Por que minha SSD parece apresentar desgaste prematuro?

Desde a chegada dos dispositivos de armazenamento flash NAND, o desgaste repentino tem sido um problema que recebe atenção significativa. Para resolver esse problema, a maioria dos fabricantes de SSD incluiu atributos SMART (tecnologia de automonitoramento, análise e relatório) para rastrear a quantidade de uso que a SSD experimentou, em comparação com a vida útil esperada da unidade. Normalmente, isso é registrado como um atributo descrito como “porcentagem de vida útil restante” ou, às vezes, “porcentagem de vida útil usada”. Ao monitorar esse atributo, o usuário é aconselhado a começar a pensar em substituir uma SSD à medida que o contador começa a se aproximar de 0% da vida útil restante. Mas o que esse contador significa durante o resto da vida útil da SSD?  O que significa ter 90% de vida útil restante, ou 50%?

Para entender por que temos um indicador de desgaste, é importante saber o que causa o desgaste da SSD. No nível mais básico, o desgaste é causado pela gravação de dados, como ao salvar arquivos. Cada vez que uma célula NAND é gravada, ocorre uma pequena quantidade de desgaste. Depois de muitas gravações, a capacidade da célula NAND de reter dados por períodos significativos de tempo é reduzida (no final da vida planejada de uma SSD, os dados do usuário ainda podem ser retidos por cerca de um ano em um estado sem energia).
Isso é simples o suficiente para entender, mas não é apenas isso. O desgaste e o desempenho da SSD dependem da natureza da carga de trabalho apresentada como atividade de E/S do computador host, da quantidade de dados "estáticos" armazenados no computador (ou da quantidade de espaço livre) e do tempo de armazenamento dos dados. Conforme essas variáveis mudam, o desempenho muda e o ritmo de desgaste muda.

Há razões físicas para isso. O armazenamento flash NAND está organizado no que os engenheiros de SSD chamam de páginas e blocos. Um bloco de flash NAND pode conter centenas de páginas, e uma página contém 16 KB de dados, na maioria das configurações. Quando um bloco NAND contém dados, novos dados não podem simplesmente ser gravados sobre os dados atuais. O bloco deve primeiro passar por uma etapa de apagamento antes de estar pronto para receber novos dados. Porém, embora o flash NAND possa ser gravado em uma página por vez, ele só pode ser apagado em um bloco por vez. Todas essas complicações significam que o firmware SSD está constantemente gerenciando os locais físicos dos dados armazenados e reorganizando os dados para o uso mais eficiente de páginas e blocos. Esse movimento adicional de dados armazenados significa que a quantidade de dados fisicamente gravados no flash NAND é um múltiplo da quantidade de dados passados para a SSD a partir do computador host.

Os engenheiros descrevem a proporção da quantidade de dados gravados no flash NAND em comparação com a quantidade de dados gravados do computador host para a SSD usando o termo Fator de amplificação de gravação (WAF). Um sistema de armazenamento perfeito e idealizado teria um WAF de exatamente 1,0. Em SSDs reais usadas para sistemas operacionais de desktop como Windows e MacOS, um WAF típico estará na faixa de 2 a 4. Isso significa que a SSD está gravando de duas a quatro vezes mais dados do que seria esperado se os dados fossem gravados apenas pelo computador host.

Isso parece ruim, mas os engenheiros de SSD justificam essa carga de trabalho de gravação adicional ao projetar SSDs e o firmware de SSD. O WAF nessa faixa ainda permitirá ao usuário um bom tempo de serviço para a SSD.

Apesar dos melhores designs de SSD, às vezes o WAF pode ser maior do que o esperado ou típico. Isso depende muito da carga de trabalho. Para a maioria dos usuários de desktop, a carga de trabalho mudará significativamente ao longo do tempo. Às vezes, a carga de trabalho é pesada, às vezes é muito leve. Aqui estão algumas condições que podem causar um WAF maior:

• Quando uma unidade está cheia ou quase cheia, as operações em segundo plano trabalham muito mais para garantir que sempre haja espaço livre para que ela esteja pronta para receber novos dados. Se o desgaste aumentado for uma preocupação porque a carga de trabalho diária permanece alta mesmo quando a unidade está cheia, deixar algum espaço não utilizado pode ajudar, quando possível.  Além disso, uma SSD maior sofrerá proporcionalmente menos desgaste sob a mesma carga de trabalho. Uma unidade de 1.000 GB durará duas vezes mais que uma unidade de 500 GB, considerando a carga de trabalho e as condições operacionais idênticas.
  
• Transferências de arquivos pequenos podem causar um WAF maior. A alta frequência de cópia, exclusão e manipulação de grandes números de arquivos pequenos, como arquivos de imagem ou documentos de texto, pode causar aumento do WAF. Isso ocorre porque cada arquivo é apenas uma pequena parte de um bloco NAND, portanto, essas pequenas estruturas de dados têm mais probabilidade de serem agregadas e movidas pelo firmware de SSD. Arquivos maiores, como arquivos de vídeo, precisam ser movidos com menos frequência porque podem preencher blocos inteiros.
  

Embora muitos dos controles WAF estejam enterrados em sistemas operacionais e sistemas de arquivos, há alguns itens que podem mudar com base na entrada do usuário.

• SSDs como cargas de trabalho grandes e sequenciais são melhores do que cargas de trabalho pequenas e aleatórias. Na vida real, isso significa que elas preferem arquivos grandes a muitos arquivos pequenos que são excluídos ou modificados com frequência.
  
• Deixar algum espaço não utilizado pode ajudar significativamente a SSD a gerenciar os dados armazenados de forma eficiente. Se uma SSD estiver regularmente cheia em 90% ou acima de 90%, seria uma boa ideia excluir alguns arquivos não utilizados ou talvez considerar o uso de uma SSD maior.
  
• Normalmente, não é recomendado usar SSDs de nível do consumidor em grandes matrizes RAID, mas se essa implantação de RAID de hardware for desejada, são preferíveis transferência de grandes tamanhos. A implantação exata fica a critério do usuário, mas uma boa regra geral é usar um tamanho de transferência de 128 KB vezes o número de unidades físicas na matriz. Esses cálculos geralmente não são necessários em pequenas implantações de RAID baseadas em software dentro de um PC.
  

O Windows® 10 foi projetado para operar SSDs com eficiência, mas o usuário final pode ajudar nesse processo. O TRIM é uma função importante que permite que as operações em segundo plano da SSD operem com eficiência e pode minimizar o WAF discutido acima. O Windows executará o TRIM periodicamente, mas em algumas implantações, ele pode não ser executado com muita frequência. O usuário pode acionar o TRIM para ser executado com frequência usando o recurso Otimizar da unidade no Windows, da seguinte forma:

Primeiro, com uma janela aberta para Meu PC, clique com o botão direito na unidade SSD e selecione Propriedades, como mostrado abaixo:

Com a janela Propriedades aberta, selecione a guia Ferramentas e clique em Otimizar:

O Menu Otimizar é mostrado abaixo.  Em qualquer momento, o usuário pode clicar em Otimizar para executar a função TRIM.  Também neste menu, há uma opção para Ativar a otimização programada, que executará o TRIM em uma programação determinada pelo usuário.

Por fim, na janela de programação, o usuário pode marcar a caixa de seleção para Executar em uma programação e clicar em Escolher para selecionar as SSDs de destino.

Isso deve ajudar a manter o desempenho da SSD consistente e pode ajudar a minimizar o desgaste no flash NAND.