Por Lucas Danrley Cajé de Souza

Ao longo da evolução da computação, uma das características mais relevantes que sempre mereceu destaque foi o armazenamento dos dados, uma vez que nenhum processamento fazia sentido se não pudessem ter seus resultados guardados, pois na maioria das vezes é necessário utilizá-los novamente. Nesse contexto, as primeiras formas de armazenamento de informações se deram pela perfuração de cartões, cuja sequência de furos representava um dado.

Com a necessidade de um menor consumo de energia, maior velocidade na transferência de dados, menor tamanho, maior capacidade de armazenamento e outros fatores, hoje há várias formas e dispositivos de armazenamento, como pen drives, cartões de memória, hard disk (ou HD), CDs (em alguns poucos casos) e até mesmo o armazenamento em nuvem.

No que diz respeito aos computadores, todos os documentos e softwares são guardados em único local: o HD. Esse dispositivo possui a característica de ser uma memória não volátil, ou seja, os dados não são apagados quando a energia é cessada. Além disso, com sua evolução, é possível ter velocidades de transferências altíssimas, uma capacidade de armazenamento cada vez maior e um custo muito acessível. Porém, ele possui algumas desvantagens, o que levou a necessidade do desenvolvimento de outro dispositivo que está ganhando cada vez mais espaço: o SSD (solid state drive).

O SSD é um novo padrão no armazenamento de dados, uma vez que é composto por chips de memórias flash. Tal memória é utilizada em pen drives e cartões SD, por esse motivo também necessitam ser não voláteis, e podem resistir a variações de temperatura e pressão. O seu tipo de arquitetura utilizada para aplicação nesse dispositivo é a NAND, formada por transistores em série, diferentemente da arquitetura NOR, que é em paralelo.

Existem três tipos de células de memória NAND, cuja mais simples é a SLC (Single Level Cell), que pode armazenar um bit de dado por célula. Para fazer isso, são constituídos de dois transistores, chamados de floating gate e control gate, separados por um óxido de silício, rico em cargas negativas, o que permite que os dados sejam armazenados por um longo tempo (CODÁ, 2013).

A figura 1 é uma representação de como isso é feito. Inicialmente não há uma tensão aplicada ao floating gate, assim a corrente elétrica não passa do terminal drain (emissor) para o source (coletor), o que representa o bit 0. Quando se aplica uma tensão ao floating gate, o transistor irá conduzir, representando bit 1, sendo necessária uma força muito alta para que os elétrons armazenados no óxido retornem ao floating gate, por esse motivo o dado pode ser armazenado por um longo tempo.

Baseado na SLC, as outras duas são MLC (Multi Level Cell) e TLC (Triple Level Cell), que podem armazenar 2 e 3 bits respectivamente, o que representou um avanço, já que é possível mais informações por chip, porém a desvantagem está no aumento do tempo de gravação e leitura. Esse armazenamento é possível ser feito devido à utilização de tensões intermediárias e bem específicas, como pode-se notar na figura 2.

A memória flash NAND proporciona ao SSD inúmeras vantagens, tais como o aumento na velocidade de escrita e leitura de dados e a diminuição no consumo de energia. No entanto a limitação desse tipo de memória, que acaba sendo também uma limitação para o SSD, é o número finito de leitura e escrita. Quando se deseja armazenar um dado, os dados antigos precisam ser apagados antes da inserção dos novos, o que atrasa ainda mais a operação, além disso esse processo de exclusão e gravação faz com que haja, a longo prazo, um desgaste do óxido entre os elementos.

Para retardar o desgaste e aumentar o tempo das operações, são empregados alguns métodos. Um deles é o método TRIM, que para funcionar deve ser suportado tanto pelo SSD como pelo sistema operacional (SO). Uma vez que os dados necessitem serem apagados, o SO informa ao controlador do SDD quais blocos não estão mais em uso para que ele possa fazer a limpeza, diferentemente do que ocorre no armazenamento tradicional, onde o espaço é apenas liberado para uso (e não apagado de fato), após isso a informação é gravada por cima. Outros métodos podem distribuir, de forma uniforme, os ciclos de gravação, melhorando, assim, seu desempenho.

A velocidade é a grande avanço fornecido pelo equipamento. Com alguns softwares é possível observar o desempenho do SSD e HD. É natural que as configurações do computador também influenciem no resultado, mas de maneira geral os resultados são muito superiores. Na figura 3 é feita uma comparação entre as principais características do SSD e HD, como o consumo de energia, tempo de acesso aos dados e consumo de processamento da CPU.

Além disso, não há qualquer parte móvel no dispositivo, tornando-o menor, mais silencioso, mais leve, dissipa menos calor, e sem risco de danos, diferentemente dos HDs tradicionais. A figura 4 mostra a estrutura básica de um SSD, onde é possível observa os chips de memória e o mesmo padrão de conexão que os HDs, o SATA. Porém, existem modelos com outros padrões, o que também pode influenciar em sua performance.

A utilização mais frequente atualmente está nos computadores e servidores de grande porte, onde a velocidade é um parâmetro fundamental. Isso ocorre devido aos preços ainda serem elevados em relação aos HDs. Independentemente disso, o dispositivo SSD surge como uma alternativa frente as desvantagens da utilização de um HD tradicional, uma vez que continuam evoluindo: as buscas pelo aumento de capacidade e menor preço são constantes, estas que são, praticamente, as únicas desvantagens desse dispositivo.

Referências: 

CODÁ, L. M. R, 2013. Memória Flash [Arquivo pdf]. Disponível em https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3869315/mod_resource/content/1/MEMÓRIA%20FLASH_2013.pdf. Acesso em 24 de novembro de 2017.

Effectiveness analysis of using Solid State Disk. . A. Skendžić, B. Kovačić e E. Tijan. University of Rijeka, Croácia. 39th International Convention on Information and Communication Technology, 3 de junho de 2016.

O que é SSS: velocidades, capacidades e tecnologias. Emerson Alecrim. Disponível em https://www.infowester.com/ssd.php. Acesso em 25 de novembro de 2017.

SSD: Células de memória não voláteis. Breno Piropo. Disponível em http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2013/12/ssd-celulas-de-memoria-nao-volateis.html. Acesso em 25 de novembro de 2017.