Il mercato delle unità SSD si contraddistingue per essere uno dei più attivi al momento sullo scenario tecnologico, e come tale nel corso degli ultimi anni ha subito importanti e sostanziali modifiche. Nel corso dell'ultimo appuntamento ci siamo soffermati su alcuni degli elementi che hanno limitato la diffusione delle unità a stato solido, unitamente al costo per GB ancora troppo elevato. Il progresso tecnologico e lo sviluppo di controller di memoria sempre più sofisticati ha ovviato a buona parte delle problematiche. I produttori si sono così concentrati sullo sviluppo del processo produttivo: fino a pochi anni fa le memorie di tipo NAND erano prodotte a 90 nanometri, oggi invece sono presenti soluzioni sviluppate a 34 e anche a 25 nanometri. La maggior parte dei produttori oggi, come ad esempio Micron, Intel o Samsung si appoggiano ad un processo produttivo a 34 nanometri mentre altri produttori come Toshiba hanno invece sviluppato un processo produttivo a 32 nanometri: in generale, la maggior parte delle soluzioni di ultima generazione sono prodotte con queste due tecnologie. Solo di recente Intel ha comunicato di aver avviato la produzione a 25 nanometri.

Più piccolo è il processo produttivo, maggiore è il numero di dati che possono essere contenuti all'interno di uno stesso chip NAND: a 25 nanometri le celle dati all'interno del silicio sono circa 3000 volte più sottili di un capello umano. Più si rimpicciolisce il processo produttivo, però più si assottigliano le "pareti" che dividono le celle dati: questo comporta un aumento dell'interferenza elettronica, con conseguente aumento della rumorosità del segnale e quindi degli errori. Per poter eliminare gli errori in fase di scrittura e lettura, i produttori includono la tecnologia ECC nelle memorie NAND: più alto è il tasso di errore maggiore è la quantità di ECC necessaria. La necessità quindi di contenere al massimo il tasso di errore rappresenta una delle sfide che impegnerà i produttori nello sviluppo delle future generazioni.

Diverso tempo fa avevamo riportato questa notizia, citando come Anobit, una startup Israeliana dedicata allo sviluppo di SSD abbia comunicato lo sviluppo di una tecnologia denominata Memory Signal Processing, capace di migliorare l'affidabilità delle unità SSD sviluppate con memorie di tipo MLC. Questo tipo di tecnologia, introdotta per migliorare la pulizia del segnale rappresenta uno step fondamentale per riuscire a garantire l'affidabilità delle unità a stato solido di tipo MLC sempre più popolate, soprattutto in considerazione dei nuovi processi produttivi che saranno presto introdotti.

Il grafico riportato, pubblicato nel 2009 dalla Morgan Stanley Research, mostra l'evoluzione dei requisiti ECC in corrispondenza dell'aumento di densità delle celle. L'Error Correction Code viene tipicamente utilizzato per correggere gli errori e mantenere l'affidabilità dei prodotti basati su memoria di tipo NAND: lo schema mostra come, in relazione al cambiamento di processo produttivo sia necessario avere un ECC più avanzato, e si palesi la necessità di trovare un metodo alternativo al normale ECC. Ecco quindi dove parte dello sviluppo delle future generazioni di dispositivi a stato solido sarà incentrato.

Con l'analisi di oggi andremo a saggiare il comportamento di tre proposte a stato solido caratterizzate dalla capacità di 128GB e presenti in commercio da qualche tempo, di A-data, Kingston e Patriot.

Per tutti coloro che fossero interessati ad avere una visione di ampio respiro sull'attuale situazione del mercato SSD rimandiamo a questo articolo, pubblicato oggi.

Il modello di Adata analizzato in questione è l'S596, soluzione che rappresenta la fascia alta della gamma del produttore asiatico. Il prodotto in questione, un normale disco da 2,5" è dotato di un connettore mini-USB in corrispondenza del lato destinato alle connessioni: l'unità può così sia essere impiegata come unità interna grazie al connettore Serial-ATA sia come periferica di archiviazione esterna. In bundle all'interno della confezione Adata ha inserito le staffe di montaggio all'interno di uno slot da 3,5".

