Disco de Estado Sólido - Solid-state drive

Disco de Estado Sólido
Super Talent 2.5in SATA SSD SAM64GM25S.jpg
Uma unidade de estado sólido Serial ATA de 2,5 polegadas
Uso de memória flash
Apresentado por: SanDisk
Data de introdução: 1991 ; 30 anos atrás ( 1991 )
Capacidade: 20 MB (fator de forma de 2,5 polegadas)
Conceito original
Por: Storage Technology Corporation
Concebida: 1978 ; 43 anos atrás ( 1978 )
Capacidade: 45 MB
A partir de 2019
Capacidade: Até 250 GB - 100 TB 
Um SSD mSATA com um gabinete externo
SSD Samsung 960 PRO NVMe M.2 de 512 GB
Um SSD mSATA com a etiqueta removida para mostrar o chipset e o NAND.

Uma unidade de estado sólido ( SSD ) é um dispositivo de armazenamento de estado sólido que usa conjuntos de circuitos integrados para armazenar dados de forma persistente , normalmente usando memória flash e funcionando como armazenamento secundário na hierarquia de armazenamento do computador . Às vezes também é chamado de dispositivo de estado sólido ou disco de estado sólido , embora os SSDs não tenham discos giratórios físicos e cabeçotes de leitura e gravação móveis usados ​​em unidades de disco rígido (HDDs) e disquetes .

Em comparação com drives eletromecânicos, os SSDs são normalmente mais resistentes a choques físicos, funcionam silenciosamente e têm tempo de acesso mais rápido e menor latência . Os SSDs armazenam dados em células semicondutoras . A partir de 2019, as células podem conter entre 1 e 4 bits de dados. Dispositivos de armazenamento SSD variam em suas propriedades de acordo com o número de bits armazenados em cada célula, com células de bit único ("Células de Nível Único" ou "SLC") sendo geralmente o tipo mais confiável, durável, rápido e caro, em comparação com Células de 2 e 3 bits ("Células de múltiplos níveis / MLC" e "Células de nível triplo / TLC") e, finalmente, células de quatro bits ("QLC") sendo usadas para dispositivos de consumo que não requerem tais propriedades extremas e são os mais baratos por Gigabyte dos quatro. Além disso, a memória 3D XPoint (vendida pela Intel sob a marca Optane), armazena dados alterando a resistência elétrica das células em vez de armazenar cargas elétricas nas células, e SSDs feitos de RAM podem ser usados ​​para alta velocidade, quando persistência de dados após alimentação a perda não é necessária ou pode usar a energia da bateria para reter dados quando a fonte de alimentação normal não estiver disponível. Unidades híbridas ou unidades híbridas de estado sólido (SSHDs), como o Fusion Drive da Apple , combinam recursos de SSDs e HDDs na mesma unidade usando memória flash e um HDD para melhorar o desempenho dos dados acessados ​​com frequência. O Bcache permite atingir um efeito semelhante puramente em software, usando combinações de SSDs e HDDs regulares dedicados.

SSDs baseados em NAND Flash vazarão carga lentamente ao longo do tempo se forem deixados sem energia por longos períodos. Isso faz com que as unidades gastas (que excederam sua classificação de resistência) comecem a perder dados normalmente após um ano (se armazenadas a 30 ° C) a dois anos (a 25 ° C) no armazenamento; para novas unidades, leva mais tempo. Portanto, os SSDs não são adequados para armazenamento de arquivos . 3D XPoint é uma possível exceção a esta regra; é uma tecnologia relativamente nova com características de retenção de dados de longo prazo desconhecidas.

Os SSDs podem usar interfaces e fatores de forma tradicionais de HDD ou interfaces e fatores de forma mais recentes que exploram vantagens específicas da memória flash em SSDs. Interfaces tradicionais (por exemplo, SATA e SAS ) e fatores de forma padrão de HDD permitem que tais SSDs sejam usados ​​como substitutos para HDDs em computadores e outros dispositivos. Factores de forma mais recentes, tais como mSATA , M2 , U.2 , NF1, XFMEXPRESS e EDSFF (anteriormente conhecido como Régua SSD ) e interfaces de velocidade mais elevadas, tais como NVM expresso (NVMe) ao longo de PCI Express (PCIe) pode aumentar ainda mais o desempenho sobre HDD atuação.

Os SSDs têm um número de duração limitado de gravações e também ficam mais lentos quando atingem sua capacidade total de armazenamento.

Desenvolvimento e história

SSDs iniciais usando RAM e tecnologia semelhante

Um dos primeiros - senão o primeiro - dispositivo de armazenamento semicondutor compatível com uma interface de disco rígido (por exemplo, um SSD conforme definido) foi o StorageTek STC 4305 de 1978. O STC 4305, um substituto compatível com plug para a unidade de disco de cabeça fixa IBM 2305 , inicialmente usou dispositivos acoplados de carga (CCDs) para armazenamento e, consequentemente, foi relatado como sendo sete vezes mais rápido que o produto IBM por cerca de metade do preço (US $ 400.000 para capacidade de 45 MB). Posteriormente, mudou para DRAM . Antes do SSD StorageTek, havia muitos produtos DRAM e de núcleo (por exemplo, DATARAM BULK Core, 1976) vendidos como alternativas aos HDDs, mas esses produtos normalmente tinham interfaces de memória e não eram SSDs conforme definido.

No final da década de 1980, a Zitel ofereceu uma família de produtos SSD baseados em DRAM, sob o nome comercial "RAMDisk", para uso em sistemas UNIVAC e Perkin-Elmer, entre outros.

SSDs baseados em Flash

Evolução SSD
Parâmetro Começou com Desenvolvido para Melhoria
Capacidade 20 MB (Sandisk, 1991) 100 TB (Enterprise Nimbus Data DC100, 2018)
(em 2020 até 8 TB disponíveis para consumidores)
5 milhões para um
(400.000 para um)
Velocidade de leitura sequencial 49,3 MB / s (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 15 GB / s (demonstração em Gigabyte, 2019)
(em 2020, até 6,795 GB / s disponíveis para consumidores)
304,25 para um (138 para um)
Velocidade de gravação sequencial 80 MB / s (Samsung SSD empresarial, 2008) 15.200 GB / s (demonstração em Gigabyte, 2019)
(em 2020, até 4.397 GB / s disponíveis para consumidores)
190 para um (55 para um)
IOPS 79 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 2.500.000 (Enterprise Micron X100, 2019)
(em 2020, até 736.270 IOPS de leitura e 702.210 IOPS de gravação disponíveis para consumidores)
31.645,56 para um (Consumidor: ler IOPS: 9.319,87 para um, gravar IOPS: 8.888,73 para um)
Tempo de acesso (em milissegundos, ms) 0,5 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) 0,045 leitura, 0,013 gravação (valores mais baixos, WD Black SN850 1TB, 2020) Ler: 11 para um, Gravar: 38 para um
Preço US $ 50.000 por gigabyte (Sandisk, 1991) US $ 0,10 por gigabyte (Crucial MX500, julho de 2020) 555.555 para um

A base para SSDs baseados em flash, a memória flash, foi inventada por Fujio Masuoka na Toshiba em 1980 e comercializada pela Toshiba em 1987. Os fundadores da SanDisk Corporation (então SanDisk) Eli Harari e Sanjay Mehrotra , junto com Robert D. Norman, viram o potencial de memória flash como uma alternativa aos discos rígidos existentes e registrou uma patente para um SSD baseado em flash em 1989. O primeiro SSD baseado em flash comercial foi enviado pela SanDisk em 1991. Era um SSD de 20 MB em uma configuração PCMCIA e vendeu OEM por cerca de US $ 1.000 e foi usado pela IBM em um laptop ThinkPad. Em 1998, a SanDisk introduziu os SSDs em fatores de forma 2½ e 3½ com interfaces PATA .

Em 1995, a STEC, Inc. entrou no negócio de memória flash para dispositivos eletrônicos de consumo.

Em 1995, a M-Systems introduziu unidades de estado sólido baseadas em flash como substitutos de HDD para as indústrias militar e aeroespacial, bem como para outras aplicações de missão crítica. Essas aplicações requerem a capacidade do SSD de resistir a choques extremos, vibração e variações de temperatura.

Em 1999, BiTMICRO fez uma série de apresentações e anúncios sobre SSDs baseados em flash, incluindo um SSD de 18  GB de 3,5 polegadas. Em 2007, a Fusion-io anunciou uma unidade de estado sólido baseada em PCIe com 100.000  operações de entrada / saída por segundo (IOPS) de desempenho em uma única placa, com capacidades de até 320 GB.

Na Cebit 2009, a OCZ Technology demonstrou um SSD flash de 1  TB usando uma interface PCI Express × 8. Ele atingiu uma velocidade máxima de gravação de 0,654 gigabytes por segundo ( GB / s ) e velocidade máxima de leitura de 0,712 GB / s. Em dezembro de 2009, a Micron Technology anunciou um SSD usando uma interface SATA degigabits por segundo ( Gbit / s ) .

Em 2016, a Seagate demonstrou velocidades de leitura e gravação sequenciais de 10 GB / s de um SSD PCIe 3.0 de 16 vias e também demonstrou um SSD de 60 TB em um formato de 3,5 polegadas. A Samsung também lançou no mercado um SSD de 15,36 TB com um preço de US $ 10.000 usando uma interface SAS, usando um formato de 2,5 polegadas, mas com a espessura de drives de 3,5 polegadas. Esta foi a primeira vez que um SSD disponível comercialmente teve mais capacidade do que o maior HDD disponível atualmente.

Em 2018, tanto a Samsung quanto a Toshiba lançaram no mercado SSDs de 30,72 TB usando o mesmo formato de 2,5 polegadas, mas com espessura de unidade de 3,5 polegadas usando uma interface SAS. A Nimbus Data anunciou e supostamente enviou unidades de 100 TB usando uma interface SATA, uma capacidade que os HDDs não devem atingir até 2025. A Samsung introduziu um SSD M.2 NVMe com velocidades de leitura de 3,5 GB / se velocidades de gravação de 3,3 GB / s. Uma nova versão do SSD de 100 TB foi lançada em 2020 a um preço de US $ 40.000, com a versão de 50 TB custando US $ 12.500.

