Dispositivo de Estado Sólido

Dispositivo de estado slido 1

Dispositivo de estado slido

Tarjeta Estado Slido (SSD) de un Asus Eee Pc 901 de 8 Gb (Mini PCI Express).

Un SSD estndar de 2,5 pulgadas (64 mm) defactor de forma.

DDR SDRAM basado en SSD. Max 128 GB y3072 MB/s.

Una unidad de estado slido o SSD(acrnimo en ingls de solid-statedrive) es un dispositivo dealmacenamiento de datos que usa unamemoria no voltil, como la memoriaflash, para almacenar datos, en lugarde los platos giratorios magnticosencontrados en los discos durosconvencionales. En comparacin conlos discos duros tradicionales, lasunidades de estado slido son menossensibles a los golpes, sonprcticamente inaudibles y tienen unmenor tiempo de acceso y de latencia.Las SSD hacen uso de la mismainterfaz que los discos duros y, por lotanto, son fcilmente intercambiablessin tener que recurrir a adaptadores otarjetas de expansin paracompatibilizarlos con el equipo.

Aunque tcnicamente no son discos, aveces se traduce errneamente enespaol la "D" de SSD como diskcuando, en realidad, representa lapalabra drive, que podra traducirsecomo 'unidad' o 'dispositivo'.

A partir de 2010, la mayora de losSSD utilizan memoria flash basada enpuertas NAND, que retiene los datossin alimentacin. Para aplicaciones querequieren acceso rpido, pero nonecesariamente la persistencia de datosdespus de la prdida de potencia, losSSD pueden ser construidos a partir dememoria de acceso aleatorio (RAM). Estos dispositivos pueden emplear fuentes de alimentacin independientes,tales como bateras, para mantener los datos despus de la desconexin de la corriente elctrica.

Se han desarrollado dispositivos que combinan ambas tecnologas, es decir discos duros y memorias flash, y sedenominan discos duros hbridos (HHD), que intentan aunar capacidad y velocidad a un precio inferior a un SSD.


DefinicinUna memoria de estado slido es un dispositivo de almacenamiento secundario hecho con componentes electrnicosen estado slido pensado para utilizarse en equipos informticos en sustitucin de una unidad de disco duroconvencional, como memoria auxiliar o para crear unidades hbridas compuestas por SSD y disco duro.Consta de una memoria no voltil, en vez de los platos giratorios y cabezal de las unidades de disco duroconvencionales. Al no tener piezas mviles, una unidad de estado slido reduce drsticamente el tiempo debsqueda, latencia y otros, diferencindose as de los discos duros.Al ser inmune a las vibraciones externas, es especialmente apto para vehculos, ordenadores porttiles, etc.

Historia

SSD basados en RAMHabra que remontarse a la dcada de 1950 cuando se utilizaban dos tecnologas denominadas memoria de ncleomagntico y CCROS. Estas memorias auxiliares surgieron durante la poca en la que se haca uso del tubo de vaco,pero con la introduccin en el mercado de las memorias de tambor, ms asequibles, no se continuaron desarrollando.Durante los aos 70 y 80, se aplicaron en memorias fabricadas con semiconductores. Sin embargo, su precio era tanprohibitivo que tuvieron muy poca aceptacin, incluso en el mercado de los superordenadores.En 1978, Texas memory present una unidad de estado slido de 16 KiB basada en RAM para los equipos de laspetroleras. Al ao siguiente, StorageTek desarroll el primer tipo de unidad de estado slido moderna. En 1983, sepresent el Sharp PC-5000, haciendo gala de 128 cartuchos de almacenamiento en estado slido basado en memoriade burbuja. En septiembre de 1986, Santa Clara Systems present el BATRAM, que constaba de 4 MiB ampliables a20 MiB usando mdulos de memoria; dicha unidad contena una pila recargable para conservar los datos cuando noestaba en funcionamiento.

