TEMPERATURE SSD: COME GESTIRLE (Nvme - SATA)

Visto che i componenti degli SSD (controller, NAND Flash e, nel caso ci fosse, cache DRAM) sono attraversati da corrente elettrica, queste generano calore. In questo articolo andremo a parlare delle temperature degli SSD focalizzandoci sugli SSD M.2, poiché a differenza degli SSD SATA 2.5’', non hanno un loro case (quindi non sono dissipati). Nel caso non sapessimo cosa siano delle NAND Flash, qui una guida approfondita:

COSA SONO E COSA CAMBIA TRA I VARI TIPI DI NAND FLASH (SSD)

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# CONTROLLER

Anche gli SSD (sia M.2 e sia 2.5’’ SATA) come tante componenti del PC hanno al loro interno un microprocessore: in questo caso, è di tipo 32-bit, solitamente con architettura ARM Cortex (R4, R5, R8, M3, ecc.), accompagnato da delle memorie di tipo NAND Flash ed, eventualmente, da una cache DRAM. Ci sono diversi costruttori e modelli di controller, i più famosi costruttori sono: Phison (molto famoso per il dominio dei PCIe 4.0), Silicon Motion (molto famoso per il predominio nei 2.5’’ SATA di fascia bassa), Marvell, InnoGrit, WD/SanDisk (producono a sé), Samsung (produce a sé) e altre aziende che al posto di produrli li rimarchiano, come per esempio Lexar.

Qui un esempio con il Phison E18:

• In rosso il controller, alla sua sinistra due chip NAND Flash, il primo chip a destra è la DRAM cache e gli altri due chip a destra sono le altre NAND Flash. Fonte della foto

Alla sua destra, l’altro chip marchiato “Phison” è il PMIC, con attorno a lui numerosi condensatori e induttori. Fonte della foto

Ogni controller consuma un tot di Watt. Alcuni controller scaldano e consumano molto di più di altri; per fare un esempio, il Marvell 88NV1120 è famoso per il suo basso consumo energetico e lo possiamo trovare in SSD come il Lexar NS100. Mentre il Phison E18 che abbiamo mostrato prima è un controller molto famoso per il fatto che ha un alto consumo energetico, arrivando a toccare gli 8.53W sotto stress. Naturalmente, meno il controller scalda e consuma e meglio è a parità di performance.

Come per ogni componente, anche il controller degli SSD ha un limite per Thermal Throttling (TT), solitamente intorno 70/75 gradi. Superata questa soglia il clock dei core si abbassa riducendo le performance. Se non supera i 90 gradi, nonostante sia in Thermal Throttling, la situazione è abbastanza “stabile”, mentre se supera i 90 gradi e, addirittura i 100 gradi (cosa non impossibile visto che controller come il Samsung Phoenix - Samsung 970 EVO, 970 EVO Plus e 970 PRO - e il Micron DM01B2 - Crucial P5 ci arrivano tranquillamente sotto stress), la situazione diventa piuttosto critica, perché la vita del controller si riduce sensibilmente e l’SSD può spegnersi.

Quindi, se il controller supera i 70/75 gradi durante uno stress test necessita di una dissipazione, altrimenti no.

# NAND FLASH

Le NAND Flash sono presenti in tutti gli SSD e sono le memorie che archiviano i nostri dati. Sono diversi i produttori di NAND Flash. I principali sono: Intel, Micron, Samsung, WD/SanDisk con Kioxia (ex-Toshiba), SK Hynix e YMTC (in via di fallimento - mercato orientale). Ci sono altre aziende che le rimarchiano però, come ADATA, Lexar, UNIC, Drevo, Kingston, Longsys, ecc.

Qui un esempio con delle Micron 176L (B47R):

Fonte della foto - in giallo le NAND Flash.

Fonte della foto

La temperatura delle NAND Flash impatta parecchio sul Data-retention (tempo di mantenimento dei dati senza carica elettrica, cioè quando non sono alimentate), pochi gradi possono fare una differenza davvero grande.

Con le NAND Flash il discorso è molto più complicato e ampio rispetto al controller, perché in alcuni casi quest’ultime preferiscono stare più calde che fredde. Per esempio quando eseguono programmazioni di scrittura, più scaldano e meglio è (migliora il retention, tempo di mantenimento dei dati senza corrente elettrica), mentre in altri casi - tranne quando programmano - meno scaldano e meglio è. Durante uno stress test è meglio che abbiano una temperatura più bassa possibile.

# Perché quando programmano è meglio se scaldano?

Perché quando il retention time è piccolo (minore di 2 * 10^2) il RBER (raw bit error rate, il tasso di errori dei bit grezzo) diminuisce, il contrario quando non programmano e quando il retention time è largo (quindi più è alta la temperatura e più è alto il RBER).

Già che ci siamo sfatiamo un mito che ha creato Gamers Nexus parlando dei dissipatori M.2: non è vero che le NAND Flash più scaldano e meglio è. Come abbiamo già detto prima, in alcuni casi è peggio. Inoltre, nelle loro analisi, il team di GN si affida alle valutazioni delle temperature fatte da JEDEC, che rispecchiano le NAND client/enterprise e non consumer; ciò ha ancor meno senso, poiché le NAND negli SSD “normali” sono consumer, e hanno tolleranze di temperatura diverse. Le NAND Flash cTLC (consumer TLC) sono solitamente valutate per un massimo di 125 gradi come temperatura massima, ma già 100 gradi son tanti (e praticamente irraggiungibili), infatti Micron stabilisce 85 gradi per le loro consumer TLC come temperatura massima in operatività.

