SSD a confronto: le differenze tra NVMe, SATA e M.2

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Come accade spesso per molte tecnologie, anche il regno delle unità di archiviazione è ricco di termini tecnici che potrebbero risultare di difficile comprensione per una parte dei consumatori. Basti pensare a coloro che non hanno una buona dimestichezza con i componenti di un PC.

Il maggior tasso di confusione riguarda le differenze presenti tra i formati, le interfacce e i protocolli. Far luce sul significato che i vari termini assumono nell’ambito dell’architettura di un SSD (Solid State Drive) può aiutare gli utenti ad avere le idee chiare in vista di un eventuale prossimo acquisto.

I formati

I formati definiscono la struttura fisica di un SSD in termini di dimensioni e tipologia di connessione utilizzata. Esistono molti formati differenti (come M.2 o mSATA), ma sono in due a farla da padrone nel panorama del mercato attuale:

SSD da 2,5 pollici: forse il formato attualmente più comune. Le dimensioni sono le stesse dei dischi rigidi tradizionali (HDD). Gli SSD da 2,5 pollici sono i sostituti naturali dei classici hard disk meccanici e rappresentano la scelta numero uno dei consumatori che desiderano migliorare la velocità del proprio PC. Di solito, gli SSD da 2,5 pollici sono caratterizzati da un’interfaccia che fa uso di cavi SATA per il collegamento alla scheda madre. Tuttavia, nelle applicazioni aziendali e industriali è possibile trovare anche SSD NVMe da 2,5 pollici.
SSD M.2: il formato M.2 è più recente e si contraddistingue per dimensioni inferiori rispetto al precedente. Basato sullo standard mSATA (Mini-SATA), l'M.2 è stato progettato per massimizzare l'utilizzo del circuito stampato (PCB) e ridurre al minimo l’ingombro della memoria, una volta installata. Questa tipologia di SSD non è collegata alla scheda madre per mezzo di cavi, ma direttamente tramite una porta di connessione M.2. Gli SSD M.2 possono utilizzare l'interfaccia SATA o PCIe (quest'ultima è la più comune tra le due). A prima vista, gli M.2 SATA e PCIe possono sembrare identici. In realtà, presentano due diverse tecnologie di connessione. Le unità SSD SATA sono dotate di chiavi B+M, mentre le unità PCIe utilizzano una chiave M. È importante notare che anche altre periferiche, come le schede Wi-Fi, possono utilizzare connettori M.2. Tuttavia, come nel caso di SATA e PCIe, la chiave di connessione sarà differente.

Differenza tra interfaccia e protocollo

Un SSD si connette a un host utilizzando una combinazione di interfaccia e protocollo. L'interfaccia fa riferimento agli elementi fisici della connessione mentre il protocollo è l'insieme di regole, standard e comandi che definiscono la comunicazione tra l'SSD e il sistema host. La combinazione di entrambi i fattori è uno degli elementi più importanti a cui i consumatori devono prestare attenzione al momento di scegliere un nuovo SSD. Il connubio tra interfaccia e protocollo definisce le prestazioni in termini di larghezza di banda, latenza e scalabilità di un SSD.

AHCI SATA: Serial AT Attachment, meglio conosciuto come SATA, è ancora oggi l’interfaccia più diffusa per collegare un SSD a un host. La velocità di trasferimento dell’interfaccia SATA varia da 1 Gb/s della prima generazione a 6 Gb/s per le soluzioni SATA III. SATA utilizza la tecnologia hardware AHCI (Advanced Host Controller Interface) per regolare la connessione al proprio host. In origine AHCI è stato progettato per gli hard disk meccanici e, quindi, è caratterizzato da prestazioni inferiori rispetto ad altri protocolli di comunicazione, come NVMe. AHCI utilizza una singola command queue e può inviare solo 32 comandi per coda; Gli IOPS (la quantità di operazioni che vengono eseguite nell’intervallo di tempo di un secondo) possono raggiungere un massimo di 100.000, mentre la latenza è di circa 6 microsecondi.
NVMe PCIe: Peripheral Component Interconnect Express, più comunemente abbreviato in PCIe, è uno standard di interfaccia utilizzato per collegare uno o più componenti a un host. A seconda della scheda madre, PCIe può essere utilizzato per la connessione di schede video, schede Wi-Fi, unità di archiviazione e altro. Per quanto riguarda l’archiviazione, PCIe è il diretto successore dell’interfaccia SATA, in quanto è in grado di garantire una larghezza di banda maggiore. Siamo ormai giunti alla quarta generazione di PCIe: il passaggio da una all’altra è sempre stato caratterizzato da un raddoppio in termini di larghezza di banda raggiungibile. NVMe è il protocollo di comunicazione che regola la connessione tra l'SSD PCIe e l'host. NVMe garantisce prestazioni superiori a quelle di AHCI, in quanto è stato progettato nativamente per la tecnologia flash. Parte del vantaggio che NVMe ha nei confronti di AHCI risiede nella possibilità di comunicare direttamente con la CPU (mentre AHCI deve prima “dialogare” con il controller SATA). NVMe ha fino a 64.000 code e può inviare fino a 64.000 comandi per coda. Gli IOPS raggiungono la quota di 1 milione e la latenza è di soli 2,8 microsecondi.

Considerazioni finali

Tirando le somme, possiamo constatare che un confronto tra M.2, SATA e NVMe è un qualcosa che ha poco senso. Ciascuno di questi termini appartiene a diversi settori dell'architettura di un SSD e dovrebbe essere confrontato solo con elementi della stessa tipologia. Dunque, la vera sfida risiede nel trovare la combinazione migliore tra formato, interfaccia e protocollo di comunicazione.

Come accade spesso anche in altri campi, non sempre esiste una risposta universale. La "giusta" combinazione dipende dalle vostre esigenze individuali e dalle capacità del vostro sistema. Un SSD M.2 PCIe NVMe garantisce le migliori prestazioni con il minimo ingombro, ma il prezzo elevato e la necessità di una scheda madre con porta di connessione M.2 potrebbero frenare gli utenti che hanno un budget limitato o schede madri meno recenti. Invece, gli SSD SATA sono tuttora molto validi (soprattutto se avete intenzione di sostituire il vostro vecchio hard disk meccanico). Tuttavia, per ottenere le migliori prestazioni e poter contare su un sistema che resti sempre attuale nel corso degli anni, potrebbe essere saggio investire del denaro in più per l’acquisto di un SSD PCIe NVMe.

I prezzi degli SSD non sono elevati come in passato. Ciò è dovuto in gran parte all’importante sviluppo che ha caratterizzato la tecnologia QLC nel corso degli anni (non perdetevi il nostro articolo dedicato alle memorie NAND flash). Inoltre, i produttori mettono a disposizione dei consumatori un'ampia gamma di opzioni che vanno dagli SSD SATA alle unità PCIe 4.0 per soddisfare le esigenze di tutti.