Estudiar la historia de las unidades es el comienzo del camino para comprender cómo funcionan las unidades de estado sólido. La primera parte de nuestra serie de artículos "Introducción a SSD" le dará una idea de la historia y le permitirá comprender claramente la diferencia entre SSD y su competidor más cercano: HDD.
A pesar de la abundancia de varios dispositivos para almacenar información, la popularidad de HDD y SSD en nuestro tiempo es innegable. La diferencia entre estos dos tipos de unidades para el lego es obvia: los SSD son más caros y más rápidos, y los HDD son más baratos y más potentes.
Se debe prestar especial atención a la unidad de medida de la capacidad de la unidad: históricamente, los prefijos decimales, como kilo y mega, en el contexto de la tecnología de la información, significan la décima y vigésima potencia de dos. Para eliminar la confusión, se introdujeron los prefijos binarios kibi-, mebel- y otros. La diferencia entre estas consolas se hace notable con un aumento en el volumen: al comprar un disco de 240 gigabytes, puede guardar 223.5 gibibytes de información en él.
Inmersión en la historia
El desarrollo del primer disco duro ha estado en marcha desde 1952 por IBM. El 14 de septiembre de 1956, se anunció el resultado final de desarrollo: el IBM 350 Modelo 1. El disco contenía 3.75 mebibytes de datos con dimensiones muy inmodestas: 172 centímetros de alto, 152 centímetros de largo y 74 centímetros de ancho. En el interior había 50 discos delgados recubiertos de hierro puro con un diámetro de 610 mm (24 pulgadas). El tiempo promedio para buscar datos en un disco tomó ~ 600 ms.
Pasó el tiempo e IBM mejoró la tecnología con confianza. En 1961, se introdujo
IBM 1301 con una capacidad de 18,75 megabytes con cabezales de lectura en cada placa.
IBM 1311 introdujo cartuchos de disco extraíbles y, desde 1970, se introdujo un sistema de detección y corrección de errores en el IBM 3330. Tres años después, apareció el
IBM 3340, conocido como Winchester.
Winchester (del inglés Winchester rifle) es el nombre general de rifles y rifles fabricados por la Winchester Repeating Arms Company en los Estados Unidos en la segunda mitad del siglo XIX. Estos fueron uno de los primeros rifles de disparos múltiples que ganaron una inmensa popularidad entre los compradores. Debían su nombre al fundador de la compañía, Oliver Fisher Winchester.
El IBM 3340 constaba de dos husillos de 30 MiB cada uno, razón por la cual los ingenieros llamaron a este disco "30-30" . El nombre recordaba a un rifle Winchester Modelo 1894 con cartuchos .30-30 Winchester, por lo que Kenneth Haughton, gerente de desarrollo de IBM 3340, dijo: "Si son 30-30, entonces debería ser Winchester". un 30-30, entonces debe ser un Winchester ". Desde entonces, no solo los rifles, sino también los discos duros se han llamado "Winchester".
Tres años después, el IBM 3350 Madrid salió con obleas de 14 pulgadas y un tiempo de acceso de 25 ms.
El primer disco SSD fue creado por Dataram en 1976. La unidad Dataram BulkCore constaba de un chasis con ocho ranuras de RAM de 256 KiB. Comparado con el primer disco duro, BulkCore era pequeño: 50.8 cm de largo, 48.26 cm de ancho y 40 cm de alto. El tiempo de acceso a datos en este modelo fue de solo 750 ns, que es 30,000 veces más rápido que el HDD más moderno en ese momento.
En 1978, se fundó Shugart Technology, que un año después cambia su nombre a Seagate Technology para evitar conflictos con Shugart Associates. Después de dos años de trabajo de Seagate, aparece el ST-506, el primer disco duro para computadoras personales en el formato de 5,25 pulgadas y con una capacidad de 5 MiB.
Además del advenimiento de Shugart Technology, 1978 fue recordado por el lanzamiento del primer SSD Enterprise de StorageTek. StorageTek STC 4305 contenía 45 MiB de datos. Diseñado como un reemplazo para el IBM 2305, este SSD era similar en tamaño y costaba unos increíbles $ 400,000.
En 1982, SSD ingresó al mercado de computadoras personales. La compañía Axlon específicamente para Apple II está desarrollando una unidad SSD en chips RAM llamada RAMDISK 320. Dado que la unidad se creó sobre la base de memoria volátil, se suministró una batería para mantener la seguridad de la información. La capacidad de la batería fue suficiente para 3 horas de duración de la batería en caso de pérdida de energía.
Un año después, Rodime lanzará el primer disco duro 10 MiB RO352 en un formato de 3.5 pulgadas familiar para el usuario moderno. A pesar de que este es el primer disco comercial en este factor de forma, Rodime esencialmente no ha hecho nada innovador.