Em 2019, a Gigabyte Technology demonstrou um SSD PCIe 4.0 de 8 TB de 16 vias com velocidades de leitura sequencial de 15,0 GB / s e velocidade de gravação sequencial de 15,2 GB / s na Computex 2019. Incluía um ventilador , já que os novos SSDs de alta velocidade rodam em altas temperaturas. Também em 2019, foram lançados os SSDs NVMe M.2 usando a interface PCIe 4.0. Esses SSDs têm velocidades de leitura de até 5,0 GB / se velocidades de gravação de até 4,4 GB / s. Devido à sua operação em alta velocidade, esses SSDs usam grandes dissipadores de calor e, se não receberem fluxo de ar de resfriamento suficiente, irão normalmente diminuir termicamente após cerca de 15 minutos de operação contínua em velocidade total. A Samsung também introduziu SSDs capazes de velocidades de leitura e gravação sequenciais de 8 GB / s e 1,5 milhão de IOPS, capazes de mover dados de chips danificados para chips não danificados, para permitir que o SSD continue funcionando normalmente, embora com uma capacidade inferior.

Flash drives corporativos

Vistas superior e inferior de um modelo SATA 3.0 (6 Gbit / s) de 100 GB de 2,5 polegadas da série Intel DC S3700

Os drives flash corporativos ( EFDs ) são projetados para aplicativos que exigem alto desempenho de E / S ( IOPS ), confiabilidade, eficiência energética e, mais recentemente, desempenho consistente. Na maioria dos casos, um EFD é um SSD com um conjunto maior de especificações, em comparação com SSDs que normalmente seriam usados ​​em notebooks. O termo foi usado pela primeira vez pela EMC em janeiro de 2008 para ajudá-los a identificar os fabricantes de SSDs que forneceriam produtos que atendessem a esses padrões mais elevados. Não há órgãos de padronização que controlam a definição de EFDs, portanto, qualquer fabricante de SSDs pode reivindicar a produção de EFDs quando, na verdade, o produto pode não atender a nenhum requisito específico.

Um exemplo é a série de drives Intel DC S3700, lançada no quarto trimestre de 2012, que se concentra em obter um desempenho consistente, uma área que anteriormente não recebia muita atenção, mas que a Intel afirmava ser importante para o mercado corporativo. Em particular, a Intel afirma que, em um estado estável, os drives S3700 não variariam seu IOPS em mais de 10–15%, e que 99,9% de todos os I / Os aleatórios de 4 KB são atendidos em menos de 500 µs.

Outro exemplo é a série SSD empresarial Toshiba PX02SS, anunciada em 2016, que é otimizada para uso em plataformas de servidor e armazenamento que exigem alta resistência de aplicativos de gravação intensiva, como cache de gravação, aceleração de E / S e processamento de transações online (OLTP). A série PX02SS usa interface SAS de 12 Gbit / s, com memória flash MLC NAND e alcançando velocidades de gravação aleatória de até 42.000 IOPS, velocidades de leitura aleatória de até 130.000 IOPS e classificação de resistência de 30 gravações de unidade por dia (DWPD).

SSDs baseados em 3D XPoint têm maior aleatório (IOPS mais alto), mas menor velocidade de leitura / gravação sequencial do que suas contrapartes NAND-flash. Eles podem ter até 2,5 milhões de IOPS.

Unidades que usam outras tecnologias de memória persistente

Em 2017, os primeiros produtos com memória 3D XPoint foram lançados sob a marca Optane da Intel . 3D Xpoint é totalmente diferente do NAND flash e armazena dados usando princípios diferentes.

Arquitetura e função

Os principais componentes de um SSD são o controlador e a memória para armazenar os dados. O principal componente de memória em um SSD era tradicionalmente a memória volátil DRAM , mas desde 2009, é mais comumente a memória flash não volátil NAND .

Controlador

Cada SSD inclui um controlador que incorpora os componentes eletrônicos que ligam os componentes de memória NAND ao computador host . O controlador é um processador integrado que executa código de nível de firmware e é um dos fatores mais importantes de desempenho do SSD. Algumas das funções desempenhadas pelo controlador incluem:

O desempenho de um SSD pode ser dimensionado com o número de chips flash NAND paralelos usados ​​no dispositivo. Um único chip NAND é relativamente lento, devido à interface de E / S assíncrona estreita (8/16 bits) e alta latência adicional de operações de E / S básicas (típico para SLC NAND, ~ 25  μs para buscar uma página de 4  KiB de o array para o buffer de I / O em uma leitura, ~ 250 μs para comprometer uma página de 4 KiB do buffer de IO para o array em uma gravação, ~ 2 ms para apagar um bloco de 256 KiB). Quando vários dispositivos NAND operam em paralelo dentro de um SSD, as escalas de largura de banda e as altas latências podem ser ocultadas, desde que operações pendentes suficientes estejam pendentes e a carga seja uniformemente distribuída entre os dispositivos.

A Micron e a Intel inicialmente criaram SSDs mais rápidos implementando distribuição de dados (semelhante ao RAID 0 ) e intercalação em sua arquitetura. Isso permitiu a criação de SSDs com velocidades efetivas de leitura / gravação de 250 MB / s com a interface SATA 3 Gbit / s em 2009. Dois anos depois, a SandForce continuou a aproveitar essa conectividade flash paralela, lançando SSD SATA 6 Gbit / s de nível de consumidor controladores que suportavam velocidades de leitura / gravação de 500 MB / s. Os controladores SandForce compactam os dados antes de enviá-los para a memória flash. Esse processo pode resultar em menos gravação e maior rendimento lógico, dependendo da compactação dos dados.

Nivelamento de desgaste

Se um determinado bloco for programado e apagado repetidamente sem gravar em nenhum outro bloco, esse bloco se desgastará antes de todos os outros blocos - encerrando prematuramente a vida do SSD. Por esse motivo, os controladores SSD usam uma técnica chamada nivelamento de desgaste para distribuir as gravações da maneira mais uniforme possível em todos os blocos flash no SSD.

Em um cenário perfeito, isso permitiria que cada bloco fosse gravado em sua vida útil máxima, de forma que todos falhassem ao mesmo tempo. O processo de distribuição uniforme das gravações requer que os dados previamente gravados e não alterados (dados frios) sejam movidos, de modo que os dados que mudam com mais frequência (dados quentes) possam ser gravados nesses blocos. A realocação de dados aumenta a amplificação da gravação e aumenta o desgaste da memória flash. Os designers procuram minimizar ambos.

Memória

Memória flash

Comparação de arquiteturas
Características de comparação MLC  : SLC NAND  : NOR
Razão de persistência 1: 10 1: 10
Taxa de gravação sequencial 1: 3 1: 4
Taxa de leitura sequencial 1: 1 1: 5
Relação de preço 1: 1,3 1: 0,7

A maioria dos fabricantes de SSDs usa memória flash NAND não volátil na construção de seus SSDs por causa do custo mais baixo em comparação com a DRAM e a capacidade de reter os dados sem uma fonte de alimentação constante, garantindo a persistência dos dados durante interrupções repentinas de energia. Os SSDs de memória flash eram inicialmente mais lentos do que as soluções DRAM e alguns projetos iniciais eram ainda mais lentos do que os HDDs após o uso contínuo. Esse problema foi resolvido por controladores lançados em 2009 e posteriormente.

SSDs baseados em flash armazenam dados em chips de circuito integrado de metal-óxido-semicondutor (MOS) que contêm células de memória de porta flutuante não voláteis . As soluções baseadas em memória Flash são tipicamente empacotadas em fatores de forma de unidade de disco padrão (1,8-, 2,5- e 3,5 polegadas), mas também em fatores de forma menores e mais compactos, como o fator de forma M.2 , possibilitado pelo pequeno tamanho da memória flash.

Unidades de baixo custo geralmente usam célula de nível quádruplo (QLC), célula de nível triplo (TLC) ou memória flash de célula de nível múltiplo (MLC), que é mais lenta e menos confiável do que a memória flash de célula de nível único (SLC). Isso pode ser mitigado ou mesmo revertido pela estrutura de design interno do SSD, como intercalação, alterações nos algoritmos de gravação e maior superprovisionamento (mais capacidade em excesso) com os quais os algoritmos de nivelamento de desgaste podem trabalhar.

Unidades de estado sólido que contam com a tecnologia V-NAND , na qual camadas de células são empilhadas verticalmente, foram introduzidas.


DRAM

SSDs baseados em memória volátil, como DRAM, são caracterizados por acesso muito rápido aos dados, geralmente menos de 10  microssegundos , e são usados ​​principalmente para acelerar aplicativos que, de outra forma, seriam retidos pela latência de SSDs flash ou HDDs tradicionais.

SSDs baseados em DRAM geralmente incorporam uma bateria interna ou um adaptador AC / DC externo e sistemas de armazenamento de backup para garantir a persistência dos dados enquanto nenhuma energia está sendo fornecida para a unidade de fontes externas. Se houver perda de energia, a bateria fornecerá energia enquanto todas as informações são copiadas da memória de acesso aleatório (RAM) para o armazenamento de backup. Quando a energia é restaurada, as informações são copiadas de volta para a RAM do armazenamento de backup e o SSD retoma a operação normal (semelhante à função de hibernação usada em sistemas operacionais modernos).

SSDs deste tipo são geralmente equipados com módulos DRAM do mesmo tipo usados ​​em PCs e servidores regulares, que podem ser trocados e substituídos por módulos maiores. Como i-RAM , HyperOs HyperDrive , DDRdrive X1, etc. Alguns fabricantes de SSDs DRAM soldam os chips DRAM diretamente no drive e não pretendem que os chips sejam trocados - como ZeusRAM, Aeon Drive, etc.

Um disco de acesso indireto à memória remoto (RIndMA Disk) usa um computador secundário com uma rede rápida ou conexão Infiniband (direta) para agir como um SSD baseado em RAM, mas os novos SSDs baseados em memória flash, mais rápidos, já estão disponíveis em 2009 estão tornando esta opção menos econômica.

Enquanto o preço da DRAM continua caindo, o preço da memória Flash cai ainda mais rápido. O ponto de cruzamento "Flash torna-se mais barato que DRAM" ocorreu aproximadamente em 2004.

3D XPoint

Em 2015, a Intel e a Micron anunciaram o 3D XPoint como uma nova tecnologia de memória não volátil . A Intel lançou o primeiro drive baseado em 3D XPoint (com a marca Intel® Optane ™ SSD) em março de 2017 começando com um produto de data center, Intel® Optane ™ SSD DC Série P4800X, e seguindo com a versão cliente, Intel® Optane ™ SSD 900P Série, em outubro de 2017. Ambos os produtos operam mais rápido e com maior durabilidade do que os SSDs baseados em NAND, enquanto a densidade de área é comparável a 128 gigabits por chip. Pelo preço por bit, 3D XPoint é mais caro que NAND, mas mais barato que DRAM.

