HDs híbridos, aceleradores e RAM-drives

Um meio termo entre os SSDs e os HDs tradicionais são os HHDs (Hybrid Hard Drives, ou HDs híbridos), que são HDs tradicionais, que incorporam chips de memória Flash, usados como um buffer de dados.

Todos os HDs atuais incluem uma pequena quantidade de memória SDRAM (ou SRAM), usada como cache de disco. O cache é bastante rápido, mas é limitado por dois fatores: é muito pequeno (16 MB na maioria dos HDs atuais) e perde os dados armazenados quando o micro é desligado.

Em um HHD é usada uma quantidade generosa de memória Flash (512 MB ou mais em muitos modelos), que tem a função de armazenar dados frequentemente acessados (como arquivos carregados durante o boot), de forma que eles continuem disponíveis depois de desligar o micro e possam ser usados no próximo boot; e, também, a de servir como um buffer de dados, permitindo que arquivos sejam salvos na memória Flash e copiados para os discos magnéticos quando for mais conveniente. Nesse caso não existe problema de perda de dados armazenados no buffer ao desligar o micro no botão, pois os dados ficam retidos na memória Flash e são gravados nos discos magnéticos no boot seguinte.

Além dos ganhos de desempenho, sobretudo a potencial redução no tempo de boot, o buffer permite que o HD fique mais tempo em modo de economia de energia, já que não é preciso “acordar” o HD ao salvar arquivos ou quando o sistema precisa atualizar arquivos de log, por exemplo, operações que podem ser realizadas no buffer. Isso acaba tornando a tecnologia bastante interessante para os notebooks, onde o HD chega a representar um quarto do consumo elétrico total.

Naturalmente, a memória Flash é muito mais lenta que a memória RAM tipicamente usada no cache de disco e (em muitos casos) mais lenta até mesmo que os discos magnéticos em leitura ou gravação de arquivos sequenciais. Ao salvar um arquivo grande (uma imagem de DVD, por exemplo), a gravação é feita diretamente nos discos magnéticos, sem passar pelo buffer.

Temos também a tecnologia Robson, desenvolvida pela Intel, onde temos um buffer similar, instalado na placa-mãe. Os chips de memória Flash podem ser incorporados diretamente na placa, ou instalados através de uma placa de expansão (opção que fica a cargo do fabricante):

Em ambos os casos, o buffer se comunica com o chipset através do barramento PCI Express e ele (chipset), com a ajuda de um driver instalado no sistema operacional, se encarrega de usar o buffer para cachear as operações do HD. O princípio de funcionamento e o resultado prático é o mesmo que usar um HHD, a única grande diferença é que o dinheiro vai para a Intel, ao invés de para o fabricante do HD :). A tecnologia Robson foi introduzida no chipset i965GM e é usado em alguns notebooks baseados na plataforma Santa Rosa.

Na geração inicial, o ganho de desempenho e de autonomia da bateria é muito pequeno, mas isso pode vir a melhorar nas revisões subsequentes. De qualquer forma, fica a cargo do fabricante usar o buffer ou não.

Além dos SSDs, outra modalidade de discos de estado sólido (o “disco” é apenas figura de linguagem, já que chips não são redondos…) são os RAM-drives, que utilizam memória RAM como mídia de armazenamento, oferecendo tempos de acesso ainda mais baixos que os SSDs NAND e taxas de leitura e gravação absurdamente altas.

Embora sejam muito caros e consumam muita energia, eles são moderadamente populares em servidores de alto desempenho, onde o ganho de desempenho compensa o custo. Um bom exemplo é o RamSan-440 (http://www.ramsan.com/products/), uma unidade com 256 ou 512 GB de memória DDR2, que suporta até 600.000 operações de I/O por segundo, com uma taxa de leitura e gravação em setores não sequenciais de 4 GB/s:

Diferente de um SSD típico, ele é uma unidade 4U externa, que é conectada ao servidor através de um link Fibre Channel. Dentro do gabinete temos 128 ou 256 módulos de memória de 2 GB cada um, combinados com uma fonte de alimentação e um conjunto de controladores encarregados de criar a interface de dados e dividir as operações de leitura e gravação entre os módulos (maximizando a performance).

Como a memória RAM é volátil e dados em servidores são uma coisa importante, ele implementa um sistema duplo de manutenção, composto por uma bateria que preserva os dados da memória por algumas horas em caso de falta de energia e um sistema de backup contínuo dos dados em uma unidade de memória Flash.

Em 2005, a Gigabyte tentou popularizar o uso de RAM-drives em desktops com o i-RAM, uma placa PCI que permitia o uso de 4 GB de memória DDR:

Apesar do uso do slot PCI, a conexão de dados era feita através de uma porta SATA, o que permitia que o i-RAM fosse detectado como um HD convencional, sem necessidade de drivers adicionais (o slot PCI era usado apenas para o fornecimento elétrico). Ele continuava sendo alimentado com o PC desligado (desde que a fonte continuasse ligada na tomada, naturalmente) e uma pequena bateria de backup mantinha os dados por algumas horas em caso de falta de luz.

Graças ao uso dos módulos de memória, os tempos de acesso eram muito baixos, mas a taxa de transferência era limitada aos 150 MB/s da interface SATA. A ideia não era de todo ruim, mas ele acabou desaparecendo com a chegada dos primeiros SSDs NAND.