Unidades SSD
Unidad de estado sólido (Solid State Drive, SSD) es un dispositivo de almacenamiento de datos hecho con componentes electrónicos. No tienen partes móviles y utilizan memoria Flash, que es similar a la tecnología que se emplea en dispositivos de almacenamiento portátiles USB (coloquialmente conocidos como pendrive). Esta misma tecnología se puede emplear en unidades híbridas (SSHD) compuestas por SSD y disco duro mágnetico, que intentan compensar las limitaciones de capacidad de las SSD a la vez que se mejoran los tiempos de acceso a un precio inferior al SSD. Se tratan, por tanto, de memoria de almacenamiento no volátil.
Contenido
Estructura hardware
Su arquitectura emplea memoria no volátil Flash (tipo NAND). Además de una memoria DRAM volátil que se emplea como caché para amortiguar las escrituras directas sobre la memoria Flash, pues la vida de la memoria Flash está limitada por el número de escrituras que se realice, mientras que la DRAM no tiene este inconveniente, además de ser más lentas en las lecturas. Por tanto, la memoria DRAM se usa como zona intermedia en la que se mantienen los datos accedidos recientemente (ya se en lectura o escritura).
Los componentes clave de una SSD son el controlador y la memoria para almacenar los datos. El controlador gestiona las operaciones de L/E al dispositivo y ofrece una interfaz (SATA) compatible con la de discos magnéticos. El buffer es una memoria DRAM que actúa como almacenamiento intermedio entre el controlador y el array de memorias Flash, ya que las operaciones de escritura son lentas.
Se transfieren bloques de datos que se almacenan en varias celdas flash.
El dispositivo utiliza un condensador para retener energía suficiente como para volcar el buffer en el array de memorias en caso de pérdida repentina de la alimentación manteniendo así la integridad de los datos.
Técnica de Escritura y Lectura:
La interfaz de cada celda flash es serie (8/16 bits). Un sector se escribe en paralelo disperso en varias celdas. Para escribir, la celda debe estar vacía, de lo contrario, habrá que borrarla previamente. Para conseguir un mejor rendimiento, se escriben o se leen varias celdas simultáneamente, dividiendo los tiempos de transferencia por el número de celdas que se paralelizan.
Particularidades unidades SSD:
- El tamaño típico del “sector” es de 4 KB.
- Para poder escribir, hay que borrar previamente.
- Las celdas no se pueden borrar individualmente, por lo que son agrupadas en unidades de borrado. Estas unidades de borrado tienen un tamaño típico de 128KB-256KB.
- Debemos tener en cuenta que el borrado de un sector, puede afectar a otros sectores y, si ya hay otros sectores en la misma unidad de borrado, hay que preservarlos:
Escritura = Lectura + Borrado + Modificación + Escritura
- Soportan un número finito de borrados. Un número típico de ciclos de borrado/programación: 100.000.
Las SSD tienen la misma interfaz SATA que los discos magnéticos, luego son compatibles con cualquier sistema de archivos válido para discos magnéticos. Pero, debido a la Amplificación de la escritura y a que cada celda flash admite un número finito de borrados, hay que intentar evitar usar repetidamente una misma celda.
SSD vs Disco Magnético:
| Características | Solid-State Drive
(SSD) |
Hard Disk Drive
(HDD) |
|---|---|---|
| Capacidad de almacenamiento | Los SSD´s son más caros que los HDD´s y parece que seguirá así hasta la siguiente década.
A mayo de 2019 el giga está a 15 céntimos de euro. Basado en modelos de 4 TB.
|
El precio de los HDD´s está en Mayo de 2019 entre 2 y 3 céntimos dependiendo si es de 2.5” o de 3.5” y de la marca.
Se siguen abaratando costes de producción y se espera que su precio siga bajando. |
| Fiabilidad de la información almacenada y esperanza de vida | Si se queda sin energía, los SSD que ya llevan un tiempo en uso suelencomenzar a perder datos después de aproximadamente uno o dos años
de almacenamiento, dependiendo de la temperatura. Se supone los nuevos modelos retienen datos durante unos diez años dependiendo de la tecnología. Los SSD no son aptos para guardar archivos a largo plazo tales como copias de seguridad. |
En un ambiente seco a baja temperatura, los HDD pueden conservar sus
datos durante un período de tiempo muy largo, incluso sin alimentación. En contra, las piezas mecánicas tienden a obstruirse con el tiempo lo cual a la larga acaba impidiendo el giro del disco, impidiendo el funcionamiento del dispositivo. |
| Tiempo de inicio | Casi instantáneo; No hay componentes mecánicos que preparar. Puedenecesitar algunos milisegundos para salir de un modo automático de
ahorro de energía. Pero insignificante comparado con el de un HDD |
Pasan unos segundos hasta que el disco comienza a girar.
Es posible que un sistema con muchas unidades deba escalonar la rotación para limitar el consumo máximo de energía, ya que hay un pico de consumo cuando se inicia por primera vez la unidad. |
| Rendimiento de acceso secuencial | Para el uso personal, la tasa de transferencia máxima suele oscilar entre unos 500 MB / s y 3500 MB / s, dependiendo de la unidad.