SSD basados en flashEn 1995, M-Systems present unidades de estado slido basadas en flash. Desde entonces, los SSD se han utilizadoexitosamente como alternativa a los discos duros en la industria militar y aeroespacial, as como en otros menesteresanlogos. Estas aplicaciones dependen de una alta tasa de tiempo medio entre fallos (MTBF), gran capacidad parasoportar golpes fuertes, cambios bruscos de temperatura, presin y turbulencias.BiTMICRO, en 1999, hizo gala de una serie de presentaciones y anuncios de unidades de estado slido basadas enflash de 18 GiB en formato de 3,5 pulgadas. Fusion-io, en 2007, anunci unidades de estado slido con interfazPCI-Express capaces de realizar 100.000 operaciones de Entrada/Salida en formato de tarjeta de expansin concapacidades de hasta 320 GB. En el CeBIT 2009, OCZ present un SSD basado en flash de 1 TiB con interfaz PCIExpress x8 capaz de alcanzar una velocidad mxima de escritura de 654 MB/s y una velocidad mxima de lectura a712 MB/s. En diciembre de 2009, Micron Technology anunci el primer SSD del mundo, utilizando la interfazSATA III.

Enterprise flash drive

Los enterprise flash drives (EFD) estn diseados para aplicaciones que requieren una alta tasa de operaciones porsegundo, fiabilidad y eficiencia energtica. En la mayora de los casos, un EFD es un SSD con un conjunto deespecificaciones superiores. El trmino fue acuado por EMC en enero de 2008, para ayudarles a identificar a losfabricantes SSD que iran orientados a mercados de ms alta gama. No existen organismos de normalizacin queacuen la definicin de EFD, por lo que cualquier fabricante puede denominar EFD a unidades SSD sin que existanunos requisitos mnimos. Del mismo modo que puede haber fabricantes de SSD que fabriquen unidades que cumplanlos requisitos EFD y que jams sean denominados as.


RaceTrackIBM est investigando y diseando un dispositivo, an en fase experimental, denominado Racetrack. Al igual quelos SSD, son memorias no voltiles basadas en nanohilos compuestos por nquel, hierro y vrtices que separan entres los datos almacenados, lo que permite velocidades hasta cien mil veces superiores a los discos duros tradicionales,segn apunta la propia IBM.[1]

Arquitectura, diseo y funcionamiento

Chasis abierto de un disco duro tradicional. (izquierda). Aspecto de un dispositivo SSDindicado especialmente para ordenadores porttiles (derecha).

Se distinguen dos periodos: alprincipio, se construan con unamemoria voltil DRAM y, msadelante, se empezaron a fabricar conuna memoria no voltil NAND flash.

Basados en NAND Flash

Casi la totalidad de los fabricantescomercializan sus SSD con memoriasno mviles NAND flash paradesarrollar un dispositivo no slo veloz y con una vasta capacidad, sino robusto y a la vez lo ms pequeo posibletanto para el mercado de consumo como el profesional. Al ser memorias no voltiles, no requieren ningn tipo dealimentacin constante ni pilas para no perder los datos almacenados, incluso en apagones repentinos, aunque cabedestacar que los SSD NAND Flash son ms lentos que los que se basan en DRAM. Son comercializadas con lasdimensiones heredadas de los discos duros, es decir, en 3,5 pulgadas, 2,5 pulgadas y 1,8 pulgadas, aunque tambinciertas SSD vienen en formato tarjeta de expansin.

En algunos casos, las SSD pueden ser ms lentas que los discos duros, en especial con controladoras antiguas degamas bajas, pero dado que los tiempos de acceso de una SSD son inapreciables, al final resultan ms rpidos. Estetiempo de acceso tan corto se debe a la ausencia de piezas mecnicas mviles, inherentes a los discos duros.Una SSD se compone principalmente: Controladora: Es un procesador electrnico que se encarga de administrar, gestionar y unir los mdulos de

memoria NAND con los conectores en entrada y salida. Ejecuta software a nivel de Firmware y es con todaseguridad, el factor ms determinante para las velocidades del dispositivo.

