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Che cos’è una memoria flash?

Pagina 2: Che cos’è una memoria flash?
Abbiamo analizzato il Sandisk SSD 5000, il primo drive flash completo e disponibile sul mercato. Quali sono i punti di forza e quelli deboli di questa tecnologia? Dopo una serie di benchmark il quadro si fa più chiaro.

Che cos’è una memoria flash?

Tutti parlano delle memorie flash, ma sono pochi gli utenti che sanno come lavorano. La parola flash nasconde una tecnologia di memoria su silicio basata su elettroni, capace d’immagazzinare permanentemente informazioni trattenendo gli elettroni all’interno di quelli che sono chiamati transistor floating-gate. A seconda della tensione di soglia della cella flash, il transistor rimarrà isolato o inizierà a condurre. Le celle a livello singolo (SLC flash) hanno unico un livello di tensione, mentre la memoria flash con celle multi livello (MLC) sono capaci d’immagazzinare più bit per cella. I transistor flash si logorano con l’uso e offrono generalmente tra i 10.000 e i pochi milioni di cicli di scrittura. Molti prodotti flash integrano algoritmi wear-leveling che assicurano che tutte le celle si consumino uniformemente per massimizzare la vita del prodotto. Lo svantaggio può risultare in un’esecuzione abbastanza stravangante.

Ci sono due tecnologie di memoria flash: NOR e NAND. Il primo termine indica che un’uscita alta (1) è il risultato di due uscite – control gate e floating gate – basse (0). Se una o entrambe sono alte (1), non scorrerà corrente. Con la memoria SLC flash, i dati immagazzinati sono ricostruiti controllando se la corrente scorre attraverso il transistor oppure no. Nel caso delle MLC, il quantitativo di corrente è usato per determinare il preciso livello di carica del floating gate. La memoria flash NOR può essere completamente indirizzata attraverso un bus esterno per le operazioni di lettura, ma mostra tempi di scrittura e cancellazione abbastanza lenti, perché le operazioni di scrittura e cancellazione sono effettuate a blocchi. Inoltre, il tipo NOR non ha l’amministrazione dei blocchi errati – e di questo dovrà prendersi carico il sistema host. NOR è la tecnologia flash ideale per l’archiviazione non volatile e a lungo termine tipica di firmware o BIOS.

A differenza delle NOR, le NAND permettono lo scorrere della corrente se uno dei due input è alto (1). Le memorie flash NAND non possono essere indirizzate cella per cella, ma devono essere lette e scritte più o meno come gli hard disk; la cancellazione inoltre lavora blocco per blocco. Per questo motivo è richiesto un controller per accedere alla flash NAND in modo corretto, il quale generalmente si prende cura anche dell’amministrazione dei blocchi errati. La NAND è usata per le schede di memoria e i dispositivi di elettronica di consumo e grazie al controller, i produttori possono ottimizzare facilmente la loro produzione in uscita marchiando i blocchi errati e progettando un numero più grande di blocchi di riserva. Il risultato è che un dispositivo di memoria flash da 4 GB avrà tipicamente almeno centinaia di megabyte di memoria di riserva per sostituire i blocchi errati che potrebbero rivelarsi nel tempo. L’operazione della NAND è così più efficiente e incrementa la densità dei dati permettendo un miglior uso della capacità esistente. Questo è dovuto al fatto che molte celle possono essere utilizzate come pezzi di scorta. In questo modo se il prodotto avrà dei blocchi errati, l’utente non verrà mai a saperlo.

Flash ovunque

I prodotti flash per l’archiviazione possono essere trovati in quasi tutti i segmenti del mercato. La memoria flash è stata prima utilizzata per immagazzinare le informazioni di BIOS e firmware, ma con il tempo ha visto crescere enormemente il suo uso in quelle applicazioni dallo storage flessibile (pensate alle chiavette portatili USB flash) e persino per lo storage permanente. La memoria flash ha iniziato a essere integrata fisicamente negli hard disk, trasformandoli nei cosiddetti hard disk ibridi (H-HDD), dischi fissi convenzionali con piatti rotanti che hanno almeno 128 MB di memoria flash per permettere al sistema operativo di utilizzarli sia come memoria cache che come spazio di archiviazione permanente. Questa innovazione permette alle testine del drive di potersi fermare e ridurre il logorio meccanico e i consumi generali del disco.

Infine la memoria flash si sta facendo strada nel segmento tradizionale dei drive. Per esempio, hard disk solo flash da 1.8" e 2.5" sono presenti da diversi mesi, ma la basse capacità e gli alti costi non ne hanno facilitato la diffusione ad eccezione del mercato di fascia alta. Dato che il rapporto costo per bit continua a scendere, il futuro dei dischi flash è chiaro. Quasi tutti i produttori di memoria sono pronti a offrire dispositivi con capacità  da 6 a 32 GB, ed è solo questione di tempo che dischi da 64 GB e 128 GB raggiungano un buon prezzo. Tuttavia, aspettatevi di sborsare almeno 400 dollari per un disco da 32 GB flash.