Rimossa la scocca di protezione superiore, fissata con quattro viti, si ha accesso al PCB che costituisce la parte principale della soluzione di Adata. La struttura è quella solita e non ci sono elementi che differenziano in modo sostanziale la divisione degli spazi all'interno dell'unità: è così possibile osservare il controller posizionato sulla parte alta del PCB mentre il resto dello spazio è occupato dai moduli di memoria. Andiamo ad osservare più da vicino il controller impiegato da Adata all'interno di S596:

Il controller in questione è sviluppato da JMicron e ha come sigla identificativa JMF612. La soluzione a singlo chip, oltre ad essere in grado di supportare SDRAM esterna è capace anche di garantire uscite SATA II e USB 2.0 per garantire accesso alla memoria NAND. JMF612 è un chip con package da 28x28 mm con 208 pin e presenta un buffer integrato da 32KB: in grado di supportare la funzionalità NCQ è anche compatibile con TRIM oltre alle tecnologia SMART (Self-monitoring, analysis and reporting technology). Al controller è stato affiancato inoltre un modulo di memoria RAM DDR2 da 128MB (Elpida E1116AEBG) adibito ad uso cache.

L'unità di Adata è stata sviluppata sfruttando moduli di memoria Intel 29F64G08CAMB: si tratta di chip di tipo MLC. All'interno del disco sono presenti 16 moduli di memoria, il che porta ad una densità di 8GB ogni chip.

La soluzione di Patriot, come facilmente intuibile dal nome del prodotto è destinata ad un tipo di utenza formata da appassionati: Inferno è un SSD indirizzato a chi utilizza il PC spesso e volentieri, e desidera avere da questo le massime prestazioni. Come è possibile notare dalla foto, Patriot ha sviluppato questa unità con uno chassis in alluminio di colore rosso dando un sicuro impatto estetico a Inferno. Anche in questo caso ci troviamo di fronte ad una unità da 2,5", utilizzabile quindi sia in soluzione notebook sia all'interno di sistemi desktop, con connessione SATA II.

L'organizzazione dei componenti che è possibile osservare aprendo lo chassis in alluminio è piuttosto standard e prevede la presenza del controller al centro del PCB. Su tre dei quattro lati sono invece disposti gli otto moduli di memoria. Anche la soluzione di Patriot è stata equipaggiata con 16 moduli di memoria Intel 29F64G08CAMB caraterizzati da una capacità di 8GB l'uno, otto sono posizionati sul lato anteriore del PCB e otto su quello posteriore.

Il vero cuore di questa unità è rappresentato dal controller SandForce AF-1222TA3-SBH, comunemente conosciuto come SF-1200: capace di garantire importanti valori sia in fase di lettura sia in fase di scrittura, la proposta consente inoltre di poter supportare una cifratura dati a 128 bit di tipo AES oltre ad un MTTF di 2,000,000 di ore. Secondo le specifiche SandForce SF-1200 consente anche di scrivere pacchetti casuali da 4K ad una velocità di 10,000 IOPS.

La soluzione di Kingston è sul mercato da qualche tempo e non è una novità: si tratta della proposta destinata ad una fascia di utenza medio/alta. La famiglia SSDNowV+ progettata da Kingston si caratterizza infatti per prestazioni superiori alla famiglia V-series, destinata invece al segmento "value" del mercato. Anche in questo caso ci troviamo di fronte ad una unità, come la maggior parte delle soluzioni SSD, sviluppata con chassis da 2,5" e cartterizzata da 128GB di capienza.

Rimossa l'enclosure, a differenza dei due modelli analizzati in precedenza, ci troviamo di fronte ad un PCB senza alcun modulo di memoria o controller posizionato. Per osservare i componenti è necessario estrarre completamente il PCB: controller e moduli memoria sono infatti montati sul lato coperto. A differenza della prima versione commercializzata, la seconda revisione portata sul mercato da Kingston è stata sviluppata, come si può notare, su controller Toshiba.

Il controller su cui è sviluppata l'unità di Kingston è prodotta da Toshiba, precisamente il modello Toshiba T6UG1XBG: sviluppato a 43 nanometri, il controller, secondo specifiche dovrebbe garantire velocità in lettura pari a 230MB/s e in scrittura di 180MB/s. In grado di supportare la funzionalità TRIM, la scelta di Kingston è stata quella di affidarsi a Toshiba non solo per l'impiego del controller, cui è stata affiancata una cache da 128MB, ma anche per i moduli di memoria.