Cach: Un dispositivo SSD utiliza un pequeo dispositivo de memoria DRAM similar al cach de los discosduros. El directorio de la colocacin de bloques y el desgaste de nivelacin de datos tambin se mantiene en lamemoria cach mientras la unidad est operativa.

Condensador: Es necesario para mantener la integridad de los datos de la memoria cach, si la alimentacinelctrica se ha detenido inesperadamente, el tiempo suficiente para que se puedan enviar los datos retenidos haciala memoria no voltil.

El rendimiento de los SSD se incrementan aadiendo chips NAND Flash en paralelo. Un slo chip NAND Flash esrelativamente lento, dado que la interfaz de entrada y salida es de 8 16 bits asncrona y tambin por la latenciaadicional de las operaciones bsicas de E/S (Tpica de los SLC NAND - aproximadamente 25 s para buscar unapgina de 4 KiB de la matriz en el bfer de E/S en una lectura, aproximadamente 250 s para una pgina de 4 KiBde la memoria intermedia de E/S a la matriz de la escritura y sobre 2 ms para borrar un bloque de 256 KiB). Cuandovarios dispositivos NAND operan en paralelo dentro de un SSD, las escalas de ancho de banda se incrementan y laslatencias de alta se minimizan, siempre y cuando suficientes operaciones estn pendientes y la carga se distribuyauniformemente entre los dispositivos.


Los SSD de Micron e Intel fabricaron unidades flash mediante la aplicacin de los datos de creacin de bandas(similar a RAID 0) e intercalado. Esto permiti la creacin de SSD ultrarpidos con 250 MB/s de lectura y escritura.Las controladoras Sandforce SF 1000 Series consiguen tasas de transferencia cercanas a la saturacin de la interfazSATA II (rozando los 300 MB/s simtricos tanto en lectura como en escritura). La generacin sucesora, lasSandforce SF 2000 Series, permiten ms all de los 500 MB/s simtricos de lectura y escritura secuencial,requiriendo de una interfaz SATA III si se desea alcanzar estos registros.

Basados en DRAMLos SSD basados en este tipo de almacenamiento proporcionan una rauda velocidad de acceso a datos, en torno a 10s y se utilizan principalmente para acelerar aplicaciones que de otra manera seran mermadas por la latencia delresto de sistemas. Estos SSD incorporan una batera o bien un adaptador de corriente continua, adems de un sistemade copia de seguridad de almacenamiento para desconexiones abruptas que al restablecerse vuelve a volcarse a lamemoria no voltil, algo similar al sistema de hibernacin de los sistemas operativos.Estos SSD son generalmente equipados con las mismas DIMMs de RAM que cualquier ordenador corriente,permitiendo su sustitucin o expansin.Sin embargo, las mejoras de las memorias basadas en flash estn haciendo los SSD basados en DRAM no tanefectivos y acortando la brecha que los separa en trminos de rendimiento. Adems los sistemas basados en DRAMson tremendamente ms caros.

Otras aplicacionesLas unidades de estado slido son especialmente tiles en un ordenador que ya lleg al mximo de memoria RAM.Por ejemplo, algunas arquitecturas x86 tienen 4 GiB de lmite, pero ste puede ser extendido colocando un SSDcomo archivo de intercambio (swap). Estos SSD no proporcionan tanta rapidez de almacenamiento como la memoriaRAM principal debido al cuello de botella del bus que los conecta y a que la distancia de un dispositivo a otro esmucho mayor, pero aun as mejorara el rendimiento con respecto a colocar el archivo de intercambio en una unidadde disco duro tradicional.

Tecnologas

PCI-E,DRAM,y SSD basado en NAND.

Los SSD basados en NAND almacenan la informacin no voltil enceldas mediante puertas lgicas "Y Negadas". Actualmente las celdasson fabricadas mediante tres tecnologas distintas:


Comparacin entre Chips MLC y SLC.

