Una unidad de estado sólido ( SSD ) es un dispositivo de almacenamiento de estado sólido que utiliza conjuntos de circuitos integrados para almacenar datos de manera persistente , generalmente usando memoria flash , y funciona como almacenamiento secundario en la jerarquía de almacenamiento de la computadora . [1] A veces también se le llama dispositivo de almacenamiento semiconductor , dispositivo de estado sólido o disco de estado sólido , [2] aunque los SSD carecen de los discos giratorios físicos y los cabezales móviles de lectura y escritura que se usan en las unidades de disco duro (HDD). ) y disquetes . [3] SSD también tiene un rico paralelismo interno para el procesamiento de datos. [4]
En comparación con las unidades de disco duro y medios electromecánicos similares que utilizan partes móviles, los SSD suelen ser más resistentes a los golpes físicos, funcionan en silencio y tienen tasas de entrada/salida más altas y una latencia más baja . [5] Los SSD almacenan datos en celdas semiconductoras . A partir de 2019, [actualizar]las 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 ("Single Level Cells" o "SLC") el tipo más confiable, duradero, rápido y costoso, 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 tal extremo. propiedades y son los más baratos por gigabyte (GB) 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 una pérdida de energía. no es necesario, o puede usar energía de la batería para retener datos cuando su fuente de energía habitual no está disponible. [6] Las unidades híbridas o unidades híbridas de estado sólido (SSHD), como Hystor de Intel [7] y Fusion Drive de Apple , combinan características de SSD y HDD en la misma unidad utilizando memoria flash y discos magnéticos giratorios para mejorar la rendimiento de los datos a los que se accede con frecuencia. [8] [9] [10] Bcache logra un efecto similar puramente en software, utilizando combinaciones de SSD y HDD regulares dedicados.
Los SSD basados en memoria flash NAND perderán carga lentamente con el tiempo si se dejan sin energía durante largos períodos. Esto hace que las unidades desgastadas (que han superado su clasificación de resistencia) comiencen a perder datos normalmente después de un año (si se almacenan a 30 °C) o dos años (a 25 °C) de almacenamiento; para unidades nuevas, lleva más tiempo. [11] Por lo tanto, los SSD no son adecuados 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 utilizar interfaces y factores de forma de HDD tradicionales, o interfaces y factores de forma más nuevos que explotan ventajas específicas de la memoria flash en los SSD. Las interfaces tradicionales (por ejemplo, SATA y SAS ) y los factores de forma de HDD estándar permiten que dichos SSD se utilicen como reemplazos directos de los HDD en computadoras y otros dispositivos. Factores de forma más nuevos como mSATA , M.2 , U.2 , NF1 / M.3 / NGSFF , [12] [13] XFM Express ( memoria flash cruzada , factor de forma XT2) [14] y EDSFF (anteriormente conocido como Ruler SSD ) [15] [16] e interfaces de mayor velocidad como NVM Express (NVMe) sobre PCI Express (PCIe) pueden aumentar aún más el rendimiento sobre el rendimiento del HDD. [6] Los SSD tienen un número de escrituras limitado durante su vida útil y también se ralentizan a medida que alcanzan su capacidad de almacenamiento total.
Uno de los primeros, si no el primero, dispositivo de almacenamiento semiconductor compatible con una interfaz de disco duro (por ejemplo, un SSD como se define) fue el StorageTek STC 4305 de 1978, un reemplazo compatible con enchufe para la unidad de disco de cabeza fija IBM 2305 . Inicialmente utilizaba dispositivos de carga acoplada (CCD) para almacenamiento (luego cambió a DRAM ) 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). [17] Antes de StorageTek SSD, había muchos productos DRAM y core (por ejemplo, DATARAM BULK Core, 1976) [18] que se vendían como alternativas a los HDD, pero normalmente tenían interfaces de memoria y no eran SSD tal como se definían.
A finales de la década de 1980, Zitel ofrecía una familia de productos SSD basados en DRAM con el nombre comercial "RAMDisk", para su uso en sistemas de UNIVAC y Perkin-Elmer, entre otros.
