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O que é SSD: Como Funcionam e Suas Principais Características

Entenda o que é SSD e como esses HDs de alta velocidade melhoram o desempenho do seu PC

Já ouviu falar de “HD riscado” ou “a agulha pulou quando bateu no PC” ou alguma coisa similar? Problemas que eram comuns nos antigos discos de vinil também aconteciam nos HD convencionais, mas, não nos SSDs.

Um SSD, ou unidade de estado sólido, é um tipo de dispositivo de armazenamento usado em computadores, consoles de videogame para expandir a memória do PlayStation 5 e notebooks. Essa mídia de armazenamento não volátil armazena dados persistentes na memória flash de estado sólido.

SSDs de marcas como a WD Black, ou unidade de estado sólido, como o Cardea A440, não costumam ter esses problemas e, por isso, se tornaram os queridinhos de quem precisa de confiança e velocidades na leitura e gravação de dados para quem quer montar um PC gamer ou comprar notebooks gamers.

Quer entender o que é SSD e como eles funcionam? Vamos falar sobre isso e, se ficar com dúvidas, é só deixar aí nos comentários.

Entendendo um SSD

Os SSDs substituem as unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais em computadores e executam as mesmas funções básicas de um disco rígido. Mas os SSDs são significativamente mais rápidos em comparação. Com um SSD, o sistema operacional do dispositivo será inicializado mais rapidamente, os programas serão carregados mais rapidamente e os arquivos poderão ser salvos mais rapidamente.

Um disco rígido tradicional consiste em um disco giratório com uma cabeça de leitura/gravação em um braço mecânico chamado atuador. Um HDD lê e grava dados magneticamente. As propriedades magnéticas, no entanto, podem levar a avarias mecânicas.

Em comparação, um SSD não possui partes móveis, como a agulha de leitura, para quebrar ou girar para cima ou para baixo. Os dois principais componentes de um SSD são o controlador flash e os chips de memória flash NAND. Essa configuração é otimizada para fornecer alto desempenho de leitura/gravação para solicitações de dados sequenciais e aleatórios.

Onde os SSDs podem ser usados?

Os SSDs são usados em qualquer lugar onde os discos rígidos possam ser implantados. Em produtos de consumo, por exemplo, são utilizados em computadores pessoais (PCs), laptops, câmeras digitais, tocadores de música digital, smartphones, tablets e pen drives. Eles também são incorporados com placas gráficas. No entanto, eles são mais caros que os HDDs tradicionais.

As empresas com uma necessidade em rápida expansão de entradas/saídas (E/S) mais altas estimularam o desenvolvimento e a adoção de SSDs. Como os SSDs oferecem menor latência do que os HDDs, eles podem lidar com mais eficiência com leituras pesadas e cargas de trabalho aleatórias. Essa latência mais baixa decorre da capacidade de um flash SSD de ler dados direta e imediatamente dos dados armazenados.

Servidores, laptops, desktops de alto desempenho ou qualquer aplicativo que precise fornecer informações em tempo real podem se beneficiar da tecnologia de unidade de estado sólido. Essas características tornam os SSDs corporativos adequados para descarregar leituras de bancos de dados com muitas transações.

Eles também podem ajudar a aliviar atrasos de inicialização com infraestrutura de desktop virtual ou dentro de uma matriz de armazenamento para armazenar dados usados com frequência localmente usando uma nuvem híbrida.

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Fatores a serem considerados ao comprar SSDs

Historicamente, os SSDs custam mais do que os discos rígidos convencionais. Porém, devido a melhorias na tecnologia de fabricação e capacidade de chip expandida, os preços do SSD caíram, permitindo que consumidores e clientes corporativos vissem os SSDs como uma alternativa viável ao armazenamento convencional.

