Por MARCELO MÉNDEZ J.
Antofagasta, 4 de Junio 2021
Por MARCELO MÉNDEZ J.
El hardware empresarial y de consumo ha avanzado en los últimos años hasta el punto de que cualquier componente con piezas móviles se convierte en un cuello de botella importante para la transferencia de datos.
Las unidades de disco duro (HDD) son a menudo el "eslabón más débil" en el suministro de información desde un centro de datos al usuario final. En entornos de altos requerimientos (como las infraestructuras de escritorio virtual), un dispositivo mecánico lento como un disco duro simplemente ralentizará significativamente el almacenamiento y la recuperación de datos. Los beneficios de una unidad de estado sólido (SSD), la última tendencia en hardware de almacenamiento, eliminan este cuello de botella.
Debido a que los SSD usan memoria flash en lugar de discos magnéticos, no existen componentes mecánicos que puedan fallar debido a temperaturas extremas, caídas o simples fallas mecánicas. A continuación, se detalla más información sobre cómo elegir entre un HDD y SSD para un centro de datos empresarial o un entorno privado de usuario.
La tecnología detrás de las unidades de disco duro es bien conocida y probada. Las unidades de disco duro existen
desde hace más de 50 años, aumentando constantemente su capacidad de almacenamiento y disminuyendo su tamaño físico.
Cuando se trata de comparaciones de velocidad de SSD frente a HDD, los SSD claramente tienen la ventaja. Sin embargo, históricamente,
el mayor costo por gigabyte de almacenamiento SSD significaba que los beneficios de velocidades SSD más altas se limitaban a unas
pocas aplicaciones donde el costo podía justificarse.
Hoy, sin embargo, el diferencial de precios se ha reducido considerablemente. Y con las velocidades SSD significativamente más
altas en contraste con las HDD, la popularidad del almacenamiento SSD, a menudo conocido como "NAND Flash", está explotando.
Las empresas y usuarios finales ahora se centran en obtener el mejor SSD disponible que el mercado puede ofrecer.
Las unidades de disco duro constan de uno o más platos sensibles al magnetismo, un brazo accionador con un cabezal de lectura / escritura para cada plato y un motor para hacer girar los mismos y el cabezal. También poseen un controlador de entrada / salida y un firmware que le dice al hardware qué hacer y que también se comunica con el resto del sistema.
Cada plato está organizado en círculos concéntricos llamados pistas. Las pistas se dividen en unidades lógicas llamadas sectores. Cada número de pista y sector da como resultado una dirección única que se puede usar para organizar y localizar datos. Los datos se escriben en el área disponible más cercana. Existe un algoritmo que procesa los datos antes de que se escriban, lo que permite que el firmware detecte y corrija errores.
Los platos giran a velocidades preestablecidas (4200 rpm a 7200 rpm para equipos de consumo masivo). Esas velocidades se correlacionan con las tasas de lectura / escritura. Cuanto mayor sea la velocidad predeterminada, más rápido podrá leer y escribir datos un disco duro.
Cada vez que que recuperas o actualizas datos, el controlador de E/S le dice al brazo actuador dónde se encuentran esos archivos,
y el cabezal de lectura / escritura recopila los datos leyendo la presencia o ausencia de una carga en cada dirección.
Si la solicitud era actualizar los datos, el cabezal de lectura / escritura cambia la carga en la pista y el sector seleccionado.
Este modo de funcionamiento presenta dos fuentes obvias de retraso:
El tiempo de búsqueda depende de dónde esté el cabezal al inicio de una operación y hacia dónde debe moverse, y la latencia depende de la posición del disco en su ciclo, por lo que para un HDD dado es normal hablar de búsqueda promedio, tiempo y latencia media.
Las ventajas de las unidades de disco duro son tecnología probada y, con frecuencia, son menos costosas que las unidades de estado sólido para la misma cantidad de almacenamiento. Actualmente, los HDD también están disponibles con más espacio de almacenamiento que los SSD.
La forma en que funciona una unidad SSD es completamente diferente a una HDD. Utiliza un medio de almacenamiento de estado sólido, típicamente NAND (a menudo conocido como NAND Flash), y los datos se escriben o se leen desde la NAND mediante un controlador, que es el cerebro del dispositivo.
Con un SSD no hay tiempo de búsqueda variable ni latencia de rotación, ya que se puede acceder a cada sector del SSD en la misma cantidad de tiempo. Pero las velocidades de lectura y escritura de SSD son asimétricas: las lecturas de datos son muy rápidas, pero las velocidades de escritura de SSD son algo más lentas.
Esto se debe a que el almacenamiento SSD se compone de celdas NAND individuales que pueden almacenar uno (o solo unos pocos) bits de datos, y los grupos de celdas se organizan en páginas. Finalmente, los grupos de páginas se organizan en bloques.