La base de los SSD basados en flash, la memoria flash, fue inventada por Fujio Masuoka en Toshiba en 1980 [38] y comercializada por Toshiba en 1987. [39] [40] Los fundadores de SanDisk Corporation (entonces SunDisk), 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. [41] SanDisk envió el primer SSD comercial basado en flash en 1991. [38] Era un SSD de 20 MB en una configuración PCMCIA , se vendió OEM por alrededor de $ 1,000 y fue utilizado por IBM en una computadora portátil ThinkPad. [42] En 1998, SanDisk introdujo SSD en factores de forma de 2,5 y 3,5 pulgadas con interfaces PATA . [43]
En 1995, STEC, Inc. ingresó al negocio de memorias flash para dispositivos electrónicos de consumo. [44]
En 1995, M-Systems introdujo unidades de estado sólido basadas en flash [45] como reemplazos 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, vibraciones y rangos de temperatura extremos. [46]
En 1999, BiTMICRO realizó una serie de presentaciones y anuncios sobre SSD basados en flash, incluido un SSD de 3,5 pulgadas y 18 GB [47] . [48] 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. [49]
En Cebit 2009, OCZ Technology demostró un SSD flash de 1 TB [50] 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. [51] En diciembre de 2009, Micron Technology anunció un SSD que utilizaba una interfaz SATA de 6 gigabits por segundo ( Gbit/s ) . [52]
En 2016, Seagate demostró velocidades de lectura y escritura secuenciales de 10 GB/s desde un SSD PCIe 3.0 de 16 carriles y 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 utilizando una interfaz SAS, con un factor de forma de 2,5 pulgadas pero con el grosor de 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. [53] [54] [55] [56] [57]
En 2018, tanto Samsung como Toshiba lanzaron SSD de 30,72 TB con el mismo factor de forma de 2,5 pulgadas pero con un grosor de unidad de 3,5 pulgadas y 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 NVMe M.2 con velocidades de lectura de 3,5 GB/s y velocidades de escritura de 3,3 GB/s. [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] En 2020 se lanzó una nueva versión del SSD de 100 TB a un precio de 40 000 dólares estadounidenses, y la versión de 50 TB costó 12 500 dólares estadounidenses. [65] [66]
En 2019, Gigabyte Technology demostró un SSD PCIe 4.0 de 8 TB y 16 carriles con velocidades de lectura secuencial de 15,0 GB/s y velocidades de escritura secuencial de 15,2 GB/s en Computex 2019. Incluía un ventilador , ya que los nuevos SSD de alta velocidad funcionan a altas temperaturas. . [67] 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/s y velocidades de escritura de hasta 4,4 GB/s. Debido a su funcionamiento a alta velocidad, estos SSD utilizan disipadores de calor grandes y, sin un flujo de aire de refrigeración suficiente, normalmente se desacelerarán térmicamente después de aproximadamente 15 minutos de funcionamiento continuo a máxima velocidad. [68] Samsung también introdujo SSD con velocidades de lectura y escritura secuenciales de 8 GB/s y 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 una capacidad menor. [69] [70] [71]
En 2021, se anunció NVMe 2.0, con Zoned Namespaces (ZNS) que permite asignar datos directamente a su ubicación física en la memoria flash para acceder directamente a los datos en un SSD sin una capa de traducción flash. [72]
En 2024, Samsung anunció lo que llamó el primer SSD del mundo con una interfaz PCIe híbrida, el Samsung 990 EVO. La interfaz híbrida se ejecuta en los modos x4 PCIe 4.0 o x2 PCIe 5.0, una novedad en un SSD M.2. [73]
Las unidades flash empresariales ( EFD ) están diseñadas para aplicaciones que requieren alto rendimiento de E/S ( IOPS ), confiabilidad, eficiencia energética y, más recientemente, 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 identificar a los fabricantes de SSD que proporcionarían productos que cumplieran con estos estándares más altos. [74] No existen organismos de normalización que controlen la definición de EFD, por lo que cualquier fabricante de SSD puede afirmar que produce EFD cuando en realidad el producto puede no cumplir ningún requisito particular. [75]
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 no había recibido mucha atención pero que Intel afirmó que era importante para el mercado empresarial; En particular, Intel afirma que, en estado estable, las unidades S3700 no variarían sus IOPS en más de un 10-15%, y que el 99,9% de todas las E/S aleatorias de 4 KB reciben servicio en menos de 500 µs. [76]
Otro ejemplo es la serie de SSD empresariales Toshiba PX02SS anunciada en 2016, optimizada para su uso en servidores y plataformas de almacenamiento que requieren alta resistencia de aplicaciones de escritura intensiva, como almacenamiento en caché de escritura, aceleración de E/S y procesamiento de transacciones en línea (OLTP). La serie PX02SS utiliza una interfaz SAS de 12 Gbit/s, cuenta con memoria flash MLC NAND y alcanza velocidades de escritura aleatoria de hasta 42 000 IOPS, velocidades de lectura aleatoria de hasta 130 000 IOPS y una clasificación de resistencia de 30 escrituras en unidad por día (DWPD). [77]
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. Los SSD basados en 3D XPoint tienen IOPS más altos (hasta 2,5 millones) pero velocidades de lectura/escritura secuenciales más bajas que sus homólogos NAND-flash. [78] [79]
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 común la memoria flash no volátil NAND . [80] [6]
Cada SSD incluye un controlador que incorpora la electrónica que une 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 una SSD. [81] Algunas de las funciones realizadas por el controlador incluyen: [82] [83]
El rendimiento de una 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 estrecha interfaz de E/S asíncrona (8/16 bits) y a la alta latencia adicional de las operaciones de E/S básicas (típica de SLC NAND, ~25 μs para recuperar una página de 4 KiB desde la matriz al búfer de E/S en una lectura, ~250 μs para enviar una página de 4 KiB desde el búfer de E/S a la matriz en una escritura, ~2 ms para borrar un bloque de 256 KiB). Cuando varios chips NAND funcionan en paralelo dentro de un SSD, el ancho de banda y la resistencia aumentan, y las altas latencias pueden reducirse, siempre que haya suficientes operaciones pendientes y la carga se distribuya uniformemente entre los dispositivos. [85]
Micron e Intel inicialmente fabricaron SSD más rápidos implementando división de datos (similar a RAID 0 ) y entrelazado en su arquitectura. Esto permitió la creación de SSD con velocidades efectivas de lectura/escritura de 250 MB/s con la interfaz SATA de 3 Gbit/s en 2009. [86] Dos años más tarde, SandForce continuó aprovechando esta conectividad flash paralela, lanzando SATA de 6 Gbit de nivel de consumidor. Controladores SSD /s que admitían velocidades de lectura/escritura de 500 MB/s. [87] Los controladores SandForce comprimen los datos antes de enviarlos a la memoria flash. Este proceso puede dar como resultado una menor escritura y un mayor rendimiento lógico, según la compresibilidad de los datos. [88]
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, poniendo así fin prematuramente a 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 entre todos los bloques flash del SSD. En un escenario perfecto, esto permitiría escribir cada bloque hasta su vida máxima para que todos fallen al mismo tiempo.
