As unidades de estado sólido (SSDs ) estão se tornando rapidamente o armazenamento de computador preferido para sistemas operacionais e aplicativos. Você os encontrará nos laptops, telefones, tablets e até mesmo nos consoles mais recentes.
Com excelente desempenho e durabilidade, essas unidades estão causando um verdadeiro impacto, mas o que exatamente é um SSD?
Como funcionam as unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais
Para entender o que torna os SSDs diferentes, precisamos voltar brevemente no tempo e olhar para as unidades de disco rígido (HDDs) tradicionais. Um HDD era o tipo de unidade padrão que você encontrava em praticamente todos os computadores até recentemente.
Dentro do HDD, você encontrará um ou mais discos giratórios chamados “pratos”. Cada prato é dividido em faixas e setores. Os pratos são geralmente feitos de alumínio ou vidro e revestidos com material magnético.
A superfície do prato contém bilhões de áreas individuais, cada uma representando um único bit de dados. A área pode ser magnetizada ou desmagnetizada, representando um ou zero.
À medida que os pratos giratórios se movem a milhares de rotações por minuto, pequenas cabeças de leitura e gravação presas aos braços oscilantes flutuam a um fio de cabelo acima do prato, lendo ou escrevendo na unidade.
As unidades de disco rígido são dispositivos incrivelmente complicados, com muitas peças móveis minúsculas, precisas e frágeis. É uma maravilha moderna que eles funcionem tão bem.
Como funciona uma unidade de estado sólido (SSD)
Os SSDs têm mais em comum com dispositivos semicondutores como CPUs e RAM do que com unidades de disco rígido. SSDs e HDDs atuam como dispositivos de armazenamento, mas os SSDs funcionam de maneira muito diferente.
Dentro de um SSD típico, você encontrará apenas chips de computador. Existe o chip controlador do SSD, que gerencia como e onde os dados são armazenados, mas a maior parte de um SSD consiste em chips de memória flash.
A memória flash é uma memória “não volátil”. A memória volátil, como a RAM, não persiste quando a energia é desligada – os dados armazenados nela desaparecem. Por outro lado, com memória não volátil (como SSDs ou unidades USB), seus dados persistem mesmo quando a energia é desligada. É por isso que os pen drives USB também são chamados de “pen drives”!
Os SSDs modernos (e a maioria das unidades flash USB e cartões de memória) usam um tipo de memória flash chamada memória flash NAND. Seu nome vem de um dos tipos de portas lógicas que você pode criar em um microchip. Dentro da memória NAND, existem “células” que podem conter diferentes níveis de carga elétrica. Ao medir o nível de carga em uma célula de memória, você pode dizer se ela representa um ou zero. Para alterar o conteúdo de uma célula, basta alterar o nível de carga dentro dela..
Existem muitas variações diferentes na tecnologia no mundo da memória NAND. Por exemplo, você pode ter visto alguns SSDs Samsung rotulados como “V-NAND” ou NAND “vertical”. Aqui as células de memória são empilhadas verticalmente, permitindo mais capacidade de armazenamento no mesmo espaço de silício. O 3D NAND da Intel também é mais ou menos a mesma tecnologia.
Tipos de SSDs e Interfaces
Os SSDs vêm em vários formatos e tipos de memória flash NAND. Isso determina o desempenho máximo de um SSD, bem como seu preço.
Tipos de memória flash
Todos os flash NAND não são iguais em densidade de dados e desempenho. Você deve se lembrar da discussão acima que os SSDs armazenam dados como cargas elétricas dentro das células de memória.
Se uma célula armazena apenas um único bit de dados, ela é chamada de SLC ou memória de célula de nível único. As memórias MLC (célula multinível) e TLC (célula de nível triplo) armazenam dois e três bits de dados por célula, respectivamente. A memória QLC (célula de quatro níveis) chega a quatro bits por célula.
Quanto mais bits de dados você puder armazenar em uma única célula, mais barato será o seu SSD ou mais dados você poderá colocar no mesmo espaço. Parece uma ótima ideia, mas graças à forma como os SSDs funcionam, as unidades morrem mais rapidamente ao usar um método de armazenamento de vários bits. A memória SLC é o tipo de NAND de melhor desempenho e durabilidade, com longa vida útil. No entanto, também é de longe o mais caro e só é encontrado em unidades de última geração.
Como tal, a maioria dos SSDs de consumo usa MLC ou TLC e emprega métodos especiais para prolongar ao máximo sua vida útil. Abordaremos a questão do desgaste do SSD um pouco mais adiante neste artigo, sob as desvantagens da tecnologia.
