Unidad de estado sólido

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Una Unidad de Estado Sólido o SSD (acrónimo de 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 magnéticos encontrados en los discos duros convencionales. En comparación con los discos
duros tradicionales, los SSD son menos susceptibles a golpes, son prácticamente inaudibles y tienen un menor
tiempo de acceso y de latencia. Los SSD hacen uso de la misma interfaz que los discos duros, y por tanto son
fácilmente intercambiables sin tener que recurrir a adaptadores o tarjetas de expansión para compatibilizarlos con el
equipo.
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. Por otro lado, aunque no son
discos, son categorizados como discos duros, ya que son los sustitutos naturales de los discos duros y adquirieron
automáticamente la misma denominación por muy errónea que sea.
Se han desarrollado dispositivos que combinan ambas tecnologías, es decir discos duros y memorias flash, se
denominan discos duros híbridos.
Definición
Una memoria de estado sólido es un dispositivo de almacenamiento secundario hecho con componentes electrónicos
de estado sólido para su uso en equipos informáticos 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.).
Historia
SSD basados en RAM
Habría que remontarse a los años 1950 cuando se utilizaban dos tecnologías denominadas memoria de núcleo
magnético y CCROS. Estas memorias auxiliares, surgieron durante la época en la que se hacía uso del tubo de vacío,
pero con la introducción en el mercado de las más asequibles memorias de tambor, no se continuaron desarrollando.
Durante los años 70 y 80 se aplicaron en memorias fabricadas de semiconductores, sin embargo, su precio fue tan
prohibitivo que apenas fue acogido incluso en el mercado de los superordenadores
En 1978, Texas memory presentó una unidad de estado sólido de 16 KB basado en RAM para los equipos de las
petroleras. Al año siguiente, StorageTek desarrolló el primer tipo de unidad de estado sólido moderna. En 1983 se
presentó en Sharp PC-5000, haciendo gala de 128 cartuchos de almacenamiento en estado sólido basado en memoria
de burbuja. En Septiembre de 1986, Santa Clara Systems presentó el BATRAM, que constaba de 4 MB ampliables a
20 MB usando módulos de memoria; dicha unidad contenía una pila recargable para conservar los datos una vez no
estaba en funcionamiento.
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Unidad de estado sólido
SSD basados en flash
En 1995, M-Systems presentó unidades de estado sólido basadas en flash. Desde entonces, los SSD se han utilizado
exitosamente como alternativas a los discos duros por la industria militar y aeroespacial, así como en otros
menesteres análogos. Estas aplicaciones dependen de una alta cota de tiempo medio entre fallos (MTBF), una
capacidad de soportar agresivos golpes, cambios bruscos de temperatura, presión y turbulencias.
BiTMICRO en 1999, hizo gala de una serie de presentaciones y anuncios de unidades de estado sólido basados en
flash de 18 GB en formato de 3,5 pulgadas. Fusion-io en 2007 anunció unidades de estado sólido con interfaz PCI
Express capaz de realizar 100000 operaciones de Entrada/Salida en formato de tarjeta de expansión con capacidades
de hasta 320 GB. En el CeBIT 2009, OCZ ha lucido un SSD basado en flash de 1 TB con interfaz PCI Express x8
capaz de alcanzar una velocidad máxima de escritura de 654 MB/s y una velocidad máxima de lectura a 712 MB/s.
En diciembre de 2009, Micron Technology anunció el primer SSD de mundo, utilizando la interfaz SATA III.
EFD: SSD superiores
Los Enterprise Flash Drives (EFDs) están diseñados para aplicaciones que requieren una alta tasa de operaciones por
segundo, la fiabilidad y la eficiencia energética. En la mayoría de los casos, una EFD es un SSD con un conjunto de
especificaciones superiores. El término fue acuñado por EMC en enero de 2008, para ayudarles a identificar a los
fabricantes SSD que irían orientados a mercados de más alta gama. No existen organismos de normalización que
acuñen la definición de EFDs, por lo que cualquier fabricante puede denominar EFD a unidades SSD sin que existan
unos requisitos mínimos. Del mismo modo que puede haber fabricantes de SSD que fabriquen unidades que cumplan
los requisitos EFD, y que jamás sean denominados así.