El problema es que los datos no se pueden escribir en una celda a menos que se borren primero, eliminando cualquier información existente, y aunque los datos se pueden escribir una página a la vez, solo se pueden borrar en bloques completos simultáneamente. Eso significa que para escribir un solo bit de datos en una celda es necesario copiar todas las páginas del bloque que contiene esa celda en un área de espera, borrar todo el bloque y luego escribir todas las páginas y el nuevo bit de datos de vuelta al bloque borrado.
La respuesta a esta pregunta es sí, y la razón es que la naturaleza de estado sólido del almacenamiento SSD le confiere una gran ventaja de velocidad sobre el diseño mecánico del almacenamiento HDD, con los retrasos inherentes que conlleva.
¿Cuánto más rápido es un SSD? Por supuesto, la respuesta depende de qué SSD y HDD compares y qué estás
comparando exactamente. Una comparación de velocidades de SSD revelará que existe una amplia variación entre las
velocidades de SSD.
Pero para tener una idea de la diferencia de rendimiento que podría mostrar una comparación de velocidad de SSD vs HDD,
un SSD estándar puede leer datos secuenciales a una velocidad de aproximadamente 550 megabytes por segundo (MBps) y
escribirlos a 520 MBps. Por el contrario, un HDD rápido puede realizar lecturas y escrituras secuenciales a solo 125 MBps.
Eso muestra que la diferencia entre el rendimiento de SSD y HDD es significativa. La respuesta a la pregunta de
¿cuánto más rápido es un SSD en comparación con un HDD?, aproximadamente cuatro veces más rápido cuando se trata
de velocidad de lectura SSD frente a HDD, y un poco menos cuando se compara la velocidad de escritura SSD frente a HDD.
Históricamente, los SSD se han diseñado para ser reemplazos directos de los HDD, y eso significa que a menudo se fabrican con las mismas interfaces que los HDD, lo que en la práctica significa una interfaz SATA, o en sistemas más de alto rendimiento, una interfaz SAS. Estas interfaces se han optimizado específicamente para dispositivos de almacenamiento HDD, pero no son óptimas para SSD. "Las interfaces se interponen en el camino para las SSD", dice Jim Handy, analista de Objective Analysis, "y es por eso que vemos SSD PCIe".
Para tener una idea de las ventajas de una interfaz más compatible con SSD como PCIe, considera esto. La especificación SATA 3.0 solo permite que los SSD alcancen una velocidad máxima de datos de aproximadamente 560 MB/s. Por el contrario, la interfaz PCIe 3.0 permite velocidades de 985 MB/s por carril. (El controlador del SSD está conectado por múltiples carriles a diferentes chips NAND donde los datos se almacenan realmente). Aunque es poco probable que un chip NAND individual pueda funcionar a 985MB/s, un dispositivo con 8 chips en carriles separados puede fácilmente ofrecen un rendimiento total de 3000 MB/s.
Dado que cualquier comparación de velocidad de SSD frente a HDD mostrará que los SSD ofrecen un rendimiento superior,
no es sorprendente que exista una tendencia creciente hacia la instalación de sistemas operativos en SSD. Además de dar
como resultado un aumento general del rendimiento, esto también genera una velocidad de arranque del sistema
mucho más rápida, estableciendo una diferencia significativa frente a una instalación que arranca desde un disco duro.
¿Cuánto más rápido? El aumento preciso de la velocidad de arranque con un SSD frente a un HDD dependerá de una variedad de
factores, pero en términos generales no es descabellado esperar una mejora del 200% al 800%.
Para poner eso en contexto, se podría esperar que un sistema Windows con un SDD se inicie en unos 20 segundos,
mientras que el mismo sistema con un HDD podría tardar fácilmente entre 40 segundos y un minuto y medio en iniciarse.
En parte, la diferencia puede deberse al hecho de que un HDD tarda en girar a su velocidad de funcionamiento cuando está
encendido, pero la diferencia se explica principalmente por las velocidades de lectura mucho más rápidas que
un SSD puede ofrecer durante la lectura intensiva en el proceso de arranque.
Los SSD y HDD generalmente se suministran con las especificaciones del fabricante, pero para obtener la mejor
comparación de velocidad de SSD v HDD entre dos dispositivos específicos, debes ejecutar un ejercicio de referencia de
rendimiento de SSD frente a HDD utilizando software de evaluación comparativa.
Este software está diseñado para medir velocidades de transferencia en diferentes condiciones, como lecturas y
escrituras secuenciales (donde todos los datos están en la misma área) y lecturas y escrituras aleatorias (en diferentes
sectores del medio de almacenamiento).
A continuación, adjunto los links de herramientas de evaluación, las cuales te permitirán obtener una comparativa entre discos HDD y SSD:
CrystalDiskMark
Atto Disk Benchmark
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