Uno degli elementi più difficili da affrontare quando si parla di unità a stato solido, riguarda la procedura di testing. Se da un lato è vero che gli SSD sono in grado di far registrare, non appena tolti dalla confezione, prestazioni degne di nota, è innegabile che queste subiscono però importanti decadimenti durante l'impiego dell'unità. Questo decadimento prestazionale, più marcato con le unità a stato solido che per prime sono state immesse sul mercato, è stato oggetto degli sforzi da parte di molti produttori. Riuscire a fornire uno scenario di test che tenga in considerazione tutti questi elementi rappresenta quindi lo scoglio principale. In questo senso abbiamo impiegato una suite di benchmark sintetici che è stata sfruttata per valutare le unità SSD appena tirate fuori dalla scatola mentre il solo HDTune è stato sfruttato dopo averle riempite al 25, 50 e 75%.

Questi i software impiegati per la nostra analisi:

1. AS SSD - velocità di lettura e velocità di scrittura - transfer rate

2. ATTO 2.46 - velocità di lettura e velocità di scrittura - transfer rate

3. HD Tune Pro - velocità di lettura e velocità di scrittura

4. HD Tach - velocità di lettura e velocità di scrittura

La suite di benchmark è stata eseguita, come abbiamo scritto in precedenza, sia a disco completamente nuovo e vuoto, sia dopo averlo riempito al 25, 50 e al 75% della sua capacità nominale. Questa scelta è stata dettata dalla necessità di simulare l'utilizzo del disco e il suo graduale riempimento. Per riempire il disco gradualmente abbiamo utilizzato una tool sviluppato internamente e in grado di scrivere un pattern di dati fisso composto da file variabili dai 4k ai 512MB: questa metodologia rappresenta al momento l'unico possibile approccio ripetibile per ogni unità ed è utile per simulare un progressivo utilizzo del disco. Come è infatti noto le unità a stato solido soffrono di un decadimento prestazionale in relazione all'utilizzo: in questo modo saremo così in grado di avere una importante indicazione di quanto le prestazioni cambino di unità in unità e da controller a controller. Ecco le caratteristiche hardware della piattaforma di test:

• Processore: Intel Core i7 920 , clock 3,2 GHz con tecnologia Turbo Mode attiva;
• memoria RAM: 3x2 Gbytes Corsair TR3X6G1600C8D; frequenza di clock 1.600 MHz con timings pari a 8-8-8-24;
• Hard disk: Western Digital WD7500AAKS, 750 Gbytes SATA 7.200 rpm;
• Scheda madre: Gigabyte GA-X58A-UD7, chipset Intel X58;
• Sistema operativo: Windows 7 Ultimate 64bit, con tutti i più recenti fix rilasciati da Microsoft;
• Alimentatore: ToPower 1.100 Watt.

Lettura sequenziale

L'analisi prestazionale riportata in questa pagina mostra le velocità di lettura e scrittura sequenziali che le tre unità analizzate hanno fatto registrare con il tool di testing HDTune. Il benchmark in questione simula una scrittura o una lettura costante di dati in modo graduale, andando ad occupare progressivamente tutto il disco. La fase di lettura si contraddistingue per valori molti elevati per ognuna delle tre proposte: è proprio questo uno dei vantaggi che le soluzioni con memoria flash sono capaci di garantire. In tutti i casi i grafici di lettura mostrano un andamento molto lineare, senza particolari cali prestazionali.

Scrittura sequenziale

È evidente come, spostandoci sul test in scrittura, la situazione cambi in modo drastico. I tre differenti controller con cui gli SSD oggetto della prova sono stati prodotti si comportano in modo molto diverso in tale scenario: come abbiamo più volte ripetuto, uno dei problemi che la memoria di tipo flash crea è proprio nella gestione delle fasi di scrittura dei file. L'andamento della soluzione di Adata è estremamente altalenante: il controller di JMicron è in questo caso l'imputato principale, riportando una velocità media di scrittura comunque superiore ai 110MB. Migliore il comportamento delle due altre soluzioni, complici controller più sofisticati.

