Como funcionam as unidades de estado sólido

Drives de estado sólido, ou SSDs, agora são dispositivos de armazenamento comuns. Mas a popularidade crescente raramente significa uma compreensão crescente. Se você não tem certeza de como um SSD funciona, você não está sozinho. Aqui, explicamos como a memória flash, também conhecida como memória NAND, realmente funciona, o que significam os diferentes “níveis” de NAND e como fazer um bom negócio em um SSD hoje.

O que é memória NAND?

Os processadores e a memória do computador são construídos a partir de portas lógicas. Essas são a manifestação física da capacidade do computador de processar 1s e 0s. Com base em suas entradas, eles fornecem certas saídas. Diferentes tipos de portas processam as entradas de maneira diferente. Em termos muito gerais, a combinação cuidadosa dessas portas permite que um computador faça tudo, desde adicionar dois números até reconhecer fotografias.

A memória SSD é construída a partir de portas NAND, que são um tipo de porta lógica. NAND significa “não AND” e é o inverso da porta lógica “AND” comum.

Como uma porta lógica pode armazenar informações?

As portas NAND têm uma propriedade especial que não é compartilhada pela maioria dos tipos de portas lógicas. As portas NAND podem ser usadas para criar o que é chamado de porta flip-flop. Este é um circuito feito de duas portas NAND conectadas juntas de uma maneira muito específica. Como visto acima, a saída de cada porta NAND é conectada à entrada de seu parceiro.

Esta fiação permite o armazenamento de 1s e 0s ao longo do tempo e sem alimentação. Portanto, com a fiação adequada, as portas NAND podem criar memória de computador para um bit. Coloque um monte de portas NAND juntas, e você pode armazenar um monte de bits. E é isso que faz a memória flash e, eventualmente, um SSD.

O que é SLC, MLC, TLC e QLC?

O armazenamento flash é construído em células, que armazenam bits. O meio mais básico de armazenamento é uma “célula de nível único” ou SLC. Essas células podem ser definidas como 0 ou 1 para indicar ligado e desligado. Essas células são rápidas e duráveis, mas não fornecem muito armazenamento. Precisamos armazenar mais de um bit por célula para aumentar isso.

É aí que entram as células multinível, ou MLC. Essas células armazenam dois bits de informação em um transistor, utilizando quatro níveis de carga. Por exemplo, eles podem usar 0v, 1v, 2v e 3v para representar 00, 01, 10 e 11 em binário. Essas células cabem mais dados, mas também requerem técnicas mais precisas para armazenamento e recuperação.

Os SSDs mais novos são construídos em células de três níveis, ou TLC, que permite que cada célula armazene três bits. Isso requer uma fabricação ainda mais precisa, aumentando o custo e a capacidade em detrimento da velocidade e da confiabilidade.

A próxima etapa são células de nível quádruplo, ou QLC. Embora a Intel e a Micron tenham desenvolvido um processo para isso, não é provável que vejamos a adoção em massa por anos ainda.

O que é 3D NAND?

Os primeiros SSDs foram fabricados como processadores de computador. Eles foram criados em um plano bidimensional, e a capacidade e a velocidade foram aumentadas pela redução dos transistores que compunham a matriz. Quanto mais transistores você pode colocar em uma matriz, mais dados você pode armazenar. Mas, ao contrário dos transistores da CPU, os transistores SSD não podem ir muito abaixo de 15 nm. Isso ocorre porque, nesse nível, os elétrons podem começar a vazar para os transistores próximos, corrompendo os dados.

Para contornar essa limitação, os fabricantes criaram 3D NAND. Aqui, os transistores também são empilhados uns sobre os outros. Este processo tridimensional, às vezes chamado de V-NAND, permite que até sessenta e quatro camadas de transistores ocupem uma única matriz. Isso aumenta as possibilidades de armazenamento em uma ordem de magnitude.

A desvantagem é que o 3D NAND requer técnicas de fabricação extremamente precisas para criar colunas hiperprecisas de transistores. Isso é especialmente importante para SSDs do tipo MLC, TLC e QLC, que já exigem uma fabricação altamente precisa para funcionar corretamente. Mas isso não a impediu de assumir o controle do mercado moderno.

Como tudo se junta

Muitas fábricas estão lançando drives 3D TLC NAND, mas ainda há um estoque significativo disponível de drives MLC que são rápidos, moderadamente grandes e repentinamente muito baratos. Se você está procurando uma pechincha, agora é a hora de comprar. É uma tecnologia um pouco mais antiga, mas a principal diferença estará no tamanho do armazenamento, e não no desempenho. Se houver uma pechincha em um drive 3D MLC NAND grande o suficiente para você, não hesite em atacar.

Como em todas as coisas eletrônicas, uma história de confiabilidade do fabricante é extremamente importante. Unidades sem nome baratas podem ser feitas em nós de processo mais antigos ou com tolerâncias mais frouxas. Eles também podem vir das sobras de fabricantes mais exigentes, vendendo a você as sobras funcionais suficientes. Nenhum dos dois é uma receita para o sucesso a longo prazo.

A próxima grande revolução na tecnologia de SSD virá com uma capacidade muito maior no mesmo nível de potência ou em níveis semelhantes. Podemos esperar ver isso implementado ao longo dos próximos anos, à medida que as fundições ganham experiência com as técnicas necessárias para o novo projeto de processo.

Além disso, verifique as diferenças entre SSD, HDD e armazenamento flash.

Crédito da imagem: flashdba, Cactus Tech