I nuovi super hard disk

Gli Ssd sono di gran moda e sempre più spesso ormai si trovano celle flash sui dischi fissi di iPad, smartphone, notebook e addirittura PC. Sono soprattutto gli hardware ad alte prestazioni di questi ultimi ad approfittare della loro maggiore velocità. Gli amanti del fai da te informatico che hanno eliminato i loro vecchi dischi magnetici sono pronti a giurare sul successo degli Ssd, ma l’industria e gli utenti stanno in realtà puntando su una tecnologia inadatta. La memoria flash non è nata infatti come memoria di massa, è estremamente lenta come memoria a semiconduttore e si usura durante il funzionamento. La Ram e la Cpu dei PC salvano ed elaborano dati almeno 20 volte più velocemente rispetto agli Ssd basati su celle flash. Se le cose stessero diversamente, avremmo smartphone, tablet e notebook pronti all’uso subito dopo l’accensione, e in grado di memorizzare i dati alla stessa velocità con cui questi sono elaborati o trasmessi attraverso la rete.
Varie tecnologie di memorizzazione, attualmente in fase di sviluppo o in parte già in uso, si contendono il ruolo di possibile successore degli Ssd flash. Non c’è da meravigliarsi che in questo affare da miliardi di dollari riguardante il supporto di memorizzazione del futuro siano coinvolte grandi aziende come Ibm, Toshiba e Fujitsu. Solo loro infatti dispongono delle risorse necessarie per portare avanti le ricerche su questa dozzina di nuovi metodi, il cui obiettivo è memorizzare i dati in maniera ancora più rapida, resistente e con un maggiore risparmio energetico rispetto agli Ssd. Vi sveliamo qual è il potenziale di MRam, FeRam, Pcm e soci, come funzionano queste nuove tecnologie e quando saranno pronte per il lancio sul mercato (alcune già dal 2013).
Tra l’altro, qualche degno successore della tecnologia flash sarà assolutamente necessario nei prossimi anni, perché il potenziale delle celle flash degli Ssd è di fatto ormai esaurito. Queste infatti possono essere rimpicciolite solo con grande difficoltà per ottenere una maggiore densità di memoria. Anche la durata e il consumo energetico non possono in pratica essere ulteriormente ottimizzati. Il motivo sta nel modo in cui funziona la cella flash (si veda in alto a destra). Fondamentalmente si tratta di un transistor con tre contatti: fonte di corrente, linea di comando e uscita. La linea di comando lascia passare la corrente o la blocca, e questo corrisponde a un 1 o a uno 0.
Anche Cpu e Ram sono composte da transistor, ma entrambi questi componenti perdono i dati non appena il computer viene spento. Per questo motivo la cella flash dispone di un elemento aggiuntivo: il floating gate, che memorizza le cariche elettriche in maniera permanente sotto forma di elettroni e viene caricato con una tensione fra 10 e 20 volt. La cella viene poi letta attraverso una debole corrente di misurazione. Quando questa passa dalla sorgente all’uscita, il floating gate si trova in condizioni di assenza di carica e la cella trasmette il valore 1. Se la corrente di misurazione viene invece bloccata significa che il gate è carico, circostanza che corrisponde al valore 0.
Fra i problemi fondamentali di una memoria flash ci sono le elevate tensioni richieste per scrivere e cancellare le celle. L’elemento di memorizzazione floating gate non è in grado infatti di trattenere bene gli elettroni. Per questo motivo è necessario uno spesso isolamento, che gli elettroni possono superare solo grazie a una forte tensione. Gli elevati voltaggi allungano i tempi di accesso poiché devono essere ricreati ogni volta. Riducono inoltre la durata della cella di memoria, perché a ogni processo di carica e scarica della cella flash una minuscola parte dello strato isolante viene persa. Le comuni celle flash degli Ssd sul mercato sono quindi in grado di sopportare mediamente solo 10.000 processi di scrittura prima di diventare inservibili. La sensibilità delle celle flash richiede dispendiosi controller e strategie di scrittura mirate, caratteristiche che, ancora una volta, costano tempo ed energia. Con la progressiva miniaturizzazione si fa inoltre ancora più evidente il problema della durata, visto che lo spessore dello strato isolante deve essere sempre più ridotto.