Os drives em estado sólido (SSD) atingem o seu pináculo, com o aumento da velocidade e da capacidade de dados, em barramentos PCI Express de alta velocidade. Com isso, a computação e a carga de trabalho aumentam em confiabilidade e rapidez.
No final da década de 1980 e principalmente na década seguinte a microinformática foi alvo de mudanças drásticas, tanto de hardware quanto de custos no mercado de peças. Foi mais ou menos nesta época que a revista americana Mad publicou uma anedota, que contava o seguinte: o cliente de uma revenda de informática compra um computador do último modelo, mas o dono diz ao vendedor “manda logo de avião, porque senão este computador vai chegar lá obsoleto”
E foi assim mesmo: o meu primeiro computador na plataforma IBM-PC, circa início de 1990, trabalhava com um processador Intel 8086. No trabalho, eu usava micros com Intel 80286, já defasados. No ano seguinte, eu pulei para um computador com Intel 80386SX, ao qual eu acrescentei um coprocessador aritmético da própria Intel, que modificou substancialmente a velocidade dos aplicativos agora em ambiente Windows 3.0 e 3.1, este último com a métrica de fontes TrueType. Cheguei de volta no Brasil com um computador montado em uma loja local, com uma CPU Intel 80486DX2 de 66 MHz de clock.
Quando os primeiros computadores com CPU Intel 80486 foram lançados, o custo para o consumidor girava em torno de mais de 7500 libras, e eles foram chamados pelas revistas de informática inglesas como a “máquina dos sonhos”. Só que, rapidamente, a indústria começou a lançar placas-mães com capacidade de poder receber processadores Intel Pentium.
Provavelmente, por causa disso, o preço astronômico dos 486 caiu vertiginosamente da noite para o dia. O gozado é que os anos passam, e o cenário continua exatamente o mesmo: a indústria lança um componente novo, que chega no mercado a um preço proibitivo, mas a tecnologia avança e os preços caem.
Computação de dados não é só uma questão de memória
Quando se analisa ou se fala em memória, seja de que tipo for, o céu é o limite. Porém, só a quantidade de memória não basta, porque todos os componentes às quais ela estará associada também precisam ser compatíveis ou superiores.
Os drives de disco, chamados popularmente de “discos rígidos” (em Portugal, de “discos duros”), estiveram presentes por décadas a fio. Os primeiros drives MFM eram problemáticos, deixando muita gente na mão, mas eles foram substituídos pelos de tecnologia RLL, que resolveu a maior parte dos problemas e se tornou confiável no uso diário.
Na informática do passado, os programas e os arquivos de trabalho ocupavam um espaço muito pequeno em disco. Por isso, achava-se que o aumento de capacidade dos drives, na ordem dos Kbytes, não seria ocupada tão cedo. Lêdo engano!
Na informática do presente, com drives na ordem dos gigabytes, o mesmo aconteceu, mas nem tanto por causa dos programas e sistemas, mas pela necessidade de armazenamento de dados. Eu posso falar por mim mesmo: ao montar um material de áudio, dependendo da resolução, é fácil ocupar cerca de mais de 20 Gigabytes em um drive!
Existe uma série de parâmetros de funcionamento de um drive para armazenamento de dados ou programas que precisam hoje ser observados, não só o espaço de memória, mas itens como velocidade de acesso, de escrita, etc.
Enquanto discos rotativos, os tais discos duros, prestaram serviço por muito tempo, e eventualmente com alta capacidade de armazenamento, eles acabaram se tornando obsoletos, devido ao aperfeiçoamento dos dispositivos de memória. Com isso, os drives com disco foram sucedidos pelos drives em estado sólido, eliminando de vez o lado mecânico deste tipo de operação.
O termo Solid State, usado no acrônimo SSD (Solid State Drive) foi muito usado na eletrônica, quando as válvulas foram substituídas por transistores, e depois disso ele passa a se referir a componentes do tipo semicondutores e similares. No caso atual, a referência é feita a microchips, no lugar dos discos.
Um drive SSD típico tem, basicamente, dois principais componentes: um circuito controlador de entrada e saída de dados e chips de memória. São esses dois componentes que mudaram a arquitetura dos computadores atuais e permitiram o aumento virtual da velocidade de acesso aos dados armazenados.
A memória dos drives SSD M.2 usa a tecnologia NVME (Non Volatile Memory Express), classificada como “memória flash”, devido à alta velocidade de acesso aos dados. Ela usa o barramento PCI Express (PCIe) da placa-mãe, com uma performance nunca antes vislumbrada.
Por isso, ao substituir um drive rotativo de um notebook, por exemplo, por um drive SSD M.2 com o sistema operacional, a partida de inicialização (cold boot) aumenta de velocidade drasticamente!
As diferenças de performance estão nos barramentos!
O SSD convencional vem em um estojo de dimensões padrões e com conexão SATA entre o drive e a placa-mãe. A evolução deste dispositivo veio no formato chamado de Next Generation Form Factor (NGFF), com o drive conectado em uma porta micro SATA (mSATA). Este novo formato foi depois chamado de M.2, por ser a segunda geração do padrão mSATA.
Os principais componentes dos drives SSD e M.2 são a controladora e a memória flash propriamente dita. A ilustração abaixo dá uma ideia da diminuição do espaço usado para esses e os outros componentes:
A instalação habitual no soquete M.2 fica na placa-mãe. Cada fabricante informa o layout que receberá o drive. No design a seguir, pode-se ver que a placa aceita drives de dimensões 2242 (22 x 42 mm), até 22110 (22 x 110 mm) de largura e comprimento, respectivamente:
É preciso instalar um separador (“standoff”) na posição correspondente à geometria do drive. O fabricante normalmente entrega a placa com um separador do tipo porca rosqueada e sextavada, e mais um parafuso (diminuto) para a mesma. O drive é inserido no soquete em um ângulo de aproximadamente 30 graus e rebaixado com os dedos em direção ao separador. É aconselhável usar chave de parafuso com ponta magnética nesta montagem!
