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En los últimos meses hemos visto una creciente cantidad de gadgets equipados con una nueva generación de dispositivos de almacenamiento, conocidos como SSD (Solid-State Drive – Unidades de Estado Sólido) y que prometen desplazar, o por lo menos combatir, a los actuales discos duros a los que estamos acostumbrados.

Frente a esta arremetida de anuncios hemos decidido escribir este artículo, que trata rápidamente de qué se trata esta clase de medio y qué beneficios promete, además de discutir algo de su funcionamiento y su lugar en el mundo de la electrónica de consumo actual y futura.

Situación actual: Discos duros convencionales

La mayoría de nosotros tiene alguna idea más o menos concreta de qué es un disco duro tradicional, tema que tratamos en nuestra guía para notebooks y que puede generalizarse para equipos de escritorio, en donde sólo veremos que el disco propiamente tal es más grande y tiene más capacidad en promedio, entre otras cosas.

Los HDD (Hard Disk Drive – Unidad de disco duro) están compuestos a grandes rasgos por una serie de discos con una cubierta magnética especial (“platters”), un brazo mecánico común que se puede mover sobre ellos y una controladora que le da órdenes a todo el conjunto. El brazo tiene varios “pisos”, uno por cada platter, y ubicado a una distancia extremadamente pequeña sobre el disco particular que tiene a cargo. En cada uno de estos niveles el brazo cuenta con un cabezal de lectura y escritura, que puede moverse a lo largo del brazo para navegar de forma radial por el platter.

Con esta configuración, los platters giran sobre un eje central mientras que el brazo mecánico común se sitúa sobre el área que le indique el controlador. Al mismo tiempo, el cabezal del platter que nos interesa se mueve a lo largo de su brazo y se ubica sobre un punto específico del disco, que puede magnetizar de forma específica para almacenar de forma física la representación de un “0” o un “1” (dependiendo del momento magnético ejercido). El cabezal también puede medir cuál es la magnetización de un punto dado y decir de qué valor se trata, lo que corresponde simplemente a leer información previamente almacenada.

Aplicando esta técnica a cientos de millones de “sectores” la unidad es capaz de almacenar grandes cantidades de información basándose solamente en ceros y unos, y para garantizar una buena velocidad de lectura / escritura los platters tienen que girar a altas velocidades para que el cabezal pueda alcanzar un mayor número de sectores en el menor tiempo posible.

Como se puede ver, la integridad de la información de cualquier disco depende de la delicada y precisa sincronización de un gran número de partes móviles, y un ligero error en cualquiera de estos mecanismos puede redundar en corrupción de información valiosa, y que puede representar la muerte del disco. Lamentablemente no vivimos en un mundo dispuesto a ser delicado con nuestros gadgets.

En particular, los notebooks han pasado por un rápido proceso de miniaturización en los últimos años, lo que los ha sometido a viajes cada vez más frecuentes con los consiguientes golpes ocasionales, incluso cuando están encendidos. Esto conlleva un riesgo real para la información que llevan en sus HDDs, lo que nos deja en el tema central de nuestra guía: la búsqueda de un sucesor, o por lo menos una alternativa, a los discos duros, y estos son los famosos SSD (Solid-state drive), basados en chips de memoria NAND Flash.

Memoria NAND Flash

La memoria flash es un tipo de almacenamiento computacional no-volátil que se puede reescribir. Lo que esto significa es que se trata de un tipo de memoria que no requiere de un flujo constante de electricidad para retener su información (como es el caso de la RAM de nuestros computadores) y que además de poder leerse también se puede escribir, lo que obviamente es una exigencia esencial para una alternativa a los HDDs.

Aunque su nombre pueda resultar algo extraño, la memoria flash lleva años con nosotros, en la forma de pendrives (o “flash drives”), como medio de almacenaje en la mayoría de los reproductores de audio / video, en las tarjetas de memoria (como las SD), en la memoria interna de algunas consolas y un larguísimo etcétera de productos.