El proceso para distribuir uniformemente las escrituras requiere que se muevan los datos previamente escritos y que no cambian (datos fríos), de modo que los datos que cambian con más frecuencia (datos calientes) se puedan escribir en esos bloques. [89] [90] La reubicación de datos aumenta la amplificación de escritura y aumenta el desgaste de la memoria flash, por lo que se debe lograr un equilibrio entre estas consideraciones de rendimiento y la eficacia de nivelación del desgaste.
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 un suministro de energía constante, lo que garantiza la persistencia de los datos durante cortes repentinos de energía. [92] Los SSD con memoria flash eran inicialmente más lentos que las soluciones DRAM, y algunos de los primeros diseños eran incluso más lentos que los HDD después de un uso continuo. Este problema se resolvió con los controladores que salieron a la venta en 2009 y posteriores. [93]
Los SSD basados en flash almacenan datos en chips de circuitos integrados semiconductores de óxido metálico (MOS) que contienen celdas de memoria de puerta flotante no volátiles . [94] Las soluciones basadas en memoria flash generalmente se empaquetan 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 cuatro niveles (QLC), 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). [95] [96] Esto puede mitigarse o incluso revertirse mediante la estructura de diseño interno del SSD, como el entrelazado, los cambios en los algoritmos de escritura, [96] y un mayor sobreaprovisionamiento (más exceso de capacidad) con el que se implementa la nivelación de desgaste. Los algoritmos pueden funcionar. [97] [98] [99]
Se han introducido unidades de estado sólido que se basan en la tecnología V-NAND , en la que se apilan capas de celdas verticalmente. [100]
Los SSD basados en memoria volátil como la 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 se verían frenadas por la latencia de los SSD flash o los HDD tradicionales.
Los SSD basados en DRAM generalmente incorporan una batería interna o un adaptador externo de CA/CC 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 corta la energía, la batería proporciona energía mientras toda la información se copia desde la memoria de acceso aleatorio (RAM) al almacenamiento de respaldo. Cuando se restablece la energía, la información se copia nuevamente a la RAM desde el almacenamiento de respaldo y el SSD reanuda su funcionamiento normal (similar a la función de hibernación utilizada en los sistemas operativos modernos). [101] [102]
Los SSD de este tipo suelen estar equipados con módulos DRAM del mismo tipo que se utilizan en los PC y servidores normales, que pueden intercambiarse y sustituirse por módulos más grandes. [103] 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 intercambiar los chips, como ZeusRAM, Aeon Drive, etc. [104 ]
Un disco remoto de acceso indirecto a la memoria (RIndMA Disk) utiliza una computadora secundaria con una red rápida o una conexión Infiniband (directa) para actuar como un SSD basado en RAM, pero los nuevos SSD, más rápidos y basados en memoria flash, que ya están disponibles en 2009 hacen que esta opción no sea tan rentable. [105]
Mientras 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. [106] [107]
En 2015, Intel y Micron anunciaron 3D XPoint como una nueva tecnología de memoria no volátil . [108] Intel lanzó la primera unidad basada en 3D XPoint (con la marca Intel Optane SSD) en marzo de 2017, comenzando con un producto de centro de datos, Intel Optane SSD DC P4800X Series, y siguiendo 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. [109] [110] [111] [112] Por el precio por bit, 3D XPoint es más caro que NAND, pero más barato que DRAM. [113] [114]
Algunos SSD, llamados dispositivos NVDIMM o Hyper DIMM , utilizan 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 memoria flash a su DRAM. [115] De manera algo similar, algunos SSD utilizan factores de forma y buses realmente diseñados para módulos DIMM, mientras usan solo memoria flash y lo hacen parecer como si fuera DRAM. Estos SSD suelen denominarse dispositivos ULLtraDIMM . [116]
Las unidades conocidas como unidades híbridas o unidades híbridas de estado sólido (SSHD) utilizan un híbrido de discos giratorios y memoria flash. [117] [118] Algunos SSD utilizan memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio (MRAM) para almacenar datos. [119] [120]
Un SSD basado en flash normalmente utiliza una pequeña cantidad de DRAM como caché volátil , similar a los buffers de las unidades de disco duro. También se guarda en la memoria caché un directorio de datos de ubicación de bloques y nivelación de desgaste mientras la unidad está en funcionamiento. [85] Un fabricante de controladores SSD, SandForce , no utiliza una caché DRAM externa en sus diseños, pero aun así logra un alto rendimiento. Esta eliminación de la DRAM externa reduce el consumo de energía y permite una mayor reducción del tamaño de los SSD. [121] En SSD MLC , se puede utilizar el mecanismo de caché SLC .
Otro componente de los SSD de mayor rendimiento es un condensador o algún tipo de batería, que son necesarios para mantener la integridad de los datos , de modo que los datos del caché puedan descargarse a la unidad cuando se corte la energía; algunos incluso pueden mantener la energía el tiempo suficiente para mantener los datos en la memoria caché hasta que se reanude la energía. [121] [122] En el caso de la memoria flash MLC, puede ocurrir un problema llamado corrupción de la 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 presumen seguros pueden corromperse si la memoria no cuenta con el soporte de un supercondensador en caso de una pérdida repentina de energía. Este problema no existe con la memoria flash SLC. [83]
Muchos SSD de consumo tienen condensadores incorporados para guardar al menos la tabla de mapeo FTL en caso de una pérdida de energía inesperada; [123] entre los ejemplos se encuentran las series Crucial M500 y MX100, [124] la serie Intel 320, [125] y las series Intel 710 y 730, más caras. [126] Los SSD de clase empresarial, como la serie Intel DC S3700, [127] [128] generalmente tienen baterías o supercondensadores incorporados.
