Comprendere il surriscaldamento dell'SSD e cosa fare al riguardo

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Anche se ai fornitori di storage piace posizionare i propri prodotti come "interessanti", la verità è che l'hardware di storage genera calore, in gran parte. Troppo calore in un SSD può indebolirne le prestazioni e la resistenza.

Esistono diversi motivi per cui un SSD si surriscalda. Un dissipatore di calore è solo un modo per mitigare il problema.

La maggior parte degli SSD comunemente utilizzati nelle applicazioni commerciali e di consumo sono a rischio di surriscaldamento. Gli SSD possono surriscaldarsi per una serie di motivi. Il problema principale è la proprietà della resistenza elettrica, un problema onnipresente in tutta l'elettronica. Gli SSD non fanno eccezione.

Il calore non è sempre stato un problema per gli SSD. Le generazioni precedenti della tecnologia, come i semplici SSD SATA a basse prestazioni, non presentavano grossi problemi termici. Oggi, quando si parla di surriscaldamento degli SSD, si riferisce quasi sempre a SSD ad alte prestazioni che utilizzano la specifica dell'interfaccia NVMe. Gli attuali SSD NVMe ad alte prestazioni offrono velocità di trasferimento dati più elevate rispetto ai loro predecessori. Hanno una capacità di elaborazione molto maggiore rispetto a prima. Tutto questo hardware aggiuntivo e denso e tassi più elevati di attività di archiviazione si traducono in calore.

Quanto è caldo? Un tipico chip di memoria NAND di livello consumer funziona a temperature comprese tra 0 e 70 e 85 gradi Celsius (da 158 a 185 gradi Fahrenheit). Senza dissipatore di calore, un SSD Gen3x4 raggiungerà i 70 gradi Celsius entro tre minuti, presupponendo una temperatura ambiente di 25 gradi Celsius. Un SSD Gen4x4 raggiungerà i 70 gradi in 40 secondi. Quando il chip raggiunge i 70 gradi Celsius iniziano i problemi.

Questo problema è ancora più serio in quanto gli SSD accelerano con l’evoluzione della tecnologia PCIe, che ora si sta dirigendo verso la Gen5. La sfida per i produttori di SSD è continuare ad aumentare le prestazioni, affrontando al tempo stesso il calore generato dal controller SSD e da altri componenti.

La resistenza elettrica è la ragione principale del surriscaldamento degli SSD. Altri fattori possono esacerbare questa legge fisica fondamentale. Un SSD M.2 NVMe può eseguire milioni di processi contemporaneamente. Questo aumenta con ogni generazione di SSD.

Inoltre, il flash NAND non funziona in modo isolato. L'unità è generalmente alloggiata in un componente hardware che può contenere anche un circuito integrato del controller e altri componenti elettronici generatori di calore inseriti in uno spazio limitato su una scheda a circuiti stampati (PCB). L'SSD può essere progettato con più die stacking per chip. In alcuni casi, il design è a doppia faccia, il che è positivo per l'efficienza dello spazio ma funge da isolante a sandwich per il PCB in rame interno.

Se l'SSD è alloggiato in un alloggiamento in cui il flusso d'aria è limitato o assente, il problema del surriscaldamento peggiorerà. Se la piattaforma è priva di ventole, ciò aggraverà ulteriormente le sfide di raffreddamento. Anche la temperatura ambiente del dispositivo contenente l'SSD, insieme alla temperatura della stanza in cui si trova, contribuisce ai problemi termici dell'SSD. Anche se questo potrebbe non essere un problema in un data center ben raffreddato, se l'SSD viene utilizzato in un PC ad alta velocità con altri dispositivi sulla scheda madre che generano calore, l'ambiente circostante può facilmente raggiungere i 50 gradi Celsius. A quella temperatura, l'unità è sul punto di superare i limiti di calore anche in stato di riposo.

Il surriscaldamento peggiora le prestazioni di un SSD M.2 NVMe e provoca danni alla conservazione e alla resistenza dei dati. Gli SSD conservano i dati intrappolando gli elettroni nel gate del transistor. Rilevando il numero di elettroni, l'SSD distingue tra gli zero e gli uno che compongono i dati digitali.

Il calore eccessivo provoca un aumento dell'energia degli elettroni nella trappola di carica/gate flottante dell'unità, facilitandone la fuga, il che significa un numero maggiore di errori di bit. Se ci sono troppi errori di bit, si verificano errori non correggibili.

Inoltre, i cambiamenti di temperatura durante il funzionamento del dispositivo SSD possono anche portare all'effetto "temperatura incrociata", in cui l'unità scrive a bassa temperatura ma legge ad alta temperatura. Quando la temperatura passa da bassa ad alta o da alta a bassa, la tensione di soglia si sposta in modo significativo, causando la comparsa di bit di errore.