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Come funzionano gli i dischi allo stato solido SSD

Sabato stavo vagando nella blogosfera dello storage e mi sono soffermato sull’interessante post di Nigel sulle considerazioni da fare durante il design di uno storage con funzionalità di Sub-Lun tiering, Nigel si soffermava sul fatto che gli SSD non sono molto affidabili per le scritture (in uno scenario dove gli SSD sono trattati quasi come “cache”) a causa di un problema chiamato “write amplification”. Questo ha suscitato il mio interesse nel creare un articolo che spieghi in un modo “umanamente capibile”, come un drive SSD funziona e quali magie deve fare per andare così forte!

ssd_memoria.jpg

Subito una precisazione: ci sono diversi device sul mercato chiamati SSD, ma io mi soffermerò unicamente sugli SSD basati su memorie NAND che rappresentano un rimpiazzo di tipo “drop-in” ai dischi tradizionali comunemente impiegati negli storage array ed anche nei device consumer.

Cosa è una memoria NAND?

NAND è una memoria a stato solido non volatile. Le memorie non volatili hanno la capacità di registrare e mantenere i dati in esse contenuti anche quando viene tolta loro energia, registrano i dati in grandi batterie di transistor. I transistor SLC (Single Level Cells) possono registrare un solo bit di dati, mentre i transistor MLC (Multi Level Cells) possono immagazzinare due bit di dati in ciascuna cella.

Se comparate alle memorie flash NOR tradizionali, le memorie NAND possono immagazzinare un maggior numero di celle in una determinata area. Le memorie NAND ottengono questi vantaggi condividendo alcune delle aree comuni dei transistor creando stringe ti transistor connessi in modo seriale fra di loro (nei device NOR ciascun transistor è isolato). Questa architettura seriale spiega anche il nome del device: NAND (not AND) è la logica booleana con cui le informazioni vengono lette dalle celle.

SLC vs. MLC

Le memorie NAND di tipo SLC immagazzinano un singolo bit di informazione per ogni cella. Questa semplice tecnologia permette velocità di trasfermiento maggiori, minor consumo di energia e una maggior durabilità. Le celle a multi livello (MLC), al contrario, immagazzinano due bit di informazione per ciascuna cella, raddoppiando il numero di dati che può essere immagazzinato in un device delle stesse dimensioni, ma questo ha ovviamente un costo.

Come si può chiaramente vedere dalla tabella sotto, le celle MLC sono soggette ad un più breve ciclo vitale ed a peggiori performance quando le compariamo alle celle di tipo SLC:

CaratteristicheMLCSLC
Densità32/64mbit16mbit
Bit per Cella21
Voltaggio3.3V3.3V, 1.8V
Grandezza Pagina2 / 4 K2 K
Cicli di Erase / Program< 10.000< 100.000
Performance Lettura50 µs25 µs
Performance Scrittura600 / 900 µs200 / 300 µs
Performance Erase3 ms1.5 / 2 ms

Fino all’anno scorso, gli unici SSD di livello enterprise sul mercato erano quelli SLC (il più famoso è sicuramente lo ZeusIOPS di STEC), ma grazie agli avanzamenti tecnologici, i drives MLC hanno fatto recentemente la loro apparizione nel mercato enterprise con un nuovo standard chiamato E-MLC (enterprise-grade multilevel cell).

Una risposta su “Come funzionano gli i dischi allo stato solido SSD”

UNA SPIEGAZIONE TECNICA DI GRANDE QUALITA’. L’argomento dovrebbe essere ben acquisito da chi fa assistenza e vende PC.

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