Por Dentro de um SSD
Na Figura 4 você pode ver o interior de um SSD. Existem três componentes principais: memória flash, controlador e buffer. Apesar de estarmos dando como exemplo uma unidade utilizando o formato de 2,5 polegadas, os componentes presentes em outros formatos são os mesmos. Explicaremos sobre esses componentes abaixo.
Figura 4: Por dentro de um SSD
Memória Flash
É onde os dados são armazenados. A memória flash, que é o mesmo tipo de memória encontrada nas memórias USB (“pen drives”) e cartões de memória de câmeras digitais, não perde o seu conteúdo quando sua alimentação elétrica é cessada, diferentemente do que acontece com a memória (RAM) do computador. SSDs são caros porque utilizam muita memória flash.
As memórias flash podem ser fabricadas com duas tecnologias diferentes: NAND e NOR. O tipo usado em todos os dispositivos listados acima é NAND e por essa razão você poderá ver alguns fabricantes chamando memória flash de “NAND”. A tecnologia NOR permite a execução de programas e é basicamente usada em telefones celulares.
As memórias flash estão disponíveis em dois tipos diferentes de densidade de memória: SLC (Single-Level Cell ou Célula de Nível Único) e MLC (Multiple-Level Cell ou Célula de Múltiplos Níveis). Nos chips SLC cada circuito de armazenamento dentro do chip grava apenas um bit de informação, enquanto que nos chips MLC cada circuito armazena mais de um bit de informação. Por conta disso, os chips MLC são mais baratos do que os chips SLC, já que um chip MLC pode armazenar mais informações do que um chip SLC. Por esta razão, SSDs que utilizam chips MLC são mais baratos, enquanto que unidades mais caras utilizam chips SLC.
Apesar de em teoria MLC ser uma sigla que engloba chips de memória de qualquer número de bits por célula, normalmente ela é usada para referir-se a chips que armazenam dois bits por célula, enquanto chips com densidade de três bits por célula são chamados TLC (Triple-Level Chip) e chips com densidade de quatro bits por célula são chamados QLC (Quad-Level Chip).
Como os bits de dados dentro do chip estão mais próximos um do outro, chips QLC apresentam uma taxa de erros maior que chips TLC, que por sua vez apresentam uma taxa de erro maior do que chips MLC, que por sua vez apresentam uma taxa de erro maior do que chips SLC. É importante notar que esses erros não são percebidos pelo o usuário: o controlador do chip tem um mecanismo de correção de erros que detecta tais erros e os automaticamente corrige. No entanto, localizar e corrigir os erros leva tempo, refletindo em um menor desempenho. Em outras palavras: chips QLC são mais lentos do que chips TLC, que por sua vez são mais lentos do que chips MLC, e que por sua vez são mais lentos do que chips SLC.
Além disso, chips QLC têm uma vida útil menor do que chips TLC, que por sua vez têm uma vida útil menor do que chips MLC, e que por sua vez têm uma vida útil menor do que chips SLC (memórias flash têm uma quantidade finita de vezes que você pode gravar/apagar dados nelas).
Normalmente chips SLC permitem até 100.000 ciclos de apagamento/escrita, enquanto que chips MLC permitem até 10.000 ciclos de apagamento/escrita. Alguns chips MLC mais baratos, chips TLC e chips QLC possuem um limite menor do que este. Alguns chips mais baratos suportam apenas 1.000 ciclos de apagamento/escrita!
Assumindo que você tenha uma unidade de 64 GiB, esses limites permitem que você grave 64 GiB de dados 100.000 vezes em uma unidade SLC e 64 GiB de dados 10.000 vezes em uma unidade MLC.
Mas qual será a durabilidade da unidade? Isto dependerá do número de ciclos de escrita/apagamento que o usuário efetuar por dia. Se assumirmos um usuário gravando 50 GiB de dados todos os dias (que é um valor extremamente alto e colocaria o usuário na categoria profissional, "heavy user" ou mesmo corporativo), uma unidade com chips MLC de 64 GiB duraria 35 anos (64 GiB x 10.000 / 50 GiB / 365 dias) enquanto uma unidade com chips SLC de 64 GiB duraria 350 anos (64 GiB x 100.000 / 50 GiB / 365 dias). No entanto, neste mesmo cenário, o uso de uma unidade baseada em chips TLC ou QLC com um limite de 1.000 ciclos de apagamento apresentaria uma vida útil de apenas três anos e meio (64 GiB x 1.000 / 50 GiB / 365 dias).
Dependendo do uso do computador, você pode escrever bem mais do que 50 GiB de dados por dia (por exemplo, servidores), drasticamente reduzindo a vida útil da unidade. É por isso que para o ambiente corporativo (servidores) o tipo de SSD recomendado é o que utiliza chips SLC. Desta forma, unidades usando chips SLC são classificadas como "para ambientes corporativos", enquanto que unidades usando chips MLC são voltadas a "heavy users" e profissionais de áreas como edição de vídeos, e unidades usando chips TLC e QLC são classificadas como "de entrada", voltadas a usuários que não gravam uma grande quantidade de dados por dia.
Fabricantes de SSDs normalmente indicam a durabilidade da unidade através de um parâmetro chamado TBW (Total Bytes Written), que é a quantidade de bytes que o usuário pode gravar antes de a unidade parar de funcionar. A quantidade de dados que um usuário grava por dia depende exclusivamente do usuário. Seguindo o mesmo exemplo dado, de 50 GiB de dados gravados por dia em uma unidade com um TBW rotulado de 100 TiB, temos que a vida útil esperada é de 2.000 dias (100 TiB / 50 GiB = 2.000) ou cinco anos e meio. Note que 50 GiB é uma quantidade colossal de dados, e possivelmente apenas usuários profissionais que trabalham com gravação de uma enorme quantidade de dados ou servidores atingirão este valor. Um usuário comum possivelmente grava menos de 2 GiB por dia, e nesta condição teríamos uma vida útil de 50.000 dias ou 137 anos. Como você pode ver, a vida útil depende da quantidade de dados que o usuário grava por dia na unidade, sendo um parâmetro muito difícil de prever, visto que cada usuário possui hábitos de uso diferentes.
Em nosso vídeo "Mitos do hardware #13: durabilidade de SSDs" apresentamos uma discussão mais aprofundada sobre este tema.
Apenas reforçando que apenas operações de escrita (gravação) contam para o decréscimo da vida útil do SSD. Operações de leitura não têm influência neste parâmetro.
Buffer de Memória
Um chip de memória SDRAM de baixo consumo é usado para acelerar a comunicação entre o controlador e a interface de comunicação. Nem todos os SSDs utilizam este recurso.
Controlador
Este é o coração do SSD e o componente que dirá o quão rápido ele é. Algumas empresas fabricam este tipo de chip, incluindo a Indilinx, a Intel, a Samsung, a JMicron, a Silicon Motion, a Phision, a Marvell, entre outras. Os controladores organizam o arranjo de memórias flash em “canais”, que em teoria podem ser acessados independentemente, isto é, em paralelo. Portanto um controlador com dez canais provavelmente será mais rápido do que um controlador que organiza a memória em oito canais. Nós dissemos “provavelmente” porque o desempenho depende também de outros fatores. O chip controlador pode ainda ser chamado “SOC” ou “System on a Chip”.
Alguns controladores utilizam compressão de dados para aumentar o desempenho da unidade. Com a compressão de dados ativada, menos dados são transferidos e, portanto, o desempenho é aumentado. Nem todos os dados são "compactáveis" e, por isto, este ganho de desempenho só ocorre quando são armazenados dados "compactáveis".
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