De outros

Alguns SSDs, chamados dispositivos NVDIMM ou Hyper DIMM , usam DRAM e memória flash. Quando a energia cai, o SSD copia todos os dados de sua DRAM para o flash; quando a energia volta a funcionar, o SSD copia todos os dados de seu flash para sua DRAM. De forma um tanto semelhante, alguns SSDs usam fatores de forma e barramentos, na verdade, projetados para módulos DIMM, enquanto usam apenas memória flash e fazem com que pareça ser DRAM. Esses SSDs são geralmente conhecidos como dispositivos ULLtraDIMM .

As unidades conhecidas como unidades híbridas ou unidades híbridas de estado sólido (SSHDs) usam um híbrido de discos giratórios e memória flash. Alguns SSDs usam memória de acesso aleatório magnetorresistiva (MRAM) para armazenar dados.

Cache ou buffer

Um SSD baseado em flash normalmente usa uma pequena quantidade de DRAM como um cache volátil , semelhante aos buffers em unidades de disco rígido. Um diretório de dados de posicionamento de bloco e nivelamento de desgaste também é mantido no cache enquanto a unidade está operando. Um fabricante de controlador SSD, SandForce , não usa um cache DRAM externo em seus projetos, mas ainda consegue alto desempenho. Essa eliminação da DRAM externa reduz o consumo de energia e permite uma redução ainda maior do tamanho dos SSDs.

Bateria ou supercapacitor

Outro componente em SSDs de alto desempenho é um capacitor ou alguma forma de bateria, que é necessário para manter a integridade dos dados para que os dados no cache possam ser descarregados na unidade quando houver falta de energia; alguns podem até manter a energia por tempo suficiente para manter os dados no cache até que a energia seja reiniciada. No caso da memória flash MLC, um problema denominado corrupção da página inferior pode ocorrer quando a memória flash MLC perde energia durante a programação de uma página superior. O resultado é que os dados gravados anteriormente e supostamente seguros podem ser corrompidos se a memória não for suportada por um supercapacitor no caso de uma queda repentina de energia. Este problema não existe com a memória flash SLC.

A maioria dos SSDs de consumo não tem baterias ou capacitores embutidos; entre as exceções estão as séries Crucial M500 e MX100, a série Intel 320 e a série mais cara Intel 710 e 730. SSDs de classe empresarial, como a série Intel DC S3700, geralmente têm baterias ou capacitores integrados.

Interface de host

Um SSD com 1,2 TB de MLC NAND, usando PCI Express como interface de host

A interface do host é fisicamente um conector com a sinalização gerenciada pelo controlador do SSD . Na maioria das vezes, é uma das interfaces encontradas em HDDs. Eles incluem:

  • SCSI conectado serial (SAS-3, 12,0 Gbit / s) - geralmente encontrado em servidores
  • Serial ATA e variante mSATA (SATA 3.0, 6.0 Gbit / s)
  • PCI Express (PCIe 3.0 × 4, 31.5 Gbit / s)
  • M.2 (6,0 Gbit / s para interface de dispositivo lógico SATA 3.0, 31,5 Gbit / s para PCIe 3.0 × 4)
  • U.2 (PCIe 3.0 × 4)
  • Fibre Channel (128 Gbit / s) - quase exclusivamente encontrado em servidores
  • USB (10 Gbit / s)
  • Parallel ATA (UDMA, 1064 Mbit / s) - principalmente substituído por SATA
  • (Paralelo) SCSI (40 Mbit / s - 2560 Mbit / s) - geralmente encontrado em servidores, principalmente substituído por SAS ; o último SSD baseado em SCSI foi introduzido em 2004

Os SSDs suportam várias interfaces lógicas de dispositivos, como Advanced Host Controller Interface (AHCI) e NVMe. As interfaces de dispositivo lógico definem os conjuntos de comandos usados ​​pelos sistemas operacionais para se comunicar com SSDs e adaptadores de barramento de host (HBAs).

Configurações

O tamanho e a forma de qualquer dispositivo são amplamente determinados pelo tamanho e forma dos componentes usados ​​para fazer esse dispositivo. Os HDDs e unidades óticas tradicionais são projetados em torno dos pratos rotativos ou discos óticos junto com o motor do eixo interno. Se um SSD for composto de vários circuitos integrados interconectados (ICs) e um conector de interface, seu formato não será mais limitado ao formato de unidades de mídia rotativas. Algumas soluções de armazenamento de estado sólido vêm em um chassi maior que pode até ser um fator de forma de montagem em rack com vários SSDs dentro. Todos eles se conectariam a um barramento comum dentro do chassi e se conectariam fora da caixa com um único conector.

Para uso geral em computadores, o formato de 2,5 polegadas (normalmente encontrado em laptops) é o mais popular. Para computadores desktop com slots de unidade de disco rígido de 3,5 polegadas, uma placa adaptadora simples pode ser usada para fazer o ajuste da unidade. Outros tipos de fatores de forma são mais comuns em aplicativos corporativos. Um SSD também pode ser completamente integrado nos outros circuitos do dispositivo, como no Apple MacBook Air (começando com o modelo de outono de 2010). A partir de 2014, os fatores de forma mSATA e M.2 também ganharam popularidade, principalmente em laptops.

Fatores de forma padrão de HDD

Um SSD com formato de HDD de 2,5 polegadas, aberto para mostrar a eletrônica de estado sólido. Os espaços vazios próximos aos chips NAND são para chips NAND adicionais, permitindo que o mesmo projeto de placa de circuito seja usado em vários modelos de drive com capacidades diferentes; outras unidades podem, em vez disso, usar uma placa de circuito cujo tamanho aumenta junto com a capacidade da unidade, deixando o resto da unidade vazia

A vantagem de usar um fator de forma de HDD atual seria aproveitar a ampla infraestrutura já instalada para montar e conectar as unidades ao sistema host. Esses fatores de forma tradicionais são conhecidos pelo tamanho da mídia rotativa (ou seja, 5,25 polegadas, 3,5 polegadas, 2,5 polegadas ou 1,8 polegadas) e não pelas dimensões da caixa da unidade.

Fatores de forma de cartão padrão

Para aplicações em que o espaço é escasso, como ultrabooks ou tablets , alguns fatores de forma compactos foram padronizados para SSDs baseados em flash.

Existe o fator de forma mSATA, que usa o layout físico PCI Express Mini Card . Ele permanece eletricamente compatível com a especificação da interface PCI Express Mini Card, embora exija uma conexão adicional ao controlador SATA por meio do mesmo conector.

O fator de forma M.2 , anteriormente conhecido como Fator de forma da próxima geração (NGFF), é uma transição natural do mSATA e do layout físico usado para um fator de forma mais utilizável e avançado. Enquanto o mSATA tirou proveito de um fator de forma e conector existentes, o M.2 foi projetado para maximizar o uso do espaço da placa, enquanto minimiza o espaço ocupado. O padrão M.2 permite que SSDs SATA e PCI Express sejam encaixados em módulos M.2.

Algumas unidades de alto desempenho e alta capacidade usam o fator de forma de placa complementar PCI Express padrão para abrigar chips de memória adicionais, permitem o uso de níveis de energia mais altos e permitem o uso de um grande dissipador de calor . Existem também placas adaptadoras que convertem outros fatores de forma, especialmente unidades M.2 com interface PCIe, em placas suplementares regulares.

Fatores de forma de disco em um módulo

Um disco em um módulo de 2 GB com interface PATA

Um disco em um módulo ( DOM ) é uma unidade flash com interface ATA paralela (PATA) ou SATA de 40/44 pinos , destinada a ser conectada diretamente na placa-mãe e usada como uma unidade de disco rígido de computador (HDD) . Os dispositivos DOM emulam uma unidade de disco rígido tradicional, resultando na não necessidade de drivers especiais ou outro suporte de sistema operacional específico. Os DOMs são geralmente usados ​​em sistemas embarcados , que muitas vezes são implantados em ambientes hostis onde os HDDs mecânicos simplesmente falhariam, ou em thin clients devido ao tamanho pequeno, baixo consumo de energia e operação silenciosa.

A partir de 2016, as capacidades de armazenamento variam de 4 MB a 128 GB com diferentes variações em layouts físicos, incluindo orientação vertical ou horizontal.

Fatores de forma de caixa

Muitas das soluções baseadas em DRAM usam uma caixa que geralmente é projetada para caber em um sistema de montagem em rack. O número de componentes DRAM necessários para obter capacidade suficiente para armazenar os dados junto com as fontes de alimentação de backup requer um espaço maior do que os fatores de forma de HDD tradicionais.

Fatores de forma simples

Fatores de forma que eram mais comuns aos módulos de memória agora estão sendo usados ​​por SSDs para tirar proveito de sua flexibilidade no layout dos componentes. Alguns deles incluem PCIe , mini PCIe , mini-DIMM , MO-297 e muitos mais. O SATADIMM da Viking Technology usa um slot DDR3 DIMM vazio na placa-mãe para fornecer energia ao SSD com um conector SATA separado para fornecer a conexão de dados de volta ao computador. O resultado é um SSD fácil de instalar com capacidade igual às unidades que normalmente ocupam um compartimento de unidade de 2,5 polegadas . Pelo menos um fabricante, Innodisk , produziu uma unidade que fica diretamente no conector SATA (SATADOM) na placa-mãe sem a necessidade de um cabo de alimentação. Alguns SSDs são baseados no fator de forma PCIe e conectam a interface de dados e a alimentação por meio do conector PCIe ao host. Essas unidades podem usar controladores flash PCIe diretos ou um dispositivo de ponte PCIe para SATA que se conecta aos controladores flash SATA.

Fatores de forma da matriz de grade de bolas

No início de 2000, algumas empresas introduziram SSDs em Bola Grid Array (BGA) fatores de forma, como a M-Systems' (agora SanDisk ) DiskOnChip e Silicon Storage Technology 's NANDrive (agora produzido pela Sistemas Greenliant ), e Memoright s' M1000 para uso em sistemas embarcados. Os principais benefícios dos SSDs BGA são seu baixo consumo de energia, tamanho pequeno do pacote de chips para caber em subsistemas compactos e que podem ser soldados diretamente na placa-mãe do sistema para reduzir os efeitos adversos de vibração e choque.

Essas unidades integradas geralmente aderem aos padrões eMMC e eUFS .

