Category: Unidad de estado sólido (SSD)


Leo en abadiadigital que, en los portátiles con discos sólidos, la tasa de devoluciones se encuentra entre el 20% y el 30%. La mayoría de las devoluciones se deben a fallos en las unidades de disco, pero también se están produciendo muchas devoluciones porque el rendimiento de estas unidades es inferior al de un disco duro normal. ¿Por que esta ocurriendo todo esto?

La explicación rápida es que estamos ante una tecnología nueva y, en consecuencia, todavía requiere afinarla; la explicación completa hay que buscarla en la forma como funcionan los chips de memoria flash, el componente en el que están basados este tipo de unidades.

Para ser mas precisos, las memorias flash presentan unas limitaciones muy importantes:

  • Numero limitado de borrados: En los chips de memoria flash el borrado de una celda de memoria requiere una descarga eléctrica de una tensión relativamente elevada; esto hace que, con cada operación de borrado, la celda se deteriore hasta quedar inutilizada. En la práctica, el número total de borrados ronda el millón. En las aplicaciones habituales de las memorias flash (cámaras fotográficas o reproductores multimedia) llevará años realizar un número tan elevado de borrados, pero en un ordenador personal, donde el disco duro está trabajando de forma casi continua, esta cifra se puede alcanzar en muy poco tiempo.
  • El borrado es una operación peligrosa: La naturaleza destructiva de las operaciones de borrado hace la fiabilidad de estos componentes sea muy inferior a la de un disco duro convencional. No es solo que un borrado pueda destruir las celdas afectadas, es que el deterioro que sufren hace que sus probabilidades de fallar en el momento de realizar una operación de lectura o escritura vayan aumentando con el tiempo.
  • El borrado se ha de hacer por páginas: En los circuitos flash las celdas de memoria están agrupadas por sectores de 512 bytes (como en las unidades de disco), y estos sectores a su vez se agrupan en páginas de un tamaño relativamente grande, del orden de 128kb o 256Kb. Las operaciones de lectura o escritura se hacen por sectores, pero el borrado se hace por páginas; es decir, cada orden de borrado supone limpiar 256 o 512 sectores del disco.

Despues de leer estas limitaciones queda claro porque la tasa de fallos es tan alta; simplemente, la fiabilidad de estos componentes es mucho menor que la de un disco duro convencional. Ahora queda explicar el problema del bajo rendimiento; si siempre se nos ha dicho que las memorias flash tienen unos tiempos de acceso muchísimo menores que un disco duro, ¿Como es posible que los discos SSD sean mas lentos que los convencionales?

De lo dicho anteriormente se desprende que el controlador de memoria flash debe estar programado para reducir al mínimo el número de borrados, algo que no es nada fácil si pensamos en el hecho de que los sectores no se pueden borrar individualmente. Es decir, si queremos borrar un sector no podemos aplicar la solución obvia: Leer la página, borrar la página, reescribir la página pero sin el sector que queríamos eliminar. Hacer esto supondría inutilizar el disco en muy poco tiempo.

La solución es trabajar mediante transacciones; es decir, cuando el sistema ordena borrar un sector la operación no se ejecuta físicamente, sino que se escribe una anotación en el disco indicando que se ha dado esta orden. Cuando se ordena una operación de escritura que, para ejecutarse, necesita borrar datos (vamos a sobreescribir un sector)  se procede de la misma manera. Esto significa que el disco se va llenando con una lista de operaciones a realizar y, cuando el espacio libre empieza a escasear, se ejecuta la transacción; es decir, todas las operaciones de borrado y sobreescritura pendientes se ejecutan en bloque y el espacio extra se libera.

Trabajar de esta forma no tiene ningún efecto negativo si el trabajo que hace el disco consiste en leer o escribir archivos de gran tamaño; casualmente, así es como trabajan los reproductores multimedia y cámaras de fotos, que es la aplicación habitual de las memorias flash. El problema es que los PCs no trabajan así; en los ordenadores lo habitual es que se lean y escriban bloques de datos de pequeño tamaño de forma casi continua. Un buen ejemplo son los programas de correo electrónico; cada vez que llega un correo nuevo hay que grabarlo en el disco, en el momento en que lo leemos hay que escribir la marca de leído, … cada operación que hacemos con nuestro programa implica escribir en el disco una cantidad muy pequeña de información.

En resumen, que un programa de correo electrónico genera una carga enorme de trabajo sobre el controlador de nuestro disco SSD; eso explica porque estos discos pueden llegar a ser mucho mas lentos que los convencionales.

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En este video podemos comprobar la velocidad del sistema SSD frente al HD

Los discos SSD parecen estar de moda en los últimos tiempos. Muchos fabricantes de portátiles los están adoptando, especialmente en la gama de ultraportátiles y en portátiles de gama alta. Pero, ¿vale la pena optar por un disco SSD en lugar de un disco duro convencional?

