SSD 101: A Fiabilidade dos SSDs

Os discos de estado sólido (SSDs) têm vindo a ganhar popularidade, e por bons motivos. Comparados com os discos rígidos (HDDs), são mais rápidos, compactos, eficientes em termos de energia e mais resistentes, uma vez que não possuem partes móveis. Além disso, estão a ser lançados com capacidades cada vez maiores, enquanto os seus preços estão a diminuir.

Mas será que são realmente tão fiáveis quanto se diz? Os SSDs ainda apresentam vulnerabilidades, e uma tecnologia de armazenamento que dure milhares de anos ainda não é comercialmente viável.

Neste artigo, vamos abordar a questão da fiabilidade dos SSDs, analisando:

  • A tecnologia dos SSDs
  • A memória de armazenamento dos SSDs
  • Fatores que afetam a fiabilidade
  • Sinais de falha dos SSDs

Quão fiável é, então, um SSD? Vamos explorar.

Tecnologia dos SSDs

Quase todos os tipos de SSDs actuais utilizam memória flash NAND. NAND não é um acrónimo, mas um nome derivado do seu portão lógico, o bloco básico das suas células de memória, denominado “NOT AND”. (Para os curiosos, um portão NAND é um portão lógico que produz uma saída que é falsa apenas se todas as suas entradas forem verdadeiras).

A memória flash NAND é não volátil, o que significa que retém os dados mesmo quando a fonte de energia é removida. A tecnologia NAND funciona armazenando dados em células de memória individuais organizadas numa matriz em forma de grelha. Quando os dados (um 1 ou um 0) são escritos numa célula NAND, os dados devem ser apagados antes que novos dados possam ser escritos nessa mesma célula. Durante o processo de escrita e apagamento, os electrões são enviados através de um isolador que, eventualmente, se desgasta, dificultando a manutenção dos electrões na sua posição correcta.

Isto significa que as células de memória flash só podem ser programadas e apagadas de forma fiável um número determinado de vezes, medido em ciclos de programação/apagamento, ou ciclos P/E.

Os ciclos P/E são uma medida importante da fiabilidade dos SSDs, mas outros factores também são relevantes, incluindo TBW (terabytes escritos) e MTBF (tempo médio entre falhas). Abaixo estão algumas definições para ajudar a clarificar estes conceitos:

Ciclos de Programação/Apagamento (Ciclos P/E)

Um ciclo P/E no armazenamento em estado sólido envolve escrever dados numa célula de memória flash NAND e depois apagar esses dados, para que a célula esteja pronta para ser reescrita. A durabilidade de um SSD, medida em ciclos P/E, varia conforme a tecnologia, mas geralmente situa-se entre 500 e 100.000 ciclos P/E.

Terabytes Escritos (TBW)

Terabytes escritos é a quantidade total de dados que pode ser escrita num SSD antes de ser provável que falhe. Por exemplo, aqui estão as garantias TBW para o popular SSD Samsung V-NAND 870 EVO:

  • Modelo de 250GB: 150TBW
  • Modelo de 500GB: 300TBW
  • Modelo de 1TB: 600TBW
  • Modelo de 2TB: 1.200TBW
  • Modelo de 4TB: 2.400TBW

Todos estes modelos têm uma garantia de cinco anos ou TBW, o que ocorrer primeiro.

Tempo Médio Entre Falhas (MTBF)

MTBF é uma métrica usada para avaliar a fiabilidade de um componente de hardware ao longo da sua vida útil esperada. Para a maioria dos componentes, a medida é tipicamente em milhares ou até dezenas de milhares de horas entre falhas. Por exemplo, um HDD pode ter um tempo médio entre falhas de 300.000 horas, enquanto um SSD pode ter 1,5 milhões de horas.

Os fabricantes fornecem estas especificações para os seus produtos. Elas ajudam a entender a expectativa de vida dos discos, bem como a sua adequação para aplicações específicas. No entanto, é importante ter cuidado ao analisar as especificações, pois não garantem que o seu SSD específico durará exatamente aquele tempo. Em vez disso, indicam que, com base numa amostra do modelo do SSD, espera-se que ocorram falhas a uma certa taxa. Por exemplo, um MTBF de 1,2 milhões de horas significa que, assumindo que o disco é usado em média oito horas por dia, espera-se que um conjunto de 1.000 SSDs tenha uma falha a cada 150 dias, ou cerca de duas vezes por ano.

Actualmente, muitos SSDs vêm com uma ferramenta que monitoriza a expectativa de vida do disco, baseando-se nos atributos SMART. No entanto, há pouca consistência entre os diferentes fabricantes de SSDs nos atributos que monitorizam e como calculam a expectativa de vida do disco. Portanto, é importante ler o manual do seu SSD específico se estiver interessado em usar esta informação para decidir quando substituir o seu SSD.

Memória de Armazenamento SSD

Actualmente, existem cinco tecnologias diferentes de células de memória flash NAND com base no número de bits armazenados por célula, que discutiremos a seguir. Geralmente, à medida que o número de bits armazenados por célula aumenta, o custo por bit diminui, mas a durabilidade e o desempenho podem diminuir também.