Comparação com outras tecnologias

Unidades de disco rígido

Benchmark do SSD, mostrando cerca de 230 MB / s de velocidade de leitura (azul), 210 MB / s de velocidade de gravação (vermelho) e cerca de 0,1 ms de tempo de busca (verde), todos independentes da localização do disco acessado.

É difícil fazer uma comparação entre SSDs e HDDs comuns (giratórios). Os benchmarks de HDD tradicionais tendem a se concentrar nas características de desempenho que são ruins com os HDDs, como latência rotacional e tempo de busca . Como os SSDs não precisam girar ou procurar localizar dados, eles podem ser muito superiores aos HDDs nesses testes. No entanto, os SSDs têm desafios com leituras e gravações mistas e seu desempenho pode diminuir com o tempo. O teste de SSD deve começar a partir da unidade completa (em uso), pois a unidade nova e vazia (nova, pronta para uso) pode ter um desempenho de gravação muito melhor do que apresentaria após apenas algumas semanas de uso.

A maioria das vantagens dos drives de estado sólido em relação aos discos rígidos tradicionais deve-se à sua capacidade de acessar dados completamente eletronicamente em vez de eletromecanicamente, resultando em velocidades de transferência superiores e robustez mecânica. Por outro lado, as unidades de disco rígido oferecem capacidade significativamente maior por seu preço.

Algumas taxas de falha de campo indicam que os SSDs são significativamente mais confiáveis ​​do que os HDDs, mas outros não. No entanto, os SSDs são especialmente sensíveis a interrupções repentinas de energia, resultando em gravações abortadas ou até mesmo casos de perda total da unidade. A confiabilidade de ambos os HDDs e SSDs varia muito entre os modelos.

Assim como acontece com os HDDs, há uma compensação entre custo e desempenho de diferentes SSDs. Os SSDs de célula de nível único (SLC), embora significativamente mais caros do que os SSDs de vários níveis (MLC), oferecem uma vantagem de velocidade significativa. Ao mesmo tempo, o armazenamento de estado sólido baseado em DRAM é atualmente considerado o mais rápido e mais caro, com tempos de resposta médios de 10 microssegundos em vez da média de 100 microssegundos de outros SSDs. Dispositivos flash corporativos (EFDs) são projetados para lidar com as demandas de aplicativos de nível 1 com desempenho e tempos de resposta semelhantes aos SSDs mais baratos.

Em HDDs tradicionais, um arquivo regravado geralmente ocupará o mesmo local na superfície do disco que o arquivo original, enquanto em SSDs a nova cópia geralmente será gravada em células NAND diferentes para fins de nivelamento de desgaste . Os algoritmos de nivelamento de desgaste são complexos e difíceis de testar exaustivamente; como resultado, uma das principais causas de perda de dados em SSDs são os erros de firmware.

A tabela a seguir mostra uma visão geral detalhada das vantagens e desvantagens de ambas as tecnologias. As comparações refletem características típicas e podem não ser válidas para um dispositivo específico.

Comparação de SSD e HDD baseados em NAND
Atributo ou característica Disco de Estado Sólido Drive de disco rígido
Preço por capacidade Os SSDs geralmente são mais caros do que os HDDs e devem permanecer assim na próxima década.

Preço do SSD no primeiro trimestre de 2018 em torno de 30 centavos (EUA) por gigabyte com base em modelos de 4 TB.

Em geral, os preços diminuíram anualmente e espera-se que a partir de 2018 continuem diminuindo.


Preço do HDD no primeiro trimestre de 2018 em torno de 2 a 3 centavos (EUA) por gigabyte com base em modelos de 1 TB.

Em geral, os preços diminuíram anualmente e espera-se que a partir de 2018 continuem diminuindo.

Capacidade de armazenamento Em 2018, os SSDs estavam disponíveis em tamanhos de até 100 TB, mas menos caros, os modelos de 120 a 512 GB eram mais comuns. Em 2018, HDDs de até 16 TB estavam disponíveis.
Confiabilidade - retenção de dados Se ficarem sem energia, os SSDs desgastados geralmente começam a perder dados após cerca de um a dois anos em armazenamento, dependendo da temperatura. As novas unidades devem reter dados por cerca de dez anos. Dispositivos baseados em MLC e TLC tendem a perder dados antes dos dispositivos baseados em SLC. SSDs não são adequados para uso de arquivamento. Se mantidos em um ambiente seco a baixas temperaturas, os HDDs podem reter seus dados por um longo período de tempo, mesmo sem energia. No entanto, as peças mecânicas tendem a coagular com o tempo e a unidade não gira após alguns anos de armazenamento.
Confiabilidade - longevidade Os SSDs não têm partes móveis para falhar mecanicamente, portanto, em teoria, devem ser mais confiáveis ​​do que os HDDs. No entanto, na prática, isso não é claro,

Cada bloco de um SSD baseado em flash só pode ser apagado (e, portanto, gravado) um número limitado de vezes antes de falhar. Os controladores gerenciam essa limitação para que as unidades possam durar muitos anos em uso normal. SSDs baseados em DRAM não têm um número limitado de gravações. No entanto, a falha de um controlador pode tornar um SSD inutilizável. A confiabilidade varia significativamente entre os diferentes fabricantes e modelos de SSD, com taxas de retorno chegando a 40% para unidades específicas. Muitos SSDs falham criticamente em quedas de energia; uma pesquisa de dezembro de 2013 com muitos SSDs descobriu que apenas alguns deles são capazes de sobreviver a várias quedas de energia. Um estudo do Facebook descobriu que o layout de dados esparsos no espaço de endereço físico de um SSD (por exemplo, dados não alocados de forma contígua), layout de dados densos (por exemplo, dados contíguos) e temperatura de operação mais alta (que se correlaciona com a energia usada para transmitir dados) cada chumbo para aumentar as taxas de falha entre SSDs.

No entanto, os SSDs passaram por muitas revisões que os tornaram mais confiáveis ​​e duradouros. Novos SSDs no mercado hoje usam circuitos de proteção contra perda de energia, técnicas de nivelamento de desgaste e estrangulamento térmico para garantir a longevidade.

Os HDDs têm partes móveis e estão sujeitos a falhas mecânicas em potencial devido ao desgaste resultante, portanto, em teoria, devem ser menos confiáveis ​​do que os SSDs. No entanto, na prática, isso não é claro,

O meio de armazenamento em si (prato magnético) não se degrada essencialmente com as operações de leitura e gravação.

De acordo com um estudo realizado pela Carnegie Mellon University para HDDs de nível corporativo e de consumidor, sua taxa média de falha é de 6 anos e a expectativa de vida é de 9-11 anos. No entanto, o risco de perda repentina e catastrófica de dados pode ser menor para os HDDs.

Quando armazenado offline (sem energia na prateleira) em longo prazo, o meio magnético do HDD retém os dados por muito mais tempo do que a memória flash usada nos SSDs.

Tempo de inicialização Quase instantâneo; sem componentes mecânicos para preparar. Pode precisar de alguns milissegundos para sair de um modo de economia de energia automático. A aceleração da unidade pode levar vários segundos. Um sistema com muitas unidades pode precisar aumentar a rotação para limitar o consumo de energia de pico, que é brevemente alto quando um HDD é iniciado pela primeira vez.
Desempenho de acesso sequencial Em produtos de consumo, a taxa de transferência máxima normalmente varia de cerca de 200 MB / s a ​​3500 MB / s, dependendo da unidade. Os SSDs corporativos podem ter uma taxa de transferência de vários gigabytes por segundo. Uma vez que a cabeça é posicionada, ao ler ou gravar uma trilha contínua, um HDD moderno pode transferir dados a cerca de 200 MB / s. A taxa de transferência de dados depende também da velocidade de rotação, que pode variar de 3.600 a 15.000  rpm, e também da pista (a leitura das pistas externas é mais rápida). A velocidade de transferência de dados pode ser de até 480 MB / s (experimental).
Desempenho de acesso aleatório Tempo de acesso aleatório normalmente abaixo de 0,1 ms. Como os dados podem ser recuperados diretamente de vários locais da memória flash, o tempo de acesso geralmente não é um grande gargalo de desempenho. O desempenho de leitura não muda com base em onde os dados são armazenados. Em aplicativos em que a busca por unidade de disco rígido é o fator limitante, isso resulta em inicialização mais rápida e tempos de inicialização do aplicativo (consulte a lei de Amdahl ).

A tecnologia SSD pode fornecer velocidade de leitura / gravação bastante consistente, mas quando muitos blocos individuais menores são acessados, o desempenho é reduzido. A memória flash deve ser apagada antes que possa ser regravada. Isso requer um número excessivo de operações de gravação além do pretendido (um fenômeno conhecido como amplificação de gravação ), que afeta negativamente o desempenho. Os SSDs geralmente apresentam uma redução pequena e constante no desempenho de gravação ao longo de sua vida útil, embora a velocidade média de gravação de algumas unidades possa melhorar com o tempo.