Celda de nivel individual (SLC)

Este proceso consiste en cortar las obleas desilicio y obtener chips de memoria. Esteproceso monoltico tiene la ventaja de quelos chips son considerablemente msrpidos que los de la tecnologa opuesta(MLC), mayor longevidad, menor consumo,un menor tiempo de acceso a los datos. Acontrapartida, la densidad de capacidad porchips es menor, y por ende, un considerablemayor precio en los dispositivos fabricadoscon ste mtodo. A nivel tcnico, puedenalmacenar solamente 1 bit de datos porcelda.

Celda de nivel mltiple (MLC)

Este proceso consiste en apilar variosmoldes de la oblea para formar un slo chip.Las principales ventajas de este sistema defabricacin es tener una mayor capacidad por chip que con el sistema SLC y por tanto, un menor precio final en eldispositivo. A nivel tcnico es menos fiable, durable, rpido y avanzado que las SLC. stos tipos de celdasalmacenan 2 bits por cada una, es decir 4 estados, por esa razn las tasas de lectura y escritura de datos se venmermadas. Toshiba ha conseguido desarrollar celdas de 3 bits[2]

Triple bit por celda (TLC)

Nuevo proceso en el que se mantienen 3 bits por cada celda. Su mayor ventaja es la considerable reduccin deprecio. Su mayor desventaja es que solo permite 1000 escrituras.[3]

Optimizaciones afines a SSD en los sistemas de archivosLos sistemas de archivos se pensaron para trabajar y gestionar sus archivos segn las funcionalidades de un discoduro. Ese mtodo de gestin no es eficaz para ordenar los archivos dentro del SSD, provocando una seriadegradacin del rendimiento cuanto ms se usa, recuperable por formateo total de la unidad de estado slido, peroresultando engorroso, sobre todo en sistemas operativos que dependan de almacenar diariamente bases de datos. Parasolucionarlo, diferentes sistemas operativos optimizaron sus sistemas de archivos para trabajar eficientemente conunidades de estado slido, cuando stas eran detectadas como tales, en vez de como dispositivos de disco duro.[4]

NTFS y exFATAntes de Windows 7, todos los sistemas operativos venan preparados para manejar con precisin las unidades dedisco duro. Windows Vista incluy la caracterstica ReadyBoost para mejorar y aprovechar las caractersticas de lasunidades USB, pero para los SSD tan slo optimizaba la alineacin de la particin para prevenir operaciones delectura, modificaciones y escritura, ya que en los SSD normalmente los sectores son de 4 KiB, y actualmente losdiscos duros tienen sectores de 512 bytes desalineados (que luego tambin se aumentaron a 4 KiB). Entre algunascosas, se recomienda desactivar el desfragmentador; su uso en una unidad SSD no tiene sentido, y reducira su vidaal hacer un uso continuo de los ciclos de lectura y escritura.


Windows 7 viene optimizado de serie para manejar correctamente los SSD sin perder compatibilidad con los discosduros. El sistema detecta automticamente si es unidad de estado slido o disco duro, y cambia variasconfiguraciones; por ejemplo, desactiva automticamente el desfragmentador, el Superfetch, el Readyboost, cambiael sistema de arranque e introduce el comando TRIM, que prolonga la vida til de los SSD e impide la degradacinde su rendimiento.

ZFSSolaris, en su versin 10u6, y las ltimas versiones de OpenSolaris y Solaris Express Community Edition, puedenusar SSD para mejorar el rendimiento del sistema ZFS. Hay dos modos disponibles, utilizando un SSD para elregistro de ZFS Intent (ZIL) o para la L2ARC. Cuando se usa solo o en combinacin, se aumenta radicalmente elrendimiento.Los nuevos SSD incluyen la tecnologa GC (Garbage Collector), otro mecanismo muy til, en especial para laspersonas que no tienen el PC encendido todo el da, el cual consiste en programar o forzar limpiezas manuales. Aestas utilidades se las conoce como recolectoras de basura y permiten de un modo manual borrar esos bloques endesuso. Este tipo de utilidades son tiles si no usamos un sistema operativo como Windows 7 y tambin se puedeusar en combinacin con TRIM.[5]

