Uma nova arquitetura de processador de computador desenvolvida na Universidade de Michigan, nos EUA, promete nada menos do que lançar as bases de um futuro no qual os computadores se defendem proativamente contra ameaças, tornando obsoleto o atual modelo de segurança de encontrar bugs e lançar atualizações.

Processadores ficam mais poderosos e ganham núcleos extras. Placas de vídeo evoluem consideravelmente de geração, atualmente capazes de fazer um notebook bater de frente com um poderoso desktop de poucos anos. Mas e o armazenamento? Será que ele evoluiu tanto quanto o resto da máquina? Quais são as vantagens de se utilizar um SSD no lugar de um disco rígido?

Confira nesse post duas tecnologias que estão ganhando cada vez mais espaço nos últimos tempos: o M.2 e o NVMe.

Ambos trazem benefícios para quaisquer tipos de máquinas compatíveis, mas favorecem especialmente os notebooks. Um deles em relação ao hardware e outro em relação ao software, principalmente para as máquinas voltadas aos jogos.

Notebooks de diferentes formatos usavam o mesmo tipo de disco rígido com 2,5’, mais compacto do que o de 3,5’ utilizado em desktops. Ainda que pequeno, passou a ocupar um espaço relativo cada vez maior. Afinal, os modelos se tornaram cada vez mais finos, inclusive os notebooks gamers.

Então sua espessura passou a ser reduzida, de 9 mm para 7 mm e, posteriormente para 5 mm. Tanto discos mecânicos quanto SSDs passaram por esse processo, mantendo o padrão SATA como conexão. Ainda assim, tornou-se necessário um novo padrão, em especial considerando que a litografia dos SSDs foi rapidamente diminuindo, permitindo chips cada vez mais finos.

O grande diferencial físico do M.2 em relação ao SATA é a espessura do conector, permitindo o desenvolvimento de discos cada vez mais compactos, diminuindo o espaço utilizado dentro da máquina. Além disso, é compatível tanto com a interface SATA quanto com a PCI Express, garantindo o alcance de velocidades maiores sem deixar de lado a compatibilidade com máquinas mais antigas.

Placas-mãe de desktop mais modernas já trazem suporte nativo ao M.2, mas quem acaba se beneficiando mais são os notebooks. Afinal, o menor espaço ocupado permite que os fabricantes criem designs mais finos e inovadores ou instalem mais de um disco por máquina. Ou ainda aproveitem melhor o volume economizado, seja com mais bateria ou com um sistema de refrigeração mais robusto.

Além disso, garante velocidades finais teóricas mais rápidas, chegando a 10 Gb/s, a mesma do SATA Express (e com um conector muito menor). Quando o PCI Express 4.o chegar ao mercado, a expectativa é de que esse valor dobre. Isso sem falar na capacidade máxima de dados, já que existem SSDs M.2 com vários GB de armazenamento.

O NVMe, sigla de Non-Volatile Memory Express, ataca pelo lado do software. Imagine que você dirige um carro popular antigo por décadas a fio e, de repente, tem acesso a um carro automático turbo. Você dirigiria da mesma maneira? Para tirar proveito de uma tecnologia superior precisamos adequar a forma como interagimos com ela. Ou seja, tirar o máximo de proveito possível.

E é exatamente isso que o NVMe faz. Como dissemos, o M.2 é compatível com duas interfaces: o SATA (usando o AHCI) e o NVMe, ambas interfaces lógicas. Basicamente, trata o SSD como um SSD, não com um disco rígido de alta velocidade. No caso, ajuda o nosso motorista do exemplo acima a tirar o melhor proveito do carro turbo. E isso acontece de duas formas.

A primeira é reduzindo os tempos de acesso ao disco, o grande diferencial dos SSDs em relação aos HDs. Estamos falando de microssegundos, reduzindo de 6 µs (AHCI) para 2,8 µs. Pode parecer pouco, mas há um ganho generalizado de performance, já que isso se aplica a cada operação que o usuário realiza na máquina, mesmo as mais triviais.

Em segundo lugar, temos o melhor aproveitamento do conjunto como um todo. O NVMe permite o acesso paralelo de dados, aproveitando todos os núcleos do processador. Se considerarmos que uma máquina moderna, em especial gamer, vem com pelo menos 4 núcleos, temos um ganho de escala considerável.

Isso é infinitamente mais rápido do que um hacker humano consegue trabalhar e milhares de vezes mais rápido do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico.

"A abordagem atual de eliminar erros de segurança um por um é um jogo perdido. As pessoas estão constantemente escrevendo código e, tão logo há um novo código, haverá novos bugs e vulnerabilidades de segurança. Com o Morpheus, mesmo que um hacker encontre um bug, a informação necessária para explorá-lo desaparece 50 milissegundos depois. É talvez a coisa mais próxima de um sistema seguro à prova do que surgir no futuro," disse o professor Todd Austin.

Em vez de usar software para corrigir vulnerabilidades de códigos conforme elas são descobertas, o processador Morpheus inclui a segurança em seu hardware. A constante aleatorização dos recursos críticos do programa, em um processo chamado "churn" (agitação ou rotatividade), torna as vulnerabilidades virtualmente impossíveis de serem identificadas e exploradas.

Ainda assim, a rotatividade dos dados e sua aleatorização feita pelo processador são transparentes para os desenvolvedores de software e os usuários finais. Isso porque o mecanismo se baseia na aleatorização de bits de dados conhecidos como "semântica indefinida", que se refere aos recantos e fendas obscuras da arquitetura de computação - por exemplo, a localização, formato e conteúdo do código de um programa é uma semântica indefinida.

A semântica indefinida faz parte do maquinário mais básico de um processador. Os programadores legítimos geralmente não interagem com ela, mas os hackers podem fazer engenharia reversa para descobrir vulnerabilidades e iniciar um ataque.

A taxa de "agitações" do chip pode ser ajustada para cima ou para baixo para encontrar o equilíbrio certo entre maximizar a segurança e minimizar o consumo de recursos. O professor Austin conta que a taxa de aleatorização de uma vez a cada 50 milissegundos foi escolhida para o processador de demonstração porque é milhares de vezes mais rápida do que as mais rápidas técnicas de hacking eletrônico, enquanto reduz o desempenho apenas em cerca de 1%. A arquitetura também inclui um detector de ataque que procura ameaças pendentes e aumenta a taxa de aleatorização se perceber que um ataque é iminente.

O chip de demonstração é um processador RISC-V - um design de chip comum, de código aberto, usado frequentemente para pesquisa. A equipe já está tentando comercializar a tecnologia.