Una unidad de estado sólido ( SSD ) es un dispositivo de almacenamiento de estado sólido que utiliza conjuntos de circuitos integrados para almacenar datos de forma persistente , por lo general, utiliza memoria flash y funciona como almacenamiento secundario en la jerarquía del almacenamiento informático . A veces también se llama un dispositivo de estado sólido o un disco de estado sólido , [1] a pesar de que los SSD carecen de los giratorias físicas discos y móviles cabezas de lectura-escritura utilizados en unidades de disco duro (HDD) y disquetes . [2]
Uso de memoria flash | |
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Presentado por: | SanDisk |
Fecha de introducción: | 1991 |
Capacidad: | 20 MB (factor de forma de 2,5 pulgadas) |
Concepto original | |
Por: | Corporación de Tecnología de Almacenamiento |
Concebido: | 1978 |
Capacidad: | 45 MB |
A partir de 2019[actualizar] | |
Capacidad: | Hasta 250 GB-100 TB |
En comparación con las unidades electromecánicas, las SSD suelen ser más resistentes a los golpes físicos, funcionan de forma silenciosa y tienen un tiempo de acceso más rápido y una latencia más baja . [3] Los SSD almacenan datos en celdas semiconductoras . A partir de 2019, las [actualizar]celdas pueden contener entre 1 y 4 bits de datos. Los dispositivos de almacenamiento SSD varían en sus propiedades según la cantidad de bits almacenados en cada celda, siendo las celdas de un solo bit ("Celdas de un solo nivel" o "SLC") las más confiables, duraderas, rápidas y costosas, en comparación con Celdas de 2 y 3 bits ("Celdas multinivel / MLC" y "Celdas de triple nivel / TLC") y, finalmente, celdas de cuatro bits ("QLC") que se utilizan para dispositivos de consumo que no requieren propiedades tan extremas. y son los más baratos por Gigabyte de los cuatro. Además, la memoria 3D XPoint (vendida por Intel bajo la marca Optane), almacena datos cambiando la resistencia eléctrica de las celdas en lugar de almacenar cargas eléctricas en las celdas, y los SSD hechos de RAM se pueden usar para alta velocidad, cuando los datos persisten después de la energía. no se requiere pérdida, o puede usar la energía de la batería para retener datos cuando su fuente de energía habitual no está disponible. [4] Las unidades híbridas o las unidades híbridas de estado sólido (SSHD), como Fusion Drive de Apple , combinan funciones de SSD y HDD en la misma unidad utilizando memoria flash y HDD para mejorar el rendimiento de los datos a los que se accede con frecuencia. [5] [6] [7] Bcache permite lograr un efecto similar puramente en software, utilizando combinaciones de SSD y HDD regulares dedicados.
Los SSD basados en NAND Flash perderán carga lentamente con el tiempo si se dejan sin energía durante períodos prolongados. Esto hace que las unidades gastadas (que han excedido su clasificación de resistencia) comiencen a perder datos normalmente después de un año (si se almacenan a 30 ° C) a dos años (a 25 ° C) en almacenamiento; para las nuevas unidades se tarda más. [8] Por lo tanto, las SSD no son adecuadas para el almacenamiento de archivos . 3D XPoint es una posible excepción a esta regla; es una tecnología relativamente nueva con características desconocidas de retención de datos a largo plazo.
Los SSD pueden usar interfaces y factores de forma tradicionales de HDD, o interfaces y factores de forma más nuevos que aprovechan las ventajas específicas de la memoria flash en los SSD. Las interfaces tradicionales (por ejemplo, SATA y SAS ) y los factores de forma estándar de HDD permiten que tales SSD se utilicen como reemplazos directos de HDD en computadoras y otros dispositivos. Factores de forma más nuevos como mSATA , M.2 , U.2 , NF1, [9] [10] XFMEXPRESS [11] y EDSFF (antes conocido como Ruler SSD ) [12] [13] e interfaces de mayor velocidad como NVM Express (NVMe) sobre PCI Express (PCIe) puede aumentar aún más el rendimiento sobre el rendimiento del disco duro. [4]
Los SSD tienen un número limitado de escrituras durante su vida útil y también se ralentizan a medida que alcanzan su capacidad de almacenamiento completa.
Desarrollo e historia
Primeras SSD que utilizan RAM y tecnología similar
Uno de los primeros dispositivos de almacenamiento de semiconductores, si no el primero, compatible con una interfaz de disco duro (por ejemplo, un SSD como se define) fue el StorageTek STC 4305 de 1978. El STC 4305, un reemplazo compatible con conectores para la unidad de disco de cabeza fija IBM 2305 , inicialmente usó dispositivos de carga acoplada (CCD) para el almacenamiento y, en consecuencia, se informó que era siete veces más rápido que el producto de IBM a aproximadamente la mitad del precio ($ 400,000 por 45 MB de capacidad) [14]. Luego cambió a DRAM . Antes de StorageTek SSD, existían muchos productos DRAM y core (por ejemplo, DATARAM BULK Core, 1976) [15] que se vendían como alternativas a los HDD, pero estos productos normalmente tenían interfaces de memoria y no eran SSD como se definen.
A fines de la década de 1980, Zitel ofreció una familia de productos SSD basados en DRAM, bajo el nombre comercial "RAMDisk", para su uso en sistemas de UNIVAC y Perkin-Elmer, entre otros.
SSD basados en flash
Parámetro | Empezó con | Desarrollado para | Mejora |
---|---|---|---|
Capacidad | 20 MB (Sandisk, 1991) | 100 TB (Enterprise Nimbus Data DC100, 2018) (A partir de 2020 Hasta 8 TB disponibles para los consumidores) [16] | 5 millones a uno [17] (400.000 a uno [17] ) |
Velocidad de lectura secuencial | 49,3 MB / s (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) [18] | 15 GB / s (demostración de Gigabyte, 2019) (a partir de 2020 hasta 6.795 GB / s disponibles para los consumidores) [19] | 304,25 a uno [20] (138 a uno) [21] |
Velocidad de escritura secuencial | 80 MB / s (Samsung Enterprise SSD, 2008) [22] [23] | 15.200 GB / s (demostración de Gigabyte, 2019) (a partir de 2020 hasta 4.397 GB / s disponibles para los consumidores) [19] | 190 a uno [24] (55 a uno) [25] |
IOPS | 79 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) [18] | 2,500,000 (Enterprise Micron X100, 2019) (A partir de 2020, hasta 736,270 IOPS de lectura y 702,210 IOPS de escritura disponibles para los consumidores) [19] | 31.645,56 a uno [26] (Consumidor: leer IOPS: 9.319,87 a uno, [27] escribir IOPS: 8.888,73 a uno) [28] |
Tiempo de acceso (en milisegundos, ms) | 0,5 (Samsung MCAQE32G5APP-0XA, 2007) [18] | 0.045 lectura, 0.013 escritura (valores más bajos, WD Black SN850 1TB, 2020) [29] [19] | Leer: 11 a uno, [30] Escribir: 38 a uno [31] |
Precio | 50.000 dólares EE.UU. por gigabyte (Sandisk, 1991) [32] | 0,10 USD por gigabyte (Crucial MX500, julio de 2020) [33] | 555 555 a uno [34] |
La base de los SSD basados en flash, la memoria flash, fue inventada por Fujio Masuoka en Toshiba en 1980 [35] y comercializada por Toshiba en 1987. [36] [37] Los fundadores de SanDisk Corporation (entonces SanDisk) Eli Harari y Sanjay Mehrotra , junto con con Robert D. Norman, vio el potencial de la memoria flash como una alternativa a los discos duros existentes y presentó una patente para un SSD basado en flash en 1989. [38] SanDisk envió el primer SSD comercial basado en flash en 1991. [35] Era un SSD de 20 MB en una configuración PCMCIA , se vendía OEM por alrededor de $ 1,000 y fue utilizado por IBM en una computadora portátil ThinkPad. [39] En 1998, SanDisk introdujo SSD en factores de forma de 2½ y 3½ con interfaces PATA . [40]
En 1995, STEC, Inc. entró en el negocio de las memorias flash para dispositivos electrónicos de consumo. [41]
En 1995, M-Systems introdujo unidades de estado sólido basadas en flash [42] como reemplazo de HDD para las industrias militar y aeroespacial, así como para otras aplicaciones de misión crítica. Estas aplicaciones requieren la capacidad del SSD para soportar golpes extremos, vibraciones y rangos de temperatura. [43]
En 1999, BiTMICRO realizó una serie de presentaciones y anuncios sobre SSD basados en flash, incluido un SSD de 18 GB [44] 3,5 pulgadas. [45] En 2007, Fusion-io anunció una unidad de estado sólido basada en PCIe con 100.000 operaciones de entrada / salida por segundo (IOPS) de rendimiento en una sola tarjeta, con capacidades de hasta 320 GB. [46]
En Cebit 2009, OCZ Technology demostró un SSD flash de 1 TB [47] utilizando una interfaz PCI Express × 8. Logró una velocidad máxima de escritura de 0,654 gigabytes por segundo ( GB / s ) y una velocidad máxima de lectura de 0,712 GB / s. [48] En diciembre de 2009, Micron Technology anunció un SSD que utiliza una interfaz SATA de 6 gigabits por segundo ( Gbit / s ) . [49]
En 2016, Seagate demostró velocidades de lectura y escritura secuenciales de 10 GB / S desde un SSD PCIe 3.0 de 16 carriles y también demostró un SSD de 60 TB en un factor de forma de 3,5 pulgadas. Samsung también lanzó al mercado un SSD de 15,36 TB con un precio de 10.000 dólares estadounidenses utilizando una interfaz SAS, con un factor de forma de 2,5 pulgadas pero con el grosor de las unidades de 3,5 pulgadas. Esta fue la primera vez que un SSD disponible comercialmente tenía más capacidad que el HDD más grande disponible actualmente. [50] [51] [52] [53] [54]
En 2018, tanto Samsung como Toshiba introdujeron al mercado SSD de 30,72 TB con el mismo factor de forma de 2,5 pulgadas pero con un grosor de disco de 3,5 pulgadas utilizando una interfaz SAS. Nimbus Data anunció y supuestamente envió unidades de 100 TB utilizando una interfaz SATA, una capacidad que no se espera que alcancen los HDD hasta 2025. Samsung presentó un SSD M.2 NVMe con velocidades de lectura de 3,5 GB / sy velocidades de escritura de 3,3 GB / s. [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] En 2020 se lanzó una nueva versión del SSD de 100 TB a un precio de 40.000 dólares, mientras que la versión de 50 TB cuesta 12.500 dólares. [62] [63]
En 2019, Gigabyte Technology demostró un SSD PCIe 4.0 de 8 TB y 16 carriles con 15.0 GB / s de lectura secuencial y 15.2 GB / s de velocidad de escritura secuencial en Computex 2019. Incluía un ventilador , ya que los nuevos SSD de alta velocidad funcionan a altas temperaturas. [64] También en 2019, se lanzaron SSD NVMe M.2 que utilizan la interfaz PCIe 4.0. Estos SSD tienen velocidades de lectura de hasta 5,0 GB / sy velocidades de escritura de hasta 4,4 GB / s. Debido a su funcionamiento a alta velocidad, estos SSD utilizan disipadores de calor grandes y, si no reciben suficiente flujo de aire de refrigeración, normalmente se reducirán térmicamente después de aproximadamente 15 minutos de funcionamiento continuo a máxima velocidad. [65] Samsung también introdujo SSD capaces de velocidades de lectura y escritura secuenciales de 8 GB / sy 1,5 millones de IOPS, capaces de mover datos de chips dañados a chips no dañados, para permitir que el SSD continúe funcionando normalmente, aunque a menor capacidad. [66] [67] [68]
Unidades flash empresariales
Las unidades flash empresariales ( EFD ) están diseñadas para aplicaciones que requieren un alto rendimiento de E / S ( IOPS ), fiabilidad, eficiencia energética y, más recientemente, un rendimiento constante. En la mayoría de los casos, un EFD es un SSD con un conjunto de especificaciones más alto, en comparación con los SSD que normalmente se usarían en computadoras portátiles. EMC utilizó el término por primera vez en enero de 2008 para ayudarles a identificar a los fabricantes de SSD que proporcionarían productos que cumplieran con estos estándares más altos. [69] No existen organismos de normalización que controlen la definición de EFD, por lo que cualquier fabricante de SSD puede afirmar que produce EFD cuando, de hecho, el producto puede no cumplir realmente ningún requisito particular. [70]
Un ejemplo es la serie de unidades Intel DC S3700, introducida en el cuarto trimestre de 2012, que se centra en lograr un rendimiento constante, un área que anteriormente no había recibido mucha atención pero que Intel afirmó que era importante para el mercado empresarial. En particular, Intel afirma que, en un estado estable, las unidades S3700 no variarían sus IOPS en más de un 10-15%, y que el 99,9% de las E / S aleatorias de 4 KB reciben servicio en menos de 500 µs. [71]
Otro ejemplo es la serie SSD empresarial Toshiba PX02SS, anunciada en 2016, que está optimizada para su uso en plataformas de servidor y almacenamiento que requieren una alta resistencia de aplicaciones de escritura intensiva como el almacenamiento en caché de escritura, la aceleración de E / S y el procesamiento de transacciones en línea (OLTP). La serie PX02SS utiliza una interfaz SAS de 12 Gbit / s, con memoria flash MLC NAND y logra velocidades de escritura aleatorias de hasta 42,000 IOPS, velocidades de lectura aleatorias de hasta 130,000 IOPS y una clasificación de resistencia de 30 escrituras de unidad por día (DWPD). [72]
Los SSD basados en 3D XPoint tienen velocidades aleatorias más altas (IOPS más altas) pero velocidades de lectura / escritura secuenciales más bajas que sus contrapartes NAND-flash. Pueden tener hasta 2,5 millones de IOPS. [73] [74]
Unidades que utilizan otras tecnologías de memoria persistente
En 2017, se lanzaron los primeros productos con memoria 3D XPoint bajo la marca Optane de Intel . 3D Xpoint es completamente diferente de la memoria flash NAND y almacena datos utilizando principios diferentes.
