O que é memória flash e como ela funciona?

Praticamente todos os dispositivos modernos contam com memória flash — uma tecnologia de armazenamento eletrônico de dados que pode preservar as informações por longos períodos de tempo. Seu smartphone, por exemplo, usa alguma forma de memória flash para armazenamento, e é provável que a maioria dos laptops e computadores ao seu redor também a utilize. No entanto, nem toda memória flash é criada da mesma forma — algumas implementações são muito superiores a outras. Portanto, neste artigo, vamos detalhar a tecnologia, como ela funciona e os vários termos que você pode ter ouvido associados à tecnologia.

Veja também: Os melhores telefones Android com memória expansível

O que é memória flash e por que é tão popular?

A memória flash é um tipo de armazenamento não volátil. O bit não volátil significa que os dados são retidos mesmo quando o dispositivo perde completamente a energia. Isso contrasta fortemente com a RAM, um tipo de memória volátil que perde todos os seus dados quando desligada ou reiniciada. A capacidade da memória flash de armazenar dados sem uma fonte de energia, juntamente com outros benefícios que discutiremos, a torna ideal para uso como meio de armazenamento, e sua popularidade está crescendo cada vez mais.

Os discos rígidos já foram o meio de armazenamento dominante para dispositivos eletrônicos. O iPod de primeira geração, por exemplo, usava um disco rígido de 5 GB da Toshiba. Da mesma forma, a maioria dos laptops e computadores desktop até o início de 2010 tinha discos rígidos como seu principal dispositivo de armazenamento. Mas grande parte da indústria de eletrônicos de consumo agora abandonou os discos rígidos em favor da memória flash, especialmente em aplicativos como jogos que exigem um meio de armazenamento rápido.

Os discos rígidos têm inúmeras desvantagens. Por um lado, seus pratos giratórios os tornam em grande parte dispositivos mecânicos. Em outras palavras, eles têm várias partes móveis propensas a falhas. Em segundo lugar, eles não são muito rápidos, pois uma agulha magnética precisa alcançar fisicamente partes específicas de um prato giratório para ler e gravar dados.

A memória flash, por outro lado, é totalmente eletrônica. Os dados ainda são armazenados digitalmente, na forma de 1s e 0s. Em vez de usar magnetismo como nos discos rígidos, no entanto, o flash usa as chamadas células de memória construídas a partir de portas de transistor. A ausência de partes móveis oferece vários benefícios aos dispositivos de armazenamento baseados em memória flash. Eles geralmente têm vida útil mais longa, ocupam menos espaço e operam significativamente mais rápido que os discos rígidos. Claro, a tecnologia tem algumas desvantagens, mas além do custo, a maioria não afeta o usuário típico.

Leia: As melhores unidades flash USB

Termos relacionados ao Flash que você deve conhecer

SATA: Introduzido no início dos anos 2000, SATA refere-se à interface de comunicação entre a placa-mãe de um computador e dispositivos de armazenamento como discos rígidos. A última revisão mais popular, SATA III, oferece uma taxa de transferência máxima de 600 MB/s — longe de ser a mais avançada. O padrão não recebeu nenhuma atualização desde 2009, mas continua sendo amplamente utilizado hoje.

NVMe: NVMe ou non-volatile memory express é um protocolo de comunicação para dispositivos de armazenamento. Ao contrário do SATA, o NVMe foi projetado para dispositivos de armazenamento de maior taxa de transferência, como SSDs. Como os SSDs NVMe têm um caminho direto para a CPU, geralmente são significativamente mais rápidos que os SSDs SATA. O NVMe pode atingir velocidades de 3.500 MB/s, 6x mais rápido que o SATA III.

PCIe: PCIe significa interconexão de componentes periféricos expresso e fornece o backbone de comunicação para dispositivos NVMe. O desempenho de uma unidade NVMe pode variar dependendo dos recursos PCIe da CPU. Por exemplo, um SSD PCIe Gen 4 NVMe pode apresentar velocidades mais lentas em computadores mais antigos com apenas recursos de Gen 3. Por outro lado, dispositivos mais novos, como o PlayStation 5, exigem SSDs PCIe Gen 4 NVMe acima de um determinado limite de velocidade para uma experiência de usuário consistente.

M.2: M.2 refere-se a um conector físico usado para placas de expansão. O slot é normalmente encontrado em placas-mãe de computadores e laptops, mas você também pode vê-lo em outros dispositivos como o PlayStation 5 (o espaço verde na foto acima). Um conector M.2 pode ser conectado eletricamente para funcionar no modo SATA ou PCIe. Os laptops geralmente usam M.2 para placas de expansão de alta largura de banda, como placas Wi-Fi e SSDs.

Como a tecnologia está relacionada a SSDs, UFS e eMMC?

Dispositivos de armazenamento que utilizam memória flash vêm em várias formas e tamanhos, dependendo do caso de uso pretendido. A unidade de inicialização principal de um computador, por exemplo, precisa ser mais rápida e durável do que um pen drive que você usará apenas para armazenar arquivos de mídia. SSDs, chips eMMC e cartões SD usam memória flash, mas as implementações exatas podem variar.

