Solid State Drive: 3D NAND & PCIe

Os discos de armazenamento sólidos já estão dominando o mercado há alguns anos, mas junto com essa nova forma de armazenamento, apareceram diversas técnicas (tecnologias) para aumentar as velocidades de leitura e escrita. Nos tempos dos HD’s mecânicos, nós apenas nos apegávamos a velocidade do disco, sendo as mais populares sendo os de 5400 e 7200rpm. Já no lado dos SSD’s, a diversidade de tecnologias e diferenças entre desempenho são bem maiores. Muitos dispositivos SSDs utilizam a tecnologia NAND em placas de silício, e eles apresentam um desempenho muito superior aos HD’s convencionais. Já existem diversos modelos de SSD's NAND utilizando a interface PCIexpress e muito em breve veremos modelos 3D NAND com PCIexpress.

Arquitetura 3D NAND

A arquitetura que é desenvolvida pela Samsung, deu um passo adianta da tecnologia NAND. O principal princípio é sair de um bloco em duas dimensões para três dimensões, o que além melhorar o desempenho, diminuindo a distância entre os bits, também proporciona maiores capacidades. Por alguns anos os SSD’s comercializados eram baseados em três capacidades, as de 128, 256 e 512 gigabytes. SSDs desenvolvidos com 3D NAND podem facilmente armazenar 1 terabyte, e capacidades ainda maiores.

A imagem acima mostra a arquitetura de um trânsistor da Samsung, em que há 5 camadas em sua estrutura, trata-se do Samsung TCAT (Terabit Cell Array Transistor). Ele consiste num total de dez células similares a uma arquitetura 2D NAND. Cada célula é capaz de armazenar um, dois ou três bits, dependendo do tipo de implementação do NAND. A Samsung implementa uma pilha de camadas que chegam a ter até 32 camadas em cada transistor nos mais recentes modelos. Outro ponto positivo do 3D NAND é que ele também aumenta a vida útil em relação aos modelos 2D. Junto com a vida útil, a persistência dos dados também é mais significativa, segundo a fabricante Samsung, os dispositivos que usam sua tecnologia 3D NAND tem uma persistência de até duas vezes mais, comparados aos modelos convencionais.

O Potencial

Como descrito em sua arquitetura, a capacidade de armazenamento vai muito além do que vemos atualmente no mercado. A Samsung já comercializa SSD’s com até 2 terabytes, mas é claro que isso vem com um custo alto. Sempre vemos novas peças e dispositivos caros no lançamento, mas ultimamente os preços tem caído consideravelmente rápido. O cenário do SSD atualmente é aquele que o usuário o usa junto com um HD mecânico, utilizando o SSD para o sistema operacional e programas e o HD mecânico para o armazenamento de dados. Vemos que já há possibilidade de utilizar somente um dispositivo SSD, que além de trazer um desempenho absurdamente maior, também utiliza menos energia e é consideravelmente mais leve. Nesses dois quesitos, a corrida por laptops ainda mais finos e com baterias mais duradouras já tiram proveito.

Este modelo acima, mostra capacidades de armazenamento de até 2 terabytes. Em suas especificações, a Samsung diz que as velocidades de leitura e escrita ultrapassam os 500mb/s. Este modelo utiliza a interface SATA III. Ainda não existem modelos 3D NAND que utilizem a interface PCIe, porém a Samsung promete lança-los em breve.

PCIexpress

O maior benefício que esta interface proporciona, é o aumento de performance. Os modelos SATA acabam limitando a capacidade do bus que transfere as informações para o processador. Outros dispositivos já tiram proveito desta interface, como placas de vídeo, placas de som e até mesmo dispositivos de rede. A chave para o aumento brutal no desempenho é que o número de canais que o dispositivo pode enviar dados. A imagem abaixo mostra um Samsung PM951 baseado em 2D NAND em uso. As velocidades em relação ao 3D NAND são consideravelmente maiores graças a interface PCIexpress 3.0.

A interface Serial ATA (SATA) está no mercado há vários anos e acompanha os dispositivos de armazenamento desde os HDs mecânicos. A versão 3.0 pode proporcionar velocidades de escrita e leitura de até 600mb/s. Os modelos mais atuais de SSDs ainda utilizam a tecnologia SATA e acabam tendo seu desempenho limitados. Aos poucos a adoção para dispositivos de armazenamento para o PCIe está acontecendo, principalmente nos laptops. A Apple utiliza SSDs PCIe em seus MacBooks desde 2014 e a adoção em outras marcas acontece desde 2015.

Disponibilidade dos modelos citados

O único modelo que utilizam 3D NAND são os modelos Samsung SSD 850 Pro e estão disponíveis no site da Samsung. Os preços variam entre 89.99 e 919.99 nos Estados Unidos. Atualmente não há a comercialização deste modelo no Brasil. O modelo Samsung PM951 também está disponível no site da Samsung, os preços variam entre 250 e 500 dólares.

Existem diversas marcas que fabricam SSDs que utilizam a tecnologia PCIe, marcas como Samsung, HyperX, Sandisk e VisionTek comercializam seus modelos nos Estados Unidos.

Fontes:
Portal Educação, Google Analytics. Disponível em: <http://www.portaleducacao.com.br/informatica/artigos/48358/google-analytics>. Acesso em 3 de julho de 2013.

1)      Anandtech, 3D NAND – How it Works. Disponível em:

<http://www.anandtech.com/show/8216/samsung-ssd-850-pro-128gb-256gb-1tb-review-enter-the-3d-era/3> Acesso 17 de março de 2015.

2)      Hexus, Samsung 3D V-NAND explained. Disponível em:

< http://hexus.net/tech/tech-explained/storage/73613-tech-explained-samsung-3d-v-nand/> Acesso em 17 de março de 2015.

3)      Samsung, Samsung PM951. Disponível em:

< http://www.samsung.com/semiconductor/products/flash-storage/client-ssd/MZHPV512HDGL?ia=831> Acesso em 18 de março de 2015.

4)      Samsung, Samsung 3D NAND. Disponível em:

<http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/minisite/SSD/global/html/ssd850pro/3dvnand.html> Acesso em 18 de março de 2015.

5)      Computer Weekly, PCIe SSD. Disponível em:

< http://www.computerweekly.com/feature/PCIe-SSD-What-it-is-and-how-you-can-use-it> Acesso em 20 de março de 2015.