Arquitectura y función
Los componentes clave de un SSD son el controlador y la memoria para almacenar los datos. El componente de memoria principal en un SSD era tradicionalmente la memoria volátil DRAM , pero desde 2009 es más comúnmente memoria flash no volátil NAND . [75] [4]
Controlador
Cada SSD incluye un controlador que incorpora los componentes electrónicos que conectan los componentes de la memoria NAND con la computadora host . El controlador es un procesador integrado que ejecuta código a nivel de firmware y es uno de los factores más importantes del rendimiento de SSD. [76] Algunas de las funciones realizadas por el controlador incluyen: [77] [78]
- Mapeo de bloques incorrectos
- Almacenamiento en caché de lectura y escritura
- Cifrado
- Trituración de cripto
- Detección y corrección de errores mediante código de corrección de errores (ECC), como el código BCH [79]
- Recolección de basura
- Leer limpieza y gestión de perturbaciones de lectura
- Nivelación de desgaste
El rendimiento de un SSD puede escalar con la cantidad de chips flash NAND paralelos utilizados en el dispositivo. Un solo chip NAND es relativamente lento, debido a la interfaz de E / S asíncrona estrecha (8/16 bits) y a la alta latencia adicional de las operaciones de E / S básicas (típico para SLC NAND, ~ 25 μs para obtener una página de 4 KiB de la matriz al búfer de E / S en una lectura, ~ 250 μs para enviar una página de 4 KiB desde el búfer de IO a la matriz en una escritura, ~ 2 ms para borrar un bloque de 256 KiB). Cuando varios dispositivos NAND operan en paralelo dentro de un SSD, el ancho de banda se escala y las altas latencias se pueden ocultar, siempre que haya suficientes operaciones pendientes pendientes y la carga se distribuya uniformemente entre los dispositivos. [80]
Micron e Intel inicialmente fabricaron SSD más rápidos mediante la implementación de bandas de datos (similar a RAID 0 ) y la intercalación en su arquitectura. Esto permitió la creación de SSD ultrarrápidos con velocidades efectivas de lectura / escritura de 250 MB / s con la interfaz SATA 3 Gbit / s en 2009. [81] Dos años más tarde, SandForce continuó aprovechando esta conectividad flash paralela, lanzando el nivel de consumidor. Controladores SSD SATA de 6 Gbit / s que admitían velocidades de lectura / escritura de 500 MB / s. [82] Los controladores SandForce comprimen los datos antes de enviarlos a la memoria flash. Este proceso puede resultar en menos escritura y mayor rendimiento lógico, dependiendo de la compresibilidad de los datos. [83]
Nivelación de desgaste
Si un bloque en particular se programa y se borra repetidamente sin escribir en ningún otro bloque, ese bloque se desgastará antes que todos los demás bloques, terminando así prematuramente la vida útil del SSD. Por esta razón, los controladores SSD utilizan una técnica llamada nivelación de desgaste para distribuir las escrituras de la manera más uniforme posible en todos los bloques de flash en el SSD.
En un escenario perfecto, esto permitiría que cada bloque se escribiera en su vida máxima para que todos fallaran al mismo tiempo. El proceso para distribuir las escrituras de manera uniforme requiere que los datos previamente escritos y que no cambien (datos fríos) se muevan, de modo que los datos que cambian con más frecuencia (datos calientes) se puedan escribir en esos bloques. La reubicación de datos aumenta la amplificación de escritura y aumenta el desgaste de la memoria flash. Los diseñadores buscan minimizar ambos. [84] [85]
Memoria
Memoria flash
Características de comparación | MLC : SLC | NAND : NOR |
---|---|---|
Razón de persistencia | 1:10 | 1:10 |
Relación de escritura secuencial | 1: 3 | 1: 4 |
Relación de lectura secuencial | 1: 1 | 15 |
Relación de precios | 1: 1,3 | 1: 0,7 |
La mayoría de los fabricantes de SSD utilizan memoria flash NAND no volátil en la construcción de sus SSD debido al menor costo en comparación con la DRAM y la capacidad de retener los datos sin una fuente de alimentación constante, lo que garantiza la persistencia de los datos a través de cortes de energía repentinos. [87] Los SSD de memoria flash eran inicialmente más lentos que las soluciones DRAM, y algunos diseños iniciales eran incluso más lentos que los HDD después de un uso continuo. Este problema fue resuelto por controladores que aparecieron en 2009 y posteriormente. [88]
Los SSD basados en flash almacenan datos en chips de circuitos integrados de semiconductores de óxido metálico (MOS) que contienen celdas de memoria de puerta flotante no volátil . [89] Las soluciones basadas en memoria flash suelen estar empaquetadas en factores de forma de unidad de disco estándar (1,8, 2,5 y 3,5 pulgadas), pero también en factores de forma más pequeños y compactos, como el factor de forma M.2 , hecho posible por el pequeño tamaño de la memoria flash.
Las unidades de menor precio suelen utilizar memoria flash de celda de triple nivel (TLC) o celda de varios niveles (MLC), que es más lenta y menos confiable que la memoria flash de celda de un solo nivel (SLC). [90] [91] Esto puede mitigarse o incluso revertirse mediante la estructura de diseño interno del SSD, como el entrelazado, los cambios en los algoritmos de escritura, [91] y un mayor sobreaprovisionamiento (más exceso de capacidad) con el que la nivelación de desgaste los algoritmos pueden funcionar. [92] [93] [94]
Se han introducido unidades de estado sólido que dependen de la tecnología V-NAND , en las que las capas de celdas se apilan verticalmente. [95]
DRACMA
Los SSD basados en memoria volátil como DRAM se caracterizan por un acceso a datos muy rápido, generalmente de menos de 10 microsegundos , y se utilizan principalmente para acelerar aplicaciones que de otro modo quedarían retenidas por la latencia de los SSD flash o los HDD tradicionales.