La interfaz del host es físicamente un conector con la señalización gestionada por el controlador del SSD. Suele ser una de las interfaces que se encuentran en los discos duros. Incluyen:
Los SSD admiten varias interfaces de dispositivos lógicos, como la interfaz avanzada de controlador de host (AHCI) y NVMe. Las interfaces de dispositivos lógicos definen los conjuntos de comandos utilizados por los sistemas operativos para comunicarse con SSD y adaptadores de bus de host (HBA).
El tamaño y la forma de cualquier dispositivo dependen en gran medida del tamaño y la forma de los componentes utilizados para fabricarlo. 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 su interior. Dado que un SSD se compone de varios circuitos integrados (IC) interconectados y un conector de interfaz, 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 tener un formato de montaje en bastidor 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 único conector. [6]
Para uso general de computadoras, el factor de forma de 2,5 pulgadas (que generalmente se encuentra en las computadoras portátiles) es el más popular. Para computadoras de escritorio con ranuras para unidades de disco duro de 3,5 pulgadas, se puede usar una placa adaptadora simple para adaptar dicha unidad. Otros tipos de factores de forma son más comunes en aplicaciones empresariales. Un SSD también se puede integrar completamente en el resto de circuitos del dispositivo, como en el Apple MacBook Air (a partir del modelo de otoño de 2010). [137] A partir de 2014 [actualizar], los factores de forma mSATA y M.2 también ganaron popularidad, principalmente en computadoras portátiles.
El beneficio de utilizar un factor de forma de disco duro actual sería aprovechar la amplia infraestructura que ya existe para montar y conectar las unidades al sistema host. [6] [138] Estos factores de forma tradicionales se conocen por el tamaño del medio 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.
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 de minitarjeta PCI Express y al mismo tiempo requiere una conexión adicional al controlador de host SATA a través del mismo conector.
El factor de forma M.2 , anteriormente conocido como factor de forma de próxima generación (NGFF), es una transición natural del mSATA y el diseño físico que utilizaba 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 diseñó para maximizar el uso del espacio de la tarjeta y al mismo tiempo minimizar el espacio que ocupa. El estándar M.2 permite instalar SSD SATA y PCI Express en módulos M.2. [139]
Algunas unidades de alto rendimiento y alta capacidad utilizan un factor de forma de tarjeta adicional PCI Express estándar para albergar chips de memoria adicionales, permitir el uso de niveles de energía más altos y permitir el uso de un disipador de calor grande . También hay placas adaptadoras que convierten otros factores de forma, especialmente unidades M.2 con interfaz PCIe, en tarjetas complementarias normales.
Un disco en un módulo ( DOM ) es una unidad flash con interfaz ATA paralela (PATA) o SATA de 40/44 pines , diseñada para conectarse directamente a la placa base y usarse como unidad de disco duro (HDD) de una computadora. . Los dispositivos DOM emulan una unidad de disco duro tradicional, lo que no requiere controladores especiales ni soporte de otro sistema operativo específico. Los DOM generalmente se usan 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 tamaño pequeño, bajo consumo de energía y funcionamiento silencioso.
A partir de 2016, [actualizar]las capacidades de almacenamiento oscilan entre 4 MB y 128 GB con diferentes variaciones en los diseños físicos, incluida la orientación vertical u horizontal. [ cita necesaria ]
Muchas de las soluciones basadas en DRAM utilizan una caja que a menudo está diseñada para caber en un sistema de montaje en bastidor. 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 mayor que los factores de forma de HDD tradicionales. [140]
Los SSD ahora utilizan factores de forma que eran más comunes en los módulos de memoria para aprovechar su flexibilidad en la disposición de los componentes. Algunos de estos incluyen PCIe , mini PCIe , mini-DIMM , MO-297 y muchos más. [141] 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 normalmente ocupan un compartimento completo para unidades de 2,5 pulgadas . [142] 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. [143] Algunos 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 [144] o un dispositivo puente PCIe a SATA que luego se conecta a controladores flash SATA. [145]
También hay SSD que tienen forma de tarjetas PCIe, a veces denominadas SSD HHHL (media altura y media longitud) o AIC (tarjeta adicional). [146] [147] [148]
A principios de la década de 2000, algunas empresas introdujeron SSD en factores de forma Ball Grid Array (BGA), como DiskOnChip [149] de M-Systems (ahora SanDisk ) y NANDrive [150] [151] de Silicon Storage Technology (ahora producido por Greenliant Systems ), y M1000 de Memoright [152] para uso en sistemas integrados. Los principales beneficios de los SSD BGA son su bajo consumo de energía, el tamaño pequeño del paquete de chips para caber en subsistemas compactos y que se pueden soldar directamente a la placa base del sistema para reducir los efectos adversos de las vibraciones y los golpes. [153]
Estas unidades integradas suelen cumplir los estándares eMMC y eUFS .
Es difícil hacer una comparación entre los SSD y los HDD normales (giratorios). Los puntos de referencia de HDD tradicionales tienden a centrarse en las características de rendimiento que son deficientes en los HDD, como la latencia rotacional y el tiempo de búsqueda . Como los SSD no necesitan girar ni buscar localizar datos, pueden resultar muy superiores a los HDD en tales pruebas. Sin embargo, los SSD tienen 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 que el que mostraría después de solo unas semanas de uso. [154]
La mayoría de las ventajas de las unidades de estado sólido sobre los discos duros tradicionales se deben a su capacidad para acceder a los datos de forma completamente electrónica en lugar de electromecánica, lo que da como resultado velocidades de transferencia superiores y robustez mecánica. [155] Por otro lado, las unidades de disco duro ofrecen una capacidad significativamente mayor por su precio. [5] [156]
Algunas tasas de fallas de campo indican que las SSD son significativamente más confiables que las HDD [157] [158] pero otras no. Sin embargo, los SSD son excepcionalmente sensibles a la interrupción repentina de energía, lo que resulta en escrituras abortadas o incluso casos de pérdida total de la unidad. [159] La confiabilidad tanto de los HDD como de los SSD varía mucho entre los modelos. [160]
Al igual que con los HDD, existe una compensación entre el costo y el rendimiento de los diferentes SSD. Los SSD de celda de un solo nivel (SLC), si bien son significativamente más caros 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 de los 100 microsegundos promedio de otros SSD. Los dispositivos flash empresariales (EFD) están diseñados para manejar las demandas de las aplicaciones de nivel 1 con rendimiento y tiempos de respuesta similares a los de los SSD menos costosos. [161]
En los HDD tradicionales, un archivo reescrito generalmente ocupará la misma ubicación en la superficie del disco que el archivo original, mientras que en los 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 los SSD son los errores de firmware. [162] [163]
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.
