¿Qué es un SSD? Cómo funcionan las unidades de estado sólido

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Aquel zumbido que escucha cuando inicia su computadora o cuando despierta del modo de suspensión, es el sonido de los discos magnéticos de su unidad de disco duro comenzando a girar. Sin ser conceptualmente distinto a un reproductor de discos, una unidad de disco duro (HDD) es un dispositivo electromecánico con un brazo actuador que se coloca sobre discos giratorios, llamados platos, para leer o escribir información.

Mientras que los reproductores de discos alcanzan un máximo de 78 revoluciones por minuto (rpm), los HDD actuales de nivel empresarial pueden girar a 15 mil rpm. Sin embargo, incluso a esa velocidad, existen retrasos inevitables asociados con la capacidad de los cabezales para encontrar el lugar donde la unidad contiene los datos solicitados. Y a veces es posible que una unidad necesite leer desde varias ubicaciones para completar un comando, multiplicando los tiempos de espera.

¿Por qué las unidades de estado sólido (SSD) son mejores?
Las unidades de estado sólido (SSD), como su nombre indica, no tienen partes móviles ni discos giratorios. Usan grupos interconectados de memorias flash que son administradas por un controlador SSD para ofrecer velocidades mayores a las que puede ofrecer un HDD.

Algunos ejemplos aproximados: Los SSD pueden reducir el tiempo de inicio de unos treinta y cinco segundos a unos diez segundos. Las velocidades de escritura para un HDD pueden estar en el rango de 50-120 Mbit/seg., comparado con entre 200-500 Mbit/seg. para un SSD. Un HDD podría completar entre 50 y 200 operaciones de input/output por segundo, mientras que un SDD comparable podría hacer hasta noventa mil. Y algunos SSD de escala de rack de nivel empresarial afirman poder procesar millones de operaciones por segundo.

Precios y fiabilidad de los SSD
Pero a pesar de sus ventajas de rendimiento, los SSD solo tienen una cuota de mercado del 10% en comparación con los HDD por un par de razones. En primer lugar, son caros. Actualmente, los HDD tienen un promedio de alrededor de tres a cuatro centavos por GB, en comparación con los veinticinco a treinta centavos por GB de los SSD. Por ejemplo, un HDD interno de 1TB cuesta alrededor de 40 dólares, mientras que un SSD equivalente cuesta alrededor de 250 dólares.

La segunda razón es que los SSD son pequeños dispositivos extravagantes que se vuelven más lentos a medida que se llenan. Y, finalmente, las celdas flash alcanzan un estado en el que ya no pueden completar las operaciones de escritura. Los fabricantes de SSD han creado soluciones inteligentes, incluyendo algo llamado recolección de basura, para mitigar este problema, y los proveedores de SSD le dirán que los dispositivos de hoy tienen una confiabilidad y una longevidad iguales a las de los HDDs. Pero la percepción perdura.

En general, la línea de tendencia para los SSD sin duda está apuntando hacia arriba. En el frente del consumidor, los fabricantes están comenzando a incluir SSD como componente estándar en sus desktops y laptops de gama alta. Y esa ventaja de velocidad hace que los SSDs sean deseables en contextos de nube y empresas donde el desempeño es primordial. Gartner pronostica que para el 2021, el 50% de los centros de datos utilizará matrices de estado sólido para la computación de alto rendimiento y las cargas de trabajo de big data, un aumento de menos del 10% en la actualidad.

¿Cómo funciona un SSD?
Un simple flash drive USB (o memoria USB) es un ejemplo de la tecnología de unidad de estado sólido. Un SSD es un dispositivo más grande y complejo que agrega grupos de almacenamiento flash NAND, el tipo de almacenamiento que también se encuentra en reproductores de MP3 y cámaras digitales. A diferencia de la RAM, que no retiene datos cuando la máquina se apaga, la memoria flash SSD no es volátil, lo que significa que los datos se conservan independientemente de que el dispositivo esté encendido o no.