O tempo de latência de leitura é muito maior do que os SSDs. O tempo de acesso aleatório varia de 2,9 (unidade de servidor de última geração) a 12 ms (HDD do laptop) devido à necessidade de mover as cabeças e esperar que os dados girem sob a cabeça magnética. O tempo de leitura é diferente para cada busca diferente, uma vez que a localização dos dados e a localização da cabeça são provavelmente diferentes. Se dados de diferentes áreas do prato devem ser acessados, como acontece com arquivos fragmentados, os tempos de resposta serão aumentados pela necessidade de buscar cada fragmento.
Impacto da fragmentação do sistema de arquivos Há um benefício limitado em ler dados sequencialmente (além dos tamanhos de bloco FS típicos, digamos 4  KiB ), tornando a fragmentação insignificante para SSDs. A desfragmentação causaria desgaste ao fazer gravações adicionais nas células flash NAND, que têm um ciclo de vida limitado. No entanto, mesmo com SSDs, há um limite prático para a quantidade de fragmentação que determinados sistemas de arquivos podem sustentar; uma vez que esse limite é atingido, as alocações de arquivo subsequentes falham. Conseqüentemente, a desfragmentação ainda pode ser necessária, embora em menor grau. Alguns sistemas de arquivos, como o NTFS , tornam-se fragmentados com o tempo se gravados com frequência; a desfragmentação periódica é necessária para manter o desempenho ideal. Isso geralmente não é um problema nos sistemas de arquivos modernos.
Ruído (acústico) Os SSDs não têm partes móveis e, portanto, são silenciosos, embora, em alguns SSDs, possa ocorrer ruído de alta frequência do gerador de alta tensão (para apagar blocos). Os HDDs têm peças móveis ( cabeças , atuador e motor do eixo ) e emitem sons característicos de zumbido e clique; os níveis de ruído variam dependendo do RPM, mas podem ser significativos (embora geralmente muito mais baixos do que o som dos ventiladores de resfriamento). Os discos rígidos de laptops são relativamente silenciosos.
Controle de temperatura Um estudo do Facebook descobriu que em temperaturas operacionais acima de 40 ° C, a taxa de falha entre SSDs aumenta com a temperatura. No entanto, este não era o caso com unidades mais recentes que empregam regulagem térmica , embora com um custo potencial de desempenho. Na prática, os SSDs geralmente não requerem nenhum resfriamento especial e podem tolerar temperaturas mais altas do que os HDDs. Modelos corporativos de última geração instalados como placas adicionais ou dispositivos de baia de 2,5 polegadas podem ser fornecidos com dissipadores de calor para dissipar o calor gerado, exigindo determinados volumes de fluxo de ar para operar. As temperaturas ambientes acima de 35 ° C (95 ° F) podem encurtar a vida útil de um disco rígido e a confiabilidade será comprometida em temperaturas da unidade acima de 55 ° C (131 ° F). O resfriamento por ventilador pode ser necessário se as temperaturas excederem esses valores. Na prática, HDDs modernos podem ser usados ​​sem arranjos especiais para resfriamento.
Temperatura de operação mais baixa Os SSDs podem operar a −55 ° C (−67 ° F). A maioria dos HDDs modernos pode operar a 0 ° C (32 ° F).
Altitude mais alta durante a operação Os SSDs não têm problemas com isso. Os HDDs podem operar com segurança a uma altitude de no máximo 3.000 metros (10.000 pés). Os HDDs não funcionarão em altitudes acima de 12.000 metros (40.000 pés). Com a introdução de HDDs preenchidos com hélio (selados), espera-se que isso seja um problema menor.
Mudança de um ambiente frio para um ambiente mais quente Os SSDs não têm problemas com isso. Devido ao mecanismo de estrangulamento térmico, os SSDs são mantidos seguros e protegidos do desequilíbrio de temperatura. Um certo tempo de aclimatação pode ser necessário ao mover alguns HDDs de um ambiente frio para um ambiente mais quente antes de operá-los; dependendo da umidade, pode ocorrer condensação nos cabeçotes e / ou discos e operá-los imediatamente resultará em danos a tais componentes. Os HDDs de hélio modernos são selados e não apresentam esse problema.
Orifício de respiração Os SSDs não requerem um orifício de respiro. A maioria dos HDDs modernos requer um orifício de respiro para funcionar corretamente. Os dispositivos preenchidos com hélio são selados e não têm orifício.
Suscetibilidade a fatores ambientais Sem peças móveis, muito resistente a choques , vibrações, movimentos e contaminação. Cabeças voando acima de pratos que giram rapidamente são suscetíveis a choques, vibrações, movimentos e contaminação que podem danificar o meio.
Instalação e montagem Não é sensível à orientação, vibração ou choque. Normalmente nenhum circuito exposto. O circuito pode ser exposto em um dispositivo em forma de cartão e não deve ser curto-circuitado por materiais condutores. O circuito pode ficar exposto e não deve ser curto-circuitado por materiais condutores (como o chassi de metal de um computador). Deve ser montado para proteção contra vibração e choque. Alguns HDDs não devem ser instalados em uma posição inclinada.
Suscetibilidade a campos magnéticos Baixo impacto na memória flash, mas um pulso eletromagnético danificará qualquer sistema elétrico, especialmente os circuitos integrados . Em geral, ímãs ou picos magnéticos podem resultar em corrupção de dados ou danos mecânicos aos componentes internos do inversor. A caixa de metal do drive fornece um baixo nível de blindagem para os pratos magnéticos.
Peso e tamanho Os SSDs, essencialmente dispositivos de memória semicondutores montados em uma placa de circuito, são pequenos e leves. Eles geralmente seguem os mesmos fatores de forma que os HDDs (2,5 ou 1,8 polegadas) ou são PCBs nus (M.2 e mSATA). Os gabinetes da maioria dos modelos convencionais, se houver, são feitos principalmente de plástico ou metal leve. Modelos de alto desempenho costumam ter dissipadores de calor acoplados ao dispositivo ou caixas volumosas que funcionam como dissipador de calor, aumentando seu peso. Os HDDs são geralmente mais pesados ​​do que os SSDs, pois os gabinetes são feitos principalmente de metal e contêm objetos pesados, como motores e grandes ímãs. As unidades de 3,5 polegadas normalmente pesam cerca de 700 gramas (cerca de 1,5 libras).
Limitações de escrita segura A memória flash NAND não pode ser sobrescrita, mas deve ser sobrescrita nos blocos apagados anteriormente. Se um programa de criptografia de software criptografar dados já no SSD, os dados sobrescritos ainda estarão inseguros, não criptografados e acessíveis (a criptografia de hardware baseada em unidade não tem esse problema). Além disso, os dados não podem ser apagados com segurança sobrescrevendo o arquivo original sem procedimentos especiais de "Exclusão segura" incorporados na unidade. Os HDDs podem sobrescrever dados diretamente na unidade em qualquer setor específico. No entanto, o firmware da unidade pode trocar blocos danificados por áreas sobressalentes, portanto, bits e peças ainda podem estar presentes. Os HDDs de alguns fabricantes preenchem toda a unidade com zeros, incluindo setores realocados, no comando ATA Secure Erase Enhanced Erase.
Simetria de desempenho de leitura / gravação SSDs mais baratos normalmente têm velocidades de gravação significativamente menores do que as velocidades de leitura. SSDs de alto desempenho têm velocidades de leitura e gravação semelhantes. Os HDDs geralmente têm tempos de busca um pouco mais longos (piores) para escrever do que para ler.
Disponibilidade de bloco grátis e TRIM O desempenho de gravação de SSD é significativamente afetado pela disponibilidade de blocos programáveis ​​gratuitos. Os blocos de dados gravados anteriormente que não estão mais em uso podem ser recuperados pelo TRIM ; no entanto, mesmo com TRIM, menos blocos livres causam desempenho mais lento. Os HDDs não são afetados por blocos livres e não se beneficiam do TRIM.
Consumo de energia SSDs baseados em flash de alto desempenho geralmente requerem de metade a um terço da potência dos HDDs. Os SSDs DRAM de alto desempenho geralmente requerem tanta energia quanto os HDDs e devem ser conectados à energia mesmo quando o resto do sistema está desligado. Tecnologias emergentes como DevSlp podem minimizar os requisitos de energia de unidades ociosas. Os HDDs de menor potência (tamanho de 1,8 polegadas) podem usar apenas 0,35 watts quando ociosos. As unidades de 2,5 polegadas normalmente usam 2 a 5 watts. As unidades de 3,5 polegadas de maior desempenho podem usar até cerca de 20 watts.
Densidade máxima de armazenamento de área (Terabits por polegada quadrada) 2,8 1,2

Cartões de memória

Cartão CompactFlash usado como SSD

Embora os cartões de memória e a maioria dos SSDs usem memória flash, eles atendem a mercados e finalidades muito diferentes. Cada um possui vários atributos diferentes que são otimizados e ajustados para melhor atender às necessidades de usuários específicos. Algumas dessas características incluem consumo de energia, desempenho, tamanho e confiabilidade.

Os SSDs foram originalmente projetados para uso em um sistema de computador. As primeiras unidades destinavam-se a substituir ou aumentar as unidades de disco rígido, de modo que o sistema operacional as reconheceu como uma unidade de disco rígido. Originalmente, as unidades de estado sólido eram modeladas e montadas no computador como discos rígidos. Posteriormente, os SSDs tornaram-se menores e mais compactos, eventualmente desenvolvendo seus próprios fatores de forma exclusivos, como o fator de forma M.2 . O SSD foi projetado para ser instalado permanentemente dentro de um computador.

Em contraste, os cartões de memória (como Secure Digital (SD), CompactFlash (CF) e muitos outros) foram originalmente projetados para câmeras digitais e mais tarde encontraram seu caminho para telefones celulares, dispositivos de jogos, unidades de GPS, etc. A maioria dos cartões de memória são fisicamente menor do que SSDs e projetado para ser inserido e removido repetidamente.

Falha SSD

Os SSDs têm modos de falha muito diferentes dos discos rígidos magnéticos tradicionais. Como as unidades de estado sólido não contêm peças móveis, geralmente não estão sujeitas a falhas mecânicas. Em vez disso, outros tipos de falha são possíveis (por exemplo, gravações incompletas ou com falha devido a falha repentina de energia podem ser mais problemáticos do que com HDDs, e se um chip falhar, todos os dados nele serão perdidos, um cenário não aplicável a unidades magnéticas). No geral, no entanto, os estudos mostraram que os SSDs são geralmente altamente confiáveis ​​e, muitas vezes, continuam a funcionar muito além da vida útil esperada, conforme declarado pelo fabricante.

A durabilidade de um SSD deve ser fornecida em sua folha de dados em uma das duas formas:

  • ou n DW / D ( n gravações de unidade por dia )
  • ou m TBW ( máximo de terabytes gravados ), TBW curto .

Por exemplo, um SSD Samsung 970 EVO NVMe M.2 (2018) com 1 TB tem uma resistência de 600 TBW.

Confiabilidade SSD e modos de falha

Uma investigação inicial da Techreport.com que foi executada de 2013 a 2015 envolveu uma série de SSDs baseados em flash sendo testados até a destruição para identificar como e em que ponto eles falharam. O site descobriu que todas as unidades "ultrapassaram suas especificações oficiais de durabilidade, gravando centenas de terabytes sem problemas" - os volumes desse pedido excedem as necessidades típicas do consumidor. O primeiro SSD a falhar foi baseado em TLC, com a unidade conseguindo gravar mais de 800 TB. Três SSDs no teste escreveram três vezes essa quantidade (quase 2,5 PB) antes de também falharem. O teste demonstrou a notável confiabilidade até mesmo de SSDs do mercado de consumo.

