Dischi SSD M.2: cosa sono, costi, come si usano in azienda

Gli SSD M.2 rappresentano la novità più recente nell’ambito dei drive a stato solido; in questa guida andremo ad analizzarne caratteristiche ed evoluzione.

Cosa sono i dischi SSD M.2

Gli SSD M.2 si differenziano dagli altri tipi di memorie a stato solido (basate cioè sulla tecnologia flash in alternativa a quella dei dischi magnetici rotanti) per il fattore di forma piccolo. M.2, infatti, identifica innanzitutto uno small form factor caratterizzato da una larghezza di 22 mm e una lunghezza variabile da 42 a 110 mm. Fra gli obiettivi iniziali dell’introduzione dello standard M.2 spiccava quello di sostituire il formato mSATA (o mini-SATA) all’interno di device di piccole dimensioni quali gli ultrabook e i tablet. A differenza degli mSATA, i moduli di memoria SSD M.2 possono sia trarre vantaggio dalla interfaccia SATA 3.0 e da quelle precedenti (Legacy SATA), sia da quella PCI Express (PCIe) 3.0, USB 3.0 e dalla recente specifica Non-Volatile Memory Express (NVMe), che ha fatto fare notevoli passi avanti in termini di riduzione dei tempi di latenza.

Funzionamento tipologie di dischi SSD M.2

Anche se non si tratta più di dischi, per analogia con questo tipo di memorie non volatili, si continua a usare il termine dischi SSD per facilità di comprensione. In realtà il funzionamento è molto diverso: nei dischi magnetici i dati sono memorizzati cambiando lo stato magnetico di settore di una superficie metallica. Nelle tecnologie di storage flash – fra cui anche le unità SSD M.2 – i dati sono archiviati in chip con celle costituite da transistor, ciascuno dei quali può assumere uno stato di tensione diverso a seconda del bit da memorizzare (0 o 1). I dischi SSD odierni possono essere fabbricati con celle sovrapposte in diversi strati (layer), o V-NAND (Vertical NAND). Esistono celle in grado di memorizzare uno (SLC), due (MLC), tre (TLC) o quattro (QLC) bit ciascuna, portando quindi fino a 16 gli stati di tensione assumibili per ogni cella. Le SSD M.2 a maggiori capacità e prestazioni si basano sulla tecnologia V-NAND (o 3D NAND) da 64 e 96-layer. Oggi sono in commercio SSD M.2 fino a 2TB di capacità (solo per i data center vi è qualche modello da 4 TB)

Verificare compatibilità e montare un SSD M.2: differenze rispetto agli altri dischi SSD

Vi sono diversi tipi di dischi M.2. I moduli SSD M.2 possono essere di tipo SATA (SSD SATA M.2), o PCIe (SSD PCIe M.2). Vi sono anche diversi tipi di connettori presenti sui moduli M.2, identificati come chiavi (key) B e M (esistono anche M.2 con connettori B+M, che possono essere inseriti in socket che accettano questa possibilità). La larghezza dei socket M.2 presenti sulla scheda madre, rimane la stessa, ma, a seconda che si possano ospitare modelli B o modelli M, o B+M di card M.2, negli slot sono presenti blocchi fisici (chiamati tasti) che impediscono l’inserimento delle schede M.2 incompatibili. Sui connettori presenti sui moduli M.2, invece, vi sono delle tacche (notch) in corrispondenza dei tasti dei socket.

Che significato hanno le chiavi? Le unità SSD M.2 con chiave B possono utilizzare solo due linee (o lane o bus) dell’interfaccia PCIe 3.0. Sono quindi di tipo PCIe x2. I modelli M, invece, utilizzano quattro lane, e quindi sono compatibili PCIe x.4.

Occorre prestare molta attenzione ai socket presenti sulla scheda madre. Può succedere, infatti, che sulla matherboard sia presente un connettore compatibile con card key M o B+M, ma che si tratti solo di una caratteristica “meccanica”, perché è supportata solo l’interfaccia SATA e non quella PCIe. Ricordiamo che SATA 3 offre velocità fino a 6 Gb/s equivalenti a 600 MB/s effettivi di bandwith. Oppure può avvenire che la scheda madre, a causa del chipset utilizzato, può supportare l’utilizzo di due sole lane PCIe. Da scordarsi, quindi, il througput di 4 GB/s (circa 1 GB/s per lane) garantito dal PCIe3.0 x4, pronto a salire a 8GB/s con il PCIe 4.0 x4 (già supportato da motherboard lanciate in questi mesi).

