Che cos'è un'unità a stato solido?

Scopri come la tecnologia a stato solido sta trasformando lo storage con la memoria flash ad alta velocità.

Ritratto di profilo di una sviluppatrice IT che digita su una tastiera, con codice di programmazione nero e arancione sullo schermo dell'elaboratore e sul laptop

Che cos'è un'unità a stato solido?

Un'unità a stato solido (SSD) è un'unità di archiviazione basata su semiconduttori, che in genere utilizza memoria flash NAND per salvare dati persistenti. Ogni chip di memoria flash NAND è costituito da un array di blocchi, noto anche come griglia; all'interno di ogni blocco è presente un array di celle di memoria, note come pagine o settori. Il numero di bit memorizzati in ciascuna cella può variare e le celle sono generalmente classificate come celle a bit singolo (ovvero "Single Level Cells" o "SLC"), celle a 2 e 3 bit ("Multi-Level Cells" o "MLC" e "Triple-Level Cells" o "TLC") o celle a 4 bit ("QLC"). Inoltre, ogni tipo di cella ha punti di forza e punti deboli. Mentre le SLC sono note per l'affidabilità, le alte velocità e i prezzi elevati, le QLC hanno il vantaggio di essere più convenienti economicamente. Ogni griglia è in grado di memorizzare tra 256 KB e 4 MB. La CPU funge da controller per qualsiasi lavoro di lettura o scrittura in memoria. Le loro dimensioni e il basso fabbisogno di alimentazione le rendono ideali per laptop, tablet e smartphone.  

Le unità a stato solido cercano di imitare le unità disco fisso attraverso l'uso di memoria a stato solido non volatile, ma sono molto più veloci del disco fisso tradizionale o del floppy disk.  Le unità disco fisso hanno una latenza e un tempo di accesso intrinseci, dovuti a ritardi meccanici nella rotazione del piatto e nel movimento della testina di lettura/scrittura. Poiché le unità a stato solido non hanno parti mobili, la latenza e il tempo per accedere ai dati e archiviarli sono notevolmente ridotti.

Secondo Gartner (link esterno a ibm.com), le unità a stato solido stanno emergendo come piattaforma di storage di riferimento per supportare carichi di lavoro di dati strutturati, potenziate dall'innovazione relativa alla tecnologia flash NAND e SCM (storage class memory). Gli analisti prevedono che entro il 2025 oltre il 40% di tutte le attività di amministrazione e supporto dello storage IT installato in loco sarà sostituito dallo storage gestito as-a-service, che è in aumento rispetto a meno del 5% nel 2021.

Storage flash

Lo storage flash, noto anche come memoria flash, è un tipo di tecnologia a stato solido che utilizza chip di memoria flash per scrivere e archiviare dati. Le soluzioni di storage flash possono variare da unità USB ad array di livello aziendale. Gli array all-flash sono progettati per ottimizzare e velocizzare le prestazioni, senza i vincoli delle funzioni legacy della SAN (Storage Area Network). Sono più adatti per ambienti multi-cloud e protocolli di storage, ad esempio NVM Express. Poiché la maggior parte delle unità a stato solido moderne è basata su flash, lo storage flash tende ad essere sinonimo di sistema a stato solido. 


Tipi di unità a stato solido

Come suggerisce il nome, le unità a stato solido interne sono installate all'interno di un computer e si collegano direttamente alla scheda madre. Le unità a stato solido esterne, d'altra parte, sono collegate come unità disco fisso esterne, spesso a porte USB 3.0, e vengono utilizzate per scopi simili. Le unità a stato solido interne si connettono tramite Serial ATA, IDE e m.2 standard mentre le unità a stato solido esterne utilizzano connessioni USB,  eSATA e Thunderbolt.

Esistono due tipi principali di fattori di forma delle unità SSD: 

mSATA III, SATA III e unità SSD: anche se probabilmente sono le più diffuse, le unità SSD SATA rappresentano qualcosa di più rispetto a una tecnologia tradizionale, poiché sono state progettate allo scopo di essere installate al posto di un'unità a disco fisso. Fatta questa premessa, è possibile che siano necessari un adattatore o un'unità per vano, a seconda del dispositivo, come ad esempio un PC desktop. Sebbene la facilità di installazione abbia favorito l'adozione delle unità a stato solido, questa interfaccia è in fase di abbandono graduale con l'introduzione delle unità a stato solido PCI Express e NVM Express. In confronto, mSATA III, SATA III e le unità SSD tradizionali hanno velocità limitate, con una velocità di trasmissione inferiore rispetto alle versioni SSD più recenti sul mercato.