Detto ciò, nonostante le NAND a volte preferiscano scaldare rispetto a rimane fresche se in uno stress test lavorano intorno ai 60 gradi, è il caso di dissiparle. Se le temperature in idle/non-idle (ogni situazione che non sia una programmazione) sono troppo alte, si va a perdere il guadagno dell’alta temperatura durante la programmazione di scrittura, poiché bisogna tener conto anche della “cross temp” - write-to-read -, del “dwell time”, ecc.

# DRAM CACHE

La DRAM cache è un chip opzionale in un SSD, è diciamo un componente “premium”, che aumenta il costo dell’SSD generale ma anche le performance e la durata della vita. I principali produttori sono Micron, SK Hynix, Samsung e Nanya.

Qui un esempio con una SK Hynix DDR4 da 2666 MT/s 1 GB:

In verde la DRAM cache. Può essere anche più di un modulo (come si può vedere nei Kingston KC2000 e KC2500), solitamente con un massimo di due. Fonte della foto

Fonte della foto

Fortunatamente la DRAM cache non scalda così tanto da necessitare una dissipazione, a maggior ragione salendo con la generazione, dove diventano sempre più efficienti e consumano sempre meno (dovuto dalla tensione minore).

# Quindi quando comprare un dissipatore?

Ci sono principalmente due modi per capire se il nostro SSD necessita di un dissipatore: possiamo eseguire noi un test oppure vedere le recensioni. Noi riteniamo che la prima opzione sia la più affidabile nonchè la “migliore”, visto che le recensioni non si basano sulla nostra stessa temperatura ambientale, case e airflow. Nel caso volessimo sapere in precedenza se un determinato SSD necessiti di dissipazione e lo vogliamo sapere consultando una recensioni, consigliamo di usare come fonti primariamente Tom’s Hardware USA e TechPowerUp.

Per fare uno stress test di un SSD usiamo ATTO Disk Benchmark, scaricabile dal sito ufficiale di Guru3D (ci basti cliccare sotto su “Download Mirror EU - Netherlands 10Gbit/s”), e per monitorare le temperature usiamo HWiNFO64, di cui abbiamo realizzato una guida su come installarlo e usarlo.

Una volta installato ATTO Disk Benchmark, avviamolo ed eseguiamo un test cliccando su “Start” in alto a destra. Affianco dobbiamo avere la schermata di HWiNFO64, in modo tale da vedere le temperature durante l’intero test. Il test va bene con le impostazioni di default.

La schermata di HWiNFO64 non è uguale per tutti gli SSD, perché possiamo trovare 1 sensore o 2 in base all’SSD. Questo perché il produttore in quel caso specifico ha deciso di disabilitare il sensore della temperatura del controller e viene mostrato solo il sensore delle NAND. In questo caso possiamo capire se siamo di fronte a del Thermal Throlling analizzando i risultati (le prestazioni in scrittura non coincidono con quello che dovrebbero essere e sono più basse) oppure dobbiamo comprare una pistola termica e puntarla sul controller dall’esterno. (Non serve nella maggior parte dei casi) In questo caso, anche se non sappiamo la temperatura reale del controller, se il sensore delle NAND mostra almeno 60 gradi, meglio se ci abbiniamo un dissipatore. Mentre, nel caso ci fosse il sensore del controller, come abbiamo già detto prima, se mostra almeno 70/75 gradi per il controller, anche lui necessita di essere dissipato. Tipicamente il sensore del controller è “Drive Temperature 2”, ma è facile distinguerlo perché scalda sempre di più rispetto al sensore delle NAND Flash, ovvero “Drive Temperature”.

Qui un esempio con un Crucial P5 da 1 TB:

Si ringrazia @M1ch3le per il fornimento della foto.

# QUALE DISSIPATORE COMPRARE?

Sono diversi i dissipatori nel mercato, qui sotto facciamo una lista di quelli che sono risultati più performanti in fase di test. I test sono stati eseguiti tramite CrystalDiskMark, con una dimensione del file da 64 GiB e su un WD SN850, SSD PCIe 4.0. La temperatura è quella del controller.

• be quiet! MC1/be quiet! MC1 Pro: per ora sono i re indiscussi come qualità, l’MC1 Pro è riuscito a portare la temperatura da 92 a 63 gradi. L’MC1 è meno performante vista l’assenza dell’heatpipe, ma comunque di buona qualità (c’è una differenza fino a 8 gradi in alcuni casi). Altezza: 8.5 mm per l’MC1 Pro;
• ICY BOX IB-M2HS: in seconda posizione troviamo l’ICY BOX IB-M2HS che è riuscito a far portare il controller a un massimo di 67 gradi. Leggermente più alto dell’MC1 e dell’MC1 Pro: 9.5 mm;
• Thermalright “One enjoy”: nonostante l’estetica non sia una delle migliori, il Thermalright “One enjoy” ha portato dei risultati soddisfacenti. Altezza: 8.7 mm;
• SilverStone SST-TP02-M2: un altro buon dissipatore è l’SST-TP02-M2 di casa SilverStone che fatto in alluminio ha mostrato risultati solidi. Altezza: 9.5 mm;
• EK Water Blocks EK-M2: come ultimo dissipatore abbiamo scelto l’EK Water Blocks; i risultati sono pressoché gli stessi del SilverStone SST-TP02-M2, ma un punto a favore rispetto a quest’ultimo ce l’ha: è alto solo 4.8 mm.