Para el uso empresarial se ofrece dispositivos con rendimiento de variosgigabytes por segundo. |
Una vez el cabezal está preparado, al leer o escribir una pista
continua, un disco duro moderno puede transferir datos a aproximadamente 250 MB / s.
|
| Rendimiento
de acceso aleatorio |
En este apartado es donde más sobresalen los SSD, ya que la memoria flash es de acceso aleatorio, los datos sepueden recuperar directamente de varias, evitando grandes cuellos de botella en el rendimiento.
El tiempo de acceso aleatorio ronda generalmente los 0.1 ms. Mientras que los HDD´s tienen un factor limitante en la búsqueda deinformación, los SSD´s emplean el mismo tiempo en acceder acualquier dirección de memoria. Esto se traduce en tiempos de iniciode aplicaciones y arranque más rápidos La tecnología SSD puede ofrecer una velocidad de lectura / escriturabastante constante, pero cuando se accede a muchos bloquesindividuales más pequeños, se reduce el rendimiento. Los SSD sufren un fenómeno de degradación del rendimiento de escriturallamado amplificación de escritura, donde las células NAND muestranuna caída en el rendimiento y continuarán degradándosea lo largo de la vida útil del SSD. Se implementa una técnica llamada nivelación de desgaste para mitigareste efecto, pero debido a la naturaleza de los chips NAND, la unidadinevitablemente se degradará a un ritmo notable. Por lo tanto losSSD´s tienen un número limitado de lecturas y escrituras. |
El tiempo de latencia en la lectura es mucho mayor que los SSD.
El tiempo de acceso aleatorio varía de 2.9 ms (unidad de servidor de gama alta) a 12 ms (disco duro portátil) debido a la necesidad de mover los cabezales y esperar a que los datos giren bajo el cabezal magnético.
|
| Impacto de la fragmentación
en los sistemas de archivos |
La lectura de datos secuencialmente tiene un beneficio limitado (más allá de los tamaños de bloque FS típicos, digamos 4 KB), lo quehace que la fragmentación sea insignificante para los SSD.
La desfragmentación causaría desgaste al realizar escrituras adicionales de las celdas flash NAND, que tienen un ciclo de vida limitado. Sin embargo, incluso en los SSD, existe un límite práctico sobre lacantidad de fragmentación que pueden mantener ciertos sistemas dearchivos; una vez que se alcanza ese límite, fallan las asignacionesde archivos subsiguientes. En consecuencia, la desfragmentaciónpuede ser necesaria, aunque en menor grado. |
Algunos sistemas de archivos, como NTFS, se fragmentan con el tiempo si se
escriben con frecuencia; se requiere una desfragmentación periódica para mantener un rendimiento óptimo. Esto generalmente no es un problema en los sistemas de archivos modernos. |
| Consumo
de energía |
Los SSD basados en flash de alto rendimiento generalmente requieren
de la mitad a un tercio de la potencia de los HDD. Las SSD DRAM de alto rendimiento generalmente requieren tanta energía como las HDD, y deben conectarse a la alimentación, incluso cuando el resto del sistema está apagado. Las tecnologías emergentes como DevSlp pueden minimizar los requisitos de energía de las unidades inactivas. |
Los discos duros de menor potencia (tamaño de 1,8 pulgadas) pueden usar tan solo 0,35 vatios cuando están inactivos.
Las unidades de 2,5 pulgadas suelen utilizar de 2 a 5 vatios. Las unidades de 3,5 pulgadas de mayor rendimiento pueden utilizar hasta unos 20 vatios. |
| Susceptibilidad a factores ambientales | Al no tener partes móviles son bastantes resistentes a golpes, movimientos bruscos
y vibraciones. |
Las cabezas flotantes que se desplazan sobre los platos, que giran a gran velocidad, son muy susceptibles al movimiento, vibraciones y golpes.
|
| Ruido(acústico) | Al no tener piezas móviles ni motores son bastantes silenciosos, normalmente no emiten ningún ruido perceptible.
En algunos casos podemos escuchar una especie de zumbido o pitido agudo, provocado por el generador de alto voltaje que se utiliza en el borrado de bloques |
Las unidades de disco duro tienen partes móviles (cabezas, brazo actuador y el motor encargado de girar los platos).
Producen sonidos característicos de zumbidos y chasquidos. Los niveles de ruido varían entrelos modelos, pero pueden ser significativos (aunque a menudo sonmucho más bajos que el sonido de losventiladores de refrigeración). Los discos duros de los portátiles son relativamente silenciosos. |
| Limitaciones de Escritura Segura | La memoria flash NAND no se puede sobrescribir, pero se deben reescribir en bloques previamente borrados. Si un programa de cifrado cifra los datos que ya se encuentran en el SSD, los datos sobrescritos aún no están protegidos, no están encriptados y son accesibles (el cifrado de hardware basado en unidad no tiene este problema).
|
Las unidades de disco duro pueden sobrescribir los datos de la unidad directamenteen cualquier sector en particular.
Sin embargo, el firmware de la unidad puede intercambiar bloques dañados con áreas de repuesto, por lo que es posible que aún existan partes y fragmentos de información que debería de estar sobreescrita e inaccesible. Los discos duros de algunos fabricantes llenan la unidad completa con ceros, incluidos los sectores reubicados, con el comando ATA Secure Erase, esto es conocido como formateo a bajo nivel. |
Fuente: Wikipedia en ingles, artículo SSD.
Más información
Enlace de Interés:
https://www.cactus-tech.com/resources/blog/details/solid-state-drives-101