  • Durabilidade. Toda garantia de SSD cobre um número finito de ciclos de unidade, determinado pelo tipo de flash NAND. Um SSD usado apenas para leituras não requer o mesmo nível de resistência que um SSD destinado a lidar principalmente com gravações.
  • Fator de forma. Isso determina se um SSD de substituição funciona com o armazenamento existente e o número de SSDs que cabem em um único chassi.
  • Interface. Isso determina a taxa de transferência máxima e os limites mínimos de latência, bem como os recursos de expansão do SSD. Os fabricantes qualificam seus SSDs para NVMe, SAS e SATA.
  • Uso de energia. A interface da unidade também especifica a potência máxima de um SSD, embora muitos SSDs corporativos sejam projetados para serem ajustados durante a operação.

Como funcionam os SSDs?

Um SSD lê e grava dados em chips de memória flash interconectados subjacentes feitos de silício. Os fabricantes constroem SSDs empilhando chips em uma grade para obter diferentes densidades.

Os SSDs leem e gravam dados em um conjunto subjacente de chips de memória flash interconectados. Esses chips usam transistores de porta flutuante (FGTs) para manter uma carga elétrica, o que permite que o SSD armazene dados mesmo quando não está conectado a uma fonte de energia. Cada FGT contém um único bit de dados, designado como 1 para uma célula carregada ou 0 se a célula não tiver carga elétrica.

Um hdd com partes movéis
Um HDD com partes movéis

Cada bloco de dados é acessível a uma velocidade consistente. No entanto, os SSDs só podem gravar em blocos vazios. E embora os SSDs tenham ferramentas para contornar isso, o desempenho ainda pode diminuir com o tempo.

Os SSDs usam três tipos principais de memória: células de nível único, multi e triplo. Células de nível único podem conter um bit de dados por vez – um ou zero. Células de nível único (SLCs) são a forma mais cara de SSD, mas também são as mais rápidas e duráveis.

Células de vários níveis (MLCs) podem conter dois bits de dados por célula e ter uma quantidade maior de espaço de armazenamento na mesma quantidade de espaço físico de um SLC. No entanto, os MLCs têm velocidades de gravação mais lentas.

Células de nível triplo (TLCs) podem conter três bits de dados em uma célula. Embora os TLCs sejam mais baratos, eles também têm velocidades de gravação mais lentas e são menos duráveis do que outros tipos de memória. Os SSDs baseados em TLC fornecem mais capacidade de flash e são mais baratos do que um MLC ou SLC, embora com maior probabilidade de podridão de bitsdevido a ter oito estados dentro da célula.

Quais são as principais características dos SSDs?

Vários recursos caracterizam o design de um SSD. Por não possuir partes móveis, um SSD não está sujeito às mesmas falhas mecânicas que podem ocorrer em HDDs. Os SSDs também são mais silenciosos e consomem menos energia. E como os SSDs pesam menos que os discos rígidos, eles são uma boa opção para laptops e dispositivos de computação móvel.

Além disso, o software do controlador SSD inclui análises preditivas que podem alertar o usuário com antecedência sobre uma possível falha na unidade. Como a memória flash é maleável, as AFA (all-flash array ou unidades de armazenamento flash) podem manipular a capacidade de armazenamento utilizável usando técnicas de redução de dados.

Quais são as vantagens dos SSDs?

Os benefícios dos SSDs sobre os HDDs incluem:

  • Velocidades de leitura/gravação mais rápidas. Os SSDs podem acessar arquivos grandes rapidamente.
  • Tempos de inicialização mais rápidos e melhor desempenho. Como a unidade não precisa girar como um HDD, ela é mais responsiva e oferece melhor desempenho de carga.
  • Durabilidade. Os SSDs são mais resistentes a choques e podem lidar com o calor melhor do que os HDDs porque não possuem partes móveis.
  • Consumo de energia. Os SSDs precisam de menos energia para operar do que os HDDs devido à falta de partes móveis.
  • Mais silencioso. Os SSDs produzem menos ruído audível porque não há peças móveis ou giratórias.
  • Tamanho. Os SSDs vêm em uma variedade de fatores de forma, enquanto os tamanhos de HDD são limitados.