Los SSD basados en DRAM generalmente incorporan una batería interna o un adaptador de CA / CC externo y sistemas de almacenamiento de respaldo para garantizar la persistencia de los datos mientras no se suministra energía a la unidad desde fuentes externas. Si se pierde energía, la batería proporciona energía mientras toda la información se copia de la memoria de acceso aleatorio (RAM) al almacenamiento de respaldo. Cuando se restablece la energía, la información se copia de nuevo a la RAM desde el almacenamiento de respaldo y el SSD reanuda el funcionamiento normal (similar a la función de hibernación utilizada en los sistemas operativos modernos). [96] [97]
Los SSD de este tipo suelen estar equipados con módulos DRAM del mismo tipo que se utilizan en PC y servidores normales, que pueden intercambiarse y reemplazarse por módulos más grandes. [98] Como i-RAM , HyperOs HyperDrive , DDRdrive X1, etc. Algunos fabricantes de SSD DRAM sueldan los chips DRAM directamente a la unidad y no tienen la intención de intercambiarlos, como ZeusRAM, Aeon Drive, etc. . [99]
Un disco de acceso a memoria indirecto y remoto (disco RIndMA) utiliza una computadora secundaria con una red rápida o conexión Infiniband (directa) para actuar como un SSD basado en RAM, pero los SSD nuevos, más rápidos, basados en memoria flash, ya están disponibles en 2009 están haciendo que esta opción no sea tan rentable. [100]
Mientras que el precio de la DRAM sigue cayendo, el precio de la memoria Flash cae aún más rápido. El punto de cruce "Flash se vuelve más barato que DRAM" se produjo aproximadamente en 2004. [101] [102]
3D XPoint
En 2015, Intel y Micron anunciaron 3D XPoint como una nueva tecnología de memoria no volátil . [103] Intel lanzó la primera unidad basada en 3D XPoint (con la marca Intel® Optane ™ SSD) en marzo de 2017, comenzando con el producto de centro de datos: Intel® Optane ™ SSD DC P4800X Series, y luego con la versión de cliente: Intel® Optane ™ SSD 900P Series en octubre de 2017. Ambos productos funcionan más rápido y con mayor resistencia que los SSD basados en NAND, mientras que la densidad de área es comparable a 128 gigabits por chip. [104] [105] [106] [107] Por el precio por bit, 3D XPoint es más caro que NAND, pero más barato que DRAM. [108] [ fuente autoeditada? ]
Otro
Algunos SSD, llamados dispositivos NVDIMM o Hyper DIMM , usan tanto DRAM como memoria flash. Cuando se corta la energía, el SSD copia todos los datos de su DRAM a la memoria flash; cuando vuelve la energía, el SSD copia todos los datos de su flash a su DRAM. [109] De una manera algo similar, algunos SSD usan factores de forma y buses diseñados para módulos DIMM, mientras que usan solo memoria flash y hacen que parezca como si fuera DRAM. Estos SSD se conocen generalmente como dispositivos ULLtraDIMM . [110]
Las unidades conocidas como unidades híbridas o unidades híbridas de estado sólido (SSHD) utilizan un híbrido de discos giratorios y memoria flash. [111] [112] Algunas SSD utilizan memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio (MRAM) para almacenar datos. [113] [114]
Caché o búfer
Un SSD basado en flash generalmente usa una pequeña cantidad de DRAM como caché volátil , similar a los búferes en las unidades de disco duro. Un directorio de datos de nivelación de desgaste y colocación de bloques también se mantiene en la caché mientras la unidad está en funcionamiento. [80] Un fabricante de controladores SSD, SandForce , no usa una memoria caché DRAM externa en sus diseños, pero aún logra un alto rendimiento. Tal eliminación de la DRAM externa reduce el consumo de energía y permite una mayor reducción del tamaño de las SSD. [115]
Batería o supercondensador
Otro componente de los SSD de mayor rendimiento es un condensador o alguna forma de batería, que son necesarios para mantener la integridad de los datos, de modo que los datos de la caché se puedan vaciar en la unidad cuando se corta la energía; algunos incluso pueden mantener la energía el tiempo suficiente para mantener los datos en la caché hasta que se reanude la energía. [115] [116] En el caso de la memoria flash MLC, puede ocurrir un problema llamado corrupción de página inferior cuando la memoria flash MLC pierde energía mientras se programa una página superior. El resultado es que los datos escritos previamente y que se presume que son seguros pueden dañarse si la memoria no es compatible con un supercondensador en caso de una pérdida repentina de energía. Este problema no existe con la memoria flash SLC. [78]
La mayoría de los SSD para consumidores no tienen baterías ni condensadores integrados; [117] entre las excepciones se encuentran las series Crucial M500 y MX100, [118] la serie Intel 320, [119] y las series más caras Intel 710 y 730. [120] Los SSD de clase empresarial, como la serie Intel DC S3700, [121] suelen tener baterías o condensadores integrados.
Interfaz de host
La interfaz del host es físicamente un conector con la señalización administrada por el controlador del SSD . Con mayor frecuencia, es una de las interfaces que se encuentran en los discos duros. Incluyen:
- SCSI conectado en serie (SAS-3, 12.0 Gbit / s): generalmente se encuentra en servidores [123]
- Variante serial ATA y mSATA (SATA 3.0, 6.0 Gbit / s) [124]
- PCI Express (PCIe 3.0 × 4, 31.5 Gbit / s) [125]
- M.2 (6.0 Gbit / s para interfaz de dispositivo lógico SATA 3.0, 31.5 Gbit / s para PCIe 3.0 × 4)
- U.2 (PCIe 3.0 × 4)
- Canal de fibra (128 Gbit / s): se encuentra casi exclusivamente en servidores
- USB (10 Gbit / s) [126]
- ATA paralelo (UDMA, 1064 Mbit / s): reemplazado principalmente por SATA [127] [128]
- (Paralelo) SCSI (40 Mbit / s - 2560 Mbit / s): generalmente se encuentra en servidores, reemplazado principalmente por SAS ; El último SSD basado en SCSI se introdujo en 2004 [129]
Los SSD admiten varias interfaces de dispositivos lógicos, como la interfaz de controlador de host avanzada (AHCI) y NVMe. Las interfaces de dispositivos lógicos definen los conjuntos de comandos que utilizan los sistemas operativos para comunicarse con SSD y adaptadores de bus de host (HBA).
Configuraciones
El tamaño y la forma de cualquier dispositivo dependen en gran medida del tamaño y la forma de los componentes utilizados para fabricar ese dispositivo. Los discos duros y las unidades ópticas tradicionales están diseñados alrededor de los platos giratorios o del disco óptico junto con el motor del eje en el interior. Si un SSD se compone de varios circuitos integrados (IC) interconectados y un conector de interfaz, entonces su forma ya no se limita a la forma de unidades de medios giratorias. Algunas soluciones de almacenamiento de estado sólido vienen en un chasis más grande que incluso puede ser un factor de forma de montaje en rack con numerosos SSD en su interior. Todos se conectarían a un bus común dentro del chasis y se conectarían fuera de la caja con un solo conector. [4]
Para el uso general de computadoras, el factor de forma de 2.5 pulgadas (que normalmente se encuentra en computadoras portátiles) es el más popular. En el caso de computadoras de escritorio con ranuras para unidades de disco duro de 3,5 pulgadas, se puede utilizar una placa adaptadora simple para ajustar dicha unidad. Otros tipos de factores de forma son más comunes en las aplicaciones empresariales. Un SSD también se puede integrar completamente en los otros circuitos del dispositivo, como en el Apple MacBook Air (comenzando con el modelo de otoño de 2010). [130] A partir de 2014[actualizar], los factores de forma mSATA y M.2 también ganaron popularidad, principalmente en las computadoras portátiles.
Factores de forma estándar de HDD
El beneficio de utilizar un factor de forma de HDD actual sería aprovechar la amplia infraestructura que ya existe para montar y conectar las unidades al sistema host. [4] [131] Estos factores de forma tradicionales se conocen por el tamaño del soporte giratorio (es decir, 5,25 pulgadas, 3,5 pulgadas, 2,5 pulgadas o 1,8 pulgadas) y no por las dimensiones de la carcasa de la unidad. [132]
Factores de forma de tarjeta estándar
Para aplicaciones donde el espacio es escaso, como ultrabooks o tabletas , se estandarizaron algunos factores de forma compactos para SSD basados en flash.
Existe el factor de forma mSATA, que utiliza el diseño físico de la minitarjeta PCI Express . Sigue siendo eléctricamente compatible con la especificación de interfaz PCI Express Mini Card y requiere una conexión adicional al controlador de host SATA a través del mismo conector.
El factor de forma M.2 , anteriormente conocido como el factor de forma de próxima generación (NGFF), es una transición natural del diseño mSATA y físico que usaba, a un factor de forma más utilizable y más avanzado. Si bien mSATA aprovechó un factor de forma y un conector existentes, M.2 se ha diseñado para maximizar el uso del espacio de la tarjeta, al tiempo que minimiza el espacio que ocupa. El estándar M.2 permite instalar SSD SATA y PCI Express en módulos M.2. [133]
Factores de forma de disco en un módulo
Un disco en un módulo ( DOM ) es una unidad flash con interfaz Parallel ATA (PATA) o SATA de 40/44 pines , diseñada para conectarse directamente a la placa base y usarse como una unidad de disco duro (HDD) de computadora . Los dispositivos DOM emulan una unidad de disco duro tradicional, por lo que no se necesitan controladores especiales u otro soporte de sistema operativo específico. Los DOM se utilizan generalmente en sistemas integrados , que a menudo se implementan en entornos hostiles donde los discos duros mecánicos simplemente fallarían, o en clientes ligeros debido a su pequeño tamaño, bajo consumo de energía y funcionamiento silencioso.
A partir de 2016,[actualizar]las capacidades de almacenamiento varían de 4 MB a 128 GB con diferentes variaciones en los diseños físicos, incluida la orientación vertical u horizontal. [ cita requerida ]
Factores de forma de caja
Muchas de las soluciones basadas en DRAM utilizan una caja que a menudo está diseñada para caber en un sistema de montaje en rack. La cantidad de componentes DRAM necesarios para obtener la capacidad suficiente para almacenar los datos junto con las fuentes de alimentación de respaldo requiere un espacio más grande que los factores de forma de HDD tradicionales. [134]
Factores de forma de tablero desnudo
SSD multicapa SATA Cube y AMP SATA Bridge de Viking Technology
SSD basado en SATADIMM con tecnología Viking
Factor de forma MO-297 SATA drive-on-a-module (DOM) SSD
Un SSD SATA con conector personalizado
Los factores de forma que eran más comunes en los módulos de memoria ahora están siendo utilizados por los SSD para aprovechar su flexibilidad a la hora de distribuir los componentes. Algunos de estos incluyen PCIe , mini PCIe , mini-DIMM , MO-297 y muchos más. [135] El SATADIMM de Viking Technology utiliza una ranura DIMM DDR3 vacía en la placa base para proporcionar energía al SSD con un conector SATA separado para proporcionar la conexión de datos a la computadora. El resultado es un SSD fácil de instalar con una capacidad equivalente a las unidades que suelen ocupar un compartimento completo para unidades de 2,5 pulgadas . [136] Al menos un fabricante, Innodisk , ha producido una unidad que se coloca directamente en el conector SATA (SATADOM) de la placa base sin necesidad de un cable de alimentación. [137] Algunas SSD se basan en el factor de forma PCIe y conectan tanto la interfaz de datos como la alimentación a través del conector PCIe al host. Estas unidades pueden utilizar controladores flash PCIe directos [138] o un dispositivo puente de PCIe a SATA que luego se conecta a controladores flash SATA. [139]
Factores de forma de matriz de rejilla de bolas
A principios de la década de 2000, algunas empresas introdujeron SSD en factores de forma Ball Grid Array (BGA), como DiskOnChip [140] de M-Systems (ahora SanDisk ) y NANDrive [141] [142] de Silicon Storage Technology (ahora producido por Greenliant Systems ) y el M1000 [143] de Memoright para su uso en sistemas integrados. Los principales beneficios de los SSD BGA son su bajo consumo de energía, el tamaño de paquete de chip pequeño para adaptarse a subsistemas compactos y que se pueden soldar directamente a la placa base del sistema para reducir los efectos adversos de vibraciones y golpes. [144]
Estas unidades integradas suelen adherirse a los estándares eMMC y eUFS .
