SSD M.2 PCIe NVMe, guida ai nuovi termini

Sul mercato si stanno affacciando i nuovi modelli di unità SSD super-performanti. Si rincorrono, però, sigle su sigle che, facendo spesso riferimento a tecnologie, standard e formati di recente concezione, spesso non sono di immediata comprensione.

Questo articolo vuole quindi proporsi come una guida agli SSD di nuova fattura e, soprattutto, agli acronimi che contraddistinguono le unità appena immesse sul mercato.
I prezzi degli SSD stanno diminuendo sempre più e, grazie alle attività di ricerca e sviluppo svolte dalle principali aziende del settore, anche il segmento mainstream può contare su prodotti velocissimi sia in fase di lettura che di scrittura dei dati.

Fino a qualche tempo fa sembrava impossibile, almeno nel settore dello storage, ma d’ora in avanti il collo di bottiglia è sempre più rappresentato dall’interfaccia, dal connettore usato per collegare le unità SSD alla scheda madre.

L’asticella era fino ad oggi fissata dal limite teorico di 600 MB/s tipico di ciascuna unità SSD SATA III 6 Gbps. Oggi, sotto la spinta di diversi produttori e grazie anche al lavoro compiuto da Intel (si pensi ai chipset della serie 100 ottimizzati per la sesta generazione dei processori della casa di Santa Clara), le restrizioni imposte da SATA III sono state frantumate.
Tanto che il segmento di mercato dello storage è diventato sempre più spumeggiante, in continua evoluzione. L’interfaccia di espansione PCI Express (PCIe), per esempio, era stata inizialmente concepita per le schede video ma, successivamente, ha attecchito in ambito server per quanto riguarda la connessione di unità SSD molto più performanti.
Adesso gli SSD PCIe (vedere più avanti) cominciano a fare l’occhiolino all’utenza professionale e domestica.

La prima pietra miliare è stata posta dai produttori di SSD che hanno promosso il cambio di protocollo da SATA a PCI Express (PCIe). Oltre alla variazione in termini di protocollo che, evidentemente, fissa le “regole del gioco” per lo scambio dei dati tra il controller che sovrintende il funzionamento dell’unità SSD e la scheda madre, si è lavorato anche sul connettore.

Anziché adoperare un semplice connettore SATA per il collegamento dell’SSD alla scheda madre, ci si sta orientando su connettori differenti, ognuno dei quali porta con sé specifici benefici.

“Gusto classico”: SSD SATA

La maggior parte degli utenti, quando parla di SSD, si riferisce alle unità SSD SATA. In termini di connettività e protocollo, per questi prodotti, si parla ormai sempre di SATA III fino a 6 Gbps che, in linea teorica corrispondono a circa 600 MB/s ma in lettura, nella pratica, si arriva intorno ai 550 MB/s.

Gli SSD SATA di questo tipo sono retrocompatibili con le schede madri ed i notebook più vecchi e sono generalmente contraddistinti da un fattore di forma pari a 2,5 pollici.
Attenzione però agli ultrabook ed ai notebook ultrasottili sui quali gli SSD SATA da 2,5 pollici non sono installabili.

SSD PCIe

Gli SSD PCI Express (PCIe) offrono prestazioni migliori rispetto ai SATA III perché consentono di superare la barriera dei 6 Gbps e, nella pratica, dei 550 MB/s in termini di trasferimento dati.

Le specifiche SATA III o 3.0 (6 Gbps in termini di trasferimento dati, almeno in linea teorica) sono state definite in un’epoca in cui gli hard disk magnetomeccanici, quelli di tipo tradizionale, la facevano ancora da padroni. Gli SSD erano ancora piuttosto onerosi, non molto diffusi e non così affidabili come i modelli oggi in commercio.

Per poter installare ed utilizzare unità SSD PCIe sui propri sistemi è indispensabile che la scheda madre offra uno o più slot PCIe x2 o di dimensioni superiori (a seconda del prodotto acquistato).

PCIe offre slot x1, x2, x4, x8 e x16 che variano per dimensione e, quindi, per numero di contatti. Le varie versioni dell’interfaccia PCIe, differiscono per ampiezza di banda e frequenza di lavoro.

Dagli SSD mSATA agli M.2

Per un breve periodo di tempo si è parlato ampiamente di SSD mSATA (acronimo di mini-SATA). Questo tipo di interfaccia è utilizzata in alcune schede madri ed SSD (su Amazon ne sono commercializzati diversi esemplari).

Anche Samsung, lo scorso aprile, ha lanciato alcuni SSD basati su interfaccia mSATA: Samsung lancia gli SSD 850 EVO mSATA e M.2.