Arquitectura, Diseño y funcionamiento
Se distinguen dos periodos, al
principio se construían con una
memoria volátil DRAM para más
adelante empezar a fabricarse con una
memoria no volátil NAND flash
Basados en NAND Flash
Casi la totalidad de los fabricantes
Chasis abierto de un disco duro tradicional de 2'5" (izquierda). Interior de un dispositivo
comercializan sus SSD bajo memorias
de estado sólido (centro). Aspecto de un dispositivo SSD indicado especialmente para
no volátiles NAND flash para
ordenadores portátiles (derecha).
desarrollar un dispositivo no sólo veloz
y con una vasta capacidad, sino
robusto y a la vez lo más compacto posible tanto para el mercado de consumo como el profesional. Al ser memorias
no volátiles no requieren ningún tipo de alimentación constante ni pilas para no perder los datos almacenados,
incluso en apagones repentinos, aunque cabe destacar que los SSD NAND Flash son más lentos que se basan en
DRAM. Son comercializadas bajo los factores de forma heredados de los discos duros, es decir, en 3,5 pulgadas, 2,5
pulgadas y 1,8 pulgadas, aunque también ciertas SSD vienen en formato tarjeta de expansión.
En ciertas ocasiones, existen SSD más lentos que discos duros, en especial en controladoras antiguas de gamas bajas,
pero dado que los tiempos de acceso de un SSD son inapreciables, al final resultan más rápidos. Los tiempos de
acceso reducidos se deben a la carencia de partes mecánicas móviles, inherentes en los discos duros.
• Un SSD se compone principalmente:
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Unidad de estado sólido
• Controladora: Es un procesador electrónico que se encarga de administrar, gestionar y unir los módulos de
memoria NAND con los conectores en entrada y salida. Ejecuta software a nivel de Firmware y es con toda
seguridad, el factor más determinante para las velocidades del dispositivo.
• Caché: Un dispositivo SSD utiliza un pequeño dispositivo de memoria DRAM similar al caché de los discos
duros. El directorio de la colocación de bloques y el desgaste de nivelación de datos también se mantiene en la
memoria caché mientras la unidad está operativa.
• Condensador: Es necesario para mantener la integridad de los datos de la memoria caché, si la alimentación
eléctrica se ha detenido inesperadamente, el tiempo suficiente para que se puedan enviar los datos retenidos
hacia la memoria no volátil.
El rendimiento de los SSD se incrementan añadiendo chips NAND Flash en paralelo. Un sólo chip NAND Flash es
relativamente lento, dedo que la interfaz de entrada y salida es de 8 o 16 bits asíncrona y también por la latencia
adicional de las operaciones básicas de E/S (Típica de los SLC NAND - aproximadamente 25 μs para buscar una
página de 4K de la matriz en el búfer de E/S en una lectura, aproximadamente 250 μs para una página de 4K de la
memoria intermedia de E/S a la matriz de la escritura y sobre 2 ms para borrar un bloque de 256 KB). Cuando varios
dispositivos NAND operan en paralelo dentro de un SSD, las escalas de ancho de banda se incrementan y las
latencias de alta se minimizan, siempre y cuando suficientes operaciones estean pendientes y la carga se distribuya
uniformemente entre los dispositivos.
Los SSD de Micron e Intel fabricaron unidades flash mediante la aplicación de los datos de creación de bandas
(similar a RAID 0) e intercalado. Esto permitió la creación de SSD ultrarápidos con 250 MB/s de lectura y escritura.
Las nuevas controladoras Sandforce consiguen tasas de transferencias cercanas a la saturación de la interfaz SATA
II, es decir rozando los 300 MB/s simétricos de lectura y escritura.
