Flash e hard disk: tecnologie in concorrenza?

di Angela Rossoni

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Le memorie flash di nuova generazione sono in grado di fare concorrenza agli hard disk nei PC portatili. Si risparmia la batteria e si riducono i danni e le perdite irreversibili di dati. Il problema? Il costo

Dopo aver eliminato i floppy disk dal mondo dei PC, le flash stanno ora prendendo il posto dei tradizionali dischi rigidi. Le schede di memoria flash hanno già sostituito gli hard disk da un pollice in numerosi dispositivi portatili, come i lettori MP3, compreso il popolare iPod di Apple. Esse trovano vasto impiego in apparecchi consumer come telefoni cellulari, PDA, fotocamere digitali, camcorder, chiavi USB, terminali POS, stampanti laser, navigatori GPS e console per videogiochi.

Grazie ai notevoli miglioramenti nelle prestazioni e alla riduzione costante del prezzo di fabbricazione delle memorie, alcuni produttori hanno pensato di usarle nei notebook, in sostituzione degli hard disk.

L’ingresso dei dischi flash allo stato solido (F-SSD o Flash-Solid State Disk) nel mercato dei PC, ha avuto luogo a partire dal 2006. La società di analisi Gartner prevede che nel 2007 saranno commercializzati 4 milioni di F-SSD per notebook, che saliranno a 23 milioni di unità nel 2010. Entro il 2013 i F-SSD si troveranno all’interno del 50 % dei PC portatili in commercio.

Figura 1: memorie Flash di Sandisk

memorie Flash di Sandisk

Ciò nonostante, Gartner prevede un futuro roseo per gli hard disk: nel 2009 ne saranno vendute 600 milioni di unità, contro i 435 milioni del 2006. Le vendite di hard disk aumenteranno del 17 % entro la fine di quest’anno, trainate anche da una buona crescita della domanda degli hard disk esterni.

La società di analisi ISupply stima che nel 2006 sono stati venduti 2,6 milioni di hard disk esterni, in aumento del 37 % rispetto al 2005. La crescita vertiginosa della quantità di file e di dati memorizzati nelle aziende e nelle abitazioni, rende necessaria la presenza di un unico dispositivo di backup centralizzato. Inoltre, acquistando un subnotebook con 32 o 64 gigabyte di disco flash, l’utente avrà bisogno molto probabilmente anche di un hard disk esterno per l’archiviazione dei dati e dei file e per il backup.

I dischi flash infatti non possono competere con gli hard disk nei prezzi e nella capacità. I primi hard disk da 1 Terabyte da 3,5 pollici sono in commercio da questa primavera, al prezzo di 500 dollari. Per contro, l’inserimento di una memoria SSD da 32 Gigabyte in un notebook potrebbe incrementare il prezzo per l’utente finale di circa 600 dollari (500 euro) nella prima metà di quest’anno. Quest’anno i SSD da 32 Gigabyte saranno disponibili per solo 350 dollari, lo stesso prezzo di un hard disk convenzionale da 350 Gigabyte. Gli hard disk da 200 Gigabyte sono disponibili a meno di 200 dollari. Entro il 2012 sarà possibile acquistare un hard disk da 1 Terabyte con la stessa cifra.

Flash e hard disk a confronto

I primi hard disk allo stato solido (SSD o Solid State Disk) sono stati sviluppati negli anni ’80, ma per diversi anni i costi proibitivi ne hanno limitato la diffusione in applicazioni di nicchia in campo militare e aerospaziale e dalle aziende di telefonia, che esigevano prestazioni elevate ed affidabilità anche in condizioni ambientali avverse. Verso la fine degli anni ’80 un disco allo stato solido da 4 Mbyte costava ben 125.000 dollari. Attualmente esistono tre categorie di SSD in commercio: in tecnologia DRAM (D-SSD), SRAM (S-SSD) e flash (F-SSD). Sono in particolare i F-SSD, realizzati tipicamente in tecnologia flash NAND, ad essere diventati molto competitivi con gli hard disk in diverse applicazioni.