Comparación con otras tecnologías
Discos Duros
Hacer una comparación entre SSD y HDD ordinarios (giratorios) es difícil. Los puntos de referencia de HDD tradicionales tienden a centrarse en las características de rendimiento que son deficientes con los HDD, como la latencia de rotación y el tiempo de búsqueda . Como los SSD no necesitan girar o buscar para localizar datos, pueden resultar muy superiores a los HDD en tales pruebas. Sin embargo, los SSD presentan desafíos con lecturas y escrituras mixtas, y su rendimiento puede degradarse con el tiempo. Las pruebas de SSD deben comenzar desde la unidad completa (en uso), ya que la unidad nueva y vacía (nueva, lista para usar) puede tener un rendimiento de escritura mucho mejor de lo que mostraría después de solo unas semanas de uso. [145]
La mayoría de las ventajas de las unidades de estado sólido sobre las unidades de disco duro tradicionales se deben a su capacidad para acceder a los datos de forma completamente electrónica en lugar de electromecánica, lo que resulta en velocidades de transferencia superiores y resistencia mecánica. [146] Por otro lado, las unidades de disco duro ofrecen una capacidad significativamente mayor por su precio. [3] [147]
Algunas tasas de fallas de campo indican que las SSD son significativamente más confiables que las HDD [148] [149], pero otras no. Sin embargo, los SSD son especialmente sensibles a las interrupciones repentinas de energía, lo que resulta en escrituras abortadas o incluso en casos de pérdida total de la unidad. [150] La confiabilidad de los HDD y SSD varía mucho entre los modelos. [151]
Al igual que con los discos duros, existe una compensación entre el costo y el rendimiento de los diferentes SSD. Los SSD de celda de un solo nivel (SLC), aunque son significativamente más costosos que los SSD de varios niveles (MLC), ofrecen una ventaja de velocidad significativa. Al mismo tiempo, el almacenamiento de estado sólido basado en DRAM se considera actualmente el más rápido y costoso, con tiempos de respuesta promedio de 10 microsegundos en lugar del promedio de 100 microsegundos de otros SSD. Los dispositivos flash empresariales (EFD) están diseñados para manejar las demandas de las aplicaciones de nivel 1 con un rendimiento y tiempos de respuesta similares a los de los SSD menos costosos. [152]
En los discos duros tradicionales, un archivo reescrito generalmente ocupará la misma ubicación en la superficie del disco que el archivo original, mientras que en los discos SSD, la nueva copia a menudo se escribirá en diferentes celdas NAND con el fin de nivelar el desgaste . Los algoritmos de nivelación del desgaste son complejos y difíciles de probar exhaustivamente; como resultado, una de las principales causas de pérdida de datos en las SSD son los errores de firmware. [153] [154]
La siguiente tabla muestra una descripción detallada de las ventajas y desventajas de ambas tecnologías. Las comparaciones reflejan características típicas y es posible que no sean válidas para un dispositivo específico.
Atributo o característica | Unidad de estado sólido | Disco duro |
---|---|---|
Precio por capacidad | Los SSD generalmente son más costosos que los HDD y se espera que sigan siéndolo en la próxima década [ necesita actualización ] . [155] El precio de SSD a partir del primer trimestre de 2018 rondaba los 30 centavos de dólar (EE. UU.) Por gigabyte según los modelos de 4 TB. [156] Los precios en general han disminuido anualmente y se espera que a partir de 2018 continúen haciéndolo. | El precio del disco duro a partir del primer trimestre de 2018 rondaba entre 2 y 3 centavos (EE. UU.) Por gigabyte en función de los modelos de 1 TB. [156] Los precios en general han disminuido anualmente y se espera que a partir de 2018 continúen haciéndolo. |
Capacidad de almacenamiento | En 2018, los SSD estaban disponibles en tamaños de hasta 100 TB, [157] pero menos costosos, los modelos de 120 a 512 GB eran más comunes. | En 2018, estaban disponibles HDD de hasta 16 TB [158] . |
Fiabilidad: retención de datos | Si se dejan sin energía, los SSD desgastados generalmente comienzan a perder datos después de aproximadamente uno o dos años de almacenamiento, dependiendo de la temperatura. Se supone que las nuevas unidades retienen los datos durante unos diez años. [8] Los dispositivos basados en MLC y TLC tienden a perder datos antes que los dispositivos basados en SLC. Los SSD no son adecuados para uso de archivos. | Si se mantienen en un ambiente seco a bajas temperaturas, los discos duros pueden retener sus datos durante un período de tiempo muy largo incluso sin energía. Sin embargo, las partes mecánicas tienden a coagularse con el tiempo y la unidad no gira después de algunos años de almacenamiento. |
Fiabilidad - longevidad | Los SSD no tienen partes móviles que puedan fallar mecánicamente, por lo que, en teoría, deberían ser más confiables que los HDD. Sin embargo, en la práctica esto no está claro [159]. Cada bloque de un SSD basado en flash solo se puede borrar (y, por lo tanto, escribir) un número limitado de veces antes de que falle. Los controladores gestionan esta limitación para que las unidades puedan durar muchos años con un uso normal. [160] [161] [162] [163] [164] Los SSD basados en DRAM no tienen un número limitado de escrituras. Sin embargo, la falla de un controlador puede inutilizar un SSD. La confiabilidad varía significativamente entre los diferentes fabricantes y modelos de SSD con tasas de retorno que alcanzan el 40% para unidades específicas. [149] Muchos SSD fallan críticamente en cortes de energía; Una encuesta de diciembre de 2013 de muchos SSD encontró que solo algunos de ellos pueden sobrevivir a múltiples cortes de energía. [165] [ necesita actualización? ] Un estudio de Facebook encontró que el diseño de datos dispersos en el espacio de direcciones físicas de un SSD (por ejemplo, datos asignados no contiguos), diseño de datos denso (por ejemplo, datos contiguos) y una temperatura de funcionamiento más alta (que se correlaciona con la potencia utilizada para transmitir datos) cada conducir a un aumento de las tasas de falla entre los SSD. [166] Sin embargo, los SSD se han sometido a muchas revisiones que los han hecho más fiables y duraderos. Los nuevos SSD del mercado actual utilizan circuitos de protección contra pérdida de energía, técnicas de nivelación del desgaste y estrangulamiento térmico para garantizar la longevidad. [167] [168] | Los HDD tienen partes móviles y están sujetos a posibles fallas mecánicas por el desgaste resultante, por lo que, en teoría, deberían ser menos confiables que los SSD. Sin embargo, en la práctica esto no está claro [159]. El medio de almacenamiento en sí (plato magnético) no se degrada esencialmente por las operaciones de lectura y escritura. Según un estudio realizado por la Carnegie Mellon University para HDD de nivel empresarial y de consumo, su tasa promedio de fallas es de 6 años y la esperanza de vida es de 9 a 11 años. [169] Sin embargo, el riesgo de una pérdida repentina y catastrófica de datos puede ser menor para los discos duros. [170] Cuando se almacena fuera de línea (sin alimentación en el estante) a largo plazo, el medio magnético del HDD retiene los datos mucho más tiempo que la memoria flash utilizada en los SSD. |
Tiempo de inicio | Casi instantáneo; sin componentes mecánicos para preparar. Es posible que necesite unos milisegundos para salir del modo de ahorro de energía automático. | La aceleración de la unidad puede tardar varios segundos. Un sistema con muchas unidades puede necesitar escalonar el giro para limitar el consumo máximo de energía, que es brevemente alto cuando se inicia una unidad de disco duro por primera vez. [171] |
Rendimiento de acceso secuencial | En los productos de consumo, la velocidad máxima de transferencia suele oscilar entre unos 200 MB / sa 3500 MB / s, [172] [173] [174] dependiendo de la unidad. Los SSD empresariales pueden tener un rendimiento de varios gigabytes por segundo. | Una vez que se coloca el cabezal, al leer o escribir una pista continua, un HDD moderno puede transferir datos a unos 200 MB / s. La tasa de transferencia de datos depende también de la velocidad de rotación, que puede oscilar entre 3.600 y 15.000 rpm [175] y también de la pista (la lectura de las pistas exteriores es más rápida). La velocidad de transferencia de datos puede ser de hasta 480 MB / s (experimental). [176] |
Rendimiento de acceso aleatorio [177] | El tiempo de acceso aleatorio suele ser inferior a 0,1 ms. [178] [179] Como los datos se pueden recuperar directamente desde varias ubicaciones de la memoria flash, el tiempo de acceso no suele ser un gran cuello de botella en el rendimiento. El rendimiento de lectura no cambia según el lugar donde se almacenan los datos. En las aplicaciones, donde las búsquedas de unidades de disco duro son el factor limitante, esto se traduce en tiempos de arranque y ejecución de aplicaciones más rápidos (consulte la ley de Amdahl ). [180] [171] La tecnología SSD puede ofrecer una velocidad de lectura / escritura bastante consistente, pero cuando se accede a muchos bloques individuales más pequeños, el rendimiento se reduce. La memoria flash debe borrarse antes de poder reescribirla. Esto requiere un número excesivo de operaciones de escritura por encima de lo previsto (un fenómeno conocido como amplificación de escritura ), lo que afecta negativamente al rendimiento. [181] Los SSD suelen mostrar una reducción pequeña y constante en el rendimiento de escritura durante su vida útil, aunque la velocidad de escritura promedio de algunas unidades puede mejorar con el tiempo. [182] | El tiempo de latencia de lectura es mucho mayor que el de los SSD. [183] El tiempo de acceso aleatorio varía de 2.9 (unidad de servidor de gama alta) a 12 ms (disco duro de computadora portátil) debido a la necesidad de mover los cabezales y esperar a que los datos giren debajo del cabezal magnético. [184] El tiempo de lectura es diferente para cada búsqueda diferente, ya que la ubicación de los datos y la ubicación de la cabeza probablemente sean diferentes. Si se debe acceder a datos de diferentes áreas del plato, como ocurre con los archivos fragmentados, los tiempos de respuesta se verán incrementados por la necesidad de buscar cada fragmento. [185] |
Impacto de la fragmentación del sistema de archivos | Hay un beneficio limitado de leer datos de forma secuencial (más allá de los tamaños de bloque típicos de FS, digamos 4 KiB ), lo que hace que la fragmentación sea insignificante para los SSD. La desfragmentación causaría desgaste al realizar escrituras adicionales de las celdas flash NAND, que tienen un ciclo de vida limitado. [186] [187] Sin embargo, incluso con SSD hay un límite práctico sobre cuánta fragmentación pueden soportar ciertos sistemas de archivos; una vez que se alcanza ese límite, las asignaciones de archivos posteriores fallan. [188] En consecuencia, la desfragmentación aún puede ser necesaria, aunque en menor grado. [188] | Algunos sistemas de archivos, como NTFS , se fragmentan con el tiempo si se escriben con frecuencia; Se requiere desfragmentación periódica para mantener un rendimiento óptimo. [189] Esto no suele ser un problema en los sistemas de archivos modernos. [ cita requerida ] [ aclaración necesaria ] |
Ruido (acústico) [190] | Los SSD no tienen partes móviles y, por lo tanto, son silenciosos, aunque, en algunos SSD, puede producirse un ruido de tono alto del generador de alto voltaje (para borrar bloques). | Los discos duros tienen partes móviles ( cabezales , actuador y motor de husillo ) y emiten sonidos característicos de zumbidos y chasquidos; Los niveles de ruido varían según las RPM, pero pueden ser significativos (aunque a menudo son mucho más bajos que el sonido de los ventiladores de refrigeración). Los discos duros de los portátiles son relativamente silenciosos. |
