Disco duro SSD

Un disco duro SSD es un dispositivo electrónico de almacenamiento que técnicamente es denominado unidad de estado sólido, puesto que esto es lo significa el acrónimo anglosajon SSD (Solid State Drive). Este dispositivo hace uso de memoria no volátil, el cual es un conjunto de artefactos electrónicos que no necesitan energía para mantener guardada la información codificada en ellas, ejemplos de esta tecnología son la memoria flash, DVD, ROM, entre otros.

El disco duro SSD es la evolución del HDD (Hard Disk Drive), el cual es el disco duro tradicional y convencional, que hace uso de platos magnéticos giratorios y cabezales para almacenar la información. Por esta condición, el disco duro SSD presenta ciertos beneficios novedosos en comparación con su predecesor, tales como la resistencia física y el incremento del rendimiento de los OS. No obstante, el SSD tiende a desarrollar una vida útil más corta.

Como su nombre lo indica, los discos duros SSD poseen componentes electrónicos diseñados mediante física del estado sólido, por lo que mayormente está compuesto por materiales semiconductores (silicio, germanio, etc.) y circuitos integrados. Esta tecnología fue ideada entre las décadas de 1970 y 1980 por múltiples organizaciones, siendo Fujio Masuoka de Toshiba quien inventó la estructura básica del SSD a inicios de 1980, partiendo de su idea de memoria flash.

Tabla de contenidos

Diferencias con HDD

En primer lugar, el HDD es el tipo convencional de unidad de almacenamiento secundario del cual se deriva el nombre comúnmente usado disco duro, ya que es la traducción del acrónimo anglosajón. Este dispositivo hace empleo del sistema de grabación magnética para almacenar datos binarios y para poder recuperarlos. El sistema de grabación magnética es un conjunto de piezas mecánicas como ejes, discos, cabezales y actuadores.

Con esta primera descripción se puede empezar a notar las diferencias entre el SSD y el HDD, pero con el fin de contrastar marcadamente ambas unidades de almacenamiento a continuación presentaremos las principales diferencias entre uno y otro:

El HDD es una unidad con mayor capacidad de almacenamiento, que varía entre 1 y 10 Tb, mientras que el SDD posee un almacenamiento que oscila entre 256 Gb y 4 Tb.
Dada sus características electromecánicas, el HDD es un dispositivo que consume mayor energía eléctrica que el SDD. Asimismo, el HDD produce mayor ruido debido a las vibraciones de sus piezas mecánicas de su sistema de grabación magnética.
A diferencia del SSD, el HDD es un dispositivo de almacenamiento mucho más asequible, dada su prolongada existencia en el mercado.
El SSD es una unidad de almacenamiento que no es tan susceptible a los fenómenos electromagnéticos como los HDD, ya que fenómenos de este tipo pueden borrar los datos que almacene.
La unidad de estado sólido permite una transferencia de datos más rápida (entre 200 y 500 Mb/s) que la unidad de disco duro (entre 50 y 150 Mb/s). asimismo, el tiempo de arranque del SSD (7 seg) es sensiblemente mayor que el del HDD (16 seg).
El HDD no es afectado por las actividades tradicionales de mantenimiento del OS como la desfragmentación, y se amolda correctamente a la exigencias funcionales de cualquier OS.

Ventajas y desventajas

La tecnología de memoria no volátil en la cual se basa esencialmente el disco duro SSD es un notable avance técnico que proporciona diversos beneficios al funcionamiento de los computadores y dispositivos modernos en general. Sin embargo, este dispositivo presenta ciertos aspectos desventajosos ya que la tecnología de memoria volátil presenta defectos sutiles dado su carácter evolutivo. Por ello, a continuación presentamos sus principales ventajas y desventajas:

Ventajas

Mayor rapidez de arranque, gracias que dispone de un mecanismo de memoria no volátil; excepto de discos magnéticos y cabezales de lectura.
Mayor velocidad de escritura-lectura, mejorando el rendimiento de cualquier dispositivo computacional.
Menor consumo de energía y producción de calor y ruido, ya que no está compuesto por elementos mecánicos.
Permiten iniciar las aplicaciones en menor tiempo que cualquier otro disco duro, si la aplicación se encuentra en la memoria flash y depende mayormente de la velocidad de lectura.
Reducción de las dimensiones convencionales de los discos duros.
Dispositivo resistente a las caídas, movimientos bruscos, vibraciones.
Posibilita una limpieza más rápida y segura de los datos almacenados, ya que no implementan el algoritmo Gutmann para verificar el borrado.
Dispositivo con rendimiento constante y cuantificable.

Desventajas

Tiene una vida útil corta en comparación con otros tipos de discos duros, lo cual es una consecuencia inmediata de la reducción de las dimensiones de los transistores, sin embargo, es un defecto transitorio.
Poseen una elevada relación precio/gigabyte, lo que los convierte en dispositivos costosos. Esto se debe a la baja demanda de esta tecnología.
Son más susceptibles a los fallos fortuitos que los discos duros convencionales, ya que a diferencia de estos, los SSD no pueden acumular los elementos defectuosos por largos períodos para resguardar los datos.
Presentan limitaciones para recuperar datos eliminados inesperadamente, ya que los datos binarios de los niveles de la celda NAND son erradicados.
El mantenimiento tradicional de los sistemas operativos repercute negativa y letalmente en la vida útil del SSD.
No son totalmente independientes de la energía eléctrica, ya que deben recibir electricidad periódicamente para mantener los datos almacenados.
El uso de excesivas memorias NAND disminuye el rendimiento de la unidad.