SSD NVMe e PCIe: i fattori di forma più recenti, come le unità SSD U.2 e M.2, utilizzano un protocollo di interfaccia denominato NVM Express (NVMe o Non-volatile Memory Express), sviluppato congiuntamente da aziende del gruppo di lavoro NVM Express, ad esempio Samsung, Intel e Seagate. Il protocollo NVM Express utilizza Peripheral Component Interconnect Express (anche noto come PCI Express o PCIe) per consegnare elevate velocità di trasferimento dati, raggiungendo velocità di lettura di oltre 3000 MB/s. La latenza ridotta rende questo tipo di unità a stato solido ideale per i gamer e le loro Playstation. Queste unità a stato solido di solito sono dotate di un dissipatore di calore per impedire il surriscaldamento. 


Unità a stato solido e unità disco fisso

L'esperienza di IBM con il disco fisso risale agli anni '50, quando IBM produsse il disco fisso IBM 650 RAMAC. Le unità disco fisso (HDD) utilizzano un disco magnetico rotante e una testina di scrittura meccanica per manipolare i dati. I fattori di forma più comuni sono le unità da 2,5 e 3,5 pollici, utilizzate rispettivamente per laptop e desktop.  Sebbene la maggior parte delle unità disco fisso utilizzi efficacemente un'interfaccia Serial ATA, nota anche come SATA, è possibile trovare connessioni SAS (serial attached SCSI) o FC (fibre channel) per usi specialistici. 

A differenza delle unità disco fisso, le unità a stato solido non hanno parti mobili che le rallentino e quindi sono molto interessanti per la loro velocità di elaborazione alta. Tuttavia, gli utenti a stato solido tenderanno a scendere a compromessi sulla capacità di archiviazione. Sebbene esistano unità a stato solido ad alta capacità, gli utenti pagheranno un supplemento di prezzo rispetto alle unità disco fisso. 

Molte organizzazioni stanno adottando un approccio ibrido, combinando la velocità delle memorie flash con la capacità dei dischi fissi. Un'infrastruttura bilanciata consente alle aziende di integrare la tecnologia più appropriata per le diverse esigenze di storage e offre una soluzione economica per eseguire la transizione dalle unità disco fisso legacy senza passare completamente alla tecnologia flash.


Vantaggi e svantaggi delle unità a stato solido

Vantaggi:

Alte prestazioni: le unità a stato solido sono più efficienti in termini di velocità rispetto ai dischi fissi grazie al loro sistema di memoria basato su flash, che le rende ideali per eseguire app, avviare Windows o Mac OS o trasferire file. Tuttavia, man mano che la capacità di storage diminuisce, le unità a stato solido possono diventare sempre più lente. 

Facilità d'uso: le unità SSD sono facili da installare e non hanno parti mobili. Inoltre, le dimensioni e il peso le rendono estremamente portatili e risultano essere molto interessanti per i dispositivi mobili più diffusi, come Mac Book e iPad. 

- Durata e affidabilità: i problemi termici causati dall'alto numero di giri al minuto (RPM) e l'usura meccanica causano il deterioramento e il degrado delle unità a disco fisso nel tempo, creando vulnerabilità a vibrazioni, cadute e scossoni.

Svantaggi:

- Numero limitato di scritture: il principale svantaggio delle unità SSD è rappresentato dalla durata limitata del numero di scritture. Tuttavia, tecniche quali il wear leveling e l'overprovisioning consentono alle unità SSD di classe enterprise di vivere più a lungo.

- Costo: anche se il costo per unità di storage (ad esempio in gigabyte (GB) o terabyte (TB)) delle unità SSD è superiore rispetto alle unità disco fisso, il consumo energetico delle unità SSD è inferiore. A differenza delle unità a disco fisso, le unità a stato solido non utilizzano elettricità per avviare i dischi da fermo; la progettazione del prodotto permette alle aziende di risparmiare sulle bollette energetiche. 


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Le unità a stato solido e IBM

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