I Solid State Disk (SSD) sono compatibili elettricamente, meccanicamente e nel software con gli hard disk magnetici (HDD). La differenza è che all’interno dei SSD si trova un chip di memoria al posto del sistema di memorizzazione meccanico usato negli hard disk magnetici. Un HDD è costituito da un supporto rigido con un rivestimento multistrato che comprende film magnetici, conduttori, strati isolanti e lubrificanti. Il disco gira e delle testine rilevano lo stato magnetico di piccole aree del disco, su cui sono memorizzati i bit di informazione. La massima densità di capacità è di oltre 300 Gbit per pollice, che potrebbero arrivare fino a 10 volte tanto nel giro dei prossimi 5-7 anni con le nuove tecnologie avanzate di registrazione, come quella “perpendicolare”, che allinea cioè i bit di memoria in direzione verticale rispetto alla superficie del disco, rimuovendo così i limiti fisici dei tradizionali hard disk magnetici. Per contro, i SSD basati su tecnologia flash NAND sono disponibili sul mercato con una capacità massima di 64 Gbyte per applicazioni enterprise.

In termini di affidabilità, gli hard disk convenzionali si dimostrano nettamente inferiori. I SSD assicurano l’integrità dei dati anche in condizioni estreme di temperatura, fra – 55 °C e 95 °C.

Figura 2: memorie Flash per notebook

La resistenza agli urti è da 2 a 10 volte superiore rispetto a quella degli hard disk magnetici; i dischi flash possono cadere da un’altezza di 4 metri senza riportare alcun danno. In pratica, si romperebbe il notebook prima dell’SSD drive. Gli hard disk tradizionali durano tipicamente 5 anni in relazione ai guasti che si possono verificare alle parti meccaniche. Per i dischi flash invece, la ritenzione dati è di almeno 10 anni e la durata è garantita per 100.000 operazioni di scrittura e cancellazione.

I SSD sono inoltre caratterizzati da un MTBF (Mean Time Between Failure) di 3 milioni di ore, almeno 3 – 4 volte superiore rispetto a quello degli hard disk. Questo contribuirebbe a ridurre i costi associati al crash degli hard drive che, secondo Gartner rappresenta il 45 % dei guasti hardware riscontrati nei notebook e comporta un danno notevole per le aziende con la perdita di dati sensibili. I produttori di dischi flash adottano alcuni metodi per aumentare la vita operativa dei propri SSD, basati ad esempio su algoritmi di bilanciamento e di livellamento dell’usura. Questi monitorano il numero di volte in cui ciascun blocco di memoria è stato scritto e, quando necessario, trasferiscono in background (quindi senza impattare sulle prestazioni del sistema) i dati su un altro blocco, estendendo considerevolmente la durata del supporto SSD. Eventuali blocchi difettosi sono mappati, proprio come avviene negli hard disk magnetici.

Un altro grosso vantaggio dei SSD è dato dai consumi, che sono dal 70 % al 90 % inferiori rispetto a quelli degli HDD tradizionali, dato che il loro funzionamento non richiede di attivare parti meccaniche o supporti rotanti. Di conseguenza i SSD possono prolungare la durata delle batterie, generano molto meno calore e non richiedono l’uso di ventole o di dissipatori di grandi dimensioni, consentendo al limite di realizzare PC fanless, ossia senza ventole di raffreddamento, con grandi vantaggi in termini di affidabilità, ingombro e durata. Oltretutto i SSD pesano meno della metà degli HDD: un tipico hard disk da 1,8 pollici pesa circa 50 grammi, mentre un SSD appena una ventina, a parità di capacità, oltre ad essere molto più silenzioso.

I SSD di ultima generazione possono avviare Windows Vista Enterprise in 30 secondi rispetto ai 50 secondi di un PC con hard disk. La velocità e di lettura e di scrittura è rispettivamente doppia e superiore del 60 % rispetto a quella degli hard disk e la velocità di lettura casuale è addirittura 100 volte superiore, un dato questo che influenza sensibilmente i tempi di caricamento del sistema operativo e delle applicazioni. I SSD infatti consentono di accedere direttamente ai dati in modo casuale e non richiedono la sincronizzazione di una testina con un disco rotante per le operazioni di lettura e di scrittura.