Si bien tanto las tarjetas de memoria como la mayoría de los SSD utilizan memoria flash, sirven a mercados y propósitos muy diferentes. Cada uno tiene una serie de atributos diferentes que están optimizados y ajustados para satisfacer mejor las necesidades de usuarios particulares. Algunas de estas características incluyen el consumo de energía, el rendimiento, el tamaño y la confiabilidad. [227]
Los SSD se diseñaron originalmente para su uso en un sistema informático. Las primeras unidades estaban destinadas a reemplazar o ampliar las unidades de disco duro, por lo que el sistema operativo las reconocía como un disco duro. Originalmente, las unidades de estado sólido incluso tenían forma y se montaban en la computadora como discos duros. Posteriormente, los SSD se volvieron más pequeños y compactos, y eventualmente 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. [227]
Por el contrario, las tarjetas de memoria (como Secure Digital (SD), CompactFlash (CF) y muchas otras) se diseñaron originalmente para cámaras digitales y luego llegaron a teléfonos móviles, dispositivos de juego, unidades de GPS, etc. físicamente más pequeños que los SSD y diseñados para insertarse y extraerse repetidamente. [227]
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, las escrituras incompletas o fallidas debido a un corte repentino de energía pueden ser un problema mayor que con los discos duros, y si un chip falla, se pierden todos los datos que contiene, un escenario que no se aplica a unidades magnéticas). Sin embargo, en general, los estudios han demostrado que los SSD son generalmente muy confiables y, a menudo, continúan funcionando mucho más allá de la vida útil esperada indicada por su fabricante. [228]
La resistencia de un SSD debe indicarse en su hoja de datos en una de dos formas:
Entonces, por ejemplo, un SSD Samsung 970 EVO NVMe M.2 (2018) con 1 TB tiene una resistencia de 600 TBW. [230]
Una investigación inicial realizada por Techreport.com que se desarrolló entre 2013 y 2015 involucró una serie de SSD basados en flash que se probaron hasta su destrucción para identificar cómo y en qué momento 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 de los consumidores. [231] El primer SSD que falló estaba 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 fallar también. [231] La prueba demostró la notable confiabilidad 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 conducción encontró que la proporción de SSD basados en flash que requerían reemplazo en sus primeros cuatro años de uso oscilaba entre el 4 % y el 10 %. dependiendo del modelo. Los autores concluyeron que los SSD fallan a un ritmo significativamente menor que los discos duros. [228] (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 %.) [232] 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:
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 mucho más complejo que el de las unidades de disco duro. La estrategia mediante la cual funciona internamente la unidad puede variar mucho entre 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. Para este fin se puede utilizar un programa como hdparm .
La Asociación de Tecnología de Estado Sólido JEDEC (JEDEC) ha publicado estándares para métricas de confiabilidad: [233]
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 informático distribuido , los SSD se pueden utilizar como bloque de construcción para una capa de caché distribuida que absorbe temporalmente el gran volumen de solicitudes de los usuarios al sistema de almacenamiento backend basado en HDD, más lento. Esta capa proporciona un ancho de banda mucho mayor y una latencia menor 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 suele denominarse buffer de ráfaga . Con esta capa rápida, los usuarios suelen experimentar un tiempo de respuesta del sistema más corto. Las organizaciones que pueden beneficiarse de un acceso más rápido a los datos del sistema incluyen empresas de negociación de acciones , corporaciones de telecomunicaciones y empresas de edición de vídeo y medios de streaming . La lista de aplicaciones que podrían beneficiarse de un almacenamiento más rápido es enorme. [6]
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 contiene el sistema operativo y el software de aplicación puede sustituir 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 necesaria ]
Los SSD basados en una tarjeta SD con un sistema operativo Live SD se bloquean fácilmente contra escritura . Combinado con un entorno de computación en la nube u otro medio grabable, para mantener la persistencia , un sistema operativo iniciado desde una tarjeta SD con bloqueo de escritura es robusto, resistente, confiable e inmune a la corrupción permanente. Si el sistema operativo en ejecución se degrada, simplemente apagar y encender la máquina la devuelve a su estado inicial intacto 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.
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 reescritura ) para un disco duro magnético convencional. disco duro. [234] Una tecnología similar está disponible en la tarjeta PCIe RocketHybrid de HighPoint . [235]
Las unidades híbridas de estado sólido (SSHD) se basan en el mismo principio, pero integran una 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 de 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 hace que la reanudación posterior sea más rápida. [236]
Los sistemas híbridos de doble unidad combinan el uso de dispositivos SSD y HDD separados instalados en la misma computadora, con una 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 , [237] y Fusion Drive de Apple .