SLC (Single Level Cell): Um Bit Por Célula

SLC foi o primeiro tipo de armazenamento flash NAND desenvolvido. Armazena um bit por célula. O armazenamento SLC é rápido e o desgaste é mínimo. Por outro lado, não é eficiente em termos de espaço físico.

MLC (Multi-Level Cell): Dois Bits Por Célula

MLC armazena dois bits por célula. Isto basicamente dobrou a quantidade de armazenamento e reduziu o custo para um determinado factor de forma. No entanto, MLC é mais lento, pois tem que distinguir entre os dois bits numa determinada célula.

TLC (Triple Level Cell): Três Bits Por Célula

A tendência continuou com TLC, onde três bits são armazenados por célula. Este avanço teve duas consequências significativas. Primeiro, o custo unitário tornou-se apelativo para a maioria dos consumidores. Segundo, a tecnologia TLC impulsionou a introdução de cache dentro do SSD, pois as velocidades de leitura/escrita não assistidas caíram para perto das de um disco rígido.

QLC (Quad Level Cell): Quatro Bits Por Célula

QLC é o “padrão” actual. Armazena quatro bits por célula. Isto aumenta novamente a densidade de armazenamento e reduz ainda mais o preço. No entanto, a unidade pode desgastar-se mais cedo, especialmente à medida que se enche.

3D NAND

Nas tecnologias anteriores, as células estão lado a lado numa única camada bidimensional, um design descrito como planar. No 3D NAND, as células são empilhadas tridimensionalmente. Isto melhora a densidade de armazenamento e a velocidade, mas aumenta o custo de fabricação e reduz a durabilidade ao longo do tempo.

Em geral, SLC e MLC são mais rápidos e duráveis, mas são limitados em termos de capacidade de armazenamento. As tecnologias TLC e QLC podem armazenar dados a um custo mais baixo, mas podem ser mais lentas. No entanto, a diferença de velocidade é geralmente negligenciável para o consumidor médio e é, por vezes, compensada por coisas como cache dinâmico. A tecnologia 3D NAND é uma óptima escolha, mas é mais cara.

Fatores de Fiabilidade dos SSDs

Comparados com os HDDs, os SSDs são mais robustos. Como não têm partes móveis, podem suportar quedas acidentais, choques, vibrações, temperaturas extremas e campos magnéticos melhor do que os HDDs. Além disso, o seu pequeno tamanho e menor consumo de energia tornam a substituição de HDDs por SSDs uma decisão vantajosa.

No entanto, isso não é toda a história. Existem diferentes critérios de desempenho e fiabilidade que devem ser considerados, dependendo se o SSD será usado num computador doméstico, num centro de dados ou num veículo de exploração espacial. Os fabricantes de SSDs estão cada vez mais a comercializar SSDs para cargas de trabalho específicas, como intensivas em escrita, intensivas em leitura ou de uso misto. Isto facilita a selecção do SSD mais adequado para um determinado caso de uso.

Por exemplo, um utilizador empresarial com uma base de dados de transacções elevadas pode optar por uma unidade que suporte um número maior de escritas em detrimento da capacidade. Já um utilizador que opera uma base de dados com poucas escritas pode escolher uma unidade de menor desempenho com maior capacidade.

Sinais de Falha de um SSD

Enquanto os HDDs podem dar sinais audíveis de falha, como o som de clique, os SSDs não têm partes móveis e não oferecem tais avisos. No entanto, há outros sinais que indicam que um SSD está prestes a falhar. Se notar algum destes sinais, substitua a unidade imediatamente:

1) Erros Envolvendo Blocos Defeituosos: Semelhante aos sectores defeituosos nos HDDs, os blocos defeituosos nos SSDs podem causar falhas na leitura ou gravação de ficheiros.
2) Ficheiros Não Podem Ser Lidos ou Escritos: O sistema pode recusar-se a ler ou escrever dados em blocos defeituosos.
3) O Sistema de Ficheiros Precisa de Reparação: Mensagens de erro podem indicar problemas no sistema de ficheiros devido a blocos defeituosos.
4) **Crashes Durante o

Arranque**: Crashes ao iniciar o computador podem ser um sinal de problemas no SSD.
5) *A Unidade Torna-se Apenas de Leitura*: A unidade pode recusar-se a gravar mais dados, permitindo apenas a leitura dos dados existentes.

Conclusão

Um SSD deve durar tanto quanto o fabricante indica, geralmente cerca de cinco anos, desde que não seja usado de maneira excessiva. No entanto, a fiabilidade dos SSDs depende de vários fatores, incluindo a tecnologia utilizada e o caso de uso específico.

Comparados com os HDDs, os SSDs tendem a falhar menos nos primeiros anos de uso. No entanto, a partir de quatro anos, os HDDs começam a falhar a uma taxa mais alta. Sob uso normal, um SSD pode durar anos, e é provável que o substitua por uma unidade mais moderna antes que ele falhe.

Para armazenamento a longo prazo, tanto SSDs quanto HDDs devem ser usados regularmente. Guardar uma unidade externa sem uso por anos não é recomendado.

Por fim, escolha um SSD de qualidade de um fabricante respeitável e tenha um plano de backup sólido para garantir a segurança dos seus dados.

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