Il grosso svantaggio della tecnologia SSD rimane il costo, che è una delle ragioni che ne ha frenato la diffusione. Il rapporto di fra il prezzo per gigabyte dei SSD e quello degli hard disk magnetici è di almeno 50 a 1. Occorre inoltre considerare che il prezzo finale dei SSD include oltre al costo legato alla pura capacità anche il costo dei controllori che gestiscono le operazioni di lettura, scrittura e cancellazione della memoria, i blocchi guasti e la correzione degli errori; il costo del package e dei connettori SATA che fanno apparire il disco flash identico a un hard disk tradizionale. Nonostante i prezzi più alti, risulta vantaggioso usare i SSD nei notebook per via dei vantaggi in termini di prestazioni e di consumi. Risulterà conveniente adottare i SSD nei PC desktop solo quando il loro costo per Gigabyte scenderà almeno al di sotto di 3 dollari.

SSD al posto degli hard disk: ecco i notebook

Alcuni fra i principali produttori di notebook offrono versioni dei propri prodotti dotati di dischi flash al posto degli hard disk.

Lo scorso Aprile, Dell ha annunciato la disponibilità di dischi SSD di Samsung in formato da 1,8 pollici, con la capacità di 32 Gigabyte, nei propri modelli di notebook Latitude D420 ultra-mobile and D620 ATG semi-rugged. I nuovi drive hanno la stessa forma, le stesse dimensioni e usano degli stessi connettori degli hard disk tradizionali. Essi inoltre migliorano le prestazioni del notebook del 23 % e riducono il tempo di boot del 34 % rispetto ai modelli Latitude D420 e D620 ATG dotati di hard disk. I nuovi drive SSD sono in commercio negli Stati Uniti al prezzo di 549 dollari e saranno presto disponibili anche in Europa e in Asia.

Figura 3: notebook Dell Latitude 420

Fujitsu offre i modelli P1610 e B6210 ultra-portable con dischi flash da 16 e da 32 Gigabyte, prodotti da Samsung. Sony mette a disposizione una versione dei propri PC portatili UX90 con un SSD da 16 Gigabyte.

I notebook ultraleggeri Dynabook SS RX1 di Toshiba, che sono spessi appena 19,5mm e pesano appena 848 grammi (compreso il lettore di dischi ottici), 100 grammi in meno dei laptop Vaio G di Sony lanciati alla fine del 2006, incorporano un SSD da 64 Gigabyte al posto dell’hard disk. Il modello inoltre garantisce una durata della batteria di oltre 12 ore; sarà disponibile inizialmente in Giappone dal 22 Giugno.

Fra i produttori di SSD per l’uso nei PC portatili, figurano sia i colossi SanDisk e Samsung, sia “new-entry” come Pny Technologies, società più nota per le schede grafiche VGA per videogiochi e per usi professionali e per le memorie DRAM per l’upgrade dei PC.

Dischi flash e hard disk possono anche coesistere all’interno dei PC, in configurazioni “ibride”. IDC prevede che gli hard disk ibridi rappresenteranno il 35 % di tutti gli hard disk commercializzati nel 2010. I dischi ibridi offrono parte dei vantaggi dei SSD in termini di velocità, consumi e robustezza, a una frazione dei costi di questi ultimi. La funzione SuperFetch, introdotta da Microsoft in Windows Vista, consente di sfruttare le proprietà dei dischi ibridi per caricare programmi e file molto più velocemente che sotto Windows XP.

A Marzo di quest’anno, Samsung ha presentato il modello MH80 di hard disk magnetico ibrido da 2,5 pollici, con capacità da 80, 120 e 160 Gbyte, che integra una flash da 128 o da 256 Mbyte con la funzione di memoria tampone (buffer) permanente. Una versione con 1 Gigabit di memoria flash sarà disponibile entro la fine di quest’anno. Samsung collabora con Microsoft dal 2003 per la realizzazione di hard disk ibridi in grado di abbattere i consumi riducendo l’attività degli hard disk e il tempo di boot del sistema operativo. Anche Seagate ha avviato da Marzo la produzione degli hard disk ibridi Momentus da 2,5 pollici con capacità da 160 Gigabyte, dotati di una memoria flash con funzione di cache da 256 MB; le versioni da 512MB saranno introdotte a partire dalla seconda metà del 2007, seguite dal taglio da 1GB. Samsung e Seagate, assieme a Fujitsu, Hitachi, e Toshiba hanno fondato a Gennaio di quest’anno la Hybrid Storage Alliance finalizzata a promuovere la diffusione degli hard disk ibridi.