Ventajas e inconvenientes

VentajasLos dispositivos de estado slido que usan bloques de memorias flash tienen varias ventajas nicas frente a losdiscos duros mecnicos:[6]

Arranque ms rpido, al no tener platos que necesiten tomar una velocidad constante. Gran velocidad de escritura. Mayor rapidez de lectura, incluso 10 veces ms que los discos duros tradicionales ms rpidos gracias a RAIDs

internos en un mismo SSD. Baja latencia de lectura y escritura, cientos de veces ms rpido que los discos mecnicos. Lanzamiento y arranque de aplicaciones en menor tiempo - Resultado de la mayor velocidad de lectura y

especialmente del tiempo de bsqueda. Pero solo si la aplicacin reside en flash y es ms dependiente de lavelocidad de lectura que de otros aspectos.

Menor consumo de energa y produccin de calor - Resultado de no tener elementos mecnicos. Sin ruido - La misma carencia de partes mecnicas los hace completamente inaudibles. Mejorado el tiempo medio entre fallos, superando 2 millones de horas, muy superior al de los discos duros. Seguridad - permitiendo una muy rpida "limpieza" de los datos almacenados. Rendimiento determinista - a diferencia de los discos duros mecnicos, el rendimiento de los SSD es constante y

determinista a travs del almacenamiento entero. El tiempo de "bsqueda" constante. El rendimiento no se deteriora mientras el medio se llena. (Vase Desfragmentacin) Menor peso y tamao que un disco duro tradicional de similar capacidad. Resistente - Soporta cadas, golpes y vibraciones sin estropearse y sin descalibrarse como pasaba con los antiguos

discos duros, gracias a carecer de elementos mecnicos. Borrado ms seguro e irrecuperable de datos; es decir, no es necesario hacer uso del Algoritmo Gutmann para

cerciorarse totalmente del borrado de un archivo.


LimitacionesLos dispositivos de estado slido que usan memorias flash tienen tambin varias desventajas: Precio - Los precios de las memorias flash son considerablemente ms altos en relacin precio/gigabyte, debido a

su baja demanda. sta como tal no es una desventaja tcnica, y segn se logre su uso masificado en detrimentodel estndar precedente, su precio se regularizar y se har asequible como sucede con los discos duros mviles,que en teora son ms caros de producir por llevar piezas metlicas y tener mecanismos de alta precisin.

Menor recuperacin - Despus de un fallo fsico se pierden completamente los datos pues la celda es destruida,mientras que en un disco duro normal que sufre dao mecnico los datos son frecuentemente recuperables usandoayuda de expertos.

Vida til - Al reducirse el tamao del transistor se disminuye directamente la vida til de las memorias NAND, sesolucionara ya en modelos posteriores al instalar sistemas utilizando memristores.

Menores capacidades de almacenamiento.

SolucionesAunque su masificacin est en entredicho, algunos de los problemas que mayormente afectaron su uso masivofueron: Degradacin de rendimiento al cabo de mucho uso en las memorias NAND (solucionado, en parte, con el sistema

TRIM). Menor velocidad en operaciones E/S secuenciales. (Ya se ha conseguido una velocidad similar). Vulnerabilidad contra ciertos tipo de efectos - Incluyendo prdida de energa abrupta (en los SSD basado en

DRAM), campos magnticos y cargas estticas comparados con los discos duros normales (que almacenan losdatos dentro de una jaula de Faraday).