Control de temperatura [191] | Un estudio de Facebook encontró que a temperaturas de funcionamiento superiores a 40 ° C, la tasa de fallas entre los SSD aumenta con la temperatura. Sin embargo, este no fue el caso con las unidades más nuevas que emplean estrangulamiento térmico , aunque con un costo potencial para el rendimiento. [166] En la práctica, los SSD generalmente no requieren ningún enfriamiento especial y pueden tolerar temperaturas más altas que los HDD. Los modelos empresariales de gama alta instalados como tarjetas complementarias o dispositivos de bahía de 2,5 pulgadas pueden enviarse con disipadores de calor para disipar el calor generado, [192] que requieren ciertos volúmenes de flujo de aire para funcionar. [193] | Las temperaturas ambientales superiores a 35 ° C (95 ° F) pueden acortar la vida útil de un disco duro y la confiabilidad se verá comprometida a temperaturas de la unidad superiores a 55 ° C (131 ° F). Es posible que se requiera enfriamiento con ventilador si las temperaturas excederían estos valores. [194] En la práctica, las unidades de disco duro modernas pueden utilizarse sin disposiciones especiales para la refrigeración. |
Temperatura de funcionamiento más baja [195] | Los SSD pueden funcionar a -55 ° C (-67 ° F). | La mayoría de los discos duros modernos pueden funcionar a 0 ° C (32 ° F). |
Mayor altitud en funcionamiento [196] | Los SSD no tienen problemas al respecto. [197] | Los discos duros pueden funcionar de forma segura a una altitud máxima de 3000 metros (10000 pies). Los discos duros no funcionarán en altitudes superiores a 12.000 metros (40.000 pies). [198] Con la introducción de discos duros rellenos de helio [199] [200] (sellados), se espera que esto sea un problema menor. |
Pasar de un ambiente frío a un ambiente más cálido | Los SSD no tienen problemas con esto. Debido al mecanismo de estrangulamiento térmico, los SSD se mantienen seguros y se previenen del desequilibrio de temperatura. | Es posible que se necesite cierto tiempo de aclimatación al mover algunos discos duros de un entorno frío a uno más cálido antes de utilizarlos; Dependiendo de la humedad, podría producirse condensación en los cabezales y / o discos y su funcionamiento inmediato provocará daños en dichos componentes. [201] Los discos duros de helio modernos están sellados y no tienen ese problema. |
Orificio de ventilación | Los SSD no requieren un orificio de ventilación. | La mayoría de los discos duros modernos requieren un orificio de ventilación para funcionar correctamente. [198] Los dispositivos llenos de helio están sellados y no tienen orificio. |
Susceptibilidad a factores ambientales [180] [202] [203] | Sin partes móviles, muy resistente a golpes , vibraciones, movimientos y contaminación. | Los cabezales que vuelan sobre platos que giran rápidamente son susceptibles a golpes, vibraciones, movimientos y contaminación que podrían dañar el medio. |
Instalación y montaje | No es sensible a la orientación, vibración o golpes. Por lo general, no hay circuitos expuestos. Los circuitos pueden quedar expuestos en un dispositivo en forma de tarjeta y no deben ser cortocircuitados por materiales conductores. | Los circuitos pueden estar expuestos y no deben ser cortocircuitados por materiales conductores (como el chasis metálico de una computadora). Debe montarse para proteger contra vibraciones y golpes. Algunas unidades de disco duro no deben instalarse en una posición inclinada. [204] |
Susceptibilidad a campos magnéticos. | Bajo impacto en la memoria flash, pero un pulso electromagnético dañará cualquier sistema eléctrico, especialmente los circuitos integrados . | En general, los imanes o las sobretensiones magnéticas pueden provocar daños en los datos o daños mecánicos en las partes internas del variador. La caja de metal de Drive proporciona un bajo nivel de protección a los platos magnéticos. [205] [206] [207] |
Peso y tamaño [202] | Los SSD, esencialmente dispositivos de memoria semiconductores montados en una placa de circuito, son pequeños y livianos. A menudo siguen los mismos factores de forma que los HDD (2,5 o 1,8 pulgadas) o son PCB desnudos (M.2 y mSATA). Los gabinetes de la mayoría de los modelos convencionales, si los hay, están hechos principalmente de plástico o metal liviano. Los modelos de alto rendimiento a menudo tienen disipadores de calor conectados al dispositivo, o tienen carcasas voluminosas que sirven como su disipador de calor, aumentando su peso. | Los HDD son generalmente más pesados que los SSD, ya que las carcasas están hechas principalmente de metal y contienen objetos pesados como motores e imanes grandes. Las unidades de 3,5 pulgadas suelen pesar alrededor de 700 gramos (alrededor de 1,5 libras). |
Limitaciones de escritura segura | La memoria flash NAND no se puede sobrescribir, pero se debe volver a escribir en bloques borrados previamente. Si un programa de cifrado de software cifra los datos que ya están en el SSD, los datos sobrescritos siguen sin estar seguros, sin cifrar y accesibles (el cifrado de hardware basado en unidades no tiene este problema). Además, los datos no se pueden borrar de forma segura sobrescribiendo el archivo original sin procedimientos especiales de "Borrado seguro" integrados en la unidad. [208] | Los discos duros pueden sobrescribir datos directamente en la unidad en cualquier sector en particular. Sin embargo, el firmware de la unidad puede intercambiar bloques dañados con áreas de repuesto, por lo que es posible que aún haya partes y partes. Los discos duros de algunos fabricantes llenan todo el disco con ceros, incluidos los sectores reubicados, en el comando ATA Secure Erase Enhanced Erase. [209] |
Simetría de rendimiento de lectura / escritura | Los SSD menos costosos suelen tener velocidades de escritura significativamente más bajas que sus velocidades de lectura. Los SSD de mayor rendimiento tienen velocidades de lectura y escritura similares. | Los discos duros generalmente tienen tiempos de búsqueda un poco más largos (peores) para escribir que para leer. [210] |
Disponibilidad de bloques gratis y TRIM | El rendimiento de escritura de SSD se ve afectado significativamente por la disponibilidad de bloques programables gratuitos. TRIM puede recuperar los bloques de datos previamente escritos que ya no están en uso ; sin embargo, incluso con TRIM, menos bloques libres provocan un rendimiento más lento. [80] [211] [212] | Los discos duros no se ven afectados por los bloques libres y no se benefician de TRIM. |
El consumo de energía | Los SSD basados en flash de alto rendimiento generalmente requieren de la mitad a un tercio de la potencia de los HDD. Los SSD DRAM de alto rendimiento generalmente requieren tanta energía como los HDD y deben estar conectados a la alimentación incluso cuando el resto del sistema está apagado. [213] [214] Las tecnologías emergentes como DevSlp pueden minimizar los requisitos de energía de las unidades inactivas. | Los discos duros de menor potencia (tamaño de 1,8 pulgadas) pueden consumir tan solo 0,35 vatios cuando están inactivos. [215] Las unidades de 2,5 pulgadas suelen consumir de 2 a 5 vatios. Las unidades de 3,5 pulgadas de mayor rendimiento pueden consumir hasta unos 20 vatios. |
Densidad de almacenamiento de área máxima (Terabits por pulgada cuadrada) | 2,8 [216] | 1.2 [216] |
Tarjetas de memoria
Si bien tanto las tarjetas de memoria como la mayoría de los SSD usan memoria flash, sirven a mercados y propósitos muy diferentes. Cada uno tiene una serie de atributos diferentes que se optimizan y ajustan para satisfacer mejor las necesidades de usuarios particulares. Algunas de estas características incluyen el consumo de energía, el rendimiento, el tamaño y la confiabilidad. [217]
Los SSD se diseñaron originalmente para su uso en un sistema informático. Las primeras unidades estaban destinadas a reemplazar o aumentar las unidades de disco duro, por lo que el sistema operativo las reconoció como un disco duro. Originalmente, las unidades de estado sólido incluso se formaban y montaban en la computadora como discos duros. Más tarde, los SSD se volvieron más pequeños y compactos, y finalmente desarrollaron sus propios factores de forma únicos, como el factor de forma M.2 . El SSD fue diseñado para instalarse permanentemente dentro de una computadora. [217]
Por el contrario, las tarjetas de memoria (como Secure Digital (SD), CompactFlash (CF) y muchas otras) se diseñaron originalmente para cámaras digitales y luego se introdujeron en teléfonos móviles, dispositivos de juego, unidades GPS, etc. La mayoría de las tarjetas de memoria son físicamente más pequeño que los SSD y diseñado para insertarse y quitarse repetidamente. [217]
Fallo de SSD
Los SSD tienen modos de falla muy diferentes a los de los discos duros magnéticos tradicionales. Debido a que las unidades de estado sólido no contienen partes móviles, generalmente no están sujetas a fallas mecánicas. En cambio, son posibles otros tipos de fallas (por ejemplo, escrituras incompletas o fallidas debido a una falla repentina de energía pueden ser un problema mayor que con los discos duros, y si un chip falla, todos los datos que contiene se pierden, un escenario no aplicable a accionamientos magnéticos). Sin embargo, en general, los estudios han demostrado que los SSD son generalmente altamente confiables y, a menudo, continúan funcionando mucho más allá de la vida útil esperada según lo declarado por su fabricante. [218]
La resistencia de un SSD debe proporcionarse en su hoja de datos en una de dos formas:
- ya sea n DW / D ( n unidades escritas por día )
- o m TBW ( terabytes max escritas ), corto TBW . [219]
Entonces, por ejemplo, un Samsung 970 EVO NVMe M.2 SSD (2018) con 1 TB tiene una resistencia de 600 TBW. [220]
Modos de falla y confiabilidad de SSD
Una de las primeras investigaciones de Techreport.com que se llevó a cabo entre 2013 y 2015 involucró una serie de SSD basados en flash que se probaron hasta su destrucción para identificar cómo y en qué punto fallaron. El sitio web descubrió que todas las unidades "superaron sus especificaciones oficiales de resistencia al escribir cientos de terabytes sin problemas"; volúmenes de ese orden excedían las necesidades típicas del consumidor. [221] El primer SSD que falló fue el basado en TLC, y la unidad logró escribir más de 800 TB. Tres SSD en la prueba escribieron tres veces esa cantidad (casi 2,5 PB) antes de que también fallaran. [221] La prueba demostró la notable fiabilidad incluso de los SSD del mercado de consumo.
Un estudio de campo de 2016 basado en datos recopilados durante seis años en los centros de datos de Google y que abarcan "millones" de días de disco encontró que la proporción de SSD basados en flash que requieren reemplazo en sus primeros cuatro años de uso osciló entre el 4% y el 10%. dependiendo del modelo. Los autores concluyeron que las SSD fallan a una tasa significativamente menor que las unidades de disco duro. [218] (En contraste, una evaluación de 2016 de 71,940 HDD encontró tasas de falla comparables a las de las SSD de Google: las HDD tenían en promedio una tasa de falla anualizada del 1,95%). [222] El estudio también mostró, en el lado negativo , que los SSD experimentan tasas significativamente más altas de errores incorregibles (que causan pérdida de datos) que los HDD. También condujo a algunos resultados e implicaciones inesperados:
- En el mundo real, los diseños basados en MLC , que se consideran menos confiables que los diseños de SLC , suelen ser tan confiables como SLC. (Los hallazgos indican que "SLC [no es] generalmente más confiable que MLC"). Pero generalmente se dice que la resistencia a la escritura es la siguiente:
- SLC NAND: 100.000 borrados por bloque
- MLC NAND: 5,000 a 10,000 borrados por bloque para aplicaciones de capacidad media y 1,000 a 3,000 para aplicaciones de alta capacidad
- TLC NAND: 1,000 borrados por bloque
- La antigüedad del dispositivo, medida por días de uso, es el factor principal en la confiabilidad de SSD y no la cantidad de datos leídos o escritos, que se miden por terabytes escritos o escrituras de disco por día. Esto sugiere que están en juego otros mecanismos de envejecimiento, como el "envejecimiento del silicio". La correlación es significativa (alrededor de 0,2-0,4).