Quais são as desvantagens dos SSDs?

As desvantagens que acompanham os SSDs incluem:

  • Custo. Os SSDs são mais caros que os HDDs tradicionais.
  • Expectativa de vida. Alguns SSDs, por exemplo, aqueles que usam chips de memória flash NAND, só podem ser gravados um número especificado de vezes que normalmente é menor que os HDDs.
  • Desempenho. Limitações no número de ciclos de gravação fazem com que o desempenho dos SSDs diminua com o tempo.
  • Opções de armazenamento. Por causa do custo, os SSDs são normalmente vendidos em tamanhos menores.
  • Recuperação de dados . Esse processo demorado pode ser caro, pois os dados em chips danificados podem não ser recuperáveis.

Quais são os tipos de memória não volátil SSD?

Chip ttl 7400
O chip TTL 7400, contendo quatro NANDs. Os dois pinos adicionais fornecem energia (+5 V) e conectam o terra (fonte: Wikipédia)

Os circuitos NAND e NOR diferem no tipo de porta lógica que usam. Os dispositivos NAND usam acesso serial de oito pinos aos dados. Enquanto isso, a memória flash NOR é comumente usada em telefones celulares, suportando acesso aleatório de 1 byte.

Comparado com NAND, NOR flash oferece tempos de leitura rápidos, mas geralmente é uma tecnologia de memória mais cara.

O NOR grava dados em grandes blocos, o que significa que leva mais tempo para apagar e gravar novos dados.

Os recursos de acesso aleatório do NOR são usados para executar código, enquanto o flash NAND é destinado ao armazenamento.

A maioria dos smartphones suporta ambos os tipos de memória flash, usando NOR para inicializar o sistema operacional e cartões NAND removíveis para expandir a capacidade de armazenamento do dispositivo.

Quais são os tipos de SSD?

Os tipos de SSDs incluem:

  • Unidades de estado sólido ou SSD: Os SSDs básicos oferecem o menor desempenho. Os SSDs são dispositivos flash que se conectam via Serial Advanced Technology Attachment (SATA) ou Serial-attached SCSI (SAS) e são o primeiro passo e mais econômico para o mundo do estado sólido. Para muitos ambientes, o aumento de desempenho nas velocidades de leitura sequencial de um SSD SATA ou SAS será suficiente.
  • Flash baseado em PCIe: O flash baseado em Peripheral Component Interconnect Express é o próximo passo em desempenho. Embora esses dispositivos normalmente ofereçam maior taxa de transferência e mais operações de entrada/saída por segundo, a maior vantagem é a latência significativamente menor. A desvantagem é que a maioria desses dispositivos requer um driver personalizado e tem proteção de dados integrada limitada.
  • Flash DIMM: Os módulos de memória Flash dual in-line reduzem a latência, indo além dos cartões flash PCIe, eliminando a possível contenção do barramento PCIe. Eles exigem drivers personalizados exclusivos para flash DIMMS, com alterações específicas no sistema de E/S somente leitura na placa-mãe.
  • SSD NVMe: Esses SSDs usam a especificação de interface não volátil de memória expressa (NVMe). Isso acelera as velocidades de transferência de dados entre sistemas clientes e unidades de estado sólido em um barramento PCIe. Os SSDs NVMe são projetados para armazenamento não volátil de alto desempenho e são adequados para configurações de computação intensiva altamente exigentes.
  • NVMe-oF: O protocolo NVMe over Fabrics permite transferências de dados entre um computador host e um dispositivo de armazenamento de estado sólido de destino. O NVMe-oF transfere dados por meio de métodos como Ethernet, Fibre Channel ou InfiniBand.
  • Armazenamento híbrido DRAM-flash: Essa configuração de canal de memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM) combina flash e DRAM de servidor. Esses dispositivos híbridos de armazenamento flash abordam o limite de dimensionamento teórico da DRAM e são usados para aumentar a taxa de transferência entre o software de aplicativo e o armazenamento.