Um estudo 2016 campo com base em dados recolhidos ao longo de seis anos no Google centros de dados 's e abrangendo 'milhões' de dias de acionamento descobriu que a proporção de SSDs baseados em flash que necessitem de substituição em seus primeiros quatro anos de uso variou de 4% a 10% dependendo do modelo. Os autores concluíram que os SSDs falham em uma taxa significativamente menor do que os discos rígidos. (Em contraste, uma avaliação de 2016 de 71.940 HDDs encontrou taxas de falha comparáveis ​​às dos SSDs do Google: os HDDs tinham em média uma taxa de falha anualizada de 1,95%.) O estudo também mostrou, no lado negativo, que os SSDs experimentam significativamente mais alta taxas de erros incorrigíveis (que causam perda de dados) do que os HDDs. Também levou a alguns resultados e implicações inesperados:

  • No mundo real, os projetos baseados em MLC - considerados menos confiáveis ​​do que os projetos SLC - costumam ser tão confiáveis ​​quanto o SLC. (Os resultados afirmam que "SLC [é] geralmente não mais confiável do que MLC".) Mas geralmente é dito que a resistência de gravação é a seguinte:
    • SLC NAND: 100.000 apagamentos por bloco
    • MLC NAND: 5.000 a 10.000 apagamentos por bloco para aplicações de média capacidade e 1.000 a 3.000 para aplicações de alta capacidade
    • TLC NAND: 1.000 apagamentos por bloco
  • A idade do dispositivo, medida por dias de uso, é o principal fator na confiabilidade do SSD e não a quantidade de dados lidos ou gravados, que são medidos por terabytes gravados ou gravações de unidade por dia. Isso sugere que outros mecanismos de envelhecimento, como o "envelhecimento do silício", estão em jogo. A correlação é significativa (cerca de 0,2–0,4).
  • As taxas de erro de bits brutos (RBER) crescem lentamente com o desgaste - e não exponencialmente, como geralmente se supõe. O RBER não é um bom preditor de outros erros ou falha de SSD.
  • A taxa de erro de bits incorrigível (UBER) é amplamente usada, mas também não é um bom indicador de falha. No entanto, as taxas de SSD UBER são mais altas do que aquelas para HDDs, portanto, embora não prevejam falhas, podem levar à perda de dados devido a blocos ilegíveis serem mais comuns em SSDs do que em HDDs. A conclusão afirma que, embora mais confiável no geral, a taxa de erros incorrigíveis capazes de afetar um usuário é maior.
  • "Blocos defeituosos em novos SSDs são comuns, e as unidades com um grande número de blocos defeituosos têm muito mais probabilidade de perder centenas de outros blocos, muito provavelmente devido à falha do chip ou do chip Flash. 30–80% dos SSDs desenvolvem pelo menos um defeituoso block e 2–7% desenvolvem pelo menos um chip defeituoso nos primeiros quatro anos de implantação. "
  • Não há aumento acentuado de erros após o tempo de vida esperado ser atingido.
  • A maioria dos SSDs desenvolve não mais do que alguns blocos defeituosos, talvez 2–4. SSDs que desenvolvem muitos blocos defeituosos freqüentemente desenvolvem muito mais (talvez centenas) e podem estar sujeitos a falhas. No entanto, a maioria das unidades (99% +) é fornecida com blocos defeituosos de fabricação. A descoberta geral foi que os blocos defeituosos são comuns e 30–80% dos drives desenvolverão pelo menos um em uso, mas mesmo alguns blocos defeituosos (2–4) são um indicador de até centenas de blocos defeituosos em um momento posterior. A contagem de blocos defeituosos na fabricação está relacionada ao desenvolvimento posterior de outros blocos defeituosos. A conclusão do relatório acrescentou que os SSDs tendiam a ter "menos de um punhado" de blocos defeituosos ou "um grande número", e sugeria que isso poderia ser uma base para prever uma eventual falha.
  • Cerca de 2 a 7% dos SSDs desenvolverão chips ruins nos primeiros quatro anos de uso. Mais de dois terços desses chips terão violado as tolerâncias e especificações de seus fabricantes, que normalmente garantem que não mais do que 2% dos blocos em um chip falharão dentro de sua vida útil de gravação esperada.
  • 96% dos SSDs que precisam de reparo (serviço de garantia), precisam de reparo apenas uma vez na vida. Os dias entre os reparos variam de "alguns milhares de dias" a "quase 15.000 dias", dependendo do modelo.

Recuperação de dados e exclusão segura

As unidades de estado sólido criaram novos desafios para as empresas de recuperação de dados , pois o método de armazenamento de dados não é linear e muito mais complexo do que as unidades de disco rígido. A estratégia pela qual o drive opera internamente pode variar amplamente entre os fabricantes, e o comando TRIM zera todo o intervalo de um arquivo excluído. O nivelamento de desgaste também significa que o endereço físico dos dados e o endereço exposto ao sistema operacional são diferentes.

Quanto à exclusão segura de dados, o comando ATA Secure Erase pode ser usado. Um programa como o hdparm pode ser usado para esse propósito.

Métricas de confiabilidade

A JEDEC Solid State Technology Association (JEDEC) publicou padrões para métricas de confiabilidade:

  • Taxa de erro de bit irrecuperável (UBER)
  • Terabytes gravados (TBW) - o número de terabytes que podem ser gravados em uma unidade dentro de sua garantia
  • Gravações da unidade por dia (DWPD) - o número de vezes que a capacidade total da unidade pode ser gravada por dia dentro de sua garantia

Formulários

Devido ao seu custo geralmente proibitivo em relação aos HDDs na época, até 2009, os SSDs eram usados ​​principalmente nos aspectos de aplicativos de missão crítica em que a velocidade do sistema de armazenamento precisava ser a mais alta possível. Como a memória flash se tornou um componente comum dos SSDs, a queda nos preços e o aumento das densidades a tornaram mais econômica para muitos outros aplicativos. Por exemplo, no ambiente de computação distribuída , os SSDs podem ser usados ​​como o bloco de construção para uma camada de cache distribuída que absorve temporariamente o grande volume de solicitações do usuário para o sistema de armazenamento de backend baseado em HDD mais lento. Essa camada oferece largura de banda muito maior e menor latência do que o sistema de armazenamento e pode ser gerenciada de várias formas, como banco de dados de valor-chave distribuído e sistema de arquivos distribuído . Nos supercomputadores, essa camada é normalmente conhecida como buffer de burst . Com essa camada rápida, os usuários costumam ter um tempo de resposta do sistema mais curto. As organizações que podem se beneficiar do acesso mais rápido aos dados do sistema incluem empresas de comércio de ações , corporações de telecomunicações e empresas de streaming de mídia e edição de vídeo . A lista de aplicativos que poderiam se beneficiar de um armazenamento mais rápido é vasta.

Drives de estado sólido baseados em flash podem ser usados ​​para criar dispositivos de rede a partir de hardware de computador pessoal de uso geral . Uma unidade flash protegida contra gravação contendo o sistema operacional e o software aplicativo pode substituir unidades de disco ou CD-ROMs maiores e menos confiáveis. Os dispositivos construídos dessa maneira podem fornecer uma alternativa econômica para roteadores caros e hardware de firewall.

SSDs baseados em um cartão SD com um sistema operacional SD ativo são facilmente bloqueados para gravação . Combinado com um ambiente de computação em nuvem ou outro meio gravável, para manter a persistência , um sistema operacional inicializado a partir de um cartão SD bloqueado para gravação é robusto, robusto, confiável e imune a corrupção permanente. Se o sistema operacional em execução degradar, basta desligar e religar a máquina para que volte ao seu estado inicial não corrompido e, portanto, é particularmente sólido. O SO instalado no cartão SD não requer a remoção de componentes corrompidos, uma vez que estava bloqueado para gravação, embora qualquer mídia gravada possa precisar ser restaurada.

Cache do disco rígido

Em 2011, a Intel introduziu um mecanismo de cache para seu chipset Z68 (e derivados móveis) chamado Smart Response Technology , que permite que um SSD SATA seja usado como um cache (configurável como write-through ou write-back ) para um disco magnético convencional unidade de disco. Uma tecnologia semelhante está disponível na placa RocketHybrid PCIe da HighPoint .

Unidades híbridas de estado sólido (SSHDs) são baseadas no mesmo princípio, mas integram alguma quantidade de memória flash a bordo de uma unidade convencional em vez de usar um SSD separado. A camada flash nessas unidades pode ser acessada independentemente do armazenamento magnético pelo host usando comandos ATA-8 , permitindo que o sistema operacional gerencie-a. Por exemplo, a tecnologia ReadyDrive da Microsoft armazena explicitamente partes do arquivo de hibernação no cache dessas unidades quando o sistema hiberna, tornando a retomada subsequente mais rápida.

Os sistemas híbridos de duas unidades combinam o uso de dispositivos SSD e HDD separados instalados no mesmo computador, com a otimização geral do desempenho gerenciada pelo usuário do computador ou pelo software do sistema operacional do computador . Exemplos desse tipo de sistema são bcache e dm-cache no Linux e o Fusion Drive da Apple .

Suporte de sistema de arquivos para SSDs

Normalmente, os mesmos sistemas de arquivos usados ​​em unidades de disco rígido também podem ser usados ​​em unidades de estado sólido. Normalmente, espera-se que o sistema de arquivos suporte o comando TRIM, que ajuda o SSD a reciclar os dados descartados (o suporte para TRIM chegou alguns anos depois dos próprios SSDs, mas agora é quase universal). Isso significa que o sistema de arquivos não precisa gerenciar o nivelamento de desgaste ou outras características da memória flash, pois são tratadas internamente pelo SSD. Alguns sistemas de arquivos estruturados em log (por exemplo , F2FS , JFFS2 ) ajudam a reduzir a amplificação de gravação em SSDs, especialmente em situações onde apenas pequenas quantidades de dados são alteradas, como ao atualizar os metadados do sistema de arquivos .

Embora não seja um recurso nativo dos sistemas de arquivos, os sistemas operacionais também devem ter como objetivo alinhar as partições corretamente, o que evita ciclos excessivos de leitura-modificação-gravação . Uma prática típica para computadores pessoais é ter cada partição alinhada para começar com uma marca de 1  MiB (= 1.048.576 bytes), que cobre todas as páginas SSD comuns e cenários de tamanho de bloco, pois é divisível por todos os tamanhos comumente usados ​​- 1 MiB, 512 KiB, 128 KiB, 4 KiB e 512 B. O software de instalação do sistema operacional moderno e as ferramentas de disco tratam disso automaticamente.

Linux

O suporte inicial para o comando TRIM foi adicionado à versão 2.6.28 da linha principal do kernel do Linux.

Os sistemas de arquivos ext4 , Btrfs , XFS , JFS e F2FS incluem suporte para a função de descarte (TRIM ou UNMAP).

