Um ciclo de gravação SSD é o processo de programação de dados para um chip de memória flash NAND em um dispositivo de armazenamento em estado sólido.
Um bloco de dados armazenados em um chip de memória flash deve ser apagado eletricamente antes que novos dados possam ser gravados, ou programados, na unidade de estado sólido (SSD). O ciclo de gravação SSD também é conhecido como ciclo programa/erase (P/E).
Quando um SSD é novo, todos os blocos são apagados e novos, os dados recebidos são gravados diretamente na mídia flash. Uma vez que o SSD tenha preenchido todos os blocos livres na mídia flash, ele deve apagar os blocos previamente programados para dar espaço para que novos dados sejam escritos. Os blocos que contêm dados válidos, inválidos ou desnecessários são copiados para blocos diferentes, liberando os blocos antigos para serem apagados. O controlador SSD apaga periodicamente os blocos inválidos e os devolve ao pool de blocos livres.
O processo de fundo que um SSD usa para limpar os blocos desnecessários e dar espaço para novos dados é chamado de coleta de lixo. O processo de coleta de lixo é geralmente invisível para o usuário, e o processo de programação é frequentemente identificado simplesmente como um ciclo de escrita, em vez de um ciclo de escrita/erase ou P/E.
Por que os ciclos de escrita são importantes
Um SSD NAND flash é capaz de suportar apenas um número limitado de ciclos de escrita. O processo programa/erase causa uma deterioração da camada de óxido que prende elétrons em uma célula de memória flash NAND, e o SSD eventualmente se tornará não confiável, desgastando-se e perdendo sua capacidade de armazenar dados.
O número de ciclos de escrita, ou resistência, varia de acordo com o tipo de célula de memória flash NAND. Um SSD que armazena um único bit de dados por célula, conhecido como flash NAND de nível único (SLC), pode normalmente suportar até 100.000 ciclos de gravação. Um SSD que armazena dois bits de dados por célula, comumente chamado de flash de célula multinível (MLC), geralmente suporta até 10.000 ciclos de escrita com NAND planar e até 35.000 ciclos de escrita com NAND 3D. A durabilidade das SSDs que armazenam três bits de dados por célula, chamada flash de célula de três níveis (TLC), pode ser de até 300 ciclos de escrita com NAND planar e de até 3.000 ciclos de escrita com NAND 3D. A última célula de nível quádruplo (QLC) NAND provavelmente suportará um máximo de 1.000 ciclos de escrita.
À medida que o número de bits por célula de memória flash NAND aumenta, o custo por gigabyte (GB) do SSD diminui. Entretanto, a resistência e a confiabilidade da SSD também são menores.
Problemas comuns de ciclo de gravação
Desafios que os fabricantes de SSD tiveram que enfrentar para usar a memória flash NAND para armazenar dados de forma confiável durante um longo período de tempo incluem interferência de célula para célula, à medida que os moldes ficam menores, falhas e erros de bits, apagamentos lentos de dados e amplificação de gravação.
Os fabricantes melhoraram a resistência e a confiabilidade de todos os tipos de SSDs através de mecanismos baseados em software do controlador, como algoritmos de nivelamento de desgaste, buffer de dados externos, código de correção de erros (ECC) e gerenciamento de erros, compressão de dados, superprovisionamento, melhor gerenciamento interno do NAND e feedback de desgaste do bloco. Como resultado, os SSDs baseados em flash não se desgastaram tão rapidamente quanto os usuários temiam.
Os fornecedores geralmente oferecem garantias SSD que especificam um número máximo de unidades de dispositivos escritos por dia (DWPD) ou terabytes escritos (TBW). DWPD é o número de vezes que a capacidade total da SSD pode ser sobregravada diariamente durante o período de garantia. TBW é a quantidade total de dados que uma SSD pode gravar antes que seja provável que falhe. Os fornecedores de sistemas baseados em flash e SSDs geralmente oferecem garantias de cinco anos ou mais em suas unidades empresariais.
Os fabricantes às vezes especificam o tipo de carga de trabalho da aplicação para a qual uma SSD é projetada, como, por exemplo, uso intensivo de gravação, leitura ou uso misto. Alguns fornecedores permitem que o cliente selecione o nível ideal de resistência e capacidade para uma determinada SSD. Por exemplo, um usuário empresarial com um banco de dados de alta transação pode optar por um número maior de DWPD, às custas da capacidade. Ou um usuário que opera um banco de dados que não escreve com freqüência pode escolher um DWPD menor e uma capacidade maior.