Los detalles técnicos de cómo funciona la memoria flash son propios de un curso de eléctrica avanzada, algo que definitivamente no nos concierne, pero que tendremos que comprender de forma general antes de poder continuar. Para hacer de este paso algo menos traumatizante nos podemos imaginar el interior de un pendrive ordinario:
Descartando la conexión USB y los otros chiches, la circuitería de un pendrive está básicamente compuesta de dos componentes: un chip de memoria flash propiamente tal y un microcontrolador (ubicados en primer y segundo plano en la foto de su derecha, respectivamente). Este último, al igual que en el caso de los HDD, lleva el registro de organización de cómo está guardada la información y controla cómo se leen o guardan los datos

El chip de memoria flash es en realidad un arreglo de celdas de memoria hechas de “transistores de puerta flotante” (floating-gate transistor). Nuevamente obviaremos la charla técnica y llegaremos a lo que nos interesa, pues cada uno de estos transistores es capaz de guardar una cantidad discreta de información, que depende del tipo de tecnología que utilice el chip en particular. Primero tenemos la tecnología SLC (single-level cell), con la que cada transistor puede guardar sólo un bit (un “0” o un “1”), una segunda tecnología más moderna y conocida como MLC (multi-level cell) permite guardar más bits por transistor, dependiendo del nivel de carga eléctrica que se le aplique.

En particular, el apellido NAND del que hablamos antes sólo especifica la forma técnica en que se guarda y borra la información, pero basta decir que es la que se utiliza en pendrives, tarjetas de memoria, y prácticamente en todo dispositivo que esté pensado para leerse y reescribirse constantemente.

SSD, Memoria NAND Flash a gran escala

Con el conocimiento de cómo funciona la memoria flash creo que la noción de un SSD ha nacido de una forma intuitiva: crear unidades que utilicen estos chips de memoria para reemplazar los HDDs convencionales, lo que representa un cambio tecnológico radical, pues entre ambas técnicas de almacenamiento las semejanzas son mínimas, pero el objetivo es el mismo: almacenar información de forma no-volátil y segura.

Hasta ahora hemos tratado la memoria NAND flash en una de sus aplicaciones más simples, la de un pendrive convencional, y antes de dar el gran paso hacia nuestra concepción de un SSD tenemos que cubrir las notables diferencias que existen entre fabricar un medio de almacenamiento externo vía USB y una unidad interna.

En particular nos interesan dos puntos, el primero es un asunto de capacidad, donde vemos que la mayoría de nuestros pendrives pueden guardar más o menos 1 GB de información, con casos excepcionales que llegan hasta los 16 GB y más. En contraste, los discos duros tradicionales parten su capacidad en torno a los 120 – 160 GB en modelos básicos y actualmente llegan hasta los 1000 GB de capacidad sin mayores problemas, lo que nos deja frente a una enorme diferencia en potencial de almacenamiento. Para superar esto la solución es misteriosamente simple: aumentar el número de chips de memoria flash utilizados en el SSD y optimizarlos para aumentar su capacidad individual, que como veremos luego es efectivamente la solución que se adopta, pero que tiene varios inconvenientes. Cuando aumentamos la capacidad también aumentamos la complejidad del microcontrolador que se encarga de sincronizar todo.

Un segundo tema relevante concierne a la velocidad del dispositivo. La mayoría de los pendrives tiene una velocidad de lectura/escritura de entre 10 y 20 MB/s (como siempre, hay casos especiales), por su parte los discos duros de notebooks suben este valor hasta los 40 – 50 MB/s mientras que los de desktop se empinan por sobre los 60 MB/s actualmente, dependiendo de si se está escribiendo o leyendo, sobre qué sector específico se está trabajando, etcétera. Nuevamente la solución es intuitiva: aumentar la calidad de los chips NAND Flash usados en los SSD para que puedan leer su información más rápidamente.

Con estos dos problemas de implementación en mente entramos finalmente a los primeros SSDs reales.

