Più di una volta, in un passato relativamente recente, le potenzialità di Samsung nell’approccio a nuovi mercati sono state sottovalutate. L’azienda coreana oggi è leader in molti dei settori dell’elettronica di consumo più gettonati, dalle TV agli smartphone, senza contare tutti gli elettrodomestici, i computer, le fotocamere, gli Hi-Fi, Blu-Ray e ancora e ancora. Stiamo imparando a non prendere più sottogamba la capacità e la tenacia della coreana e uno degli esempi più recenti lo si ritrova nel campo delle memorie di massa allo stato solido. Dopo un lungo periodo di produzione di componenti per terzi, l’azienda ha messo a frutto il know-how e la capacità produttiva per far tutto da sè. Aprendo un SSD di marca Samsung si noterà che il nome è riportato su tutti i principali componenti, ovvero controller, DRAM e NAND. Non è una cosa così frequente come si potrebbe immaginare e mi risulta che solo Intel sia in grado di eguagliarla in tal senso. Un approccio del genere richiede uno sforzo non indifferente, sia sul piano dell’hardware che del software, perché si deve anche realizzare un firmware in grado di gestire al meglio i dati ottimizzando prestazioni e longevità. Se si acquistano e si assemblano componenti di terze parti è molto più facile arrivare sul mercato con un prodotto di buon livello al primo colpo mentre Samsung si è fatta strada molto lentamente. I primi dischi della serie 470 erano assolutamente inadeguati rispetto la concorrenza e sono stati quasi completamente ignorati da utenti e produttori. Il secondo tentativo si è concretizzato, più intelligentemente, dietro le quinte, realizzando SSD OEM destinati a far parte della dotazione di serie di alcuni computer, tra cui i vecchi MacBook Air. Con un bagaglio di esperienze più o meno riuscite alle spalle, Samsung si è ripresentata al pubblico con un la serie 830 e questa volta è stato un successo. Nel 2012 i suoi SSD sono risultati tra i più venduti ed apprezzati, sia in ambito Mac che PC (risultati della ricerca SSD e Mac) e le ragioni le ho illustrate in occasione della recensione.

Forte dell’importante traguardo raggiunto, Samsung ha progettato e realizzato ulteriori passi avanti con la serie 840 Pro. Per questo nuovo modello si è inaugurato il processo produttivo a 21nm, progettato un nuovo controller e raddoppiata la quantità di DRAM che lavora anche su una banda il 33% più veloce. Il risultato è un miglioramento a 360° del prodotto, influenzando positivamente ogni aspetto, compresa la scrittura di blocchi casuale da 4k la quale risulta più che raddoppiata a parità di modello, passando da 36.000 IOPS a 90.000 IOPS nel taglio da 256GB. Come ho avuto modo di ricordare in numerosissime circostanze, le velocità massime nel sequenziale hanno un peso minore rispetto i miglioramenti relativi al casuale di piccolo taglio. Quell’effetto “boost” che si nota immediatamente passando da un HDD ad un SSD non è tanto dovuto al fatto che questo segni velocità massime di 250MB/s o 500MB/s, quanto dal passaggio da un sistema meccanico in cui i piccoli blocchi letti e scritti per far funzionare un computer (semplifico qui un ragionamento più complesso esplicato già numerose volte) richiedono il movimento di piatti e testine ad uno statico in cui ogni accesso avviene a livello elettrico.

Al fianco della serie 840 Pro, declinata nei classici tagli da 128/256/512GB, Samsung ha creato una seconda e più economica variante denominata 840. Soluzioni analoghe le abbiamo già viste da molti altri brand che frequentemente producono, con gli stessi componenti di base, una versione top di gamma ed una entry-level in cui cambiano solo le NAND. Un esempio concreto sono gli OCZ Vertex ed Agility, in cui il primo impiega le più veloci e costose memorie sincrone mentre il secondo quelle asincrone (maggiori dettagli nella recensione dell’Agility 3). In un primo momento si credeva che la stessa logica fosse stata impiegata da Samsung ma poco dopo la presentazione è emerso un particolare importante, ovvero che l’840 (che si distingue dal Pro solo leggendo l’etichetta sul retro) è il primo SSD ad essere disponibile sul mercato in cui vi sono NAND di tipo TLC.