- Las tasas de error de bits sin procesar (RBER) aumentan lentamente con el desgaste, y no exponencialmente como se supone a menudo. RBER no es un buen predictor de otros errores o fallas de SSD.
- La tasa de error de bit incorregible (UBER) se usa ampliamente, pero tampoco es un buen predictor de fallas. Sin embargo, las tasas de SSD UBER son más altas que las de los HDD, por lo que, aunque no predicen fallas, pueden provocar la pérdida de datos debido a que los bloques ilegibles son más comunes en los SSD que en los HDD. La conclusión establece que, aunque es más confiable en general, la tasa de errores incorregibles que pueden afectar a un usuario es mayor.
- "Los bloques defectuosos en los nuevos SSD son comunes, y las unidades con una gran cantidad de bloques defectuosos tienen muchas más probabilidades de perder cientos de otros bloques, muy probablemente debido a una falla en el chip o en el chip. Entre el 30 y el 80% de los SSD desarrollan al menos uno block y entre el 2% y el 7% desarrollan al menos un chip defectuoso en los primeros cuatro años de implementación ".
- No hay un aumento brusco de errores una vez que se alcanza la vida útil esperada.
- La mayoría de los SSD no desarrollan más que unos pocos bloques defectuosos, quizás 2 a 4. Los SSD que desarrollan muchos bloques defectuosos a menudo desarrollan muchos más (quizás cientos) y pueden ser propensos a fallar. Sin embargo, la mayoría de las unidades (99% +) se envían con bloques defectuosos de fabricación. El hallazgo general fue que los bloques defectuosos son comunes y del 30 al 80% de las unidades desarrollarán al menos uno en uso, pero incluso unos pocos bloques defectuosos (2–4) son un predictor de hasta cientos de bloques defectuosos en un momento posterior. El recuento de bloques defectuosos en la fabricación se correlaciona con el desarrollo posterior de otros bloques defectuosos. La conclusión del informe agregó que los SSD tendían a tener "menos de un puñado" de bloques defectuosos o "un gran número", y sugirió que esto podría ser una base para predecir eventuales fallas.
- Alrededor del 2 al 7% de los SSD desarrollarán chips defectuosos en sus primeros cuatro años de uso. Más de dos tercios de estos chips habrán infringido las tolerancias y especificaciones de sus fabricantes, que normalmente garantizan que no más del 2% de los bloques en un chip fallarán dentro de su vida útil de escritura esperada.
- El 96% de los SSD que necesitan reparación (servicio de garantía), necesitan reparación solo una vez en su vida. Los días entre reparaciones varían desde "un par de miles de días" hasta "casi 15.000 días", según el modelo.
Recuperación de datos y eliminación segura
Las unidades de estado sólido han planteado nuevos desafíos para las empresas de recuperación de datos , ya que el método de almacenamiento de datos no es lineal y es mucho más complejo que el de las unidades de disco duro. La estrategia mediante la cual la unidad funciona internamente puede variar en gran medida entre los fabricantes, y el comando TRIM pone a cero todo el rango de un archivo eliminado. La nivelación de desgaste también significa que la dirección física de los datos y la dirección expuesta al sistema operativo son diferentes.
En cuanto a la eliminación segura de datos, se podría utilizar el comando ATA Secure Erase. Se puede utilizar un programa como hdparm para este propósito.
Métricas de confiabilidad
La Asociación de Tecnología de Estado Sólido de JEDEC (JEDEC) ha publicado estándares para métricas de confiabilidad: [223]
- Tasa de error de bit irrecuperable (UBER)
- Terabytes escritos (TBW): la cantidad de terabytes que se pueden escribir en una unidad dentro de su garantía
- Drive Writes Per Day (DWPD): la cantidad de veces que se puede escribir la capacidad total de la unidad por día dentro de su garantía
Aplicaciones
Debido a su costo generalmente prohibitivo en comparación con los HDD en ese momento, hasta 2009, los SSD se usaban principalmente en aquellos aspectos de aplicaciones de misión crítica donde la velocidad del sistema de almacenamiento debía ser lo más alta posible. Dado que la memoria flash se ha convertido en un componente común de los SSD, la caída de los precios y el aumento de las densidades la han hecho más rentable para muchas otras aplicaciones. Por ejemplo, en el entorno de computación distribuida , los SSD se pueden utilizar como el componente básico de una capa de caché distribuida que absorbe temporalmente el gran volumen de solicitudes de los usuarios al sistema de almacenamiento backend basado en HDD, que es más lento. Esta capa proporciona un ancho de banda mucho mayor y una latencia más baja que el sistema de almacenamiento, y se puede administrar de varias formas, como una base de datos distribuida de valores clave y un sistema de archivos distribuido . En las supercomputadoras, esta capa se denomina típicamente búfer de ráfagas . Con esta capa rápida, los usuarios a menudo experimentan un tiempo de respuesta del sistema más corto. Organizaciones que pueden beneficiarse de un acceso más rápido de datos del sistema incluyen la equidad de comercio de las empresas, de telecomunicaciones corporaciones y los medios de transmisión y de edición de vídeo empresas. La lista de aplicaciones que podrían beneficiarse de un almacenamiento más rápido es amplia. [4]
Las unidades de estado sólido basadas en flash se pueden utilizar para crear dispositivos de red a partir de hardware de computadora personal de uso general . Una unidad flash protegida contra escritura que contenga el sistema operativo y el software de la aplicación puede sustituir a unidades de disco o CD-ROM más grandes y menos confiables. Los dispositivos construidos de esta manera pueden proporcionar una alternativa económica al costoso hardware de enrutador y firewall. [ cita requerida ]
Los SSD basados en una tarjeta SD con un sistema operativo SD en vivo se bloquean fácilmente contra escritura . Combinado con un entorno de computación en la nube u otro medio de escritura, para mantener la persistencia , un sistema operativo iniciado desde una tarjeta SD bloqueada contra escritura es robusto, resistente, confiable e impermeable a la corrupción permanente. Si el sistema operativo en ejecución se degrada, simplemente apagando la máquina y luego volviéndola a encender la devuelve a su estado no corrupto inicial y, por lo tanto, es particularmente sólida. El sistema operativo instalado en la tarjeta SD no requiere la eliminación de componentes dañados, ya que estaba bloqueado contra escritura, aunque es posible que sea necesario restaurar cualquier medio escrito.
Caché del disco duro
En 2011, Intel introdujo un mecanismo de almacenamiento en caché para su chipset Z68 (y derivados móviles) llamado Smart Response Technology , que permite utilizar un SSD SATA como caché (configurable como escritura directa o posterior ) para un disco duro magnético convencional. disco duro. [224] Una tecnología similar está disponible en HighPoint RocketHybrid 's PCIe tarjeta. [225]
Las unidades híbridas de estado sólido (SSHD) se basan en el mismo principio, pero integran cierta cantidad de memoria flash a bordo de una unidad convencional en lugar de utilizar una SSD separada. El host puede acceder a la capa flash en estas unidades independientemente del almacenamiento magnético mediante comandos ATA-8 , lo que permite que el sistema operativo la administre. Por ejemplo, la tecnología ReadyDrive de Microsoft almacena explícitamente partes del archivo de hibernación en la memoria caché de estas unidades cuando el sistema hiberna, lo que agiliza la reanudación posterior. [226]
Los sistemas híbridos de doble unidad combinan el uso de dispositivos SSD y HDD separados instalados en la misma computadora, con la optimización del rendimiento general administrada por el usuario de la computadora o por el software del sistema operativo de la computadora . Ejemplos de este tipo de sistema son bcache y dm-cache en Linux , [227] y Fusion Drive de Apple .
Soporte de sistema de archivos para SSD
Normalmente, los mismos sistemas de archivos que se utilizan en las unidades de disco duro también se pueden utilizar en las unidades de estado sólido. Por lo general, se espera que el sistema de archivos admita el comando TRIM, que ayuda al SSD a reciclar los datos descartados (el soporte para TRIM llegó algunos años después de los SSD, pero ahora es casi universal). Esto significa que el sistema de archivos no necesita administrar la nivelación del desgaste u otras características de la memoria flash, ya que son manejadas internamente por el SSD. Algunos sistemas de archivos con estructura de registros (por ejemplo , F2FS , JFFS2 ) ayudan a reducir la amplificación de escritura en SSD, especialmente en situaciones en las que solo se modifican cantidades muy pequeñas de datos, como cuando se actualizan los metadatos del sistema de archivos .
Si bien no es una característica nativa de los sistemas de archivos, los sistemas operativos también deben apuntar a alinear las particiones correctamente, lo que evita ciclos excesivos de lectura, modificación y escritura . Una práctica típica para las computadoras personales es alinear cada partición para comenzar en una marca de 1 MiB (= 1,048,576 bytes), que cubre todos los escenarios comunes de tamaño de bloque y página SSD, ya que es divisible por todos los tamaños de uso común: 1 MiB, 512 KiB, 128 KiB, 4 KiB y 512 B. El software de instalación del sistema operativo moderno y las herramientas de disco manejan esto automáticamente.
Linux
Se ha agregado soporte inicial para el comando TRIM a la versión 2.6.28 de la línea principal del kernel de Linux.
Los sistemas de archivos ext4 , Btrfs , XFS , JFS y F2FS incluyen soporte para la función de descarte (TRIM o UNMAP).