O suporte do kernel para a operação TRIM foi introduzido na versão 2.6.33 da linha principal do kernel Linux, lançada em 24 de fevereiro de 2010. Para fazer uso dele, um sistema de arquivos deve ser montado usando o discardparâmetro. As partições de troca do Linux estão, por padrão, executando operações de descarte quando a unidade subjacente suporta TRIM, com a possibilidade de desligá-las ou de selecionar entre operações de descarte únicas ou contínuas. O suporte para TRIM enfileirado, que é um recurso SATA 3.1 que faz com que os comandos TRIM não interrompam as filas de comando, foi introduzido no kernel Linux 3.12, lançado em 2 de novembro de 2013.

Uma alternativa para a operação TRIM no nível do kernel é usar um utilitário de espaço do usuário chamado fstrim que passa por todos os blocos não usados ​​em um sistema de arquivos e despacha comandos TRIM para essas áreas. fstrimutilitário geralmente é executado pelo cron como uma tarefa agendada. Em novembro de 2013, ele é usado pela distribuição Ubuntu Linux , na qual está habilitado apenas para unidades de estado sólido Intel e Samsung por motivos de confiabilidade; a verificação do fornecedor pode ser desabilitada editando o arquivo/etc/cron.weekly/fstrim usando as instruções contidas no próprio arquivo.

Desde 2010, os utilitários de unidade padrão do Linux cuidam do alinhamento apropriado das partições por padrão.

Considerações de desempenho do Linux

Um SSD que usa NVM Express como a interface lógica do dispositivo, na forma de uma placa de expansão PCI Express 3.0 × 4

Durante a instalação, as distribuições do Linux geralmente não configuram o sistema instalado para usar TRIM e, portanto, o /etc/fstabarquivo requer modificações manuais. Isso se deve à noção de que a implementação atual do comando TRIM do Linux pode não ser a ideal. Foi comprovado que causa uma degradação do desempenho em vez de um aumento no desempenho em certas circunstâncias. A partir de janeiro de 2014, o Linux envia um comando TRIM individual para cada setor, em vez de uma lista vetorizada definindo um intervalo TRIM conforme recomendado pela especificação TRIM.

Por motivos de desempenho, é recomendável alternar o agendador de E / S do CFQ padrão (Completely Fair Queuing) para NOOP ou Prazo . CFQ foi projetado para mídia magnética tradicional e otimização de busca, portanto, muitos desses esforços de agendamento de E / S são desperdiçados quando usados ​​com SSDs. Como parte de seus projetos, os SSDs oferecem níveis muito maiores de paralelismo para operações de E / S, portanto, é preferível deixar as decisões de agendamento para sua lógica interna - especialmente para SSDs de última geração.

Uma camada de bloco escalonável para armazenamento SSD de alto desempenho, conhecida como blk-multiqueue ou blk-mq e desenvolvida principalmente por engenheiros do Fusion-io , foi incorporada à linha principal do kernel Linux na versão 3.13 do kernel, lançada em 19 de janeiro de 2014. Isso aproveita o desempenho oferecido por SSDs e NVMe, permitindo taxas de envio de E / S muito mais altas. Com esse novo design da camada de bloco do kernel do Linux, as filas internas são divididas em dois níveis (por CPU e filas de envio de hardware), removendo assim os gargalos e permitindo níveis muito mais altos de paralelização de E / S. A partir da versão 4.0 do kernel Linux, lançado em 12 de abril de 2015, o driver de bloco VirtIO , a camada SCSI (que é usada por drivers Serial ATA), estrutura de mapeador de dispositivo , driver de dispositivo de loop, driver de imagens de bloco não classificadas (UBI) (que implementa apagar camada de gerenciamento de bloco para dispositivos de memória flash) e o driver RBD (que exporta objetos Ceph RADOS como dispositivos de bloco) foram modificados para realmente usar essa nova interface; outros drivers serão transferidos nas versões a seguir.

Mac OS

Versões desde Mac OS X 10.6.8 (Snow Leopard) suportam TRIM, mas apenas quando usado com um SSD adquirido pela Apple. O TRIM não é habilitado automaticamente para unidades de terceiros, embora possa ser habilitado usando utilitários de terceiros, como o Trim Enabler . O status do TRIM pode ser verificado no aplicativo Informações do sistema ou na system_profilerferramenta de linha de comando.

As versões desde o OS X 10.10.4 (Yosemite) incluem sudo trimforce enableum comando Terminal que ativa o TRIM em SSDs não Apple. Também existe uma técnica para ativar o TRIM em versões anteriores ao Mac OS X 10.6.8, embora permaneça incerto se o TRIM é realmente utilizado de forma adequada nesses casos.

Microsoft Windows

Antes da versão 7, o Microsoft Windows não tomava nenhuma medida específica para oferecer suporte a unidades de estado sólido. No Windows 7, o sistema de arquivos NTFS padrão fornece suporte para o comando TRIM. (Outros sistemas de arquivos no Windows não suportam TRIM.)

Por padrão, o Windows 7 e as versões mais recentes executam comandos TRIM automaticamente se o dispositivo for detectado como uma unidade de estado sólido. No entanto, como o TRIM redefine irreversivelmente todo o espaço liberado, pode ser desejável desabilitar o suporte onde habilitar a recuperação de dados é preferível em vez de nivelamento de desgaste. Para mudar o comportamento, na chave do RegistroHKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Control \ FileSystemo valor DisableDeleteNotification pode ser definido como1. Isso evita que o driver de armazenamento em massa emita o comando TRIM.

O Windows implementa o comando TRIM para mais do que apenas operações de exclusão de arquivo. A operação TRIM é totalmente integrada com comandos de nível de partição e volume, como formatar e excluir , com comandos do sistema de arquivos relacionados a truncar e compactar e com o recurso Restauração do Sistema (também conhecido como Instantâneo de Volume).

Windows Vista

O Windows Vista geralmente espera unidades de disco rígido em vez de SSDs. O Windows Vista inclui o ReadyBoost para explorar as características dos dispositivos flash conectados por USB, mas para SSDs, ele apenas melhora o alinhamento da partição padrão para evitar operações de leitura-modificação-gravação que reduzem a velocidade dos SSDs. A maioria dos SSDs são normalmente divididos em setores de 4 KiB, enquanto a maioria dos sistemas é baseada em setores de 512 bytes com suas configurações de partição padrão desalinhadas para os limites de 4 KiB.

Desfragmentação

A desfragmentação deve ser desabilitada em unidades de estado sólido porque a localização dos componentes do arquivo em um SSD não afeta significativamente seu desempenho, mas mover os arquivos para torná-los contíguos usando a rotina de desfragmentação do Windows causará desgaste desnecessário de gravação no número limitado de Ciclos de P / E no SSD. O recurso Superfetch não melhora materialmente o desempenho e causa sobrecarga adicional no sistema e no SSD, embora não cause desgaste. O Windows Vista não envia o comando TRIM para unidades de estado sólido, mas alguns utilitários de terceiros, como o SSD Doctor, examinam periodicamente a unidade e TRIM as entradas apropriadas.

Windows 7

O Windows 7 e versões posteriores têm suporte nativo para SSDs. O sistema operacional detecta a presença de um SSD e otimiza a operação de acordo. Para dispositivos SSD, o Windows desativa SuperFetch e ReadyBoost , tempo de inicialização e operações de pré-busca de aplicativos. Apesar da declaração inicial de Steven Sinofsky antes do lançamento do Windows 7, no entanto, a desfragmentação não é desabilitada, embora seu comportamento em SSDs seja diferente. Um dos motivos é o baixo desempenho do Serviço de Cópias de Sombra de Volume em SSDs fragmentados. O segundo motivo é evitar atingir o número máximo prático de fragmentos de arquivo que um volume pode manipular. Se esse máximo for atingido, as tentativas subsequentes de gravação na unidade falharão com uma mensagem de erro.

O Windows 7 também inclui suporte para o comando TRIM para reduzir a coleta de lixo para dados que o sistema operacional já determinou que não são mais válidos. Sem suporte para TRIM, o SSD não saberia que esses dados são inválidos e continuaria a reescrevê-los desnecessariamente durante a coleta de lixo, causando mais desgaste no SSD. É benéfico fazer algumas alterações que evitam que os SSDs sejam tratados mais como HDDs, por exemplo, cancelar a desfragmentação, não preenchê-los com mais de cerca de 75% da capacidade, não armazenar arquivos gravados com frequência, como arquivos de log e temporários, se um disco rígido está disponível e habilitando o processo TRIM.

Windows 8.1 e posterior

O Windows 8.1 e sistemas Windows posteriores, como o Windows 10, também oferecem suporte a TRIM automático para SSDs PCI Express baseados em NVMe. Para o Windows 7, a atualização KB2990941 é necessária para esta funcionalidade e precisa ser integrada à Instalação do Windows usando DISM se o Windows 7 tiver que ser instalado no SSD NVMe. O Windows 8 / 8.1 também suporta o comando SCSI unmap para SSDs conectados por USB ou gabinetes SATA para USB. SCSI Unmap é um análogo completo do comando SATA TRIM. Também é compatível com USB Attached SCSI Protocol (UASP).

O Windows Disk Defagmenter gráfico no Windows 8.1 também reconhece SSDs distintamente das unidades de disco rígido em uma coluna separada de tipo de mídia . Enquanto o Windows 7 oferece suporte a TRIM automático para SSDs SATA internos, o Windows 8.1 e o Windows 10 oferecem suporte a TRIM manual (por meio de uma função "Otimizar" no Desfragmentador de disco), bem como TRIM automático para SSDs SATA, NVMe e USB.

ZFS

Solaris a partir da versão 10 Atualização 6 (lançada em outubro de 2008) e versões recentes do OpenSolaris , Solaris Express Community Edition , Illumos , Linux com ZFS no Linux e FreeBSD podem usar SSDs como um impulsionador de desempenho para ZFS . Um SSD de baixa latência pode ser usado para o ZFS Intent Log (ZIL), onde é denominado SLOG. Isso é usado sempre que ocorre uma gravação síncrona na unidade. Um SSD (não necessariamente com baixa latência) também pode ser usado para o cache de substituição adaptável de nível 2 (L2ARC), que é usado para armazenar dados em cache para leitura. Quando usado sozinho ou em combinação, grandes aumentos no desempenho são geralmente vistos.