Os drives M.2 mais comuns são os do tipo 2280 (22 x 80 mm). O fabricante da placa também é obrigado a informar as chaves do soquete, que podem ser B, M ou B + M, cuja pinagem varia e por isso só devem ser usados os drives indicados para cada tipo de soquete:
Notem que um drive M.2 com chaves B + M pode ser encaixado em um soquete chave B. Porém, se vai funcionar ou não dependerá do design da porta e/ou das funções do drive na placa-mãe.
Um drive M.2 2280, com chave B, um dos mais usados, é mostrado a seguir:
Este drive mostrado acima é do tipo “single sided”, isto é, todos os seus componentes estão localizados em apenas um dos lados do drive. Esses componentes são normalmente protegidos por um selo de papel, que é condutor de calor, permitindo que o drive seja naturalmente resfriado, caso ele seja atingido por uma ventoinha de dentro do gabinete.
Dissipação de calor
À medida em que os drives M.2 aumentaram de capacidade e velocidade de transmissão de dados, aumentou também o calor dos seus componentes, sugerindo assim que o drive deva ser encapsulado em um dissipador adequado. Existem pilhas de dissipadores deste tipo, nos mais diversos formatos. Um deles, bem simples, é mostrado abaixo:
O drive é montado no dissipador com duas ou mais almofadas térmicas, uma em cima e outra em baixo, como se fosse um sanduíche. O objetivo desta montagem é propiciar a troca de calor entre o drive e o dissipador. Alguns modelos de dissipador são dotados de “heat pipes” (tubos de troca de calor) e/ou ventoinhas.
Notem que as almofadas térmicas devem ter contato direto com o drive, e não há necessidade alguma de retirar o papel que fica em cima dos componentes. Como a controladora é o componente que esquenta mais, pode-se, em alguns casos, colar a almofada térmica separadamente neste componente.
O usuário que faz a montagem deve tomar cuidado com a ventilação do gabinete, deixando a área onde está o drive livre para a circulação de ar. Idealmente, os ventiladores da frente do gabinete de um computador de mesa empurram o ar para dentro e os de trás para fora. Assim, o ar do ambiente circula dentro do gabinete, antes de sair, e isto geralmente é o suficiente para resfriar os drives M.2 instalados.
Programas escritos para monitorar o calor dissipado pelo drive instalado ajudam o usuário a decidir se instala ou não um dissipador. Na figura abaixo se mostra o valor da temperatura (41 ºC) de um drive Samsung SSD M.2 960 Pro instalado em porta PCIe 3.0, medido pelo software do fabricante:
Este tipo de drive foi instalado sem dissipador. Submetendo o drive ao estresse, a temperatura sobre para cerca de 51 ºC, bem abaixo do seu valor de tolerância.
A diferença de gerações
Drives M.2 NVME são projetados para trabalhar com diferentes barramentos PCI Express (PCIe). Os modelos atuais são classificados por um número de geração. Assim, um drive “Gen 3” pertence à geração projetada para PCIe 3.0, e assim por diante. Os drive disponíveis neste momento são os das gerações Gen 3, Gen 4, e Gen 5.
Aqui é bom lembrar que componentes deste tipo são, por design, retrocompatíveis. Se o usuário instalar, por exemplo, um drive Gen 4 (para PCIe 4.0) em uma placa PCIe 3.0, ele funcionará corretamente, mas limitado à velocidade da porta 3.0.
O gráfico a seguir, divulgado pela Intel, mostra o máximo teórico de velocidade em cada pista PCIe, nas diversas gerações:
Levando-se em consideração estas limitações, faz sentido montar um drive M.2 Gen 4 em uma placa PCIe 3.0? Claro que sim. Existem alguns aspectos a considerar: primeiro, um drive mais moderno usa controladoras mais aperfeiçoadas e teoricamente mais eficientes no transporte de dados, e segundo, que caso o usuário passe para uma placa-mãe com PCIe 4.0, ele poderá desfrutar do aumento pleno de velocidade, sem precisar trocar o drive.
E na prática? Depende, e muito, porque trata-se de velocidades de escrita e leitura de dados em alta velocidade, desde a adoção da Gen 3, e, portanto, a carga de trabalho sendo relativamente leve, o usuário não vai, em princípio, perceber a diferença entre uma geração e outra.
Talvez um dos aspectos mais importantes de todos esses avanços não é só o aumento de memória livre disponível e da velocidade, mas também o da confiabilidade de rendimento operacional conseguido pelos SSD. E sem falar na ausência absoluta de ruído dentro da máquina.
No início, apóstolos do apocalipse “denunciaram” a baixa sobrevivência dos drives SSD, mas a prática nos diz que isso não é verdade, independente das especificações de durabilidade mostradas pelos fabricantes.
Por outro lado, o comércio está inundado de drives falsificados, e é sempre aconselhável comprar marcas conhecidas e em revendas confiáveis. É uma pena que, para variar, as tais garantias de 5 anos não sejam honradas aqui, e eu acho que deveria existir uma cláusula na lei impedindo os fabricantes de fazerem isso! [Webinsider]
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A odisseia dos dispositivos de armazenamento em suporte sólido
Paulo Roberto Elias
Paulo Roberto Elias é professor e pesquisador em ciências da saúde, Mestre em Ciência (M.Sc.) pelo Departamento de Bioquímica, do Instituto de Química da UFRJ, e Ph.D. em Bioquímica, pela Cardiff University, no Reino Unido.
