SSD, Unidad en estado sólido

Los alumnos Álvaro Muñoz y Lucas Maroñas vamos a realizar un artículo acerca de un tipo de dispositivo de almacenamiento de datos en estado sólido, los SSD. Para abordar este tema vamos a explicar diferentes aspectos que se refieren a los SSD. En primer lugar vamos explicar que son los SSD, continuaremos por la historia de los SSD, es decir, cómo surgieron y a partir de qué necesidad, tras esto continuaremos explicando la arquitectura, diseño y funcionamiento de los SSD en profundidad. Una vez explicados estas características es la hora de explicar otras aplicaciones de este tipo de unidades de almacenamiento, las tecnologías que aplican así como diferentes optimizaciones que se le realizaron a los SSD a lo largo de su historia para poder tener usos más prácticos. Cuando hayamos explicado las características de los SSD pasaremos a comentar las ventajas e inconvenientes de los mismos en su aplicación. Por último daremos nuestra opinión acerca de estas unidades de almcenamiento de datos. Empecemos.

Una unidad de estado sólido o SSD (del acrónimo inglés ''solid-state drive'') es un tipo de dispositivo informático de almacenamiento de datos, la cual usa una memoria no volátil como la de la memoria flash, o una SDRAM para conseguir almacenar datos sin recurrir al convencionalismo de los platos giratorios magnéticos de los discos duros convencionales. En comparación directa con los discos duros, los SSD son menos susceptibles a golpes además de ser casi inaudibles así como una latencia menor (tiempo de acceso a los datos). Los SSD usan el mismo tipo de interfaz que los discos duros tradicionales por lo que son facilmente intercambiables sin necesidad de adaptadores o tarjetas de expansión. Técnicamente los SSD no son discos, si no unidades o dispositivos. Además se han creado discos híbridos que combinan características exclusivas de los SSD y de los discos duros convencionales que aprovechan las características de mayor utilidad para nuestras computadoras.

Una vez realizada esta pequeña introducción pasaremos a explicar qué son los SSD desde una perspectiva más técnica. Una memoria en estado sólido es un dispositivo de almacenamiento secundario que está fabricado con componentes electrónicos sólidos y que cuentan con la posibilidad de usarse en equipos informáticos pudiendo llegar a reemplazar a los discos convencionales como memorias de tipo principal o auxiliar. Este tipo de dispositivos cuenta con una unidad no volátil a diferencia de los platos giratorios y cabezal de los discos duros tradicionales. Al no poseer partes móviles se consigue reducir de forma drástica el tiempo de búsqueda, así como el calentamiento y el ruido que producen. Esto también permite que las vibraciones o cambios bruscos de posición no interfieran en el funcionamiento de la unidad por lo que son idóneos para su uso en situaciones en las que nos estemos moviendo como en computadoras portátiles, móviles o GPS entre otros.

SSD basados en RAM

Todo comenzó allá por los años 50. En esta década se utilizaban dos tecnologías diferentes denominadas memoria de núcleo magnético y CCROS (esta tecnología resulta una forma curiosa de almacenar información). Este tipo de memorias auxiliares surgieron en el momento de la informática en la que se hacía uso del tubo de vacío pero gracias a la introducción de las memorias de tambor éstas se dejaron de desarrollar.

Debido a ello, en el año 1978 la empresa Texas Memory presentó una unidad de estado sólido de 16 KB que estaba basado en RAM. En el 1983 fue presentado el Sharp PC-5000, el cual utilizaba 128 cartuchos de almacenamiento en estado sólido basado en memoria de tipo de burbuja. En Septiembre del año 1986 la empresa Santa Clara Systems presentó el BATRAM el cual ofrecía 4 MB de memoria ampliables a 20 MB usando distintos módulos.

Sharp PC-5000

 SSD basado en flash

En el año 1995 M-Systems generó unidades de estado sólido basadas en flash. Desde ese momento este tipo de dispositivos se han utilizado exitosamente como opción a los discos duros tradicionales por la industria militar e incluso la aerospacial debido a su alta cota de tiempo entre fallos y resistencia a golpes, cambios bruscos de presión, temperatura y turbulencias. BIMITICRO  en el año 1999 presento diversos dispositivos SSD basados en flash que almacenaban hasta 18 GB. La empresa Fusion-io en el año 2007 presentó un tipo de SSD capaz de realizar 100.000 operaciones del tipo entrada-salida con memoria sólida de hasta 320 GB. En el CeBIT 2000, la compañía OCZ presentó un SSD basado en tecnología flash de 1TB que podía alcanzar velocidades de escritura de 654 MB/s y velocidades de lectura de 712 MB. En diciembre del año 2009 Micron Technology presentó el primer SSD que usaba una interfaz SATA III.

