degli SSD rispetto ai dischi magnetici è il parallelismo interno che consente di seguire più comandi eseguiti simultaneamente. I chip di memoria flash degli SSD sono collegati attraverso più bus al controller di gestione. Ciò permette al controller di gestione di accedere in parallelo ad ogni chip di memoria flash, offrendo così una maggiore larghezza di banda e riducendo la latenza e anche quando viene eseguita un’operazione ad alta latenza, per esempio una cancellazione, gli altri chip possono ancora accettare simultaneamente altri comandi. Poiché SATA ACHI è stato progettato per ottimizzare le prestazioni per i supporti magnetici, il suo protocollo non è in grado di fare un uso efficiente della natura altamente parallela degli SSD. Gli SSD, infatti, sono in grado di servire i comandi più velocemente di quanto una singola coda di 32 comandi di AHCI possa richiedere. Per sfruttare quindi i vantaggi in termini di prestazioni forniti dagli SSD fu presto evidente che era necessario un nuovo standard.

Sul sito web di NVM Express è così scritto:

“La specifica NVMe è stata progettata da zero per gli SSD. È un’interfaccia molto più efficiente, che fornisce una latenza inferiore, e per gli SSD offre maggiore scalabilità rispetto alle interfacce legacy, come serial ATA (SATA)”.

Il protocollo NVMe è stato progettato specificamente per essere usato con gli SSD e permettere al protocollo di trarre vantaggio dalla minore latenza e dal parallelismo intrinseco che gli SSD forniscono. Questo viene realizzato offrendo 65535 code con 65536 comandi per coda. Ciò assicura che l’hardware dell’SSD NVMe non sia limitato dall’interfaccia di connessione con l’host. NVMe ricordiamo si interfaccia direttamente con una serie di bus PCIe (di solito quattro), eliminando qualsiasi potenziale collo di bottiglia che può essere imposto dall’adattatore di bus host.

SATA Express è stato introdotto come parte della specifica SATA 3.2 (2013), ed è stato progettato per portare i vantaggi del protocollo NVMe all’interfaccia SATA. SATA Express fornisce due corsie PCIe all’unità SATA e può usare il protocollo NVMe per la comunicazione con l’SSD invece del protocollo AHCI3. Tuttavia, SATA Express non ha avuto un’ampia diffusione, in quanto è stato in larga misura superato dall’interfaccia M.2 NVMe che era stata introdotta poco prima.

Man mano che lo storage basato su flash diventa sempre più diffuso, gli SSD SATA stanno diventando sempre meno usati e gli SSD NVMe stanno diventando lo standard più utilizzato.

Però, anche se l’interfaccia NVMe ha sostituito l’interfaccia SATA AHCI, in termini di prestazioni ci sono ancora molti casi in cui un SSD SATA può essere appropriato. Gli SSD NVMe hanno spesso un costo per GB più alto rispetto a quelli SATA, per cui, se le prestazioni non sono un fattore importante, in questi casi scegliere un SSD SATA può permettere di risparmiare senza grandi sacrifici. Le vecchie schede madri, inoltre, potrebbero non supportare le unità M.2 NVMe, limitando la scelta di collegamento alle sole unità SATA. Infine, popolando uno slot M.2 con un’unità NVMe si occupano una o più porte PCIe della scheda madre. Se si utilizzano le porte PCIe per altre schede di espansione (ad esempio WiFi, USB, schede di espansione audio), è necessario consultare la documentazione inclusa nella scheda madre di sistema per assicurarsi che la porta o le porte PCIe siano abbastanza in modo da non impedire l’utilizzo delle altre schede di espansione.

Fattore di forma

La differenza più evidente tra i fattori di forma è quello tra SSD SATA e NVMe. Anche se gli SSD SATA sono disponibili in molti fattori di forma, il fattore di forma più diffuso è l’SSD da 2,5″. Diversamente NVMe utilizza generalmente il più recente fattore di forma M.2, precedentemente chiamato Next Generation Form Factor.  Anche se questa è la differenza più evidente del fattore di forma, è importante riconoscere che il fattore di forma può cambiare tra SSD della stessa interfaccia host. Per esempio, le unità SATA sono disponibili anche nel fattore di forma M.2, e le unità NVMe sono disponibili sia con fattore di forma M.2 e sia come scheda di espansione PCIe.

Assicurarsi che il vostro computer supporti il fattore di forma selezionato è essenziale per decidere il fattore di forma dell’SSD che si intende utilizzare. Altrimenti, potreste avere un SSD che non si potrà fisicamente collegare al sistema (raccomandiamo di controllare la documentazione fornita con il sistema per determinare se supporta l’SSD prima dell’acquisto).

Densità di bit

Un fattore comunemente trascurato quando si acquista un SSD è la densità di bit, ma cos’è esattamente la densità di bit? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo prima di comprendere come gli SSD memorizzano i dati al loro interno.

Le celle SSD NAND flash memorizzano i dati intrappolando gli elettroni in un ‘Floating Gate’ tra gli strati di ossido dielettrico (questo impedisce il movimento degli elettroni quando non viene applicata una carica sufficiente). Questo rende la memorizzazione non volatile, poiché gli elettroni rimangono intrappolati nel floating gate quando la carica della cella viene rimossa. Il floating gate può quindi essere misurato per determinare se contiene una carica. Questa è chiamata la tensione di soglia della cella. Manipolando la tensione di soglia, possiamo rappresentare i dati come 1 e 0.