Fatores de formato SSD
Os SSDs vêm em vários formatos. Um “fator de forma” é simplesmente a forma física do dispositivo e o padrão de conexão ao qual ele está em conformidade. Como os SSDs foram inicialmente projetados para substituir os HDDs, os primeiros dispositivos destinados aos desktops de consumo foram projetados para serem encaixados onde antes estavam os discos rígidos.
É aqui que o design SSD SATA de 2,5 polegadas entra em cena. Você pode simplesmente retirar o disco rígido atual do seu laptop de 2,5 polegadas e conectar um desses SSDs..
O SSD dentro deste gabinete não precisa de todo esse espaço, mas fazia todo o sentido, já que os laptops e a maioria dos desktops modernos já possuem baias de unidade de 2,5 polegadas e conectores SATA em suas placas-mãe. Você também pode comprar adaptadores que permitem colocar uma unidade de 2,5 polegadas no compartimento de 3,5 polegadas de um desktop.
Além de ocupar espaço desnecessário, essas unidades de 2,5 polegadas foram limitadas a 600 MB/s, já que esse é o limite da interface SATA 3.
O padrão mSATA (mini-SATA) resolve o problema de espaço. mSATA tinha fisicamente o mesmo formato, tamanho e conector do padrão de placa PCI Express Mini, mas os dois tipos de placas são eletricamente incompatíveis.
O padrão mSATA foi substituído pelo padrão M.2. Os SSDs M.2 podem ser SATA ou PCIe, dependendo da combinação da placa e da placa-mãe.
Os cartões M.2 também podem ser frente e verso com componentes em ambos os lados e variam em comprimento. É sempre importante certificar-se de que a placa-mãe do seu computador é compatível com o SSD M.2 que você deseja usar!
Os SSDs NVMe usam o padrão Non-Volatile Memory Express, que é como o computador pode acessar a memória SSD usando o PCIe, que é mais comumente usado para placas gráficas. O PCIe tem muito mais largura de banda do que o SATA, permitindo que a memória SSD rápida atinja todo o seu potencial.
As vantagens dos SSDs
Há muitas razões pelas quais os SSDs estão se tornando rapidamente o padrão em tecnologia de armazenamento. Embora alguns problemas iniciais os tenham mantido fora do mundo da informática convencional por um tempo, eles agora estão no ponto em que podemos recomendá-los a qualquer pessoa. Até os consoles de videogame mais recentes agora usam SSD. Aqui estão os principais pontos fortes que levaram os SSDs à sua popularidade atual.
SSDs são rápidos
O disco rígido mecânico mais rápido do mundo, o Seagate Mach.2 Exos 2X14, pode atingir taxas de transferência sustentadas de 524 MB/s. Isso é quase tão rápido quanto um SSD SATA 3, mas a unidade mecânica típica que você encontrará em computadores hoje em dia pode atingir algo entre 100 MB/s e 250 MB/s se você estiver olhando para o mercado de última geração. .
SSDs M.2 PCIe típicos, como os encontrados em laptops de médio porte, oferecem 2,5 a 3,5 GB/s. Os mais recentes SSDs M.2 PCIe estão chegando perto de 8 GB/s, o que é uma quantidade de dados impressionante. As velocidades de gravação sequencial são geralmente um pouco mais lentas do que as velocidades de leitura, mas os dados voam a um ritmo tremendo em ambas as direções..
Não se trata apenas de velocidades de transferência. Os discos rígidos mecânicos precisam de tempo para girar os pratos e colocar as cabeças da unidade no lugar. Encontrar o local certo no prato para uma solicitação de dados é conhecido como “tempo de busca”. Para SSDs, esse número de latência é efetivamente zero.
O SSD pode ler dados instantaneamente de qualquer local dentro de suas células de memória e até mesmo fazer isso em paralelo. Não importa como você o divide, os SSDs estão em um universo de desempenho diferente até mesmo dos melhores discos rígidos mecânicos, não importa como você o divide.
Ao atualizar o HDD de um computador para um SSD, você terá tempos de inicialização muito mais rápidos e uma capacidade de resposta do sistema muito rápida. Simplesmente porque sua CPU nunca precisa esperar pelos dados de suas unidades de armazenamento. É uma maneira fantástica de dar nova vida a um sistema Windows antigo.
SSDs são duráveis
Os SSDs são tão duráveis quanto qualquer outro componente de estado sólido, como CPU ou RAM, sem partes móveis. A menos que uma oscilação de energia os destrua, eles deverão funcionar indefinidamente ou pelo menos enquanto o computador permanecer útil para você. A memória flash também é muito resistente a danos por impacto, ao contrário dos discos rígidos que são facilmente destruídos se caírem, especialmente enquanto os pratos estão girando.
Essa durabilidade os torna perfeitos para laptops, e é por isso que ultrabooks como o Apple MacBook Air, iMac e outros membros da família de computadores Mac têm SSDs integrados de alto desempenho.