El soporte del kernel para la operación TRIM se introdujo en la versión 2.6.33 de la línea principal del kernel de Linux, lanzada el 24 de febrero de 2010. [228] Para hacer uso de él, se debe montar un sistema de archivos utilizando el discard
parámetro. Las particiones de intercambio de Linux realizan de forma predeterminada operaciones de descarte cuando la unidad subyacente es compatible con TRIM, con la posibilidad de desactivarlas o de seleccionar entre operaciones de descarte únicas o continuas. [229] [230] [231] El soporte para TRIM en cola, que es una característica de SATA 3.1 que da como resultado que los comandos TRIM no interrumpan las colas de comandos, se introdujo en el kernel 3.12 de Linux, lanzado el 2 de noviembre de 2013. [232]
Una alternativa a la operación TRIM a nivel de kernel es usar una utilidad de espacio de usuario llamada fstrim que pasa por todos los bloques no utilizados en un sistema de archivos y envía comandos TRIM para esas áreas. fstrimLa utilidad normalmente la ejecuta cron como una tarea programada. A noviembre de 2013[actualizar], es utilizado por la distribución Ubuntu Linux , en la que está habilitado solo para unidades de estado sólido Intel y Samsung por razones de confiabilidad; la verificación del proveedor se puede desactivar editando el archivo/etc/cron.weekly/fstrimutilizando las instrucciones contenidas en el propio archivo. [233]
Desde 2010, las utilidades estándar de unidades de Linux se han encargado de la alineación adecuada de las particiones de forma predeterminada. [234]
Consideraciones de rendimiento de Linux
Durante la instalación, las distribuciones de Linux generalmente no configuran el sistema instalado para usar TRIM y, por lo tanto, el /etc/fstab
archivo requiere modificaciones manuales. [235] Esto se debe a la idea de que la implementación actual del comando TRIM de Linux podría no ser óptima. [236] Se ha demostrado que provoca una degradación del rendimiento en lugar de un aumento del rendimiento en determinadas circunstancias. [237] [238] En enero de 2014,[actualizar]Linux envía un comando TRIM individual a cada sector, en lugar de una lista vectorizada que define un rango TRIM como lo recomienda la especificación TRIM. [239]
Por motivos de rendimiento, se recomienda cambiar el programador de E / S del CFQ predeterminado ( Colas completamente justas) a NOOP o Deadline . CFQ fue diseñado para medios magnéticos tradicionales y busca la optimización, por lo que muchos de esos esfuerzos de programación de E / S se desperdician cuando se usan con SSD. Como parte de sus diseños, los SSD ofrecen niveles mucho mayores de paralelismo para las operaciones de E / S, por lo que es preferible dejar las decisiones de programación a su lógica interna, especialmente para los SSD de gama alta. [240] [241]
Una capa de bloque escalable para almacenamiento SSD de alto rendimiento, conocida como blk-multiqueue o blk-mq y desarrollada principalmente por los ingenieros de Fusion-io , se fusionó con la línea principal del kernel de Linux en la versión 3.13 del kernel, lanzada el 19 de enero de 2014. Esto aprovecha el rendimiento ofrecido por SSD y NVMe, al permitir tasas de envío de E / S mucho más altas. Con este nuevo diseño de la capa de bloques del kernel de Linux, las colas internas se dividen en dos niveles (por CPU y colas de envío de hardware), lo que elimina los cuellos de botella y permite niveles mucho más altos de paralelización de E / S. A partir de la versión 4.0 del kernel de Linux, lanzada el 12 de abril de 2015, el controlador de bloques VirtIO , la capa SCSI (que utilizan los controladores Serial ATA), el marco del mapeador de dispositivos , el controlador del dispositivo de bucle, el controlador de imágenes de bloques sin clasificar (UBI) (que implementa borrar la capa de administración de bloques para dispositivos de memoria flash) y el controlador RBD (que exporta objetos Ceph RADOS como dispositivos de bloque) se han modificado para usar esta nueva interfaz; otros controladores se trasladarán en las siguientes versiones. [242] [243] [244] [245] [246]
Mac OS
Las versiones desde Mac OS X 10.6.8 (Snow Leopard) admiten TRIM, pero solo cuando se utilizan con un SSD comprado por Apple. [247] TRIM no se habilita automáticamente para unidades de terceros, aunque se puede habilitar mediante el uso de utilidades de terceros como Trim Enabler . El estado de TRIM se puede verificar en la aplicación Información del sistema o en la system_profiler
herramienta de línea de comandos.
Las versiones desde OS X 10.10.4 (Yosemite) incluyen sudo trimforce enable
un comando de Terminal que habilita TRIM en SSD que no son de Apple. [248] También existe una técnica para habilitar TRIM en versiones anteriores a Mac OS X 10.6.8, aunque sigue siendo incierto si TRIM se utiliza realmente correctamente en esos casos. [249]
Microsoft Windows
Antes de la versión 7, Microsoft Windows no tomó ninguna medida específica para admitir unidades de estado sólido. Desde Windows 7, el sistema de archivos NTFS estándar brinda soporte para el comando TRIM. (Otros sistemas de archivos en Windows no son compatibles con TRIM.) [250]
De forma predeterminada, Windows 7 y las versiones más recientes ejecutan comandos TRIM automáticamente si se detecta que el dispositivo es una unidad de estado sólido. Sin embargo, debido a que TRIM restablece irreversiblemente todo el espacio liberado, puede ser conveniente deshabilitar el soporte donde se prefiere habilitar la recuperación de datos sobre la nivelación del desgaste. [251] Para cambiar el comportamiento, en la clave del RegistroHKEY_LOCAL_MACHINE \ SYSTEM \ CurrentControlSet \ Control \ FileSystemel valor DisableDeleteNotification se puede establecer en1. Esto evita que el controlador de almacenamiento masivo emita el comando TRIM.
Windows implementa el comando TRIM para algo más que operaciones de eliminación de archivos. La operación TRIM está completamente integrada con comandos de nivel de partición y volumen, como formatear y eliminar , con comandos del sistema de archivos relacionados con truncar y compresión, y con la función Restaurar sistema (también conocida como instantánea de volumen). [252]
Windows Vista
Windows Vista generalmente espera unidades de disco duro en lugar de SSD. [253] [254] Windows Vista incluye ReadyBoost para aprovechar las características de los dispositivos flash conectados por USB, pero para los SSD solo mejora la alineación predeterminada de la partición para evitar operaciones de lectura, modificación y escritura que reducen la velocidad de los SSD. La mayoría de los SSD se dividen normalmente en sectores de 4 KiB, mientras que la mayoría de los sistemas se basan en sectores de 512 bytes con sus configuraciones de partición predeterminadas no alineadas con los límites de 4 KiB. [255]
Desfragmentación SSD
La desfragmentación de SSD debe deshabilitarse porque la ubicación de los componentes del archivo en un SSD no afecta significativamente su rendimiento, pero mover los archivos para hacerlos contiguos usando la rutina de Windows Defrag provocará un desgaste de escritura innecesario en el número limitado de ciclos P / E en el SSD. La función Superfetch no mejorará sustancialmente el rendimiento y genera una sobrecarga adicional en el sistema y SSD, aunque no causa desgaste. [256] Windows Vista no envía el comando TRIM a las unidades de estado sólido, pero algunas utilidades de terceros, como SSD Doctor, escanean periódicamente la unidad y TRIM las entradas correspondientes. [257]
Windows 7
Windows 7 y versiones posteriores tienen soporte nativo para SSD. [252] [258] El sistema operativo detecta la presencia de un SSD y optimiza el funcionamiento en consecuencia. Para dispositivos SSD, Windows deshabilita SuperFetch y ReadyBoost , el tiempo de arranque y las operaciones de precarga de aplicaciones. [ cita requerida ] A pesar de la declaración inicial de Steven Sinofsky antes del lanzamiento de Windows 7, [252] sin embargo, la desfragmentación no está deshabilitada, aunque su comportamiento en SSD es diferente. [188] Una razón es el bajo rendimiento del Servicio de instantáneas de volumen en SSD fragmentados. [188] La segunda razón es evitar alcanzar el número máximo práctico de fragmentos de archivo que puede manejar un volumen. Si se alcanza este máximo, los intentos posteriores de escribir en la unidad fallarán con un mensaje de error. [188]
Windows 7 también incluye soporte para el comando TRIM para reducir la recolección de basura para los datos que el sistema operativo ya ha determinado que ya no son válidos. Sin soporte para TRIM, el SSD no se daría cuenta de que estos datos no son válidos y continuaría reescribiéndolos innecesariamente durante la recolección de basura, lo que provocaría un mayor desgaste en el SSD. Es beneficioso realizar algunos cambios que eviten que los SSD se traten más como HDD, por ejemplo, cancelar la desfragmentación, no llenarlos a más del 75% de su capacidad, no almacenar archivos en los que se escribe con frecuencia, como archivos de registro y temporales en ellos, si hay un disco duro disponible y habilita el proceso TRIM. [259] [260]
Windows 8.1
Windows 8.1 y los sistemas Windows posteriores, como Windows 10, también admiten TRIM automático para SSD PCI Express basados en NVMe. Para Windows 7, se requiere la actualización KB2990941 para esta funcionalidad y debe integrarse en la configuración de Windows mediante DISM si Windows 7 debe instalarse en el SSD NVMe. Windows 8 / 8.1 también admite el comando SCSI unmap para SSD conectados por USB o carcasas de SATA a USB. SCSI Unmap es un análogo completo del comando SATA TRIM. También es compatible con el protocolo SCSI adjunto USB (UASP).
El Defagmenter de disco de Windows gráfico en Windows 8.1 también reconoce las SSD de forma distinta a las unidades de disco duro en una columna de Tipo de medio separada . Mientras que Windows 7 admite TRIM automático para SSD SATA internos, Windows 8.1 y Windows 10 admiten TRIM manual (a través de una función "Optimizar" en el Desfragmentador de disco) así como TRIM automático para SSD SATA, NVMe y USB conectados.
ZFS
Solaris a partir de la versión 10 Update 6 (lanzada en octubre de 2008) y reciente [ ¿cuándo? ] versiones de OpenSolaris , Solaris Express Community Edition , Illumos , Linux con ZFS en Linux y FreeBSD pueden usar SSD como un refuerzo de rendimiento para ZFS . Se puede utilizar un SSD de baja latencia para ZFS Intent Log (ZIL), donde se denomina SLOG. Se utiliza cada vez que se produce una escritura síncrona en la unidad. También se puede usar un SSD (no necesariamente con una latencia baja) para la caché de reemplazo adaptable de nivel 2 (L2ARC), que se usa para almacenar en caché los datos para su lectura. Cuando se usa solo o en combinación, generalmente se observan grandes aumentos en el rendimiento. [261]
FreeBSD
ZFS para FreeBSD introdujo soporte para TRIM el 23 de septiembre de 2012. [262] El código crea un mapa de regiones de datos que se liberaron; en cada escritura, el código consulta el mapa y, finalmente, elimina los rangos que se liberaron antes, pero que ahora se sobrescriben. Hay un subproceso de baja prioridad que los rangos de TRIM cuando llega el momento.
Además, el sistema de archivos Unix (UFS) admite el comando TRIM. [263]
Intercambiar particiones
- Según el ex presidente de la división de Windows de Microsoft, Steven Sinofsky , "hay pocos archivos mejores que el archivo de paginación para colocar en un SSD". [264] Según los datos de telemetría recopilados, Microsoft había descubierto que pagefile.sys era una combinación ideal para el almacenamiento SSD. [264]
- Las particiones de intercambio de Linux realizan de forma predeterminada operaciones TRIM cuando el dispositivo de bloque subyacente es compatible con TRIM, con la posibilidad de desactivarlas o de seleccionar entre operaciones TRIM únicas o continuas. [229] [230] [231]
- Si un sistema operativo no admite el uso de TRIM en particiones de intercambio discretas , podría ser posible utilizar archivos de intercambio dentro de un sistema de archivos normal. Por ejemplo, OS X no admite particiones de intercambio; solo cambia a archivos dentro de un sistema de archivos, por lo que puede usar TRIM cuando, por ejemplo, se eliminan archivos de intercambio. [ cita requerida ]
- DragonFly BSD permite que el intercambio configurado con SSD también se utilice como caché del sistema de archivos. [265] Esto se puede utilizar para mejorar el rendimiento tanto en cargas de trabajo de escritorio como de servidor. Los proyectos bcache , dm-cache y Flashcache proporcionan un concepto similar para el kernel de Linux. [266]
Organizaciones de estandarización
A continuación, se mencionan organizaciones y organismos de estandarización que trabajan para crear estándares para unidades de estado sólido (y otros dispositivos de almacenamiento informático). La siguiente tabla también incluye organizaciones que promueven el uso de unidades de estado sólido. Ésta no es necesariamente una lista exhaustiva.