Características

Entre las características más resaltantes del disco duro SSD mencionamos las siguientes:

Dispositivo computacional que típicamente funciona como unidad de almacenamiento secundario, ya que el CPU no accede directamente a su contenido; al igual que el HDD. Aunque puede también funcionar como memoria auxiliar.
Puede combinarse con discos duros convencionales (HDD) para crear unidades hibridas de almacenamiento.
Poseen la capacidad para adaptarse a la interfaz de bus SATA de los discos duros convencionales, específicamente SATA3, por lo que pueden intercambiar fácilmente, sin necesitar adaptadores o tarjetas de memoria. Aunque también puede emplear interfaz PCI Express (PCIe).
La mayoría de los discos duros SSD se encuentran estandarizados por el formato físico M.2, que establece un ancho de 22mm y cinco longitudes diferentes, las cuales son 30mm, 42mm, 60mm, 80mm y 110mm.
El conector físico de los discos duros SSD está asociado al tipo de interfaz de bus, ya que usualmente cada interfaz posee su respectivo conector.
El disco duro SSD consta adicionalmente de una interfaz de comunicación compuesta por protocolos que regulan la transmisión de códigos binarios entre la unidad de almacenamiento y el equipo anfitrión. Los protocolos más son usados son el AHCI de la serie ATA y el NVMe del PCIe.
Recientemente muchos fabricantes de SSD han implementado el uso de memoria flash basadas en puertas lógicas NAND (NOT AND), el cual es la pieza fundamental que permite el almacenamiento no volátil de la información.
La arquitectura actual del SSD NAND está conformada por un elemento controlador, memoria (caché) y un condensador. Anteriormente la arquitectura estaba basa en memoria volátil del tipo DRAM.
En principio, presentan ciertas incompatibilidades con el funcionamiento de los sistemas operativos, ya que estos gestionan los archivos de acuerdo a las funcionalidades del disco duro, razón por la que los desarrolladores diseñaron nuevos componentes de software para optimizar el aprovechamiento de memorias volátiles del tipo flash, tales como NTFS y ZFS.

Cómo funciona

El funcionamiento del SSD está basado en la arquitectura de memoria flash del tipo NAND, la cual permite a los fabricantes crear dispositivos veloces, con extensa capacidad, robustos y de tamaño reducido, que no necesitan de constante alimentación eléctrica para mantener la información guardada. No obstante, esta arquitectura produce dispositivos que son más lentos que los SSD basados en DRAM.

Los módulos NAND están compuestos por transistores de puerta flotante y capas de almacenamiento que sirven para almacenar datos binarios. Estos módulos están estructurados en una matriz a modos de bloques, cuyas filas reciben el nombre de páginas, parámetro que determina la capacidad del SSD. Los transistores de puerta flotante pueden encontrarse en estados acordes al sistema binario: cargado (0) y descargado (1).

El funcionamiento del SSD NAND depende esencialmente de los siguientes componentes:

Controlador

Procesador electrónico que se ocupa de administrar, gestionar y enlazar los módulos de memoria NAND con los conectores físicos de entrada y salida, con el fin de regular la velocidad de reacción del dispositivo de almacenamiento. Este componente controla elementos del software desde el nivel de firmware.

Memoria caché

Es un dispositivo de memoria del tipo DRAM (Dynamics Random Access Memory) con características parecidas al caché de los discos duros HDD. Este dispositivo conserva el directorio de colocación de bloques y el registro de desgaste de nivelación de datos, mientras la unidad de estado sólido se encuentra operativa.

Condensador

Componente electrónico que se encarga de preservar la integridad de los datos de la memoria caché cuando la alimentación eléctrica ha sido interrumpida, durante el tiempo necesario para que la información sea transferida a la memoria no volátil.

Los chips NAND que constituyen la arquitectura del SSD tienden a ser ensamblados paralelamente con el fin de aumentar el rendimiento de la unidad, ya que un chip individual NAND es relativamente lento por las características de la interfaz de entrada y salida y por la latencia de las operaciones básicas de los elementos de entrada y salida.

Tipos de NAND

A su vez, existen diferentes tipos de celdas NAND en función a la cantidad de bits por nivel:

Celdas de un nivel (SLC): celdas que resultan del corte de placas de silicio. Gracias a este proceso, los módulos NAND son rápidos, tienen mayor vida útil, consumen menos electricidad y proporcionan un menor tiempo de acceso a los datos. Sin embargo, son dispositivos costosos por la densidad empleada de semiconductor y solamente son capaces de almacenar un bit por nivel.
Celda de múltiples niveles (MLC): a diferencia del anterior, estas celdas son el resultado de la combinación de varias placas de silicio para formar un chip, pudiendo almacenar dos bits por nivel. A pesar de que poseen mayor capacidad y resultan menos costosos que los SLC, son menos fiables, durables rápidos y avanzados.
Celdas de triple nivel (TLC): celdas modernas que permiten contener 3 bits de información por nivel, siendo dispositivos relativamente asequibles, aunque con capacidad limitada.
Celdas de cuádruple nivel (QLC): celdas actualmente tecnológicas capaces de almacenar 4 bits por nivel. Estas celdas son mucho menos costosas que las TLC, pero tienen menor capacidad de escrituras-borrado. No obstante, no tienen limitaciones en lecturas y velocidad.