Basados en DRAM
Los SSD basados en éste tipo de almacenamiento proporcionan una rauda velocidad de acceso a datos, entorno a 10
μs y se utilizan principalmente para acelerar aplicaciones que de otra manera serían mermadas por la latencia del
resto de sistemas. Estos SSD incorporan una batería o bien un adaptador de corriente continua, además de un sistema
de copia de seguridad de almacenamiento para desconexiones abruptas que al restablecerse vuelve a volcarse a la
memoria no volátil, algo similar al sistema de hibernación de los sistemas operativos
Estos SSD son generalmente equipados con las mismas DIMMs de RAM que cualquier ordenador corriente,
permitiendo que su sustitución o expansión.
Sin embargo con las mejoras de las memorias basadas en flash están haciendo del los SSD basados en DRAM no tan
efectivos y acortando la brecha que los separa en términos de rendimiento. Además los sistemas basados en DRAM
son tremendamente más caros.
Otras aplicaciones
Las unidades de estado sólido son especialmente útiles en un ordenador que ya llegó al máximo de memoria RAM.
Por ejemplo, algunas arquitecturas x86 tienen 4GB de límite, pero éste 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 y a que la distancia de un dispositivo a otro es mucho
mayor, pero aun así mejoraría el rendimiento con respecto a colocar el archivo de intercambio en una unidad de
disco duro tradicional.
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Tecnologías
Los SSD basados en NAND almacenan la información no volátil en celdas mediante puertas lógicas "Y Negadas".
Actualmente las celdas son fabricadas mediante dos tecnologías distintas:
SLC
Del inglés Single Level Cell o Celda de
Nivel Individual. Este proceso consiste en
cortar las obleas de silicio y obtener chips de
memoria. Este proceso monolítico tiene la
ventaja
de
que
los
chips
son
considerablemente más rápidos que los de la
tecnología
opuesta(MLC),
mayor
longevidad, menor consumo, un menos
tiempo de acceso a los datos. A
contrapartida, la densidad de capacidad por
chips es menor, y por ende, un considerable
mayor precio en los dispositivos fabricados
con éste método. A nivel técnico, pueden
almacenar solamente 1 bit de datos por
celda.
MLC
Comparación entre Chips MLC y SLC
Del inglés Multi Level Cell o Celda de Nivel
Múltiple. Este proceso consiste en apilar varios moldes de la oblea para formar un sólo chip. Las principales ventajas
de este sistema de fabricación es tener una mayor capacidad por chip que con el sistema SLC y por tanto, un menor
precio final en el dispositivo. A nivel técnico es menos fiable, durable, rápido y avanzado que las SLC. Éstos tipos
de celdas almacenan 2 bits por cada una, es decir 4 estados, por esa razón las tasas de lectura y escritura de datos se
ven mermadas. Toshiba ha conseguido desarrollar celdas de 3 bits [2]
Optimizaciones afinales a SSD en los sistemas de archivos
Como es natural, los sistemas archivos han venido siendo pensados para trabajar y gestionar sus archivos acorde a
las funcionalidades de un disco duro. El problema es que ese método de gestión resulta bastante anodino para
ordenar los archivos en el interior del SSD lo que provoca una serie degradación del rendimiento a medida que se va
usando, recuperable mediante formateado total de la unidad de estado sólido, pero resultaría totalmente engorroso
sobretodo en sistemas operativos que dependan de almacenar diariamente bases de datos. Para solucionareste
percance, diferentes sistemas operativos optimizaron sus sistemas de archivos para trabajar eficientemente con
unidades de estado sólido, cuando éstos eran detectados como tal en vez de como dispositivos de disco duro. Entre
dichos sistemas, destacamos:
Unidad de estado sólido
NTFS y exFAT -Microsoft Windows
Anteriormente a Windows 7, todos los sistemas operativos venían preparados para manejar con maña y precisión las
unidades de disco duro, Windows Vista incluyó la característica ReadyBoost para mejorar y aprovechar las
características de las unidades USB, pero para los SSD tan sólo optimizaba la alineación de la partición para prevenir
operaciones de lectura, modificaciones y escritura ya que en los SSD normalmente los sectores son de 4 KB, y
actualmente los discos duros tienen sectores de 512 bytes desalineados (que posteriormente serán incrementados a 4
KB también). Entre algunas cosas, se recomienda la desactivación total del desfragmentador, puesto que su
utilización en una unidad SSD es completamente insustancial y no tiene sentido alguno, de hecho, reduciría la vida
del SSD al hacen uso continuo de los ciclos de lectura y escritura, en especial los SSD antiguos.