Sin querer entrar en datos específicos, para los que es necesario hacer unas buenas pruebas de rendimiento comparando ambos tipos de discos, es necesario ver tanto las ventajas como los inconvenientes de ambos tipos de dispositivos de almacenamiento.

Desde LaptopMag han hecho unas pruebas informales, sustituyendo el disco duro de un MSI Wind por un disco SSD, y afirman que la diferencia de rendimiento era inapreciable, tanto en el tiempo de arranque como en el uso habitual. Algo similar ocurría con la duración de la batería.

Claro que estas fueron apreciaciones subjetivas, en las cuales, además, habría que ver tanto la velocidad del disco duro original como la del disco SSD, puesto que no es lo mismo comparar un disco duro de 5400 rpm con uno de 7200 rpm, igual que no lo es comparar un disco SSD de buena calidad con uno de los más baratos.

Entre las ventajas de los discos SSD encontramos un menor tiempo de acceso a los datos (además de ser este constante), algo en lo que los disco duros han mejorado bastante, un menorconsumo de batería, algo discutible y que habría que comprobar con datos, y, teóricamente, unamayor fiabilidad, ya que no dependen de elementos mecánicos, por lo que pueden resistir sin problemas golpes y caídas.

En este último apartado, los fabricantes de discos duros han estado trabajando para evitar ese problema, incorporando acelerómetros que detectan caídas y aparcan automáticamente los cabezales del disco, evitando daños en la superficie de este.

En contra de los discos SSD encontramos que el número de ciclos de escritura es más bajo que el de los discos duros, lo cual no debería ser un problema demasiado grande pero si algo a tener en cuenta, además de un coste por MB bastante más elevado. En un futuro su precio se reducirá, pero de momento la diferencia es bastante alta.

favor de los discos duros tenemos que están disponibles con grandes capacidades de almacenamiento, con tamaños cada día más reducidos y con unos precios bastante razonables. En una época en que la cantidad de datos que almacenamos en nuestros ordenadores es tan alta es algo a tener en cuenta.

Además de eso, aunque en general el tiempo de acceso a los datos es menor en disco SSD, la tasa de transferencia suele ser más alta, por lo que copiar ficheros de gran tamaño es mucho más rápido.

En contra de los disco duros tenemos diversos factores. EL primero es la generación de calor, que se ve acrecentada con la reducción de tamaño de estos y, al ser usados en portátiles, por afectar directamente al resto del equipo.

Otro factor que puede resultar importante para algunos usuarios es el ruido generado. Mientras que los discos SSD son totalmente silenciosos los discos duros siguen generando una cantidad de ruido importante, tal vez inapreciable en un uso general pero que se nota en un ambiente silencioso.

Vemos, por tanto, que los factores a considerar a la hora de decidirse entre uno u otro formato son múltiples y variados. Será necesario valorar cada uno de ellos a la hora de adquirir un nuevo ordenador, aunque de momento queda claro que los discos SSD de mayor capacidad (sobre los 64 GB hoy en día) tienen un precio realmente elevado y que no compensa para la mayoría de usuarios, por lo que si queremos mucho espacio de almacenamiento un disco duro es imprescindible.

En cambio, en ultraportátiles que se usarán prácticamente solo para conectarse a la red un disco SSD tiene mucha más lógica y permite reducir el peso del equipo, un factor muy importante. ¿Nos compensa entonces? Pues, como siempre, todo depende del uso que le vayamos a dar al ordenador.

UNIDAD DE ESTADO SOLIDO

Una unidad de estado sólidoSSD (del inglés solid state drive) es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa memoria no volátil tales como flash, o memoria volátil como la SDRAM, para almacenar datos, en lugar de los platos giratorios encontrados en los discos durosconvencionales. Aunque técnicamente no son discos a veces se traduce erróneamente en español la ‘D’ de SSD como disk cuando en realidad representa la palabra drive, que podría traducirse como unidad o dispositivo.

Definición

Una unidad de estado sólido es un dispositivo de almacenamiento secundario hecho con componentes electrónicos de estado sólido para su uso en computadoras en reemplazo de una unidad de disco duro convencional, como memoria auxiliar o para la fabricación de unidades híbridas compuestas por SSD y disco duro.

Consta de una memoria no volátil, en lugar de los platos giratorios y cabezal, que son encontrados en las unidades de disco duro convencionales. Sin partes móviles, una unidad de estado sólido pretende reducir drásticamente el tiempo de búsqueda, latencia y otros, esperando diferenciarse positivamente de sus primos hermanos los discos duros.

Al ser inmune a las vibraciones externas, lo hace especialmente apto para su uso en computadoras móviles (instaladas p.ej. en aviones, automotores, computadoras portátiles, etc.).

DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO

Los SSD basados en memoria volátil como la SDRAM están caracterizados por su rápido acceso a datos, menos de 0.01 milisegundos y son usados primariamente para acelerar aplicaciones que de otra manera serían frenados por la latencia de los discos duros.

Los SSD basados en DRAM típicamente incorporan una batería interna y sistemas de respaldo de disco para asegurar la persistencia de datos. Si la potencia se pierde por cualquiera razón, la batería podría mantener la unidad encendida lo suficiente como para copiar todos los datos de la memoria RAM al disco de respaldo. Después de la restauración de energía, los datos se vuelven a copiar desde el disco de respaldo a la RAM y el SSD continua su operación normalmente.

Sin embargo, la mayoría de los fabricantes usan memoria flash no volátil para crear alternativas más compactas y fuertes que los SSD basados en DRAM. Estos SSD basados en flash, también conocidos como discos flash, no requieren baterías, permitiendo a los fabricantes replicar tamaños estándar del disco duro (1’8 pulgadas, 2’5 pulgadas. y 3’5 pulgadas). Además, la no volatilidad permite a los SSD flash mantener memoria incluso tras una perdida repentina de energía, asegurando la permanencia de los datos. Al igual que los SSD DRAM, los SSD flash son extremadamente rápidos al no tener partes móviles, reduciendo ostensiblemente el tiempo de búsqueda, latencia y otros retardos electromecánicos inherentes a los discos duros convencionales. Aunque los SSD flash son significativamente más lentos que los SSD DRAM.

Las unidades de estado sólido son especialmente útiles en una computadora que ya llegó a máximo de memoria RAM. Por ejemplo, algunas arquitecturas x86 tienen 4GB de limite, pero este puede ser extendido colocando un SSD como archivo de intercambio (swap). Estos SSD no proporcionan tanta rapidez de almacenamiento como la memoria RAM principal debido al cuello de botella del bus que los conecta, pero aun así mejoraría el rendimiento de colocar el archivo de intercambio en una unidad de disco duro tradicional

Ejemplo:

Chasis abierto de un disco duro tradicional de 2.5″ (izquierda). Interior de un dispositivo de estado sólido (centro). Aspecto de un dispositivo SSD indicado especialmente para ordenadores portátiles (derecha).

Ventajas y desventajas

Los dispositivos de estado sólido basados en Flash tienen varias ventajas únicas:

  • Arranque más rápido.
  • Gran velocidad de escritura
  • Mayor rapidez de lectura – Incluso más de 10 veces más que los discos duros tradicionales más rápidos gracias a RAIDs internos en un mismo SSD.
  • Baja latencia de lectura y escritura, cientos de veces más rápido que los discos mecánicos.
  • Lanzamiento y arranque de aplicaciones en menor tiempo – Resultado de la mayor velocidad de lectura y especialmente del tiempo de búsqueda. Pero solo si la aplicación reside en flash y es más dependiente de la velocidad de lectura que de otros aspectos.
  • Menor consumo de energía y producción de calor – Resultado de no tener partes mecánicas.
  • Sin ruido – La misma carencia de partes mecánicas los hace completamente inaudibles.
  • Mejorado el tiempo medio entre fallos hasta 2 millones de horas, muy superior al de los discos duros que no llegan a 1 millón
  • Seguridad – permitiendo una muy rápida “limpieza” de los datos almacenados.
  • Rendimiento deterministico – a diferencia de los discos duros mecánicos, el rendimiento de los SSD es constante y deterministico a través del almacenamiento entero. El tiempo de “búsqueda” constante, y el rendimiento no se deteriora mientras el medio se llena.
  • Menor peso y (dependiendo del tipo) tamaño.
  • Resistente – Soporta golpes y vibraciones sin estropearse y sin descalibrarse como pasaba con los antiguos Discos Duros
  • Borrado más seguro e irrecuperable de Datos

Los dispositivos de estado sólido basados en flash tienen también varias desventajas:

  • Precio – Los precios de las memorias flash son considerablemente más altos, y la principal razón de su baja demanda.
  • Menor recuperación – Después de un fallo mecánico los datos son completamente perdidos pues la celda es destruida, mientras que en un disco duro normal que sufre daño mecánico los datos son frecuentemente recuperables usando ayuda de expertos.
  • Vulnerabilidad contra ciertos tipo de efectos – Incluyendo pérdida de energía abrupta (especialmente en los SSD basado en DRAM), campos magnéticos y cargas estáticas comparados con los discos duros normales (que almacenan los datos dentro de una Jaula de Faraday).
  • Capacidad – A día de hoy, tienen menor capacidad que la de un disco duro convencional que llega a los 2,5 Terabytes

Antiguas Desventajas ya solucionadas:

  • Degradación de rendimiento al cabo de mucho uso en las memorias NAND (solucionado con el sistema TRIM)
  • Menor velocidad en operaciones I/O secuenciales. (Ya se ha conseguido una velocidad similar)