Fatores de forma SSD

Os fabricantes de SSD oferecem diversos formatos. O fator de forma mais comum é um SSD de 2,5 polegadas que está disponível em várias alturas e oferece suporte aos protocolos SAS, SATA e NVMe. A Solid State Storage Initiative, um projeto da Storage Networking Industry Association, identificou os três principais formatos de SSD a seguir:

  • SSDs que vêm em formatos de HDD tradicionais e se encaixam nos mesmos slots SAS e SATA em um servidor.
  • SSD que usam fatores de forma padrão de placa complementar, como aquelas com uma placa de porta serial PCIe. Um SSD conectado a PCIe não requer adaptadores de barramento de host de rede para retransmitir comandos, o que acelera o desempenho do armazenamento. Esses dispositivos incluem os SSDs U.2 que geralmente são considerados a eventual substituição de unidades usadas em laptops finos.
  • Módulos de estado sólido que residem em um DIMM ou módulo de memória dual in-line pequeno. Eles podem usar uma interface HDD padrão, como SATA. Esses dispositivos são conhecidos como cartões DIMM não voláteis (NVDIMM).

Dois tipos de RAM são usados em um sistema de computador: DRAM, que perde dados quando há falta de energia, e RAM estática. Os NVDIMMs fornecem o armazenamento persistente de que um computador precisa para recuperar dados.

Eles colocam o flash próximo à placa-mãe, mas as operações são realizadas na DRAM. O componente flash se encaixa em um barramento de memória para backup em armazenamento de alto desempenho. Tanto os SSDs quanto a RAM incorporam chips de estado sólido, mas os dois tipos de memória funcionam de maneira diferente em um sistema de computador.

Dois fatores de forma mais recentes dignos de nota são os SSDs M.2 e U.2. Um SSD M.2 varia em comprimento – normalmente de 42 milímetros (mm) a 110 mm – e se conecta diretamente a uma placa-mãe. Ele se comunica via NVMe ou SATA.

O pequeno tamanho de um M.2 limita a área de superfície para dissipação de calor que, com o tempo, reduzirá seu desempenho e estabilidade. No armazenamento corporativo, os SSDs M.2 geralmente são usados ​​como um dispositivo de inicialização. Em dispositivos de consumo, como notebooks, um SSD M.2 oferece expansão de capacidade.

Um SSD U.2 descreve um SSD PCIe de 2,5 polegadas. Esses pequenos dispositivos de fator de forma eram anteriormente conhecidos como SFF-8639. A interface U.2 permite que SSDs PCIe baseados em NVMe de alta velocidade sejam inseridos na placa de circuito de um computador, sem a necessidade de desligar o servidor e o armazenamento.

FAQ Rápido

Um SSD é um disco rígido?

Os SSDs não são “discos rígidos”, embora os SSDs e os HDDs tenham a mesma finalidade de armazenar dados em seu computador. Os SSDs contam com memória flash, tornando-os mais rápidos, mais duráveis e duram mais do que os HDDs, que dependem de discos giratórios e outras partes móveis para funcionar.

Como funcionam os SSDs?

Os SSDs funcionam usando memória flash para armazenar e acessar dados não voláteis. Eles não têm partes móveis mecânicas como os HDDs e são mais rápidos, menores e mais leves do que os discos rígidos tradicionais.

O SSD é um disco rígido melhor?

Os SSDs são mais rápidos, mais duráveis, mais compactos, mais silenciosos e consomem menos energia. Os HDDs são mais acessíveis e podem oferecer uma recuperação de dados mais fácil em caso de danos.

Qual é a principal desvantagem de um SSD?

A maior desvantagem de uma unidade de estado sólido é o custo. SSD custa mais do que uma unidade de disco rígido convencional. A incapacidade de recuperar dados antigos é uma das maiores desvantagens de um SSD. Os dados são permanentemente e completamente excluídos das unidades.

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