“Durabilidade”, neste caso, não se refere ao fenômeno de desgaste do SSD, que abordamos na lista de desvantagens abaixo.
SSDs não sofrem fragmentação
As fragmentações de dados são um problema real nos HDDs. Acontece quando novos dados são gravados no primeiro espaço disponível na unidade. Portanto, um determinado arquivo ou conjunto de arquivos relacionados pode ter seus dados espalhados por toda a área física do disco.
Isso destrói a velocidade de leitura sequencial e aumenta muito o tempo de busca porque os cabeçotes da unidade voam por todos os lados para encontrar todas as partes de um arquivo. Os SSDs, devido à sua própria natureza, não sofrem fragmentação. Não é que os arquivos não estejam fragmentados. Só que isso não importa porque não há partes móveis e nem tempo de busca para falar..
A desfragmentação apenas desgasta desnecessariamente a unidade. Se você quiser saber um pouco mais sobre fragmentação SSD, leia Você deve desfragmentar um SSD?
SSDs são silenciosos
Os discos rígidos são barulhentos! O zumbido do motor, o barulho do disco, os cliques das cabeças da unidade movendo-se para frente e para trás – esse tem sido o ruído de fundo para os usuários de computador ao longo das décadas.
Os SSDs, por outro lado, não fazem nenhum ruído. Isso pode parecer uma vantagem trivial, mas componentes barulhentos do computador são irritantes. Em alguns casos de uso, como computadores usados para gravação de som, os níveis de som são críticos. Houve discos rígidos caros com montagens e designs especiais que tentaram reduzir o ruído do HDD, mas com SSDs o problema está completamente resolvido.
É por isso que agora podemos ter um computador como o Apple M1 MacBook Air, que não tem ventoinhas nem disco rígido mecânico. Todo o computador é de estado sólido e, portanto, não faz nenhum ruído!
SSD são pequenos e eficientes em termos de consumo de energia
Os SSDs ocupam muito menos espaço que os HDDs e precisam de muito menos energia para funcionar. Isso significa que podemos ter computadores, tablets, smartphones e outros dispositivos eletrônicos menores e mais finos que exigem unidades de armazenamento não voláteis rápidas.
Os SSDs podem adormecer quase completamente quando não estão em uso e, diferentemente dos HDDs, podem alternar para o modo de alto desempenho quase instantaneamente. Como um todo, o consumo de energia do SSD é especialmente importante para obter melhor vida útil da bateria de computadores móveis e outros dispositivos que os utilizam. Os dispositivos eletromecânicos simplesmente precisam de mais energia do que os dispositivos de estado sólido para funcionar.
SSDs podem reduzir o tamanho da instalação
Os SSDs podem reduzir o tamanho da instalação de alguns aplicativos, especialmente jogos de vídeo. Quando os aplicativos dependem do fluxo rápido de dados para a memória, os desenvolvedores podem duplicar informações em vários locais no disco rígido. Isso reduz os tempos de busca porque os cabeçotes da unidade estão sempre próximos de uma cópia dos dados necessários. É um truque inteligente, mas custa espaço de armazenamento.
Aplicativos projetados para SSDs não precisam fazer isso. Como o SSD praticamente não tem latência e pode ler dados de qualquer lugar da unidade imediatamente, apenas uma cópia dos dados deve estar presente..
Consoles como o PlayStation 5 já mostraram o quanto os SSDs podem reduzir o tamanho das instalações, especialmente quando combinados com a compactação, o que nos leva à próxima vantagem.
SSDs podem ser acelerados
Se você achava que os SSDs já eram bastante rápidos, você poderia acelerar essas unidades para obter números de desempenho realmente de alta velocidade. Tudo graças à tecnologia de compressão. Os dados são armazenados no SSD em um formato altamente compactado. Quando as informações são solicitadas, elas são descompactadas em tempo real, amplificando efetivamente as velocidades de transferência de dados brutos do SSD.
O único problema é que você precisa de um processador poderoso para descompactar, mas os SSDs atualmente não incluem esse processador. Acontece que as GPUs são excelentes para fazer esse tipo de trabalho, portanto, usando APIs de software (Application Programmer Interface), como Armazenamento direto e RTX IO da Nvidia da Microsoft, as gerações recentes de GPU podem acelerar não apenas gráficos 3D, mas também desempenho de SSD.
As desvantagens dos SSDs
Os SSDs têm muitos atributos desejáveis, mas a tecnologia não é perfeita. Alguns aspectos da propriedade de SSD não são tão agradáveis quanto gostaríamos.
SSDs são mais caros
Os preços dos HDDs caíram muito e aumentaram a quantidade de dados que podem armazenar a níveis insanos de densidade. O resultado é que um gigabyte de dados do HDD custa muito menos do que o flash NAND mais barato.