Con los SSD, se puede acceder a cada bloque de datos a la misma velocidad que a cualquier otro bloque, sin importar la ubicación. Esto hace que las unidades SSD sean intrínsecamente más rápidas que los HDD, donde los discos giran y los cabezales de las unidades se mueven a la ubicación correcta.

Con los HDD, los archivos grandes se pueden dividir y guardar en rincones y grietas no utilizados de la unidad, y los datos se pueden actualizar fácilmente en su lugar. Esto permite un uso eficiente de la capacidad total de la unidad. Por otro lado, los datos dispersos obviamente tardan más tiempo en ubicarse, por lo que la desfragmentación de un HDD se ha convertido en una parte estándar del mantenimiento del dispositivo.

Los SDD tienen un problema diferente y más grande -los SSD solo pueden escribir en bloques vacíos. Eso está bien cuando el SSD es nuevo y todos los bloques están vacíos. Pero con el tiempo, a medida que se llenan los bloques, sobrescribir los datos se convierte en un problema, porque la única forma en que un SSD puede actualizar una página existente es copiar el contenido del bloque completo en la memoria, borrar el bloque y luego escribir el contenido del antiguo bloque además de los nuevos datos. Si no existen bloques vacíos disponibles, el SSD debe buscar bloques marcados para su eliminación, pero que aún no se han borrado, debe borrarlos y luego escribir los datos en la página que se ha borrado. Con el tiempo, a medida que el SSD se llena, escribir en la unidad se vuelve más complicado y más lento.

Los SSD utilizan una combinación de métodos para superar este problema, incluido el exceso de aprovisionamiento; nivelación del desgaste, un tipo de equilibrio de carga para celdas flash; y la recolección de elementos no utilizados, un proceso que funciona en segundo plano para eliminar archivos obsoletos y optimizar el espacio disponible, similar a la función de desfragmentación en los HDDs.

SSD vs. HDD en la industria
Los SSD tienen una serie de ventajas en relación con los HDD que pueden ayudar a compensar la diferencia en el precio. Los SSD son silenciosos. No vibran, lo que mejora la confiabilidad. A diferencia de un SSD, un HDD podría dañarse si se cae. Usan menos energía y generan menos calor, lo que puede sumar grandes ahorros en el contexto de un gran centro de datos. También son más pequeños y más potentes que los HDD, por lo que los centros de datos pueden guardar más almacenamiento en menos espacio. Y, por supuesto, está la ventaja de la velocidad.

Dado que los HDD tienen una base instalada masiva de clientes que, básicamente, consideran que los HDD son «lo suficientemente buenos”, la decisión de elegir una tecnología nueva y diferente requiere que las empresas desarrollen un caso de negocios sólido.

Las empresas deben realizar un análisis detallado de costo/beneficio para determinar si un cambio a los SSD tiene sentido. Un enfoque para su implementación podría ser una migración lenta en la que los SSD serían un requisito para los servidores y dispositivos de almacenamiento nuevos. Otro enfoque sería utilizar los SSD exclusivamente para datos de «Nivel 0” en un contexto de almacenamiento de datos en niveles. Los datos del nivel 0 son datos transaccionales que requieren un alto rendimiento, como en las aplicaciones financieras o de comercio electrónico.

Otros casos de uso empresarial para los SSD incluyen las notebooks o laptopsreforzadas, aplicaciones en las que el tiempo de inicio es importante, la edición de grandes archivos multimedia como video y audio, unidades de caché y servidores de bases de datos.

Al mismo tiempo que las empresas están pensando en los SSD en comparación con los HDD, es importante tener en cuenta que el volumen total de datos está explotando, por lo que la mayoría de las empresas continuarán comprando ambos tipos de unidades durante mucho tiempo. De hecho, IDC pronostica que, incluso a medida que aumenten los volúmenes de ventas de SSD, las unidades de estado sólido seguirán representando solo el 20% de la participación de mercado total en la industria para el año 2025.

Neal Weinberg, NetworkWorld.com