As unidades de estado sólido (SSDs) geralmente contêm mais do que apenas memória flash – muitas também abrigam um cache DRAM e um controlador de memória. O primeiro pode acelerar leituras e gravações, mas as unidades de orçamento tendem a não incluí-lo. O controlador, por sua vez, ajuda a interface do sistema com os dados armazenados da unidade. Em alguns casos, também pode ajudar a aumentar a longevidade da unidade por meio de técnicas como nivelamento de desgaste e correção de erros.

Cartões SD e drives USB são muito mais simples, em comparação. Ambos ocupam um espaço muito menor do que os SSDs e, consequentemente, também são um pouco mais lentos. Além disso, os SSDs geralmente abrigam vários pacotes de memória para aumentar a capacidade total. Cartões SD e unidades USB menores não podem fazê-lo, pois precisam ser espremidos em um formato menor.

Finalmente, você também pode ter ouvido falar de chips de armazenamento flash eMMC e UFS no contexto de smartphones, tablets e laptops. MMC significa MultiMediaCard incorporado, enquanto UFS é a abreviação de Universal Flash Storage. Você encontrará esses chips embutidos soldados diretamente na placa-mãe de um dispositivo.

Atualmente, o UFS começou a substituir o eMMC como padrão para armazenamento de smartphones. O primeiro é significativamente mais rápido (até 2.100 MB/s versus 250 MB/s), pois suporta leitura e gravação simultâneas – pense no UFS como uma rodovia de duas vias com várias faixas e o eMMC como uma via de mão única. Ambos ainda são significativamente mais rápidos que os discos rígidos.

As velocidades de armazenamento são mais importantes para determinados aplicativos do que para outros. A gravação de vídeo de alta resolução, por exemplo, pode sobrecarregar a maioria dos cartões SD de baixo custo. Da mesma forma, jogos e outras cargas de trabalho intensivas podem se beneficiar de um armazenamento mais rápido.

Sem se aprofundar muito nas especificidades da eletrônica envolvida, a memória flash armazena dados em células de memória. Essas células contêm transistores de porta flutuante que podem prender elétrons por um longo período de tempo, mas não para sempre. Essas células têm três operações: ler, gravar e apagar, dependendo de onde você aplica uma voltagem. Para executar uma operação de gravação, a porta flutuante na célula de memória é carregada ou descarregada – a primeira denota um 0 lógico, enquanto um estado descarregado indica 1.

Os dispositivos de armazenamento modernos organizam as células de memória em páginas que permitem que grandes quantidades de dados sejam acessadas simultaneamente, em vez de célula por célula. O tipo mais comum de armazenamento flash, chamado flash NAND, contém blocos de 32 ou 64 páginas.

Um dispositivo de consumidor contendo flash NAND, como uma unidade USB ou SSD, tem milhões de células de memória empilhadas horizontalmente, verticalmente ou em ambas as dimensões – o último às vezes é chamado de 3D NAND. Como seria de esperar, um dispositivo que requer operações e densidade tão precisas é mais caro de fabricar do que os discos rígidos tradicionais.

Os fabricantes inventaram maneiras de combater o alto custo da memória flash, sendo a técnica mais comum o uso de células de vários níveis. Em vez de armazenar um único 0 ou 1, as células de três níveis (TLC) e as células de vários níveis (MLC) podem armazenar dois, três ou mais bits. Embora essa estratégia melhore a densidade de armazenamento e reduza os custos de fabricação, ela também tem um efeito negativo na velocidade e na durabilidade. Ainda assim, o custo-benefício significa que a maioria dos dispositivos de armazenamento de nível de consumidor hoje usa memória flash baseada em TLC ou MLC em vez de células de nível único (SLC).

Veja também: Os melhores SSDs internos e externos

Quais são as limitações da tecnologia?

O armazenamento em flash tornou-se o padrão para dispositivos eletrônicos compactos nos dias de hoje, mas a tecnologia está longe de ser perfeita. Além dos preços altos, que já discutimos, a memória flash pode sofrer degradação de dados ou apodrecer ao longo do tempo. Se armazenadas em um estado sem energia por vários anos, as células de memória podem sofrer vazamento de elétrons e, eventualmente, perda de dados. Embora os discos rígidos também possam sofrer com a podridão, eles normalmente duram um pouco mais quando desligados.

Um problema maior com o armazenamento flash é a resistência à gravação ou ciclos de programa/apagar. Em poucas palavras, refere-se à quantidade de dados que você pode gravar antes que as células de memória se desgastem. De um modo geral, quanto mais informações você compactar por célula de memória (drives do tipo TLC e MLC), pior será a resistência.

Os fabricantes de dispositivos de armazenamento normalmente garantem a vida útil de uma unidade até um determinado ponto de uso, cotado em TBW ou total de bytes gravados. A variante de 1 TB do SSD 860 Evo da Samsung, por exemplo, tem uma resistência cotada de 600 TBW. Uma unidade ainda pode funcionar além de seu TBW classificado – apenas não espere nenhuma garantia do fabricante. Unidades de maior resistência normalmente custam mais — especialmente aquelas projetadas para uso corporativo.

Finalmente, o armazenamento flash ainda não supera os discos rígidos em termos de capacidade. A maioria dos SSDs de consumo chega a 2-4 TB, enquanto você pode comprar facilmente discos rígidos que excedem 10 ou até 15 TB pelo mesmo preço. Isso pode mudar em algum momento no futuro, mas, por enquanto, os discos rígidos reinam supremos para arquivar grandes quantidades de dados.

continue lendo: Um guia para iniciantes em drives NAS