Como os SSDs funcionam?
O bom e velho disco rígido nos serve bem por décadas. Ainda está em uso hoje com muitas melhorias em termos de durabilidade, velocidade e tamanho. Infelizmente, ainda não pode acompanhar a crescente demanda pela velocidade mais rápida desta geração em ritmo acelerado. Além disso, apesar das melhorias, ainda é propenso a falhas devido ao seu disco de giro mecânico. Por esse motivo, muitas alternativas ao impulso giratório foram desenvolvidas; Um deles é a unidade de estado sólido, ou simplesmente SSD.
O que é SSD?
O SSD é um dispositivo de armazenamento baseado em memória que usa conjuntos de circuitos integrados, em vez de uma cabeça de leitura/gravação em movimento, para acesso a dados e retenção. A maioria dos SSDs usa memórias flash, algumas variedades usam DRAM e alguns usam uma combinação de ambos. Os SSDs não têm peças mecânicas e, portanto, são mais resistentes ao choque, produzem muito menos ruído e mais duráveis que os HDDs tradicionais. Você pode imaginar SSDs como a versão maior e mais rápida das unidades USB.
Os SSDs existem desde a década de 1950, mas seu preço exorbitante, vida útil curta e capacidade limitada os tornaram uma escolha impraticável para sistemas de computador. Seu tempo de acesso mais rápido e menor latência do que os HDDs, no entanto, não foram negligenciados pelos fabricantes. Após inúmeras inovações e quedas significativas de preços, os SSDs ganharam reconhecimento maciço no final dos anos 2000 e ultrapassou gradualmente os HDDs como o dispositivo de armazenamento secundário do computador. Embora ouçamos principalmente sobre os SSDs usados em computadores e laptops, os SSDs também são usados em outros dispositivos eletrônicos para armazenamento de dados, como telefones celulares, cartões SD, unidades flash e tablets.
Como os SSDs funcionam?
Os SSDs são dispositivos semicondutores que contêm uma matriz de memórias flash nand que são compostas por transistores. A unidade mais básica em um SSD é a célula. As células são organizadas em uma grade e a grade é composta de linhas e colunas individuais de células chamadas de uma página. Todo o layout da grade que contém as páginas é chamado de bloco. Muito pelo oposto da convenção, quando há dados em uma célula, eles são lidos como 0 e são lidos como 1 quando vazios. Os dados são gravados e lidos nas células que fazem acesso a dados em SSDs quase instantaneamente, em oposição ao mecanismo de giro do HDD.
Controlador SSD
Há um componente em SSDs que é mais crítico, além das memórias flash. O controlador SSD é um processador incorporado responsável pelo gerenciamento de operações de dados dentro dos SSDs e organiza os dados nos blocos celulares, cuidando de processos como nivelamento de desgaste, coleta de lixo e acabamento dentro dos SSDs. Ele também serve como a ponte entre as interfaces de entrada/saída do SSD e as memórias flash. Grande parte do desempenho de um SSD depende da eficiência do controlador, a razão pela qual os fabricantes mantêm as técnicas e a arquitetura do controlador que eles usam em sigilo para manter sua vantagem sobre outros concorrentes.
Técnicas de SSD
Como mencionado anteriormente, os SSDs organizam dados em células, páginas e blocos. Enquanto escrever dados em células vazias é bastante simples, a substituição de dados nas células requer mais trabalho. Enquanto os dados são lidos e escritos em páginas, eles só podem ser apagados em blocos. Novos dados só podem ser observados quando os dados existentes são apagados quando a célula é ocupada. Quando células específicas em um bloco precisam ser atualizadas, todo o bloco deve ser copiado pela primeira vez para um bloco vazio antes de excluir. Os dados e os dados atualizados podem ser escritos de volta nas células depois que todo o bloco foi apagado.
O processo de escrita no SSD é referido como ciclos de programa/apagar (ciclos PE). O ciclo P/E das células flash é limitado e, quando o limite é atingido, o SSD se torna não confiável e instável. Em alguns casos, o SSD produzirá erros, mas ficará inutilizável em casos piores. A substituição frequente das células acabará reduzindo a vida útil do SSD. Para mitigar esse problema, algumas técnicas são utilizadas para garantir que as células flash sejam usadas uniformemente durante todo o processo de escrita/apagamento.
Coleta de lixo
A coleta de lixo basicamente remove os arquivos marcados pelo sistema operacional, conforme excluído ou modificado. O controlador classifica as páginas que ainda são úteis e as move para um novo bloco, deixando para trás aqueles que já podem ser excluídos e depois exclui todo o bloco de dados desnecessários para que os dados possam ser gravados novamente.
Desgastar nivelamento
Outra técnica SSD aplicada para distribuir dados às células flash é uniformemente. Digamos que temos os blocos A e B. O bloco A contém arquivos que são constantemente editados ou atualizados, resultando em ciclos P/E frequentes no bloco A. O bloco B, por outro lado, contém dados que não precisam de edição ou atualização com frequência, como filmes ou fotos. Isso deixa o bloco B com mais ciclos P/E à esquerda que o Bloco A e acabará causando a desgaste do bloco A mais rápido que o Bloco B. O nivelamento do desgaste é verificar as contagens de apagamento dos blocos para ver quais blocos são menos usados e liberará esses blocos para uso futuro. Nos blocos A e B em nosso exemplo, o nivelamento de desgaste moverá os dados do bloco B para o bloco A, desde que haja espaço suficiente, pois o bloco B raramente é substituído. Ao fazer isso, o bloco B será utilizado durante a próxima operação de salvamento. O nivelamento do desgaste aumenta a vida útil do SSD, usando todos os blocos igualmente.
APARAR
Até agora, você já pode dizer que o SSD está passando por um processo tedioso e ineficiente de copiar temporariamente um bloco de dados para outro bloco para apagar as páginas das células e depois reescrever os dados utilizáveis de volta ao bloco. Este ciclo constante de gravação/apagar causa o lento desempenho dos SSDs a longo prazo. Um comando do sistema operacional ajuda a reduzir o número de ciclos P/E e prolongar a vida do SSD.
O comando TRIM diz ao SSD quais dados são marcados como obsoletos e podem ser excluídos. TRIM funciona com coleta de lixo para classificar bons dados de dados obsoletos. Uma grande vantagem do TRIM é que pode funcionar em um nível de página em vez de um nível de bloco, o que significa que os dados podem ser excluídos nas páginas em vez de excluir todo o bloco.
Trim é aplicável aos SSDs que usam a interface ATA, embora outras interfaces também tenham comandos semelhantes, embora com um nome diferente. Trim ajuda a melhorar a eficiência e a longevidade de um SSD, mas apesar de seus benefícios, nem todos os SSDs suportam acabamentos, pois nem todos os sistemas operacionais são construídos com o comando TRIM. Sem acabamento, o SSD não saberá que uma área específica contém dados que não são mais necessários até que os dados precisem ser gravados para essa área novamente. O SSD precisa apagar os dados inutilizáveis primeiro e passar pelo ciclo de apagamento, que diminui o processo todo o processo.
Conclusão
Atualmente, os SSDs têm diferentes fatores de forma, dependendo da interface que eles usam. Por serem geralmente menores que os HDDs, eles oferecem flexibilidade aos fabricantes ao projetar os computadores. Os SSDs também são mais rápidos, mais estáveis, duráveis e mais eficientes em termos de energia do que os HDDs tradicionais, tornando-os a escolha preferida para mídias de armazenamento secundárias de fabricantes e consumidores.