Lettura casuale

L'analisi delle velocità di scrittura e lettura e dei tempi di accesso di dati casuali rappresenta uno scenario più realista: difficilmente in un impiego tipico ci troviamo a dover scrivere in modo sequenziale file da diverse GB sul nostro hard disk. È invece più usuale, durante il normale impiego del sistema operativo, effettuare piccole letture e piccole scritture casuali di pacchetti dati con dimensioni variabili. Se nella maggior parte dei casi i risultati sono stati riportati sotto forma di MB/s (Megabit al secondo) e in ms (millisecondi), nei test a seguire parte dei risultati sarà riportata anche come operations / sec (operazioni al secondo).

Scrittura casuale

Anche in questo caso, come abbiamo avuto modo di notare nelle analisi di lettura e scrittura sequenziale, le prestazioni che le unità sono in grado di garantire nelle sessioni di lettura sono più o meno paragonabili con differenze che mettono in evidenza la particolare bontà del chip di Toshiba impiegato da Kingston. La situazione cambia radicalmente invece quando si tratta invece di analizzare la scrittura casuale dei pacchetti dati: in questo caso l'SSD di Patriot mantiene valori prestazionali degni di nota, mentre è la soluzione di Kingston a palesare più di qualche problema.

A seguire riportiamo i test eseguiti con HD Tune in seguito all'occupazione incrementale delle unità prese in considerazione durante questa recensione. Per rendere più semplice la consultazione prenderemo in considerazione i grafici ottenuti con un riempimento del 25%.

Riempimento 25%, lettura

Riempimento 25%, scrittura

L'occupazione graduale del disco non ha risvolti negativi sul test in lettura sequenziale: nonostante parte delle celle memoria siano occupate il controller non incontra problemi durante la lettura delle stesse, riportando velocità in linea con quelle registrare a disco vuoto. Anche in questo caso il discorso cambia drasticamente quando ci troviamo di fronte ai test di scrittura: nel caso dell'SSD di Adata il grafico mostra una velocità di scrittura estremamente problematica in quel 25% di disco occupato dalla mole dati, scendendo in alcuni casi ad una velocità di scrittura di 2,2MB/s. Il controller gestisce con evidenti problemi quindi le celle memoria occupate, riportando una velocità di scrittura molto al di sotto del normale standard. Qualche calo prestazionale è stato fatto registrare anche dalla soluzione di Kingston mentre il Patriot ha mantenuto una scrittura sequenziale con un andamento pressochè invariato.

A seguire riportiamo i test eseguiti con HD Tune in seguito all'occupazione incrementale delle unità prese in considerazione durante questa recensione. Per rendere più semplice la consultazione prenderemo in considerazione i grafici ottenuti con un riempimento del 75%.

Riempimento 75%, lettura

Riempimento 75%, scrittura

Anche dopo aver occupato il 75% della capacità nominale delle soluzioni analizzate, il comportamento analizzato rimane molto simile a quanto descritto nella pagina precedente. Niente di rilevante viene rilevato durante la lettura sequenziale, con le prestazioni delle tre proposte che si caratterizzano per velocità che se non superano si avvicinano ai 210MB/s. L'impossibilità di poter cancellare le celle memoria in corrispodenza del comando di delete, e la necessità pertanto di eliminare i dati solo quando le celle dovranno essere riscritte rappresenta il principale limite della tecnologia delle memorie flash (da questo limite nasce la tecnologia TRIM). Da qui la differenza di prestazioni che possiamo andare a notare nei grafici sopra proposti: è solo una questione di controller e della sua gestione di tale operazione. Patriot, affidandosi a SandForce è riuscita a garantire un SSD capace di far registrare una velocità di scrittura sequenziale superiore ai 220MB/s.

Adata

Kingston

Patriot

I due test sintetici che proponiamo in questa ultima pagina di analisi prestazionale non fanno che confermare l'andamento riscontrato in precedenza con HD Tune. AS SSD simulando la scrittura di un file ISO e dell'utilizzo del disco in due diversi scenari (avvio di un programma e avvio di un videogioco) evidenzia una sostanziale parità tra le tre diverse proposte: per riuscire a scorgere meglio le differenze tra gli SSD analizzati è infatti necessario scavare più a fondo. HD Tach, durante l'analisi di scrittura e lettura sequenziale evidenzia nuovamente le caratteristiche di questi dischi a stato solido: se la proposta di Adata fa registrare buone prestazioni in fase di lettura è però quella di Patriot a primeggiare.