Gli SSD mSATA offrono velocità di trasferimento dati paragonabili a quelle degli SSD SATA III (quindi 6 Gbps teorici). Dal punto di vista della connessione, gli mSATA somigliano molto ai mini-PCI Express ma i due connettori non sono compatibili fra loro.

Gli SSD mSATA sono comunque ormai già considerabili come cosa del passato, sempre più sostituiti dagli SSD M.2.

SSD M.2

L’acronimo M.2 (si pronuncia M-dot-two) viene utilizzato per descrivere la nuova interfaccia per la connessione di unità SSD di nuova generazione.
M.2 è stata pensata per sostituire gli slot mini-PCIe e mSATA utilizzati principalmente in ambito notebook.

Il socket M.2 permette l’utilizzo di schemi di connessione differenti che possono consentire il collegamento ad altri bus come USB 2.0, USB 3.0 SATA 3.0, DisplayPort e così via. Non è quindi stato concepito soltanto per il collegamento di unità SSD.
M.2 è capace di esaltare le prestazioni delle unità a stato solido, però, non soltanto sui dispositivi portatili ma anche in ambito desktop. La tendenza, infatti, è che l’interfaccia di connessione M.2 venga sempre più spesso adottata anche sulle schede madri per sistemi desktop.

Ai connettori M.2 è possibile collegare sia SSD basati su interfaccia PCIe, sia quelli basati su SATA. Prima di procedere, tuttavia, è indispensabile controllarne la compatibilità.
SATA e PCIe, infatti, non sono evidentemente compatibili tra loro. Di conseguenza, per evitare acquisti errati, è bene accertarsi con attenzione dell’interfaccia disponibile.
Nelle specifiche della scheda madre basterà quindi verificare la presenza della dizione PCIe-to-PCIe o SATA-to-SATA.

Gli SSD M.2 SATA potranno trasferire dati al massimo alla massima velocità permessa da SATA III (6 Gbps teorici) mentre invece il vero balzo in avanti è possibile con gli SSD M.2 PCIe.

Nella lettura e nella scrittura dei dati, un SSD M.2 PCIe è capace di surclassare senza possibilità d’appello un SSD SATA.

Molti nuovi SSD PCIe sono anche NVMe. Acronimo di Non-Volatile Memory express, NVMe ottimizza l’accesso agli SSD connessi utilizzando il bus PCI Express.
Gli SSD in commercio, infatti, sono tipicamente AHCI o NVMe. Si tratta, in entrambi i casi di protocolli di comunicazione: il primo è sostanzialmente il protocollo SATA implementato su PCIe mentre NVMe è un protocollo progettato di sana pianta pensando alle tecnologie per lo storage basate sull’impiego di memorie flash NAND.
L’idea è quella di ridurre il divario tra le prestazioni velocistiche garantite dalle memorie DRAM e quelle offerte dagli SSD più evoluti.
Grazie ad un collegamento diretto con il processore attraverso il bus PCIe, il protocollo NVMe aiuta a ridurre drasticamente le latenze riducendo la dimensione dei comandi ed il numero di istruzioni richieste per completare un’operazione di trasferimento dati I/O.
Inoltre, NVMe gestisce in maniera nettamente migliore le code di lavoro permettendo lo smaltimento di 65.536 code di comandi da 65.536 comandi ciascuna (AHCI permette la gestione di una coda da 32 comandi).

PCIe M.2 e NVMe come standard

Il trend sembra essere ormai chiaro. I produttori stanno iniziando ad adoperare l’interfaccia PCIe su slot M.2 ed il protocollo NVMe come standard.

Ovviamente questo tipo di configurazione non sarà alla portata di tutti, almeno per i primi tempi, in primis per una questione di costi. La tecnologia, comunque, sembra essere già sufficientemente matura e rappresenterà presto il punto di riferimento cui guarderà il mercato SSD sia in ambito professionale che consumer.

Esempi di SSD PCIe M.2 NVMe sono i nuovi Samsung 950 Pro presentati nell’articolo Samsung lancia i suoi SSD 950 Pro: oltre 2 GB/s in lettura.
Le prestazioni garantite da questi SSD rispetto a “normali” unità SSD SATA sono da 4 a 4,5 volte migliori. Si parla infatti di trasferimenti dati in lettura (sequenziale) pari a 2.200-2.500 MB/s (ben oltre i 2 GB al secondo!) rispetto ai 550 MB/s di un SSD SATA.
In scrittura (sequenziale) si dovrebbe invece arrivare a 900-1.500 MB/s.

In figura l’SSD HyperX Predator che utilizza l’interfaccia M.2 ma consente anche la connessione ad uno slot PCIe usando l’apposito adattatore HHHL (vedere l’articolo SSD PCI Express, cosa sono e come funzionano).

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