Enterprise Flash Drive 

Los Enterprise Flash Drives (EFD) son SSD diseñados para aquellas aplicaciones que requieren una enorme tasa de operaciones por unidad de tiempo. En términos generales un EDF es un SSD con una serie de especificaciones superiores en diferentes medidas. El término EDF fue forjado por EMC en el 2008 usándolo como término para poder identificar los SSD de gama alta, generalmente destinados a empresas con necesidades de almacenamiento muy grandes.

RaceTrack

Al igual que en el 1978 se inicio una revolución en cuanto a la informática del almacenamiento por el cual el disco duro tradicional ha sido sustituido por los más modernos SSD, llega el momento de la aparición de los sustitutos de los SSD, los RaceTrack. IBM está desarrollando un dispositivo que, aunque es una memoria no volátil, está basado en nano-alambres compuestos por níquel y hierro así como diferentes vórtices que separan los datos unos de otros, permitiendo lograr velocidades hasta 100.000 veces superiores a las de los discos duros tradicionales.

Desde que se comenzó a construir este tipo de discos duros se han podido diferenciar dos grandes periodos. En el primer periodo los SSD se construían con una memoria volátil DRAM, mientras que en el segundo periodo se comenzaron a fabricar con una memoria no volátil NAND flash.

Basados en DRAM

Los SSD basados en DRAM son aquellos que se construyen con memoria volátil. Proporcionan una velocidad para el acceso de datos de unos 10 μs. Esto se utilizan principalmente para acelerar aquellas aplicaciones que podrían ser menguadas por la latencia de los otros sistemas. Estos dispositivos incluyen una batería o un adaptador a corriente permanente, así como un sistema de copia de seguridad para prevenir pérdidas de información en desconexiones escabrosas. Estos SSD se equipan con las mismas DIMMs de RAM que cualquier computador corriente, permitiendo que puedan expandirse o sustituirse. Aunque en un pasado ofrecían un rendimiento muy superior al de los basados en memoria flash (no volátil), con las mejoras de los dispositivos basados en flash la diferencia de rendimientos no es muy superior. Por otro lado el precio de los basados en DRAM es muy superior por lo que están tendiendo a desaparecer.

Basados en NAND Flash

En la actualidad casi todos los fabricantes comercializan sus SSD bajo memorias de tipo no volátil NAND flash. Ya que son memorias de tipo no volátil no requieren ningún tipo de alimentación. Aun teniendo esta ventaja frente a los DRAM, los NAND flash son más lentos. Estos dispositivos se comercializan en formatos parecidos a los de los discos duros tradicionales, es decir 3,5; 2,5 o 1,8 pulgadas aunque también existen NAND flash en formato de tarjetas de expansión. Existen SSD basados en NAND flash que pueden ser más lentos que algunos discos duros como los antiguos de gamas bajas, aunque en la actualidad al no poseer partes mecánicas móviles los tiempos de acceso y procedimiento de los mismos es superior. Los SSD se componen principalmente de:

• Controladora: La controladora de los SSD son un tipo de procesador electrónico que se encarga de la tarea de administras, gestionar y unir todos los módulos de memoria NAND con los conectores de entrada y salida. Este tipo de procesador ejecuta software a nivel de tipo Firmware; este es, por tanto, el factor más importante para las velocidades del dispositivo.

• Caché: Un SSD utiliza un dispositivo de memoria DRAM parecido al de los discos duros. Todo el directorio de colocación de todos los bloques y el desgaste de la nivelación de datos se mantiene en el disposotivo de memoria caché mientras la unidad se encuentra 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 incrementa añadiendo chips NAND Flash en paralelo. Un sólo chip NAND Flash es relativamente lento, dado que la interfaz de entrada y salida es de 8 o 16 bits asíncrona y también debido a la latencia adicional de las operaciones básicas de E/S. 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 estén 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 ultrarrápidos con 250 MB/s de lectura y escritura.