Le tre soluzioni analizzate in questa recensione ci hanno consentito di offrire un importante spaccato del mercato delle unità a stato solido: sono presenti numerose alternative, più o meno valide, ma non c'è un parametro univoco con cui possa venire identificata la validità o meno di una determinata soluzione. L'analisi in questione ne è l'emblema: tre unità a stato solido che sono commercializzate con un costo non troppo differente ma che fanno registrare prestazioni molto diverse. Se da un lato la differenza prestazionale che è possibile osservare nella pagine precedenti sia piuttosto evidente è bene però sottolineare un aspetto fondamentale: l'esperienza di utilizzo che queste unità sono in grado di garantire è superiore rispetto a quella cui siamo normalmente abituati ricevere da un disco tradizionale.

La proposta di Adata si rivela una soluzione estremamente efficiente in fase di lettura ma che paga dazio all'impiego di un controller JMicron: la fase di scrittura palesa qualche tentennamento di troppo, evidenziando i problemi che derivano dal controller JMF612. Caratterizzato da un costo piuttosto competitivo di 300 euro, soprattutto considerando che ci si trova di fronte ad una unità SSD da 128GB, la soluzione di Adata è inoltre dotata di una connessione mini-USB che consente di poter sfruttare la periferica anche come unità di archiviazione dati portatile esterna. Nel corso del mese di Luglio, Adata ha però iniziato la commercializzazione del modello S596 Turbo, caratterizzato dalla presenza del controller JMicron JMF616: questa versione dovrebbe aver risolto, almeno in parte, i problemi evidenziati durante la fase di scrittura.

La soluzione di Kingston si caratterizza per prestazioni molto buone in fase di lettura. Il controller Toshiba che è stato implementato sulla seconda generazione ha dimostrato di garantire un livello prestazionale più che buono, mantendendo costante la velocità di scrittura anche in seguito alla simulazione di utilizzo, facendo registrare sì un calo prestazionale ma piuttosto contenuto. Il costo per il modello di Kingston è di 326,50 euro iva inclusa. Il modello di Patriot è quello che sicuramente più ha convinto per le prestazioni fatte registrare in tutti gli scenari di impiego; Inferno, grazie soprattutto all'impiego di un controller SandForce SF-1200 è capace di fornire prestazioni ottime in ogni scenario di utilizzo, sia in scrittura sia in lettura. Il costo per questa soluzione, che presenta una capacità di 100GB è di 375 euro iva inclusa, un prezzo che fa oscillare pericolosamente il costo per GB vicino ai 4 euro, controbilanciato però da prestazioni estremamente elevate.

Parlando in modo generico le tre proposte che abbiamo analizzato nel corso di questa recensione sono in grado di fornire all'utente finale una esperienza di utilizzo superiore rispetto a quella comunemente offerta dai dischi tradizionali: le differenze sussistono e diventono visibili solo quando le unità vengono messe sotto importanti carichi di lavoro. Le differenze di costo vanno quindi considerate in quest'ottica e, ovviamente, a seconda dello scenario di impiego. Per concludere riportiamo un breve botta e risposta avuto con Lloyd L. Chambers, sviluppatore di digilloydTools, una serie di applicazioni per Mac che tra le altre cose si occupa del "reconditioning" delle unità SSD.

Come vede lo sviluppo delle unità SSD?

Fino al 2010 le unità a stato solido che sono state commercializzate sono ancora in piena fase di sviluppo. A oggi con le soluzioni SandForce, come ad esempio le unità proposte da OWC la situazione è cambiata e si delinea uno scenario sicuramente più roseo.

Cosa ne pensa della tecnologia TRIM?

La tecnologia TRIM è stata introdotta e sviluppata per offrire una soluzione ad un problema, ma non è da prendere in senso positivo. TRIM va a colmare una falla piuttosto evidente in unità particolarmente economiche, offrendo a questi prodotti una vera e propria ancora di salvataggio e renderli comunque commercializzabili.

Come a dire, un mercato che sembra aver raggiunto, finalmente, un livello tecnologico in grado di soddisfare gli utenti finali, ma che necessita ancora di importanti migliorie e, soprattutto, una profonda conoscenza per evitare di acquistare prodotti con prestazioni infime.