NAND 3D QLC, “L’ inizio della fine” degli HDD tradizionali?

Gli HDD meccanici hanno accompagnato l’ evoluzione dei sistemi digitali per decenni, dimostrandosi l’ opzione migliore sotto il profilo della profittabilità produttiva per le aziende del settore, sia nel mercato data center, che nel mercato consumer. Solo da una decina d’ anni ci siamo abituati a considerare gli SSD (Dischi a stato solido) come elemento, se non imprescindibile, almeno altamente consigliato in ogni macchina, sia essa da lavoro, gioco o da ufficio, ma non dobbiamo dimenticare che la realizzazione dei primi SSD non è cosa così recente, bensì risale a quasi mezzo secolo fa, precisamente al 1976. Tali supporti di memorizzazione, non hanno attecchito sul mercato consumer prima del 2005, anno in cui Samsung inizia la produzione e la commercializzazione dei propri SSD e delle proprie memorie NAND, ciò per motivi prettamente economici, ossia costi produttivi fino ad allora troppo alti. Dal 2005 fino ad oggi il mercato dei dischi a stato solido ha visto un incremento esponenziale per ovvie ragioni, prima su tutte, la velocità in lettura/scrittura di almeno un ordine di grandezza superiore a quella degli HDD meccanici tradizionali, senza citare, la silenziosità, un lifespan superiore, minor consumo e generazione di calore. A causa del price-per-GB notevolmente superiore a quello di un HDD meccanico però, fino ad oggi, nella maggior parte delle configurazioni Workstation e da Gaming, abbiamo visto accoppiare un SSD utilizzato prevalentemente per l’ installazione del SO e dei programmi principali ed un HDD per storage, installazione giochi e salvataggio di file di grosse dimensioni, solo negli ultimi anni con l’ uscita degli SSD con controller di tipo TLC i prezzi si sono abbassati e i tagli di SSD da 500GB ed 1TB sono diventati “abbordabili” sebbene ancora di gran lunga molto più costosi dei supporti meccanici.

LA NOVITA’

Tra la fine del 2016 e l’ inizio del 2018, sono state annunciate prima e presentate man mano, le nuove tecnologie di controller QLC (Quad-Level-Cells) da aziende come Toshiba e Micron, ossia, senza entrare nella specificità tecnica, una modalità di gestione dei dati ancora più ottimizzata rispetto a quella dei controller TLC (Triple-Level-Cells) utilizzati dagli SSD entry level al momento in commercio. Micronassieme a Toshiba sono le aziende di punta che hanno mostrato interesse verso questo tipo di tecnologia, ovviamente diamo per scontato che gli altri competitors non stiano a guardare nel frattempo (vedi Samsung).

A inizi 2018 Micron ha presentato i primi supporti 3D con tecnologia a 64 strati, quindi alta efficienza energetica, nello specifico il prodotto presentato ha mostrato montare chip da 64GB quindi facendo intendere la possibilità di supporti ad alta capienza senza aumento del die-size, puntando a fare concorrenza, almeno inizialmente, agli HDD utilizzati nel settore Enterprise e Cloud Storage.

La novità non sta solo nell’ aumentata efficienza energetica e nell’ aumento della capacità di storage su singolo chip (Storage Density), ma soprattutto nel price-per-GB, ossia quello che interessa principalmente noi consumatori.
Le prime indiscrezioni fanno trapelare che tali dispositivi potrebbero condurre ad un risparmio del 25% rispetto ai già economici SSD TLC e facendo due calcoli ben il 75% inferiore rispetto agli SSD con tecnologia SLC (Single-Level-Cell).
Uno dei problemi principali di questa tecnologia è che, aumentando il numero di bit per cella, aumenta conseguentemente il numero di possibili errori in lettura/scrittura, diminuisce il lifespan del supporto e le prestazioni sono inferiori, ma le indiscrezioni che hanno fatto trapelare Micron e Toshiba parlano dell’ utilizzo di un Controller Silicon Motion di terza generazione annunciato e presentato all’ ultimo Flash Memory Summit (FMS), già utilizzato su SSD NVMe, che promette caratteristiche molto interessanti, come ad esempio l’ utilizzo di un meccanismo di correzione degli errori ottimizzato (ECC), in grado di garantire 1000 program/erase cycles (secondo le dichiarazioni Toshiba), ossia un rate molti simile a quello degli SSD TLC al momento in commercio e ciò è una grande novità in quanto negli anni precedenti si valutava un massimo di circa 150 program/erase cycles per le architetture QLC. Ciò è stato possibile proprio graze all’ utilizzo di controller di nuova generazione con implementati algoritmi ottimizzati per l’ ECC, Toshiba ha dichiarato di utilizzare la tecnica QSBC (Quadruple Swing-By Codes), di molto superiore nelle potenzialità alle varie implementazioni LDPC (low-density parity-check) comunemente usate dai controller dei supporti TLC, ma non è ancora sicuro quale sarà la tecnica utilizzata nei prodotti che verranno rilasciati per il settore consumer.
Il primo chip Toshiba con tecnologia 3D QLC NAND presenta una capacità di 768 Gb (96 GB) e architettura a 64 strati, non differente dal BICS3 3D QLC NAND presentato nel 2016/2017, la produzione di massa e la commercializzazione dei BICS3 è prevista per il Q3 2018/Q1 2019 e coinciderà con l’ inizio della realizzazione dei nuovi chip BICS4.
Ciò che si desume da questi eventi è che è in moto una possibile rivoluzione che nel giro di 2-3 anni potrebbe portare alla sostituzione dei dischi meccanici in favore di dischi a stato solido, allo stesso price-per-GB. Tutte le aziende sono concordi nell’ affermare che non prima del 2020 si avra un price-per-GB inferiore o uguale a quello degli HDD meccanici su dischi a stato solido, ma non manca molto e le prove si iniziano a vedere.
Al momento sembra che l’ utilizzo primario, specie per dischi ad alta capacità (Fino a 100TB = 100.000GB – Indiscrezione trapelata dalla richiesta diretta di Facebook fatta a Toshiba per avere dischi a stato solido ad altà capacità ), sarà destinato al settore enterprise per le cosiddette operazioni di WORM (Write Once, Read many) ossia supporti che avranno a che fare con moltissime operazioni in lettura e poche in scrittura, come per servizi di web-clouding, ma considerando il grosso vantaggio in termini di capacità di densità di immagazzinamento dati in un chip con presumibilmente le stesse dimensioni di quelli ad oggi presenti nei supporti TLC e MLC, fa ben sperare che i primi prodotti consumer che vedremo già a fine 2018 prenderanno facilmente piede e mercato e potranno portarci finalmente tra qualche anno a dire addio ai buon vecchi dischi meccanici.

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