De vuelta al mundo real: SSDs comerciales

Los avances en investigación y fabricación de los últimos años, producto de la gran experiencia adquirida en la manufactura de pendrives, PMPs y similares permitieron abordar finalmente los problemas de los que hablamos antes, y hoy estamos empezando a ver numerosas unidades SSD en venta como si fueran HDDs normales o incorporados dentro de algún notebook como el MacBook Air. El nivel de almacenamiento de los SSD varía mucho, parte desde los 4 GB y asciende hasta los 1600 GB (ejemplar que veremos dentro del año según la empresa BiTMICRO), pero en términos realistas la cota superior de los SSDs actuales está más o menos en los 64 GB, con algunos casos que alcanzan hasta 128 GB y un par de especímenes que llegan a los 256 GB.

En términos de velocidad se ve que los SSD van desde los 30 MB/s hasta los 100 MB/s, con lo que por lo menos están en los mismos órdenes que los HDDs normales, que eventualmente serían superados ampliamente por los SSD en este aspecto una vez que se perfeccione su técnica de fabricación. Con el panorama técnico un poco más claro podemos entrar con pie seguro a las comparaciones entre SSDs y HDDs.

Ventajas de los SSD por sobre los HDD

Para dar una buena motivación a la entrada de los SSD al mercado empezaremos cubriendo los beneficios actuales -y a largo plazo- de esta tecnología.

Gran confiabilidad: Como mencionamos al comienzo de la guía, los HDDs normales usan un gran número de partes móviles que dependen de un sistema intrínsecamente mecánico, mientras que los SSD no tienen ninguna clase de partes de este tipo. Esto significa que las unidades de estado sólido son mucho más resistentes a los movimientos o golpes durante su funcionamiento y a condiciones ambientales extremas (temperatura, presión, altura, etcétera), que pueden afectar el uso de un disco duro normal por el equilibrio mecánico que este debe mantener sobre sus piezas. Esto es especialmente agradecido por los usuarios de notebooks, que viven moviendo sus equipos.

Bajos tiempos de acceso: Para leer o grabar en un sector específico, un HDD debe hacer un movimiento de platters y cabezales que dura algunos milisegundos. En los SSD este proceso es casi instantáneo -décimas de milisegundo-. En el mundo real esto ayuda a leer muchos archivos pequeños dispersos por la unidad (como en el booteo del sistema operativo) y a leer ficheros grandes que estén fragmentados (grabados “de a pedazos” en muchas direcciones de la unidad).

Tiempo de inicio de trabajo menor: Los HDD requieren que sus discos den un par de revoluciones antes de que puedan ser leídos desde un estado de reposo (un precalentamiento, si quieren llamarle así), en el caso de los SSD este factor no existe.

Menor consumo de energía y disipación de calor: La carencia de partes móviles hace que los SSD consuman menos energía que sus pares magnéticos, lo que además redunda en una menor disipación de calor por los mismos motivos mecánicos que hablamos antes. Cabe notar que el consumo de los SSD aumenta con el incremento en su capacidad (sube el número de chips de memoria), pero que debiera compensarse a medida que aparezcan chips cada vez más “densos” para estos dispositivos.

Generación de ruido nula: Nuevamente, sin partes móviles, los SSD emiten una cantidad virtualmente nula de ruido.

Desempeño constante: Si hacemos un poco de memoria recordaremos que el trabajo en un disco duro depende del sector que queramos leer, pero en el caso de los SSD todos los bloques de memoria son accesados a la misma velocidad.

Promesas de alta velocidad: Actualmente la unidad SSD más veloz supera ligeramente la barrera de los 100 MB/s mientras que los HDD actuales llegan cerca de los 90 MB/s. Considerando que los HDD tienen mucho más desarrollo tras ellos que los SSD, la promesa de que estos últimos superen ampliamente a sus hermanos en algún tiempo es muy real.