Os preços dos SSDs caíram vertiginosamente nos últimos anos, mas as pessoas geralmente ainda usam SSDs relativamente pequenos, na faixa de 256 GB a 512 GB. Os SSDs são reservados para aplicativos e sistemas operacionais, enquanto os HDDs ainda possuem armazenamento em massa para arquivos de mídia ou aplicativos que não se beneficiam das velocidades do SSD.
A boa notícia é que, como toda tecnologia de semicondutores, a densidade dos transistores e os processos de fabricação provavelmente mostrarão uma tendência exponencial, levando a custos mais baixos e a quantidades de espaço mais significativas. Por enquanto, a maioria dos orçamentos exige uma combinação de armazenamento SSD e HDD.
SSDs podem se desgastar
Embora os SSDs sejam muito duráveis e possam suportar mais danos do que os HDDs, além de terem vida operacional mais longa, eles sofrem com o desgaste. O desgaste do SSD ocorre porque a gravação dos SSDs nas células de memória é destrutiva. Cada vez que um bit é gravado em uma célula de memória SSD, ele perde um pouco a capacidade de reter carga..
Com o tempo, gravações repetidas em uma célula a tornam inoperante. Os SSDs SLC podem lidar com as gravações mais repetidas antes de fritar uma determinada célula, mas as células MLC, TLC e QLC são mais vulneráveis, nessa ordem. Os primeiros SSDs de consumo poderiam morrer de forma alarmante em breve, mas hoje as unidades têm estratégias como nivelamento de desgaste e provisionamento excessivo para estender a resistência de gravação do SSD.
O desgaste do SSD é um assunto complexo, então dê uma olhada em Tudo o que você precisa saber sobre desgaste de SSD para uma discussão mais aprofundada.
SSDs podem apresentar apodrecimento rápido de bits
Todas as formas de armazenamento de dados eventualmente sucumbem à podridão de bits.Isso acontece quando o meio de armazenamento se degrada tanto que não consegue mais manter os dados em um formato legível.
Diferentes mídias apodrecem por vários motivos, mas os discos rígidos podem ser armazenados por décadas sem que a podridão seja um problema. Os SSDs, por outro lado, podem potencialmente perder seus dados após apenas alguns anos de armazenamento. Isto acontece devido à degradação da camada isolante que mantém a carga em cada célula de memória. Se o valor vazar, a célula estará vazia e não conterá dados!
Parece que o apodrecimento dos bits acontece mais rapidamente se os SSDs forem mantidos em um ambiente muito quente, mas, de qualquer forma, eles provavelmente não são a melhor opção para armazenar dados em uma gaveta em algum lugar.
A recuperação de dados SSD é difícil ou impossível
Existe uma indústria sofisticada construída em torno da arte de recuperar dados de discos rígidos mecânicos. Se você tiver dinheiro suficiente para gastar, poderá até recuperar dados de unidades que foram quebradas, pois um especialista literalmente reconstrói a unidade a partir de pedaços.
Em um nível mais mundano, você pode recuperar dados que foram excluídos acidentalmente porque os HDDs não excluem os dados físicos quando você os exclui no Windows ou em outro sistema operacional. Em vez disso, essa área da unidade é simplesmente marcada para ser substituída. Contanto que a substituição ainda não tenha ocorrido, você poderá recuperá-la usando um software especial.
Os SSDs tornam quase impossível recuperar qualquer coisa se a unidade estiver danificada ou os arquivos forem excluídos. Se um HDD está danificado for causado por uma oscilação elétrica, você ainda poderá reconstruí-lo com novos componentes eletrônicos de unidade, mas como um SSD é totalmente elétrico, toda a memória poderá ser frita..
Também não ajuda o fato de os SSDs terem controladores sofisticados que fazem muitas coisas com sistemas operacionais de dados físicos que eles desconhecem. Por exemplo, o comando TRIM usado por SSDs SATA exclui preventivamente as células de memória que foram marcadas para exclusão para acelerar o processo de gravação de novos dados. Portanto, o truque de recuperação não funcionará com eles!
O futuro é o estado sólido
Embora os SSDs não sejam perfeitos, eles representam um salto tão grande no desempenho das unidades de armazenamento que seu eventual domínio do mercado de armazenamento parece inevitável. Com o tempo, esperamos que até mesmo os SSDs SLC caiam de preço, enquanto os tipos de SSD menos duráveis se tornarão ainda mais inteligentes quando se trata de limitar o desgaste.
A tecnologia de disco rígido também teve seu quinhão de problemas no início, mas temos a sensação de que quaisquer problemas que os SSDs ainda tenham serão resolvidos em tempo recorde.
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