A fine del 2011 OCZ fu tra i primi ad ipotizzare l’utilizzo delle TLC per abbattere i costi dei dischi allo stato solido ma di cosa si tratta essenzialmente? In primo luogo è bene chiarire che non sono chip NAND più economici in senso assoluto perché la loro principale fonte di “risparmio” non deriva dall’hardware ma dalla resa per cella. I primi SSD (e molti di quelli attuali destinati al settore enterprise) utilizzano le SLC, dove ogni cella memorizza un bit grazie a due stati elettrici che riproducono altrettante possibilità: 0 e 1. Dopo le Single Level Cell la ricerca dell’ottimizzazione e del risparmio ha portato alle MLC (Multi Level Cell) dove con quattro stati si riescono a memorizzare due bit. Con il doppio delle informazioni su ogni chip NAND il costo vivo della memoria si dimezza (sul totale dell’SSD incide ovviamente in misura minore) e grazie a questa innovazione è stato possibile presentare i dischi allo stato solido in modo massiccio anche nel settore consumer a basso costo. Il successivo passo si è concretizzato l’anno scorso con il Samsung 840, la prima unità basata su TLC a cui faranno seguito molte altre. Con le Three Level Cell si memorizzano 3 bit per cella e questo richiede un voltaggio in grado di “disegnare”, metaforicamente parlando, 8 diversi stati (2³ o 2x2x2). Oltre all’ulteriore riduzione dei costi per GB, un’altra curiosità è che si scardinano i tradizionali multipli con cui siamo abituati a ragionare nel mondo dell’informatica, poiché i tagli non saranno più esattamente di 16, 32, 64, 128, ecc… anche se Samsung li ha arrotondati in comprensibili 120GB, 250GB e 500GB mantenendo un’area di sicurezza del 7% (utilizzata automaticamente per sopperire all’eventuale “morte” di alcune celle).

In un articolo del 2011 avevo affrontato l’argomento con toni piuttosto scettici, ben evidenti fin dal titolo “SSD: la qualità a rischio per la competitività“. Si ragionava solo in via teorica non avendo nessun prodotto concreto da testare ma i miei dubbi non erano relativi all’hardware quanto alle scelte dei produttori. Partendo dall’eccellenza in termini qualitativi, rappresentata dai dischi con NAND SLC, non sarebbe stato meglio perseguire una logica di produzione che potesse portare ad un abbattimento dei costi di quelle soluzioni piuttosto che ricercare l’economicità nella riduzione della qualità? Che l’avanguardia tecnologica abbia un prezzo elevato è cosa risaputa ma in ogni settore ho sempre visto che i prezzi delle “novità” sono destinati a ridursi e a diventare popolari dopo un certo periodo. La stessa tecnologia, non un derivato più economico. Che ne sarebbe stato dei televisori LCD se i primi modelli, cari e con prestazioni ridicole, fossero peggiorati ulteriormente per raggiungere il mercato mainstream? Invece abbiamo visto che gli LCD sono migliorati anno dopo anno, che i precedenti sono diventati più economici, si è allargata la base di vendita, fatturato quel che si doveva per investire e migliorare il prossimo anno e con il tempo e le economie di scala, oggi arriviamo a comprare LCD da 60″ di qualità mille volte superiore a quella dei primi esemplari, a prezzi infinitamente inferiori. La stessa identica cosa che ci si augura possa avvenire nei prossimi anni con i TV OLED. Tutto questo discorso non sta avendo un riscontro diretto anche nel mercato degli SSD, dove i prezzi si stanno sì riducendo ma contemporaneamente al progressivo scalare della tecnologia. Le motivazioni vanno ricercate in due diversi ambiti, il primo è che i costi di produzione non sembrano andare riducendosi più di tanto e il secondo è che si è lavorato e si sta lavorando molto per migliorare l’affidabilità di MLC e TLC.

Nella nostra ricerca sugli SSD si è evidenziata una quantità di prodotti danneggiati del 3%, che include sia quelli difettosi dalla fabbrica che quelli che hanno smesso di funzionare in seguito. Essendo prodotti ancora relativamente giovani è impossibile avere dei dati reali sulla propria vita effettiva, ne potremo riparlare tra una decina d’anni forse, ma per avere una valutazione il più possibile realistica sulla vita media di un disco allo stato solido si effettuano dei calcoli piuttosto interessanti. Ogni volta che si modifica il voltaggio di una cella questa si deteriora a livello fisico, seppure con unità di misura infinitesime. La misurazione di questa quantità consente di stimare i cicli di scrittura (o cancellazione) che quella cella può “reggere” e questi vengono più o meno indicati in 100.000 per le SLC, 3.000 per le MLC e 1.000 per le TLC. La scala rende immediatamente chiara la differenza di affidabilità teorica delle tre tipologie e le ragioni per cui si continuano ad impiegare SLC quando si deve ottenere la massima sicurezza a livello enterprise (ad esempio per le scatole nere degli aeroplani militari).