Windows 7 viene optimizado de serie para manejar correctamente los SSD sin perder compatibilidad con los discos
duros. Es decir, el sistema detecta automáticamente si se trata de una unidad de estado sólido o un disco duro y a raíz
de eso cambia varias configuraciones, por ejemplo si detecta un SSD se desactiva automáticamente el
desfragmentador, el Superfetch, el Readyboost, cambia el sistema de arranque e introduce el comando TRIM, que
prolonga extremadamente la vida útil de los SSD e impide la degradación de su rendimiento.
ZFS
Solaris en su versión 10u6, y las últimas versiones de OpenSolaris y Solaris Express Community Edition en la que
OpenSolaris se basa, se pueden usar SSD para mejorar el rendimiento del sistema ZFS. Hay dos modos disponibles,
utilizando un SSD para el registro de ZFS Intent (ZIL) o para la L2ARC. Cuando se usa solo o en combinación, se
incrementa radicalmente el rendimiento.
Ventajas e inconvenientes
Ventajas
Los dispositivos de estado sólido basados en Flash tienen varias ventajas únicas frente a los Discos Duros
mecánicos:
• Arranque más rápido, al no tener platos que necesiten coger una velocidad constante.
• 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 elementos mecánicos.
• Sin ruido - La misma carencia de partes mecánicas los hace completamente inaudibles.
• Mejorado el tiempo medio entre fallos, superando 2 millones de horas, muy superior al de los discos duros.
• Seguridad - permitiendo una muy rápida "limpieza" de los datos almacenados.
• Rendimiento determinístico - a diferencia de los discos duros mecánicos, el rendimiento de los SSD es constante
y determinístico a través del almacenamiento entero. El tiempo de "búsqueda" constante.
• El rendimiento no se deteriora mientras el medio se llena. (Véase Desfragmentación)
• Menor peso y tamaño que un disco duro tradicional de similar capacidad.
• Resistente - Soporta caídas, golpes y vibraciones sin estropearse y sin descalibrarse como pasaba con los antiguos
discos duros, gracias a carecer de elementos mecánicos.
• Borrado más seguro e irrecuperable de datos; es decir, no es necesario hacer uso del Algoritmo Gutmann para
cerciorarse totalmente del borrado de un archivo.
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Unidad de estado sólido
Limitaciones
Los dispositivos de estado sólido basados en flash tienen también varias desventajas:
• Precio - Los precios de las memorias flash son considerablemente más altos en relación Precio/GB, la principal
razón de su baja demanda. Sin embargo, ésta no es una desventaja técnica. Según se establezcan en el mercado irá
mermando su precio y comparándose a los discos duros mecánicos, que en teoría son más caros de producir al
llevar piezas metálicas.
• 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 superar los 2
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).
Véase también
• Memoria (informática)
[1] http:/ / en. wikipedia. org/ wiki/ Unidad_de_estado_s%C3%B3lido
[2] http:/ / www. noticias3d. com/ noticia. asp?idnoticia=41337
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Fuentes y contribuyentes del artículo
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Unidad de estado sólido Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=39944227 Contribuyentes: Andreasmperu, Biasoli, Cercaburgo, Chechesa, CommonsDelinker, Dhidalgo, Fanattiq,
Grillitus, H0m3r, Matdrodes, Pandalive, Punkibastardo, Serolillo, TorQue Astur, Wyup, Yosoydiox, 55 ediciones anónimas
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