Como se puede ver, la mayoría de estos puntos en muy realista y aplicable a usuarios de dispositivos móviles, que probablemente ven en estas unidades una panacea, pero también hay que ver las desventajas de estas unidades.

Desventajas de los SSD contra los HDD

Ya vimos una cara de la moneda, ahora es el turno de ver las manchas feas en los SSD, por lo menos en la actualidad.

Son caros, muy caros: El precio de un SSD promedio es altísimo, de varios cientos de dólares incluso para los de sólo 32 GB, esto por culpa del alto costo de los chips NAND Flash especiales que utilizan estas unidades. En promedio, el costo por GB de un SSD asciende hasta los 15 dólares. En comparación, en el caso de los HDD este valor sólo llega hasta los 50 centavos por GB. En otras palabras, uno paga 30 veces más por cada GB al optar hoy por un SSD.

Capacidad limitada: Actualmente los SSD difícilmente superan la barrera de los 64 GB (sin pagar precios que caen en lo desquiciado), este valor es insuficiente de plano para mantener una colección multimedia, programas varios, etcétera, lo que es especialmente cierto para los usuarios de notebooks que sólo viven de una unidad de almacenamiento.

Vulnerabilidad a campos electromagnéticos: Los SSD son especialmente susceptibles a cortes de energía, golpes de carga estática y campos magnéticos, algo de lo que los HDD se salvan por estar guardados en una jaula de Faraday y por el mayor desarrollo de su robustez.

Ciclos de escritura limitada: Hemos querido dejar el tema más controversial para el final, que trata del número limitado de veces que se puede reescribir un sector particular de un SSD. En otras palabras, si uno insiste en reescribir una y otra vez un sector particular de una unidad de estado sólido, esta fallará después de unos 300 – 500 mil ciclos de escritura. Tratemos de poner este número en contexto. Si el sector en particular está dedicado a alguna función recurrente del sistema (e.g., el pagefile de Windows), entonces se presume que la vulnerabilidad explotaría antes de que acabe la vida útil del computador, lo que es definitivamente malo para la imagen de los SSD.

Para evitar esto, los últimos microcontroladores llevan un registro de qué tan “gastado” está cada sector, y son capaces de distribuir la carga de trabajo uniformemente por toda la unidad para que ningún sector en particular salga muy afectado (“wear levelling“). Aplicando esta técnica en condiciones normales, se presume que un SSD soportará entre 10 y 20 años de uso, aunque obviamente este valor depende de un número enorme de patrones de uso, pero sirve como referencia.

Conclusión: La promesa a futuro de los SSD

En esta guía hemos pretendido explicar a muy grandes rasgos el funcionamiento y la posición que tienen las unidades de estado sólido en el mercado actual y futuro, a la vez que tratábamos de hacer hincapié en lo inmaduro que está este nicho en este momento. Esto último ya se está atacando, mes a mes aparecen en nuestras portadas nuevos SSDs con mejores prestaciones y precios, pero aún así tendremos que esperar hasta el 2010 para una competencia más o menos 1:1 entre SSDs y HDDs (cuando los primeros sólo sean tres veces más caros que los segundos GB por GB).

Al mismo tiempo hemos tratado de hacer calzar las múltiples ventajas de los SSD en el ambiente de computación móvil, donde los usuarios de notebooks se relamen ante las promesas de los SSD, y puede que incluso estén dispuestos a vivir con poca capacidad a corto plazo si lo único que quieren es mantener su sistema operativo y un conjunto decente de programas y documentos, dejando a su computador de escritorio para el trabajo multimedia. Si uno se pone algo más específico, el creciente nicho de subnotebooks económicos -que no requiere de altas capacidades- es tierra especialmente fértil para plantar las primeras semillas de los SSD, aunque sean de baja capacidad por la limitación de costo.

Finalmente, y cerrando la nota, podemos ver cómo las desventajas de los SSD eventualmente serán superadas, pero eso requiere de tiempo, experiencia y paciencia, cosas que no tienen mucha cabida en el acelerado mundo actual.

Fuente: Wikipedia