Normalmente, los mismos sistemas de archivos que se utilizan en las unidades de disco duro también se pueden utilizar en unidades de estado sólido. Por lo general, se espera que el sistema de archivos admita el comando TRIM, que ayuda al SSD a reciclar datos descartados (el soporte para TRIM llegó algunos años después de los propios SSD, pero ahora es casi universal). Esto significa que el sistema de archivos no necesita gestionar la nivelación de desgaste u otras características de la memoria flash, ya que son manejadas internamente por el SSD. Algunos sistemas de archivos estructurados en registros (por ejemplo, F2FS , JFFS2 ) ayudan a reducir la amplificación de escritura en los 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 bloques y páginas SSD, ya que es divisible por todos los tamaños comúnmente utilizados: 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.
Se agregó 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. [238] Para utilizarlo, se debe montar un sistema de archivos usando el discardparámetro. Las particiones de intercambio de Linux realizan de forma predeterminada operaciones de descarte cuando la unidad subyacente admite TRIM, con la posibilidad de desactivarlas o de seleccionar entre operaciones de descarte únicas o continuas. [239] [240] [241] La compatibilidad con TRIM en cola, que es una característica SATA 3.1 que hace que los comandos TRIM no interrumpan las colas de comandos, se introdujo en el kernel de Linux 3.12, lanzado el 2 de noviembre de 2013. [242]
Una alternativa a la operación TRIM a nivel de kernel es utilizar una utilidad de espacio de usuario llamadafstrimque revisa todos los bloques no utilizados en un sistema de archivos y envía comandos TRIM para esas áreas.fstrimLa utilidad generalmente se ejecuta mediante cron como una tarea programada. A partir de noviembre de 2013 [actualizar], es utilizado por la distribución Ubuntu Linux , en la que está habilitado únicamente para unidades de estado sólido Intel y Samsung por motivos de confiabilidad; La verificación de proveedores se puede desactivar editando el archivo./etc/cron.weekly/fstrimutilizando las instrucciones contenidas en el propio archivo. [243]
Desde 2010, las utilidades de unidad estándar de Linux se han encargado de la alineación adecuada de las particiones de forma predeterminada. [244]
Durante la instalación, las distribuciones de Linux generalmente no configuran el sistema instalado para usar TRIM y, por lo tanto, el /etc/fstabarchivo requiere modificaciones manuales. [245] Esto se debe a la idea de que la implementación actual del comando TRIM de Linux podría no ser óptima. [246] Se ha demostrado que causa una degradación del rendimiento en lugar de un aumento del rendimiento en determinadas circunstancias. [247] [248] A partir de 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. [249]
Por motivos de rendimiento, se recomienda cambiar el programador de E/S del CFQ (Cola completamente justa) predeterminado a NOOP o Deadline . CFQ fue diseñado para medios magnéticos tradicionales y busca optimización, por lo que muchos de esos esfuerzos de programación de E/S se desperdician cuando se utilizan 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 alta gama. [250] [251]
Una capa de bloque escalable para almacenamiento SSD de alto rendimiento, conocida como blk-multiqueue o blk-mq y desarrollada principalmente por 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 la rendimiento que ofrecen los 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), eliminando así los cuellos de botella y permitiendo 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 de dispositivos 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 bloques) se han modificado para usar esta nueva interfaz; Otros controladores se trasladarán en las siguientes versiones. [252] [253] [254] [255] [256]
Las versiones desde Mac OS X 10.6.8 (Snow Leopard) admiten TRIM pero solo cuando se usan con un SSD comprado por Apple. [257] TRIM no se habilita automáticamente para unidades de terceros, aunque se puede habilitar mediante utilidades de terceros como Trim Enabler . El estado de TRIM se puede verificar en la aplicación Información del sistema o en la system_profilerherramienta de línea de comandos.
Las versiones desde OS X 10.10.4 (Yosemite) incluyen sudo trimforce enableun comando de Terminal que habilita TRIM en SSD que no son de Apple. [258] También existe una técnica para habilitar TRIM en versiones anteriores a Mac OS X 10.6.8, aunque sigue siendo incierto si TRIM realmente se utiliza correctamente en esos casos. [259]
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 7 no son compatibles con TRIM). [260]
De forma predeterminada, Windows 7 y 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 desactivar el soporte cuando se prefiere habilitar la recuperación de datos a la nivelación del desgaste. [261] 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 a nivel de partición y volumen, como formatear y eliminar , con comandos del sistema de archivos relacionados con truncar y comprimir, y con la función Restaurar sistema (también conocida como instantánea de volumen). [262]
Windows Vista generalmente espera unidades de disco duro en lugar de SSD. [263] [264] Windows Vista incluye ReadyBoost para aprovechar las características de los dispositivos flash conectados por USB, pero para los SSD solo mejora la alineación de partición predeterminada para evitar operaciones de lectura, modificación y escritura que reducen la velocidad de los SSD. La mayoría de los SSD generalmente se dividen en sectores de 4 KiB, mientras que los sistemas anteriores pueden basarse en sectores de 512 bytes con sus configuraciones de partición predeterminadas no alineadas con los límites de 4 KiB. [265]
La desfragmentación se debe desactivar en las unidades de estado sólido porque la ubicación de los componentes del archivo en una SSD no afecta significativamente su rendimiento, pero mover los archivos para hacerlos contiguos usando la rutina de desfragmentación de Windows provocará un desgaste innecesario de la escritura en el número limitado de unidades de estado sólido. /E ciclos en el SSD. La función Superfetch no mejorará materialmente el rendimiento y provoca una sobrecarga adicional en el sistema y el SSD. [266] Windows Vista no envía el comando TRIM a unidades de estado sólido, pero algunas utilidades de terceros, como SSD Doctor, escanearán periódicamente la unidad y RECORTARán las entradas apropiadas. [267]
Windows 7 y versiones posteriores tienen soporte nativo para SSD. [262] [268] El sistema operativo detecta la presencia de un SSD y optimiza el funcionamiento en consecuencia. Para dispositivos SSD, Windows 7 desactiva ReadyBoost y la desfragmentación automática. [269] A pesar de la declaración inicial de Steven Sinofsky antes del lanzamiento de Windows 7, [262] sin embargo, la desfragmentación no está deshabilitada, aunque su comportamiento en SSD difiere. [197] Una razón es el bajo rendimiento del Servicio de instantáneas de volumen en SSD fragmentados. [197] La segunda razón es evitar alcanzar el número máximo práctico de fragmentos de archivos que un volumen puede manejar. Si se alcanza este máximo, los intentos posteriores de escribir en la unidad fallarán y aparecerá un mensaje de error. [197]
Windows 7 también incluye soporte para el comando TRIM para reducir la recolección de basura de datos que el sistema operativo ya ha determinado que ya no son válidos. Sin soporte para TRIM, el SSD no sabría que estos datos no son válidos y continuaría reescribiéndolos innecesariamente durante la recolección de basura, lo que provocaría un mayor desgaste del SSD. Es beneficioso realizar algunos cambios que impidan que los SSD sean tratados más como HDD, por ejemplo, cancelar la desfragmentación, no llenarlos a más del 75% de su capacidad, no almacenar en ellos archivos en los que se escribe con frecuencia, como registros y archivos temporales, si hay un disco duro disponible y habilita el proceso TRIM. [270] [271]
Los sistemas Windows 8.1 y posteriores 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 de desasignación SCSI para SSD conectados por USB o gabinetes SATA a USB. SCSI Unmap es un análogo completo del comando SATA TRIM. También es compatible con el protocolo SCSI conectado a USB (UASP).