Las controladoras Sandforce SF 1000 Series consiguen tasas de transferencia cercanas a la saturación de la interfaz SATA II (rozando los 300 MB/s simétricos tanto en lectura como en escritura). La generación sucesora, las Sandforce SF 2000 Series, permiten más allá de los 500 MB/s simétricos de lectura y escritura secuencial, requiriendo de una interfaz SATA III si se desea alcanzar estos registros.

Los SSD basados en NAND almacenan la información en celdas. Actualmente existen dos tipos de celdas, diferenciadas según la tecnología con la que estén fabricadas y el método de producción.

• Celda de Nivel Individual (SLC). Se trata de un proceso de fabricación consistente en cortar obleas de silicio y así obtener los chips de memoria. Este proceso tiene la ventaja de obtener chips considerablemente más rápidos que los de la tecnología opuesta (MLC), una mayor longevidad, un menor consumo y un tiempo de latencia más corto. Sin embargo, la densidad de capacidad de los chips es baja lo que se traduce en un precio más elevado al tener que poner un mayor número de chips.

• Celda de Nivel Múltiple (MLC). Se trata de un proceso de frabicación consiste en apilar varias obleas para formar un chip, por lo que obtenemos una mayor capacidad por chip que con el SLC, haciendo disminuir el precio final. Por contrapartida, se trata de un proceso menos fiable, duradero, rápido y avanzado que las SLC. Las MLC almacenan 2 bits por cada celda por lo que los tiempos de latencia aumentan. El fabricante Toshiba ha conseguido desarrollar celdas de hasta 3 bits.

• Triple Bit por Celda (TLC). Actualmente se estan desarrollando métodos de frabicación en los cuales se pueden introducir 3 bits por celda. Sin embargo presenta el gran incoveniente de permitir únicamente 1.000 escrituras, mientras que el MLC permite 10.000 escrituras y el SLC 100.000.

Como todos los sustitutos, los SSD presentan una serie de ventajas e incovientes respecto a los discos duros. Aquí repasaremos los más notables:

Ventajas

• Presentan un arranca mucho más rápido gracias a no poseer partes mecánicas que necesiten una velocidad constante para funcionar.
• Una gran velocidad de escritura.
• Una mayor velocidad de lectura.
• Arranque de aplicaciones más rápido debido a los bajos periodos de latencia de escritura y lectura.
• Al no tener partes mecánicas tienen un sobrecalentamiento mucho menor  y un consumo de energía mínimo, lo que optimiza la duración de la batería en el caso de un ordenador portátil.
• Al no poseer partes mecánicas no producen ruido alguno.
• El tiempo entre fallos es superior, llegando a alcanzar las 2 millones de horas.
• Ofrece una mayor seguridad debido a la rápida eliminación de datos.
• Al no poseer partes móviles, es mucho menos susceptible a golpes y caídas.

 Inconvenientes

• El mayor inconveniente en la actualidad es el precio. La relación precio/gigabyte es muy alta en comparación con los dicos duros tradicionales. Sin embargo, a medida que se vaya implementando en el mercado su precio disminuirá haciéndolo más asequible.
• Imposibilidad de recuperar los datos después de un problema físico. Esto es debido a que un problema físico se traduciría en la destrucción de la celda donde está almacenada la información.

En nuestra opinión los SSD llegarán a sustituir a los discos duros en un futuro no muy lejano. Ya hemos observado todas sus características las cuales ofrecen una clara ventaja sobre los discos duros mientras que el precio irá disminuyendo, haciendolo más accesible al mercado en pocos años.




Si tras leer este artículo se decide por cambiar sus convencionales y prehistóricos HDD por una unidad SSD, a continuación listamos las principales marcas distribuidoras de discos duros SSD, a destacar serán OCZ, que según la crítica son los mejores así como comprados por la mayoría de los usuarios debido a sus precios competitivos

OCZ

Samsung

Crucial

Kingston

Corsair

Intel

Trascend

Sandiste

Patriot

PNY

Lomega

Lenovo

Una excelente web para elegir que SSD comprar sería la siguiente: http://www.pixmania.com/es/es/17674/xx/xx/101/9/criteresn.html?sPageInfo=2_50  

Esta página es muy buena debido a que tiene numerosos patrones de búsqueda y de comparación entre diferentes modelos de SSD.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ssd
http://www.youtube.com/watch?v=93B12ae6jaA

http://www.noticias3d.com/noticia.asp?idnoticia=42762

http://www.youtube.com/watch?v=2Jtjw-_XTTI

http://www.happysysadm.com/2011/07/solid-state-drives-some-theory-and.html