Caratteristiche tecniche

I chip di memoria sono marchiati Intel 29F16B08CCME2, mentre il controller è il nuovo SandForce SF-2281TB1, vediamone le principali caratteristiche tecniche, partendo proprio dal controller.

INTERLEAVING

Lo SF-2281 dispone di 8 canali di comunicazione e siccome abbiamo visto che sul PCB sono presenti 16 chip NAND Flash, questo significa che su ogni canale sono presenti due moduli. Ovviamente non è possibile trasferire dati contemporaneamente da o verso due chip per volta ma grazie ad avanzate tecniche di interleaving è comunque possibile avvantaggiarsi di questa situazione. I processi di lettura e scrittura su NAND Flash infatti non sono diretti ma sono gestiti da un livello intermedio rappresentato da un registro che contiene i dati di scambio tra il controller e i chip e che impiega diversi cicli per compiere ciascuna operazione. È quindi possibile, grazie appunto a tecniche di interleaving, ossia di trasmissione contemporanea di dati di diverso tipo, ottenere un alto parallelismo, un po' come accade ad esempio nelle pipeline delle GPU. Sarà possibile inoltrare ad esempio una richiesta di lettura a un modulo e, mentre questo starà svolgendo le operazioni di fetching dei dati richiesti nel registro, il controller potrà contemporaneamente inoltrare un'altra richiesta a un altro modulo posto sullo stesso canale, saturando così al meglio ciascun canale di comunicazione.

In linea teorica questo significherebbe trasmettere il doppio dei dati per singolo ciclo di clock e, anche se ciò non accade esattamente nella realtà a causa di una serie di limitazioni (ad esempio non è detto che le due operazioni inoltrate richiedano lo stesso numero di cicli per essere completate), avremo comunque prestazioni decisamente superiori, seppure non doppie rispetto.

Controller SandForce 2281

Questo tipo di parallelismo inoltre riguarda anche il singolo chip NAND. I nuovi moduli Intel IMFT NAND Flash MLC sono infatti realizzati con processo produttivo a 25 nm. Il passaggio da 34 a 25 nm ha permesso di ottenere una maggiore densità. In effetti a parità di area di die è ora possibile avere una capienza doppia. Questo significa riuscire a sfruttare meglio i wafer di silicio e quindi poter diminuire i costi di produzione, ma non è l'unico vantaggio. Grazie a un processo di miniaturizzazione maggiore infatti sarà possibile avere più die in un singolo package e la sigla di questi chip Intel ci dice infatti che contengono due die ciascuno. In questo modo, e grazie sempre a tecniche di interleaving, è possibile trasmettere contemporaneamente richieste di lettura e scrittura all'interno di ciascun singolo package, indirizzandole ai due die. Ancora una volta non si otterrà un raddoppio esatto delle prestazioni, poiché è possibile trasmettere i dati di un solo die per volta, ma un più ampio parallelismo permetterà comunque di ottenere un maggior flusso di dati per unità di tempo e ciclo di clock.

OVERPROVISIONING E RAISE   

Le novità introdotte dalla seconda generazione di SandForce non finiscono però qui. Già in precedenza questi chip utilizzavano una tecnica di sicurezza dei dati chiamata RAISE (Redundant Array of Independent Silicon Elements), simile alla modalità RAID 5. Questa soluzione permette infatti al drive di continuare a funzionare senza perdere i dati anche se un singolo die dei chip NAND Flash dovesse smettere di funzionare o risultare danneggiato. Il controller infatti scrive dei dati di parità su tutti i die dell'SSD. I dati eventualmente persi potranno così essere ricostruiti a partire da quelli rimasti, integrandoli proprio con quelli di parità. Per fare questo è ovvio che l'unità deve contenere più spazio rispetto a quello sfruttato e infatti abbiamo visto come l'unità in nostro possesso, da 240 GB, monti in realtà 16 chip NAND Flash da 16 GB ciascuno, per un totale di 256 GB.

Questa tecnica si chiama overprovisioning e consiste appunto nel fornire un'unità che contenga dello spazio aggiuntivo, che può essere sfruttato all'occorrenza da queste tecnologie di sicurezza. Ora però il nuovo SandForce SF-2281 necessita di meno del 6 % dello spazio totale per effettuare tali operazioni, mentre la serie SF-1200 necessitava di oltre l'11 %.

DURAWRITE, TRIM e WEAR LEVELING

Un altro problema delle memorie NAND Flash è che hanno un ciclo limitato di riscritture e questo numero tende a diminuire man mano che il processo litografico diventa più spinto. A 25 nm il ciclo previsto è di 5000 riscritture. Inoltre in una memoria NAND Flash le celle non sono scritte sempre tutte in maniera omogenea e ciclica, ma accade invece spesso che alcune siano riscritte un maggior numero di volte delle altre e possano quindi raggiungere prima il proprio limite di scrittura, rendendo di fatto il disco inutilizzabile in un tempo minore di quello teorico previsto.

Per ovviare a tale problema esiste una tecnologia chiamata Wear Leveling che tiene traccia di quali celle siano già state scritte e quante volte e smista di conseguenza i dati in modo da sfruttare tutte le celle nella maniera più omogenea possibile.

L'OCZ Vertex 3 inoltre supporta nativamente anche il comando Trim, implementato nei sistemi operativi di nuova generazione proprio per meglio interagire con gli SSD. Sostanzialmente il comando disabilita automaticamente le operazioni di deframmentazione (una serie di letture e scritture per ottimizzare i dati, che appunto su un SSD non solo non sono necessarie ma addirittura dannose) e risolve un altro problema, sempre legato alla necessità di limitare letture e scritture. In un normale HDD, infatti, quando si cancella un file, questo è cancellato solo logicamente, per rendere cioè disponibile lo spazio occupato a nuove scritture: solo quando ciò avverrà il dato sarà realmente cancellato perché sovrascritto da dati nuovi.

Se un sistema operativo però gestisse le cose allo stesso modo con un SSD, ciò porterebbe a una miriade di micro operazioni che al tempo stesso peggiorerebbero le prestazioni del disco e ne diminuirebbero la durata nel tempo. TRIM quindi fa in modo che la cancellazione logica e quella fisica coincidano in un’unica operazione. Ma il controller SandForce ha anche una tecnologia proprietaria, sempre mirante a diminuire il più possibile i cicli di scrittura e lettura, chiamata DuraWrite e presente già nella generazione precedente, ma qui ulteriormente migliorata. In pratica si tratta dell'implementazione di un particolare algoritmo di compressione on-the-fly, che riduce la quantità di dati che devono essere scritti sul drive. In questo modo, secondo SandForce, 20 GB di dati possono essere scritti in non più di 10 GB di spazio.

Infine il nuovo SandForce presenta migliori caratteristiche di sicurezza dei dati rispetto alla serie precedente, grazie all'integrazione della tecnologia TCG OPAL a 256 bit per la cifratura di tipo AES dei dati (il SandForce SF-1222 si fermava a 128 bit) e a un motore ECC di correzione di controllo errore migliorato.

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