El Desfragmentador de disco gráfico de Windows en Windows 8.1 también reconoce los SSD de forma distinta de las unidades de disco duro en una columna separada Tipo de medio . Si bien Windows 7 admitía 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 conectados por USB. El Desfragmentador de disco en Windows 10 y 11 puede ejecutar TRIM para optimizar un SSD. [272]
Solaris a partir de la versión 10 Actualización 6 (lanzada en octubre de 2008) y reciente [¿ cuándo? ] Las versiones de OpenSolaris , Solaris Express Community Edition , Illumos , Linux con ZFS en Linux y FreeBSD pueden usar SSD como refuerzo del rendimiento de ZFS . Se puede utilizar un SSD de baja latencia para ZFS Intent Log (ZIL), donde se denomina SLOG. Esto se utiliza cada vez que se produce una escritura síncrona en la unidad. También se puede usar un SSD (no necesariamente con baja latencia) para el caché de reemplazo adaptativo de nivel 2 (L2ARC), que se usa para almacenar en caché los datos para su lectura. Cuando se utilizan solos o en combinación, generalmente se observan grandes aumentos en el rendimiento. [273]
ZFS para FreeBSD introdujo soporte para TRIM el 23 de septiembre de 2012. [274] 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 hilo de baja prioridad que TRIM abarca cuando llega el momento.
Además, el sistema de archivos Unix (UFS) admite el comando TRIM. [275]
Las siguientes son organizaciones y organismos de estandarización destacados 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. Esta no es necesariamente una lista exhaustiva.
La tecnología de unidades de estado sólido se ha comercializado en los mercados militares e industriales especializados desde mediados de los años 1990. [279]
Junto con el mercado empresarial emergente, los SSD han ido apareciendo en las PC ultramóviles y en algunos sistemas portátiles livianos, lo que aumenta significativamente el precio de la computadora portátil, dependiendo de 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 dólares aproximadamente, dependiendo de la capacidad y la velocidad; alternativamente, se puede combinar una tarjeta CompactFlash con un convertidor CF a IDE o CF a SATA por un costo similar. Cualquiera de estos requiere que se gestionen los problemas de resistencia del ciclo de escritura, ya sea absteniéndose de almacenar archivos escritos con frecuencia en la unidad o utilizando 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 pedidos anticipados el 27 de junio de 2006 y comenzó a enviarse en Japón el 3 de julio de 2006 con un disco duro de memoria flash de 16 GB. [280] A finales de septiembre de 2006, Sony actualizó el SSD del Vaio UX90 a 32 GB. [281]
Uno de los primeros lanzamientos principales de SSD fue el XO Laptop , creado como parte del proyecto One Laptop Per Child . La producción en masa de estas computadoras, diseñadas para niños de países en desarrollo, comenzó en diciembre de 2007. Estas máquinas utilizan memoria flash SLC NAND de 1.024 MiB como almacenamiento primario, que se considera más adecuada para las condiciones más duras de lo normal en las que se espera que se utilicen. Dell comenzó a distribuir portátiles ultraportátiles con SSD SanDisk el 26 de abril de 2007. [282] Asus lanzó el netbook Eee PC el 16 de octubre de 2007, con 2, 4 u 8 gigabytes de memoria flash. [283] En 2008, dos fabricantes lanzaron portátiles ultradelgados con opciones de SSD en lugar de los poco comunes HDD de 1,8" : se trataba de un MacBook Air , lanzado por Apple el 31 de enero, con un SSD opcional de 64 GB (el coste de la Apple Store era de 999 dólares más). para esta opción, en comparación con la de un disco duro de 80 GB a 4200 RPM ), [284] y el Lenovo ThinkPad X300 con un SSD similar de 64 gigabytes, anunciado en febrero de 2008 [285] y actualizado a la opción SSD de 128 GB el 26 de agosto, 2008, con el lanzamiento del modelo ThinkPad X301 (una actualización que añadió aproximadamente 200 dólares estadounidenses). [286]
En 2008, aparecieron los netbooks de gama baja con SSD. En 2009, los SSD comenzaron a aparecer en los portátiles. [282] [284]
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. [287] En 2008, Sun lanzó los sistemas de almacenamiento unificado Sun Storage 7000 (con 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. [288]
Dell comenzó a ofrecer unidades de estado sólido opcionales de 256 GB en modelos seleccionados de portátiles en enero de 2009. [289] [290] En mayo de 2009, Toshiba lanzó una computadora portátil con un SSD de 512 GB. [291] [292]
Desde octubre de 2010, la línea MacBook Air de Apple utiliza una unidad de estado sólido como estándar. [293] En diciembre de 2010, OCZ RevoDrive X2 PCIe SSD estaba disponible en capacidades de 100 GB a 960 GB y ofrecía velocidades secuenciales de más de 740 MB/s y escrituras aleatorias de archivos pequeños de hasta 120.000 IOPS. [294] En noviembre de 2010, Fusion-io lanzó su unidad SSD de mayor rendimiento llamada ioDrive Octal que utiliza una 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/s y una baja latencia de 30 microsegundos. Tiene 1,19 M de IOPS de lectura de 512 bytes y 1,18 M de IOPS de escritura de 512 bytes. [295]