Organización o comité | Subcomité de: | Propósito |
---|---|---|
INCITOS | N / A | Coordina la actividad de normas técnicas entre ANSI en los EE. UU. Y los comités conjuntos de ISO / IEC en todo el mundo. |
T10 | INCITOS | SCSI |
T11 | INCITOS | FC |
T13 | INCITOS | ATA |
JEDEC | N / A | Desarrolla estándares abiertos y publicaciones para la industria de la microelectrónica. |
JC-64.8 | JEDEC | Se centra en publicaciones y estándares de unidades de estado sólido |
NVMHCI | N / A | Proporciona interfaces de programación de software y hardware estándar para subsistemas de memoria no volátil |
SATA-IO | N / A | Proporciona a la industria orientación y soporte para implementar la especificación SATA |
Comité SFF | N / A | Funciona en los estándares de la industria del almacenamiento que necesitan atención cuando no los tratan otros comités de estándares |
SNIA | N / A | Desarrolla y promueve estándares, tecnologías y servicios educativos en el manejo de la información. |
SSSI | SNIA | Fomenta el crecimiento y el éxito del almacenamiento de estado sólido |
Comercialización
Disponibilidad
La tecnología de unidades de estado sólido se ha comercializado en los mercados militares e industriales especializados desde mediados de la década de 1990. [267]
Junto con el mercado empresarial emergente, los SSD han aparecido en PC ultramóviles y en algunos sistemas portátiles livianos, lo que aumenta significativamente el precio del portátil, según la capacidad, el factor de forma y las velocidades de transferencia. Para aplicaciones de gama baja, se puede obtener una unidad flash USB por entre $ 10 y $ 100 aproximadamente, dependiendo de la capacidad y la velocidad; alternativamente, una tarjeta CompactFlash se puede emparejar con un convertidor de CF a IDE o CF a SATA a un costo similar. Cualquiera de estos requiere que se manejen los problemas de resistencia del ciclo de escritura, ya sea absteniéndose de almacenar archivos escritos con frecuencia en la unidad o usando un sistema de archivos flash . Las tarjetas CompactFlash estándar suelen tener velocidades de escritura de 7 a 15 MB / s, mientras que las tarjetas de gama alta más caras afirman velocidades de hasta 60 MB / s.
La primera PC basada en SSD con memoria flash que estuvo disponible fue la Sony Vaio UX90, anunciada para pre-pedido el 27 de junio de 2006 y comenzó a distribuirse en Japón el 3 de julio de 2006 con un disco duro de memoria flash de 16 GB. [268] A finales de septiembre de 2006, Sony actualizó el SSD del Vaio UX90 a 32 GB. [269]
Una de las primeras versiones principales de SSD fue la computadora portátil XO , creada como parte del proyecto One Laptop Per Child . La producción masiva de estas computadoras, construidas para niños en países en desarrollo, comenzó en diciembre de 2007. Estas máquinas usan 1.024 MiB SLC NAND flash como almacenamiento primario, lo que se considera más adecuado para las condiciones más duras de lo normal en las que se espera que se utilicen. Dell comenzó a distribuir laptops ultraportátiles con SSD SanDisk el 26 de abril de 2007. [270] Asus lanzó la netbook Eee PC el 16 de octubre de 2007, con 2, 4 u 8 gigabytes de memoria flash. [271] En 2008, dos fabricantes lanzaron las laptops ultradelgadas con opciones de SSD en lugar de un HDD de 1.8 " poco común : se trataba de un MacBook Air , lanzado por Apple el 31 de enero, con un SSD opcional de 64 GB (el costo de la Apple Store era $ 999 más para esta opción, en comparación con la de un HDD de 80 GB a 4200 RPM ), [272] Y el Lenovo ThinkPad X300 con un SSD similar de 64 gigabytes, anunciado en febrero de 2008 [273] y actualizado a la opción SSD de 128 GB el 26 de agosto, 2008, con el lanzamiento del modelo ThinkPad X301 (esa actualización suma aproximadamente 200 dólares estadounidenses). [274]
En 2008, aparecieron netbooks de gama baja con SSD. En 2009, las SSD comenzaron a aparecer en las computadoras portátiles. [270] [272]
El 14 de enero de 2008, EMC Corporation (EMC) se convirtió en el primer proveedor de almacenamiento empresarial en incluir SSD basados en flash en su cartera de productos cuando anunció que había seleccionado los SSD Zeus-IOPS de STEC, Inc. para sus sistemas Symmetrix DMX. [275] En 2008, Sun lanzó Sun Storage 7000 Unified Storage Systems (nombre en código Amber Road), que utilizan unidades de estado sólido y discos duros convencionales para aprovechar la velocidad que ofrecen los SSD y la economía y capacidad que ofrecen los HDD convencionales. [276]
Dell comenzó a ofrecer unidades de estado sólido opcionales de 256 GB en modelos de notebook seleccionados en enero de 2009. [277] [278] En mayo de 2009, Toshiba lanzó una computadora portátil con SSD de 512 GB. [279] [280]
Desde octubre de 2010, la línea MacBook Air de Apple ha utilizado una unidad de estado sólido como estándar. [281] En diciembre de 2010, OCZ RevoDrive X2 PCIe SSD estaba disponible en capacidades de 100 GB a 960 GB entregando velocidades de más de 740 MB / s en secuencia y escrituras aleatorias de archivos pequeños de hasta 120.000 IOPS. [282] En noviembre de 2010, Fusion-io lanzó su unidad SSD de mayor rendimiento llamada ioDrive Octal utilizando la interfaz PCI-Express x16 Gen 2.0 con espacio de almacenamiento de 5,12 TB, velocidad de lectura de 6,0 GB / s, velocidad de escritura de 4,4 GB / sy una latencia baja de 30 microsegundos. Tiene 1,19 M de lectura de 512 bytes IOPS y 1,18 M de escritura de 512 bytes de IOPS. [283]
En 2011, las computadoras basadas en las especificaciones Ultrabook de Intel estuvieron disponibles. Estas especificaciones dictan que los Ultrabooks utilizan un SSD. Estos son dispositivos de nivel de consumidor (a diferencia de muchas ofertas flash anteriores dirigidas a usuarios empresariales) y representan las primeras computadoras de consumo ampliamente disponibles que utilizan SSD, además del MacBook Air. [284] En CES 2012, OCZ Technology demostró los SSD PCIe R4 CloudServ capaces de alcanzar velocidades de transferencia de 6,5 GB / sy 1,4 millones de IOPS. [285] También se anunció el Z-Drive R5, que está disponible en capacidades de hasta 12 TB, capaz de alcanzar velocidades de transferencia de 7,2 GB / sy 2,52 millones de IOPS utilizando PCI Express x16 Gen 3.0. [286]
En diciembre de 2013, Samsung presentó y lanzó el primer SSD mSATA de 1 TB de la industria . [287] En agosto de 2015, Samsung anunció un SSD de 16 TB, en ese momento el dispositivo de almacenamiento único de mayor capacidad del mundo de cualquier tipo. [288]
Si bien varias empresas ofrecen dispositivos SSD a partir de 2018, solo cinco de las empresas que los ofrecen fabrican realmente los dispositivos Nand Flash [289] que son el elemento de almacenamiento en los SSD.
Calidad y desempeño
En general, el rendimiento de cualquier dispositivo en particular puede variar significativamente en diferentes condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, el número de subprocesos paralelos que acceden al dispositivo de almacenamiento, el tamaño del bloque de E / S y la cantidad de espacio libre restante pueden cambiar drásticamente el rendimiento (es decir, las tasas de transferencia) del dispositivo. [290]
La tecnología SSD se ha desarrollado rápidamente. La mayoría de las medidas de rendimiento utilizadas en unidades de disco con soportes giratorios también se utilizan en SSD. El rendimiento de los SSD basados en flash es difícil de comparar debido a la amplia gama de condiciones posibles. En una prueba realizada en 2010 por Xssist, utilizando IOmeter , 4 kB aleatorio 70% lectura / 30% escritura, profundidad de cola 4, el IOPS entregado por Intel X25-E 64 GB G1 comenzó alrededor de 10,000 IOP y cayó drásticamente después de 8 minutos a 4.000 IOPS, y continuó disminuyendo gradualmente durante los siguientes 42 minutos. Las IOPS varían entre 3000 y 4000 desde aproximadamente 50 minutos en adelante durante el resto de la prueba de más de 8 horas. [291]
Los diseñadores de unidades flash de nivel empresarial intentan extender la longevidad aumentando el aprovisionamiento excesivo y empleando la nivelación del desgaste . [292]
Ventas
Los envíos de SSD fueron de 11 millones de unidades en 2009, [293] 17,3 millones de unidades en 2011 [294] para un total de 5 000 millones de dólares EE.UU., [295] 39 millones de unidades en 2012, y se esperaba que aumentaran a 83 millones de unidades en 2013 [296 ] a 201,4 millones de unidades en 2016 [294] ya 227 millones de unidades en 2017. [297]
Los ingresos del mercado de SSD (incluidas las soluciones de PC de bajo costo) en todo el mundo ascendieron a 585 millones de dólares en 2008, aumentando más del 100% desde los 259 millones de dólares de 2007. [298]
Ver también
- Unidad de estado sólido de placa
- Lista de fabricantes de unidades de estado sólido
- Disco duro
- REDADA
- Módulo Flash Core
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Otras lecturas
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- Mai Zheng, Joseph Tucek, Feng Qin, Mark Lillibridge, " Comprensión de la robustez de los SSD en caso de fallo de alimentación ", FAST'13
- Cheng Li, Philip Shilane, Fred Douglis, Hyong Shim, Stephen Smaldone, Grant Wallace, " Nitro: una caché SSD con capacidad optimizada para almacenamiento primario ", USENIX ATC'14
enlaces externos
Antecedentes y generalidades
- Una guía para comprender las unidades de estado sólido
- Comprensión de las SSD y las nuevas unidades de OCZ
- Trazando el aumento de 30 años del mercado de discos de estado sólido
- Investigación: ¿Es su SSD más confiable que un disco duro? - revisión de confiabilidad SSD a largo plazo
- Revisión de tasas de devolución de SSD por fabricante (2012), hardware.fr - Francés ( inglés ) una actualización de 2012 de un informe de 2010 basado en datos de un minorista de tecnología líder en Francia
Otro
- JEDEC continúa sus esfuerzos de estandarización de SSD
- Linux y NVM: desafíos del sistema de almacenamiento y archivos (PDF)
- Optimización de Linux y SSD
- Comprensión de la robustez de los SSD en caso de fallo de alimentación (USENIX 2013, por Mai Zheng, Joseph Tucek, Feng Qin y Mark Lillibridge)