Senza dilungarsi in eccessivi tecnicismi, il motivo per cui una memoria con tre bit per cella si deteriora più facilmente di quella con un due o uno solo è facilmente intuibile, perché questa viene ovviamente sottoposta a maggiori sollecitazioni elettriche. È altrettanto vero, però, che mentre i produttori stanno preferendo MLC e TLC, stanno contemporaneamente affinando numerosi dispositivi logici ed elettronici per ridurre ed ottimizzare i cicli di scrittura ed aumentare la vita di queste memorie migliorando la loro resistenza. Purtroppo anche in questo caso non si possono avere dei dati certi ma si ipotizza che il DSP (digital signal processing) possa riuscire a far sopportare alle NAND fino a 20 volte i cicli di scrittura standard.

Ho trovato lo spunto per un calcolo interessante su Anandtech. Considerando i 1.000 cicli di base delle TLC, il Samsung 840 da 500GB che ho testato su MacBook Pro 13 2012 (recensione) avrebbe a disposizione 500 x 1000 = 500.000 GB da scrivere prima di estinguere il suo arco vitale. Se consideriamo un utente che scrive 10 GB al giorno (che non sono neanche pochi) e di valuta un fattore di amplificazione di 10x (perché anche mentre si avvia il sistema o si lancia un’applicazione si scrivono dati in background) si raggiunge una durata temporale di 500.000 / 100 = 5000 giorni, ovvero circa 14 anni. Non sono moltissimi dite? Beh, non sono neanche pochi, ma se si considera che anche solo il DSP lavori per il 25% di quanto dichiarato (con aumento dei cicli sostenibili di 5 volte e non 20) si raggiungono 14 * 5 = 70 anni. Sono solo numeri e stime, tuttavia il problema del rapido declino del disco potrebbe essere così largamente scongiurato.

Per quanto riguarda le prestazioni l’unità è andata davvero bene, rapida nella prova “a pelle” fin dall’avvio e con numeri davvero impressionanti in quanto a velocità massime nella lettura sequenziale. I test nel casuale sono andati altrettanto bene e superano quasi sempre quelli del precedente 830, realizzato con MLC ma con costi ancora oggi più elevati dell’attuale 840 (non Pro). Per motivi fisici legati alla struttura delle TLC esiste una maggiore latenza in alcune operazioni di scrittura/cancellazione (circa il 50% in più delle MLC) che rende l’unità meno indicata per carichi particolarmente impegnativi, continuativi e stressanti per il disco. Sia chiaro che il 50% in più è riferito a tempi nell’ordine di pochissimi ms, per cui evidenziabili prevalentemente (o esclusivamente?) dai benchmark.

Sempre in ragione dei minori cicli di scrittura disponibili delle TLC, il garbage collector del Samsung 840 ha un approccio conservativo e non aggressivo il quale viene coadiuvato dal TRIM. Su Mac questo non è notoriamente disponibile per dischi di terze parti ma io l’ho abilitato con TRIM Enabler.

Conclusioni

Fin da principio il mio approccio verso le NAND TLC non è stato dei migliori ma l’impegno per migliorarne durata ed affidabilità sembra aver dato buoni frutti e grazie a ciò Samsung ha potuto realizzare un SSD capiente ed economico. Per il taglio da 500GB si spendono anche meno di 300€ (a seconda dello store e del giorno) e per quanto non sia una cifra irrisoria è circa 100€ più bassa rispetto i più economici MLC. Ovvio che il modello 840 Pro offre maggiori prestazioni e durabilità, anzi è probabilmente il miglior disco su piazza al momento, ma per un utente privato e per il mercato mainstream in genere è tra le soluzioni più interessanti finora viste, specie nel taglio da 500GB. Sicuramente molto meglio di quello che avrei potuto immaginare due anni fa. Un aspetto negativo per noi utenti Mac è che Samsung, come tante altre per la verità, realizza i suoi software di gestione solo per il mondo Windows (non per nulla chi acquista un 840 o 840 Pro entro il 28 febbraio potrà anche avere l’upgrade gratuito all’ultima versione del sistema operativo di redmond con la promozione attiva).

[AGGIORNAMENTO] Per quanto riguarda l’aggiornamento del firmware esistono ormai i file ISO che permettono di eseguire la procedura anche su Mac (grazie a @DandyDiStefano per la segnalazione).