Figura 4:  Flash hard disk secondo Samsung

Flash hard disk secondo Samsung

Sempre a marzo, Intel ha annunciato la famiglia di prodotti Z-U130 Value Solid State Drive (VSSD) in tecnologia flash NAND, disponibile in densità da 1, 2, 4 fino a 8 Gigabyte (quest’ultimo taglio sarà disponibile da Dicembre di quest’anno), in grado di contenere un intero sistema operativo. I VSSD sono disponibili sotto forma di piccole schede di espansione che si connettono alla scheda madre del PC attraverso un’interfaccia USB 1.1 o USB 2.0. Essi hanno la funzione di cache dell’hard disk per ridurre i consumi e per accelerare il tempo di boot dei PC e il caricamento dei programmi, migliorando la velocità di accesso casuale ai file di 22 volte. La soluzione offerta da Intel si differenzia sia dai SSD che sostituiscono gli hard disk, sia dagli hard disk ibridi, mirando a contenere al massimo i costi di produzione. I portavoce Intel non hanno ancora reso noti i prezzi dei suoi Z-U130 per gli OEM, ma hanno affermato che già entro l’estate il modello da 4 Gigabyte avrà un competitivo rispetto a quello di un disco magnetico da 1,8 pollici a parità di capacità.

Con i prezzi delle flash sempre più concorrenziali, i produttori di hard disk si stanno ritirando da nuovi mercati con grosse prospettive di crescita, come ad esempio negli apparecchi consumer mobili. Nel frattempo, i produttori di soluzioni di storage in tecnologia flash stanno facendo ingresso non solo nel mercato dei notebook, ma anche quello dei desktop e dei server, dominati tradizionalmente dagli hard disk.

Hitachi, Seagate e Toshiba hanno cessato lo sviluppo degli hard disk da un pollice e di dimensioni inferiori per telefoni cellulari, lettori MP3 e fotocamere digitali, per i quali le memorie flash hanno ottenuto un grosso successo. Circa due dozzine di aziende stanno sviluppando prodotti flash di alta capacità. I principali produttori di hard disk per contro, sono appena 8 in tutto il mondo.

Questa tendenza comporta un cambiamento profondo nella strategia dei produttori di hard disk, che ora arrestano la corsa verso i formati più piccoli, culminati nell’hard disk da 0,85 pollici, introdotto da Toshiba nel 2005, concentrandosi sui modelli di dimensioni superiori da 1,8 pollici. Secondo gli analisti, anche questo formato sarà rimpiazzato dalle flash nel 2011. Prendendo atto di questa transizione, la International Disk Drive Equipment and Materials Association, che raggruppa i principali produttori di hard disk, ha pensato di accettare come membri anche i produttori di memorie flash.

Le flash sono ancora più costose degli hard disk, specialmente per quanto riguarda i formati ad alta capacità. Il prezzo per gigabyte di una memoria flash di bassa capacità si aggira al momento sui 7 – 8 dollari, mentre per una flash da 32 Gbyte si sale a 11 dollari, contro un prezzo per gigabyte di appena 1,30 dollari per gli hard disk da 1,8 pollici e di 0,80 dollari per gli hard disk da 2,5 pollici. Il prezzo delle flash sta tuttavia diminuendo del 50 % ogni anno, più rapidamente di quanto non faccia il prezzo degli hard disk. Questo ha spinto colossi come Apple di adottare le memorie flash al posto degli hard disk nei nuovi modelli di iPod.

Dell, Fujitsu, Samsung e Sony offrono delle famiglie di notebook che possono integrare, in via opzionale, una scheda flash al posto dei normali hard disk, offrendo indubbi vantaggi in termini di consumi di potenza ridotti, di dimensioni compatte e di maggiore robustezza. Dell, Intel e Microsoft hanno annunciato di recente la costituzione del Non-Volatile Memory Host Controller Interface (NVMHCI), finalizzato alla definizione di uno standard per i controllori per moduli flash NAND in modo da estenderne l’uso nei notebook, nei desktop e nei server.

I supporti flash di fascia alta, come quelli prodotti dalla società Californiana Stec, hanno dimensioni da 3,5 pollici, una capacità massima di 146 Gbyte e una velocità di 50.000 operazioni di I/O al secondo, un ordine di grandezza superiore rispetto agli hard disk. Il loro prezzo però li relega ad applicazioni di fascia alta, ad esempio nel settore militare. Il mercato degli hard disk, che vale diversi miliardi di dollari per un totale di oltre 400 milioni di unità vendute ogni anno, non è tuttavia destinato a scomparire molto presto.