Controller, SDRAM e memoria NAND Flash Toggle-mode
L'esame del PCB ci permette di evidenziare una delle peculiarità degli SSD Samsung: il drive è progettato e prodotto interamente negli stabilimenti della Casa coreana, utilizzando esclusivamente componenti marchiati Samsung. Un dato eccezionale nell'attuale panorama dello storage allo stato solido ma non del tutto imprevedibile, se si pensa che la divisione Semiconduttori di Samsung è il principale fornitore di memorie al mondo.
È un approccio che ha innegabili vantaggi in termini di efficienza ed affidabilità nel tempo, riducendo al minimo il rischio di problemi di compatibilità e consentendo di intervenire con tempestività con aggiornamenti del firmware per risolvere eventuali inconvenienti che dovessero presentarsi nell'uso continuato.
Il controller riveste un ruolo fondamentale nel determinare efficienza, affidabilità, durata e prestazioni di un drive SSD. I drive Samsung serie 830 adottano un nuovo controller proprietario, contrassegnato dal seriale Samsung S4LJ204X01-Y040. Nella fattispecie, sappiamo che si tratta di un controller MCX con 3 core ARM9, ma il produttore coreano per il momento non ha diffuso dettagli circa le ragioni di questa scelta. Sappiamo solo che, in base alle ricerche effettuate, sarebbe risultato che una configurazione a 3 core riesce ad assicurare le migliori prestazioni perché c'è sempre un core libero per eseguire eventuali operazioni in background.
Il controller fa da tramite fra i moduli NAND Flash e l'host (il nostro PC): da un lato integra i circuiti necessari per l'interfaccia SATA III, dall'altro esegue una serie di operazioni sulle memorie, che comprendono non solo la lettura e la scrittura ma anche il controllo di errori, la Garbage Collection, il Wear leveling ed altre funzioni che esamineremo nella prossima sezione.
Al pari di altri controller di ultima generazione, come il Marvell 9174 ed il SandForce 2281, anche il controller degli SSD Samsung serie 830 ha 8 canali, un numero pari a quanti sono i moduli di memoria NAND Flash. Infatti, per quanto siano migliorati, i moduli di memoria NAND Flash presi singolarmente non sono velocissimi; per ottenere prestazioni fulminee è quindi indispensabile adottare un'architettura multicanale che possa sfruttare i vantaggi del parallelismo.
Il multi-channeling è anche alla base di una tecnologia ideata per incrementare ulteriormente le prestazioni dei drive SSD: l'interleaving. Tipicamente il processo di lettura/scrittura (programmazione) all'interno delle memorie NAND avviene in più fasi, così il controller può distribuire il carico di lavoro fra i vari canali in modo tale da avere un flusso di dati il più possibile continuo.
Gli SSD hanno una struttura differente dagli hard disk magnetici tradizionali, pertanto è necessaria una mappa che permetta di sapere in ogni momento a quali indirizzi fisici sulle memorie Flash corrispondono gli indirizzi logici (LBA). Nel caso del nostro Samsung SSD 830, si è optato per uno schema page-mapping, che assicura migliori performance rispetto allo schema block-mapping, ma richiede un adeguato buffer di memoria. Questo ruolo è svolto da un modulo di memoria SDRAM DDR2-800 da 256MB, modello K4T2G314QF-MCF7.
L'area di storage è composta da 8 moduli da 32GB, marchiati Samsung K9PFGY8U7A-HCK0, che rappresentano lo stato dell'arte per quanto riguarda quest'architettura di memoria, perché adottano un nuovo processo litografico con miniaturizzazione "nella classe dei 20nm" (la dimensione esatta è una informazione su cui gli ingegneri Samsung mantengono un certo riserbo) e sono basati sulla seconda generazione dell'interfaccia Toggle DDR (Toggle DDR 2.0).
Grazie al nuovo processo produttivo è possibile avere una densità di memoria di 64Gb (8GB) per singolo die. Ciascun modulo NAND Flash del nostro SSD Samsung serie 830 è composto da 8 die da 4GB, mentre il modello top di gamma, con capacità di 512GB, utilizza moduli da 64GB con 8 die da 8GB. In entrambi i casi, la maggiore densità dei nuovi chip di memoria permette di saldare tutti i moduli sul lato frontale del PCB e di ottenere il risultato di uno spessore di 7mm per l'intero drive SSD.
La caratteristica dell'interfaccia DDR Toggle è quella di trasferire dati sia nel fronte di salita del clock che in quello di discesa, dimezzando il tempo necessario per eseguire un ciclo di memoria rispetto all'interfaccia SDR (base). Samsung e Toshiba hanno iniziato a produrre memorie NAND Flash basate sulla versione 1.0 dell'interfaccia Toggle DDR nel 2010, riuscendo così a raggiungere una velocità di 66Mbps nelle memorie SLC e 133Mbps nelle memorie MLC.
La versione più recente, Toggle DDR 2.0, raddoppia ulteriormente la velocità dell'interfaccia fino a circa 400 Mbps (approssimativamente il doppio della bandwidth garantita dall'interfaccia concorrente ONFI 2.1, e pari alla bandwidth dell'interfaccia ONFI 3.0, annunciata a marzo, ma che finora non è ancora stata implementata in alcuna soluzione commerciale).