En 2011, estuvieron disponibles computadoras basadas en las especificaciones Ultrabook de Intel. Estas especificaciones dictan que los Ultrabooks utilicen 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 de la MacBook Air. [296] En CES 2012, OCZ Technology demostró los SSD PCIe R4 CloudServ capaces de alcanzar velocidades de transferencia de 6,5 GB/s y 1,4 millones de IOPS. [297] 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/s y 2,52 millones de IOPS utilizando PCI Express x16 Gen 3.0. [298]
En diciembre de 2013, Samsung presentó y lanzó el primer SSD mSATA de 1 TB de la industria . [299] En agosto de 2015, Samsung anunció un SSD de 16 TB, en ese momento el dispositivo de almacenamiento único de cualquier tipo con mayor capacidad del mundo. [300]
Si bien varias empresas ofrecen dispositivos SSD a partir de 2018, [actualizar]solo cinco de las empresas que los ofrecen en realidad fabrican los dispositivos flash NAND [301] que son el elemento de almacenamiento en los SSD.
En general, el rendimiento de cualquier dispositivo en particular puede variar significativamente en diferentes condiciones operativas. Por ejemplo, la cantidad 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. [302]
La tecnología SSD se ha desarrollado rápidamente. La mayoría de las medidas de rendimiento utilizadas en unidades de disco con medios giratorios también se utilizan en SSD. Es difícil comparar el rendimiento de los SSD basados en flash debido a la amplia gama de condiciones posibles. En una prueba realizada en 2010 por Xssist, utilizando IOmeter , 4 kB aleatorios, 70 % de lectura/30 % de escritura, profundidad de cola 4, los IOPS entregados por el Intel X25-E 64 GB G1 comenzaron alrededor de 10 000 IOP y cayeron bruscamente después de 8 minutos. a 4000 IOPS y continuó disminuyendo gradualmente durante los siguientes 42 minutos. Los IOPS varían entre 3000 y 4000 a partir de aproximadamente 50 minutos durante el resto de la prueba de más de 8 horas. [303]
Los diseñadores de unidades flash de nivel empresarial intentan extender la longevidad aumentando el aprovisionamiento excesivo y empleando nivelación de desgaste . [304]
Los envíos de SSD fueron de 11 millones de unidades en 2009, [305] 17,3 millones de unidades en 2011 [306] por un total de 5 mil millones de dólares, [307] 39 millones de unidades en 2012, y se esperaba que aumentaran a 83 millones de unidades en 2013 [308 ] a 201,4 millones de unidades en 2016 [306] y a 227 millones de unidades en 2017. [309]
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, lo que representa un aumento de más del 100 por ciento respecto de los 259 millones de dólares de 2007. [310]
Los productos estarán disponibles en 2016, tanto en formato SSD estándar (PCIe) para todo, desde Ultrabooks hasta servidores, como en formato DIMM para sistemas Xeon para un ancho de banda aún mayor y latencias más bajas.
Como era de esperar, Intel proporcionará controladores de almacenamiento optimizados para la memoria 3D XPoint.
Rob Crooke, de Intel, explicó: "Se podría situar el coste en algún punto entre NAND y DRAM".
La memoria flash debería continuar bajando de precios nuevamente a partir de 2018, pero los discos duros deberían poder continuar manteniendo algo así como una diferencia de 10 veces en los precios de la capacidad bruta durante la próxima década...
¡Sorpresa!
Los SSD fallan de manera diferente a los discos, y de manera peligrosa.
El SSD de nivel corporativo utiliza memoria NAND de celda de un solo nivel (SLC) y múltiples canales para aumentar el rendimiento de los datos y el software de nivelación del desgaste para garantizar que los datos se distribuyan uniformemente en la unidad en lugar de desgastar un grupo de celdas sobre otro.
Y, aunque algunos SSD de consumo apenas están comenzando a incorporar estas últimas características (p. 1).
Importa si la unidad SSD utiliza memoria SLC o MLC.
SLC generalmente soporta hasta 100.000 ciclos de escritura o escrituras por celda, mientras que MLC puede soportar entre 1.000 y 10.000 escrituras antes de comenzar a fallar [según el vicepresidente de desarrollo comercial de Fujitsu, Joel Hagberg] (p. 4).
Utilizando una utilidad de medición de rendimiento estándar de Macintosh llamada Xbench, la unidad de estado sólido Intel aumentó el rendimiento general de la computadora a casi la mitad.
El rendimiento de la conducción se quintuplicó.
La unidad Hitachi Deskstar se puede montar con cualquier lado o extremo vertical u horizontal.
No monte la unidad en una posición inclinada.