Referencias[1] http:/ / www. noticias3d. com/ noticia. asp?idnoticia=42762[2] http:/ / www. noticias3d. com/ noticia. asp?idnoticia=41337[3] http:/ / www. noticias3d. com/ noticia. asp?idnoticia=48632[4] SSD Controladora Sandforce SF-1200 (OCZ Vertex 2) Abriendo aplicaciones de manera totalmente inmediata, Vdeo de agosto de 2010)

vdeo en [[YouTube (http:/ / www. youtube. com/ watch?v=2Jtjw-_XTTI)] mostrando la velocidad de apertura de 40 aplicaciones usando unOCZ Vertex 2 con controladora SandForce SF 1200 Series (285 MB/s lectura - 275 MB/s escritura)]

[5] Unidades de estado slido (SSD) insertadas en un mdulo DIMM (http:/ / www. pcper. com/ article. php?aid=1038)[6] Raptor vs Intel X25-M, Vdeo de mayo de 2009 en [[YouTube (http:/ / www. youtube. com/ watch?v=T_Jz7IMwBt4)] comparando el tiempo

que se tarda en arrancar 51 aplicaciones empleando un disco duro tradicional (Western Digital Raptor WD1500ADFD) y una unidad de estadoslido (Intel X-25M). (250 MB/s lectura - 70 MB/s escritura)]

Enlaces externos A guide to understanding Solid State Drives. (http:/ / www. happysysadm. com/ 2011/ 07/

solid-state-drives-some-theory-and. html) Todos los detalles sobre los Discos Duros SSD. (http:/ / gamingpc. es/ discos-duros-ssd-plextor/ )

Fuentes y contribuyentes del artculo 8

Fuentes y contribuyentes del artculoDispositivo de estado slido Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=76434833 Contribuyentes: AVIADOR, Andreasmperu, Angelito7, Arjuno3, Banfield, Biasoli, Cercaburgo,Chechesa, Cinevoro, CommonsDelinker, Dhidalgo, Diaments 7.0, Diamondland, Dondervogel 2, Edmenb, Eduardosalg, Emiduronte, ErikvanB, Eva76, FL0per, Fanattiq, Foundling, Gaijin,Grillitus, Grohl, H0m3r, HIPATIA2006, Hampcky, Helmy oved, JacobRodrigues, Javierito92, Jedial23, Jkbw, Kerplunk!, LMLMbis, Leonpolanco, MadriCR, Maragm, Marcecoro, Matdrodes,Montgomery, NetOverflow, OceanO, Pandalive, Petruss, Punkibastardo, Quantanew, Ramjar, Ray-t-niggs, Richy, Rufflos, Serolillo, SuperBraulio13, TeleMania, TorQue Astur, Vitamine, Wyup,Yosoydiox, 176 ediciones annimas

Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentesArchivo:Asus_Eee_PC_901_8-Gb_SSD.jpg Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Asus_Eee_PC_901_8-Gb_SSD.jpg Licencia: Public Domain Contribuyentes:Frank9321Archivo:Crucial 256GB Solid State SATA Hard Drive.jpg Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Crucial_256GB_Solid_State_SATA_Hard_Drive.jpg Licencia: CreativeCommons Attribution-Sharealike 3.0 Contribuyentes: User:DjsumdogArchivo:RamSan-400.jpg Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:RamSan-400.jpg Licencia: Creative Commons Attribution 3.0 Contribuyentes: TMSArchivo:Disassembled_HDD_and_SSD.JPG Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Disassembled_HDD_and_SSD.JPG Licencia: Creative CommonsAttribution-Sharealike 2.5 Contribuyentes: Original uploader was Rochellesinger at en.wikipediaArchivo:Ddrdrive x1.jpg Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Ddrdrive_x1.jpg Licencia: Creative Commons Attribution 3.0 Contribuyentes: DDRdrive LLC -http://www.ddrdrive.com/. Original uploader was Driveforspeed at en.wikipediaArchivo:Slc_vs_mlc.gif Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Slc_vs_mlc.gif Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike Contribuyentes: TorQue Astur

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Dispositivo de estado slidoDefinicin Historia SSD basados en RAM SSD basados en flash Enterprise flash driveRaceTrack

Arquitectura, diseo y funcionamiento Basados en NAND Flash Basados en DRAM

Otras aplicaciones Tecnologas Celda de nivel individual (SLC)Celda de nivel mltiple (MLC)Triple bit por celda (TLC)

Optimizaciones afines a SSD en los sistemas de archivos NTFS y exFAT ZFS

Ventajas e inconvenientes Ventajas Limitaciones Soluciones

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