Come si monta un SSD M.2? Per connettere un’unità M.2 basta individuare il socket apposito, spingerci dentro la scheda dal lato della “testa” (connettore), allineare la card alla scheda madre e assicurarla ad essa con una vite. Attenzione allo spazio disponibile. La maggior parte dei drive SSB M.2 in commercio hanno il formato M.2 2280 (larghezza 22 millimetri, lunghezza 80 mm).

Vantaggi e svantaggi

I moduli SSD M.2 hanno numerosi vantaggi. Tra i principali benefici riconducibili ai dischi M2 vi è quello che essi sfruttano la banda ampia della connessione PCI-e. Se tali dischi sono inoltre supportati dall’interfaccia NVME, pensata per i dischi SSD, possono raggiungere prestazioni ancora superiori.

L’offerta è poi in continua espansione e si possono trovare prodotti adatti a come utilizzare un disco SSD M.2 nel nostro caso. Le dimensioni compatte, il peso quasi irrilevante, i bassi consumi energetici, e il fatto che non si debbano utilizzare cavi (scomodi e costosi per via delle schermature) favoriscono il successo delle unità SSD M.2 presso il mercato consumer, quello professionale, l’enterprise e gli hyperscaler. Le SSD M.2, infatti, si possono installare convenientemente facilmente su pc fissi e portatili, workstation e server blade.

Svantaggi. Come tutti gli SSD, anche quelli M.2 hanno cicli di scrittura e riscrittura limitati nel tempo. Alcuni utenti lamentano che, portate al massimo delle loro prestazioni, alcune card tendono a riscaldarsi troppo, motivo per cui consigliano di aggiungere un dissipatore (problema non sentito con le SSD U.2). In generale, le SSD M.2 sono da utilizzare soprattutto per workload read-intensive (come videostreaming, memorizzazione di database NoSql, Big Data analytics, oltre che al tradizionale boot dei server etc.). A differenza di alcuni modelli di SSD U.2, quelli M.2 non offrono la connessione dual-port, con l’utilizzo di due controller.

Quanto costano e dove trovarli

In termini di prezzo vi sono amplissime possibilità di scelta, legate ovviamente al mix di capacità, performance e affidabilità. Quali e dove acquistare? Se si dispone di un pc con un sistema operativo, un BIOS e una scheda madre (ovviamente con slot M.2) che supportano l’Advanced Host Controller Interface, AHCI, ma non il NVMe, si può optare per una unità SSD SATA M.2 di buona qualità, in tecnologia 3D NAND. Se ne trovano da 1 TB su uno dei più noti marketplace per 120-150 euro. Per 2 TB si deve raddoppiare e aggiungere ancora qualche decina di euro. Se invece si può e vuole sfruttare il PCIe 3.0 4x e il NVMe, per 1 TB i costi partona da 130-140 euro, per SSD M.2 di vendor consumer, fino ad arrivare agli oltre 400 euro richiesti da un vendor blasonato. Per 2 TB, in questo caso, si può arrivare a 1.200 euro.

Che cosa tenere presente nella scelta? Innanzitutto la garanzia, che solitamente per l’enterprise è di 5 anni. Quindi il parametro DWPD (drive writes per day, calcolato tenendo presente tutto il periodo di garanzia), che varia da 0,3 a 1-2 a seconda del fornitore e del modello. Da considerare anche i consumi energetici (di solito variabili fra 3 W in idle e 8 in active mode). Ovviamente, sono da valutare le performance di trasferimento dati (in genere variabili dai 2.000 ai 3.500 Mbps in lettura e dai 1.000 ai 1.400 in scrittura, sequenziati), considerando il tipo di utilizzo previsto per le SSD M.2. A fare la differenza, infine, possono essere anche le opzioni di sicurezza, quali, ad esempio, la self-encryption e la sanitize instant erase (SIE).