La densità di bit definisce quanti 1 e 0 (bit) rappresenta la cella. Se la cella rappresenta solo un singolo bit, allora si chiama Single Level Cell (SLC). Possiamo pensare che la tensione di soglia su una cella a livello singolo sia alta o bassa, rappresentando due stati diversi: 1 e 0. Manipolando ulteriormente la tensione di soglia e misurando la tensione di soglia a quattro diversi livelli di tensione, possiamo far sì che la cella rappresenti più di un bit. Ora invece di rappresentare un 1 o uno 0, la cella può rappresentare 11, 01, 10, 00. Questo è chiamato Multi Level Cell (MLC). Questo principio può essere espanso ulteriormente facendo in modo che la cella rappresenti ancora più bit, per esempio Triple Level Cells (3 bit per cella), Quad Level Cells (4 bit per cella), ecc.

Ora che sappiamo cos’è la densità di bit, come questa informazione influirà sulla vostra scelta quando acquisterete un SSD? Più alta è la densità di bit, generalmente, più basso è il prezzo dell’SSD per GB di memoria. Tuttavia, più bit per cella implicherà una minore velocità di scrittura/cancellazione e a una minore durata di vita dell’SSD.

Vi invitiamo a leggere eventualmente anche questo nostro precedente articolo per ulteriori informazioni sull’usura delle celle flash, le strutture SSD e le migliori pratiche di utilizzo degli SSD.

Ogni produttore di SSD avrà diverse convenzioni di denominazione per i propri SSD con diverse densità di bit. Per esempio, Samsung distingue i suoi SSD in tre categorie: PRO, EVO e QVO. Pro è un SSD MLC, EVO è un SSD TLC, e QVO è un QLC. Generalmente, gli SSD SLC sono riservati agli SSD aziendali, mentre gli SSD MLC sono destinati al mercato “consumer”, trovando un buon equilibrio tra prezzo, prestazioni e resistenza.

Potremmo anche vedere la sostituzione dello storage omogeneo, SSD composti da celle con la stessa densità di bit, con lo storage eterogeneo, SSD che contengono celle con diverse densità di bit. Questo permetterebbe uno storage SLC per i dati che cambiano rapidamente (file utente che vengono modificati frequentemente), e uno storage QLC per i dati che vengono cambiati poco frequentemente (file del sistema operativo che possono cambiare solo durante un aggiornamento del sistema operativo). Questo permetterebbe all’SSD di approfittare dei vantaggi di ogni tipo di cella, la longevità e la velocità di scrittura/cancellazione delle SLC e il prezzo più basso per GB delle QLC. Se volete saperne di più su questo argomento, vi invitiamo a leggere il nostro precedente articolo.

Produttore e strumenti

Molti produttori di SSD forniscono una serie di utility insieme con l’SSD. Per esempio, programmi che permettono di migrare i dati da un vecchio disco al nuovo SSD, leggere le informazioni S.M.A.R.T del disco (temperatura, quantità di dati scritti, prestazioni, ecc.), fornire la crittografia, assicurare che i driver siano aggiornati o migliorare l’ottimizzazione del disco.

Un esempio di questo software è lo strumento di migrazione dati SK hynix. Macrium Reflect è orgogliosa di essere partner di SK hynix, fornendo loro la utility di clonazione ufficiale della loro gamma di SSD. Questa utility può essere utilizzata per migrare facilmente i dati da un’unità esistente alla nuova unità SK hynix.

L’utilità di clonazione e la documentazione possono essere trovate al seguente link:

https://www.macrium.com/sk-hynix

Gli strumenti software forniti con un’unità possono essere un fattore di scelta decisivo tra i diversi produttori di SSD. Raccomandiamo di analizzare anche questi strumenti e il supporto forniti con un’unità, prima dell’acquisto.

Conclusione

Un’ultima cosa da considerare prima dell’acquisto di un dispositivo di archiviazione SSD è l’utilizzo che se ne intende fare. Per esempio, quando si considera l’archiviazione “a caldo “(archiviazione che contiene meno dati ma che sarà eseguita frequentemente), la velocità può essere più importante della quantità di spazio di archiviazione, quindi, un SSD NVMe con una capacità inferiore ma con velocità superiore può essere la scelta più appropriata. Quando, al contrario, si considera l’archiviazione “a freddo” (archiviazione che contiene molti dati ma a cui si accede meno frequentemente), allora la quantità di spazio di archiviazione può essere più importante della velocità, il che significa che un SSD SATA con una capacità maggiore ma velocità inferiori potrebbe essere più appropriato. Considerando l’utilizzo che si farà del dispositivo di archiviazione, è quindi possibile evitare di spendere somme eccessive per prestazioni o caratteristiche che non siano strettamente necessarie.

Segnaliamo, infine, i seguenti interessanti articoli sul presente argomento.

1https://www.atpinc.com/blog/nvme-vs-sata-ssd-pcie-interface

2https://www.trentonsystems.com/blog/pcie-gen4-vs-gen3-slots-speeds

3https://sata-io.org/sites/default/files/documents/NVMe%20and%20AHCI%20as%20SATA%20Express%20Interface%20Options%20-%20Whitepaper_.pdf