FreeBSD

ZFS para FreeBSD introduziu suporte para TRIM em 23 de setembro de 2012. O código constrói um mapa de regiões de dados que foram liberados; a cada gravação, o código consulta o mapa e, eventualmente, remove os intervalos que foram liberados antes, mas agora são substituídos. Há um thread de baixa prioridade que os TRIMs variam quando chega a hora.

Além disso, o Unix File System (UFS) suporta o comando TRIM.

Trocar partições

  • De acordo com o ex-presidente da divisão Windows da Microsoft, Steven Sinofsky , "há poucos arquivos melhores do que o arquivo de paginação para colocar em um SSD". De acordo com os dados de telemetria coletados , a Microsoft descobriu que o pagefile.sys é uma combinação ideal para armazenamento SSD.
  • As partições de troca do Linux estão, por padrão, executando operações TRIM quando o dispositivo de bloco subjacente oferece suporte a TRIM, com a possibilidade de desligá-las ou de selecionar entre operações TRIM únicas ou contínuas.
  • Se um sistema operacional não suportar o uso de TRIM em partições de troca discretas , pode ser possível usar arquivos de troca dentro de um sistema de arquivos comum. Por exemplo, o OS X não oferece suporte a partições de troca; ele apenas troca para arquivos dentro de um sistema de arquivos, então ele pode usar TRIM quando, por exemplo, arquivos de troca são excluídos.
  • O DragonFly BSD permite que a troca configurada por SSD também seja usada como cache do sistema de arquivos. Isso pode ser usado para aumentar o desempenho em cargas de trabalho de desktop e servidor. Os projetos bcache , dm-cache e Flashcache fornecem um conceito semelhante para o kernel Linux.

Organizações de padronização

A seguir estão as organizações de padronização e órgãos que trabalham para criar padrões para unidades de estado sólido (e outros dispositivos de armazenamento de computador). A tabela abaixo também inclui organizações que promovem o uso de unidades de estado sólido. Esta não é necessariamente uma lista exaustiva.

Organização ou comitê Subcomitê de: Propósito
INCITS N / D Coordena a atividade de padrões técnicos entre ANSI nos EUA e comitês conjuntos ISO / IEC em todo o mundo
T10 INCITS SCSI
T11 INCITS FC
T13 INCITS ATA
JEDEC N / D Desenvolve padrões abertos e publicações para a indústria de microeletrônica
JC-64.8 JEDEC Concentra-se em publicações e padrões de unidades de estado sólido
NVMHCI N / D Fornece software padrão e interfaces de programação de hardware para subsistemas de memória não volátil
SATA-IO N / D Fornece ao setor orientação e suporte para a implementação da especificação SATA
Comitê SFF N / D Trabalha em padrões da indústria de armazenamento que precisam de atenção quando não são tratados por outros comitês de padrões
SNIA N / D Desenvolve e promove padrões, tecnologias e serviços educacionais na gestão da informação
SSSI SNIA Promove o crescimento e o sucesso do armazenamento de estado sólido

Comercialização

Disponibilidade

A tecnologia de acionamento de estado sólido foi comercializada para os mercados militares e de nicho industrial desde meados da década de 1990.

Junto com o mercado corporativo emergente, SSDs têm aparecido em PCs ultra-móveis e alguns sistemas de laptop leves, aumentando significativamente o preço do laptop, dependendo da capacidade, formato e velocidades de transferência. Para aplicativos de baixo custo, uma unidade flash USB pode ser obtida por algo entre US $ 10 e US $ 100 ou mais, dependendo da capacidade e da velocidade; alternativamente, um cartão CompactFlash pode ser emparelhado com um conversor CF para IDE ou CF para SATA a um custo semelhante. Qualquer um deles requer que os problemas de resistência do ciclo de gravação sejam gerenciados, evitando armazenar arquivos gravados com frequência na unidade ou usando um sistema de arquivos flash . Os cartões CompactFlash padrão geralmente têm velocidades de gravação de 7 a 15 MB / s, enquanto os cartões mais caros e sofisticados garantem velocidades de até 60 MB / s.

O primeiro PC baseado em SSD de memória flash a se tornar disponível foi o Sony Vaio UX90, anunciado para pré-venda em 27 de junho de 2006 e começou a ser comercializado no Japão em 3 de julho de 2006 com um disco rígido de memória flash de 16 GB. No final de setembro de 2006, a Sony atualizou o SSD no Vaio UX90 para 32 GB.

Um dos primeiros lançamentos convencionais do SSD foi o laptop XO , construído como parte do projeto One Laptop Per Child . A produção em massa desses computadores, construídos para crianças em países em desenvolvimento, começou em dezembro de 2007. Essas máquinas usam 1.024 MiB SLC NAND flash como armazenamento primário, que é considerado mais adequado para as condições mais adversas do que o normal em que se espera que sejam usados. A Dell começou a distribuir laptops ultra-portáteis com SSDs SanDisk em 26 de abril de 2007. A Asus lançou o netbook Eee PC em 16 de outubro de 2007, com 2, 4 ou 8 gigabytes de memória flash. Em 2008, dois fabricantes lançaram os laptops ultrafinos com opções de SSD em vez do incomum HDD de 1,8 " : este era um MacBook Air , lançado pela Apple em 31 de janeiro, com um SSD opcional de 64 GB (o custo da Apple Store era $ 999 a mais para esta opção , em comparação com um HDD de 80 GB 4200 RPM ), e o Lenovo ThinkPad X300 com um SSD de 64 gigabytes semelhante, anunciado em fevereiro de 2008 e atualizado para a opção SSD de 128 GB em 26 de agosto de 2008, com o lançamento do modelo ThinkPad X301 ( uma atualização que adicionou aproximadamente US $ 200).

Em 2008, surgiram netbooks de baixo custo com SSDs. Em 2009, SSDs começaram a aparecer em laptops.

Em 14 de janeiro de 2008, a EMC Corporation (EMC) se tornou o primeiro fornecedor de armazenamento corporativo a incluir SSDs baseados em flash em seu portfólio de produtos, quando anunciou que selecionou os SSDs Zeus-IOPS da STEC, Inc. para seus sistemas Symmetrix DMX. Em 2008, a Sun lançou o Sun Storage 7000 Unified Storage Systems (codinome Amber Road), que usa unidades de estado sólido e discos rígidos convencionais para aproveitar a velocidade oferecida pelos SSDs e a economia e capacidade oferecidas pelos HDDs convencionais.

A Dell começou a oferecer unidades de estado sólido opcionais de 256 GB em modelos de notebook selecionados em janeiro de 2009. Em maio de 2009, a Toshiba lançou um laptop com SSD de 512 GB.

Desde outubro de 2010, a linha MacBook Air da Apple usa uma unidade de estado sólido como padrão. Em dezembro de 2010, o OCZ RevoDrive X2 PCIe SSD estava disponível em capacidades de 100 GB a 960 GB, oferecendo velocidades acima de 740 MB / s, velocidades sequenciais e gravações de pequenos arquivos aleatórios de até 120.000 IOPS. Em novembro de 2010, a Fusion-io lançou seu drive SSD de melhor desempenho, denominado ioDrive Octal, utilizando interface PCI-Express x16 Gen 2.0 com espaço de armazenamento de 5,12 TB, velocidade de leitura de 6,0 GB / s, velocidade de gravação de 4,4 GB / se baixa latência de 30 microssegundos. Possui 1,19 M de leitura de IOPS de 512 bytes e 1,18 M de gravação de IOPS de 512 bytes.

Em 2011, os computadores baseados nas especificações Ultrabook da Intel foram disponibilizados. Essas especificações determinam que os Ultrabooks usem um SSD. Esses são dispositivos de nível de consumidor (ao contrário de muitas ofertas de flash anteriores destinadas a usuários corporativos) e representam os primeiros computadores de consumidor amplamente disponíveis usando SSDs além do MacBook Air. Na CES 2012, a OCZ Technology demonstrou os SSDs R4 CloudServ PCIe capazes de atingir velocidades de transferência de 6,5 GB / se 1,4 milhões de IOPS. Também foi anunciado o Z-Drive R5 que está disponível em capacidades de até 12 TB, capaz de atingir velocidades de transferência de 7,2 GB / se 2,52 milhões de IOPS usando o PCI Express x16 Gen 3.0.

Em dezembro de 2013, a Samsung apresentou e lançou o primeiro SSD mSATA de 1 TB do setor . Em agosto de 2015, a Samsung anunciou um SSD de 16 TB, na época o dispositivo de armazenamento único de maior capacidade do mundo de qualquer tipo.

Embora várias empresas ofereçam dispositivos SSD a partir de 2018, apenas cinco das empresas que os oferecem realmente fabricam os dispositivos Nand Flash, que são o elemento de armazenamento em SSDs.

Qualidade e desempenho

Em geral, o desempenho de qualquer dispositivo específico pode variar significativamente em diferentes condições de operação. Por exemplo, o número de threads paralelos acessando o dispositivo de armazenamento, o tamanho do bloco de E / S e a quantidade de espaço livre restante podem mudar drasticamente o desempenho (ou seja, taxas de transferência) do dispositivo.

A tecnologia SSD tem se desenvolvido rapidamente. A maioria das medidas de desempenho usadas em unidades de disco com mídia rotativa também são usadas em SSDs. O desempenho dos SSDs baseados em flash é difícil de avaliar devido à ampla gama de condições possíveis. Em um teste realizado em 2010 pela Xssist, usando IOmeter , 4 kB aleatório 70% leitura / 30% gravação, profundidade da fila 4, o IOPS entregue pelo Intel X25-E 64 GB G1 começou em torno de 10.000 IOPs e caiu drasticamente após 8 minutos para 4.000 IOPS e continuou a diminuir gradualmente durante os 42 minutos seguintes. O IOPS varia entre 3.000 e 4.000 a partir de cerca de 50 minutos para o restante das 8 horas de execução de teste.

Os projetistas de drives flash de nível empresarial tentam estender a longevidade aumentando o provisionamento excessivo e empregando o nivelamento de desgaste .

Vendas

As remessas de SSDs foram de 11 milhões de unidades em 2009, 17,3 milhões de unidades em 2011 para um total de US $ 5 bilhões, 39 milhões de unidades em 2012, e devem aumentar para 83 milhões de unidades em 2013 para 201,4 milhões de unidades em 2016 e para 227 milhões de unidades em 2017.

As receitas do mercado de SSDs (incluindo soluções de PC de baixo custo) em todo o mundo totalizaram US $ 585 milhões em 2008, um aumento de mais de 100% em relação aos US $ 259 milhões em 2007.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos

Antecedentes e geral

De outros