El primer producto en este factor de forma es la unidad de disquete proporcionada por Tandon y Shugart Associates. Además, Seagate y MiniScribe han acordado adoptar el estándar de la industria de 3.5 pulgadas, dejando a Rodime "fuera de borda" esperado por el destino del "troll de patentes" y la salida completa de la industria de la conducción.
En 1980, el ingeniero de Toshiba, profesor Fujio Masuoka, registró una patente para un nuevo tipo de memoria llamada memoria flash tipo NOR. El desarrollo tomó 4 años.
NOR-memory es una clásica matriz 2D de conductores , en la que en la intersección de filas y columnas se instala una celda (un análogo de memoria en núcleos magnéticos).
En 1984, el profesor Masuoka habló sobre su invención en la reunión internacional de desarrolladores de electrónica, donde Intel rápidamente apreció la promesa de este desarrollo. Toshiba, en el que trabajaba el profesor Masuoka, no consideraba que la memoria Flash fuera algo especial y, por lo tanto, accedió a la solicitud de Intel de hacer varios prototipos para su estudio.
El interés de Intel en desarrollar Fujio llevó a Toshiba a identificar cinco ingenieros para ayudar al profesor a resolver el problema de comercializar la invención. Intel, a su vez, contrató a trescientos empleados para crear su propia versión de memoria Flash.
Mientras Intel y Toshiba desarrollaban unidades Flash, dos eventos importantes tuvieron lugar en 1986. Primero, SCSI está oficialmente estandarizado: un conjunto de acuerdos para la interacción entre computadoras y dispositivos periféricos. En segundo lugar, se desarrolló la interfaz AT Attachment (ATA), conocida bajo el nombre de Integrated Drive Electronics (IDE), gracias a la cual el controlador de disco se movió dentro del disco.
Durante tres años, Fujio Mausoka trabajó para mejorar la tecnología Flash y, en 1987, había desarrollado la memoria NAND.
La memoria NAND es la misma memoria NOR organizada en una matriz tridimensional . La principal diferencia fue que el algoritmo de acceso para cada celda se volvió más complicado, el área de las celdas se hizo más pequeña y la capacidad total aumentó significativamente.
Un año después, Intel desarrolló su propia memoria flash de tipo NOR, y Digipro construyó una unidad flash llamada Flashdisk. La primera versión de Flashdisk en la configuración máxima contenía 16 MiB de datos y costaba menos de $ 500
A finales de los 80 y principios de los 90, los fabricantes de discos duros compitieron en la reducción de personal. En 1989, PrairieTek lanzó el disco PrairieTek 220 20 MiB en un formato de 2.5 pulgadas. Dos años más tarde, Periféricos integrales crea el Mustang Integral Peripherals 1820 con el mismo volumen, pero ya 1,8 pulgadas. Un año después, Hewlett-Packard redujo el tamaño del disco a 1.3 pulgadas.
Seagate se mantuvo fiel a sus unidades de 3,5 pulgadas y confió en el aumento de la velocidad al lanzar su famoso modelo Barracuda en 1992, el primer disco duro con velocidades de husillo de 7200 rpm. Pero Seagate no iba a detenerse allí. En 1996, las unidades de línea Seagate Cheetah alcanzaron una velocidad de 10,000 rpm, y cuatro años después, la modificación X15 aumentó a 15,000 rpm.
En 2000, la interfaz ATA se conoció como PATA. La razón de esto fue la aparición de la interfaz Serial ATA (SATA) con cables más compactos, soporte para "intercambio en caliente" y mayor velocidad de transferencia de datos. Seagate tomó la delantera aquí, lanzando el primer disco duro con dicha interfaz en 2002.
La producción de memoria flash fue inicialmente muy costosa, pero a principios de la década de 2000, el costo se redujo drásticamente. Transcend aprovechó esto, en 2003 lanzó discos SSD en volúmenes de 16 a 512 MiB. Tres años después, Samsung y SanDisk se unieron en la producción en masa. En el mismo año, IBM vendió su división de discos a Hitachi.
Los SSD estaban ganando impulso y había un problema obvio: la interfaz SATA era más lenta que los propios SSD. Para resolver este problema, el NVM Express Workgroup comenzó a desarrollar NVMe, una especificación para protocolos de acceso a SSD directamente a través del bus PCIe, sin pasar por el "intermediario" en forma de un controlador SATA. Esto permitiría el acceso a los datos a una velocidad de bus PCIe. Dos años después, la primera versión de la especificación estaba lista, y un año después apareció la primera unidad NVMe.
Diferencias entre los SSD modernos y los HDD
A nivel físico, la diferencia entre los SSD y los HDD se nota fácilmente: no hay elementos mecánicos en los SSD, y la información se almacena en las celdas de memoria. La ausencia de elementos móviles conduce a un acceso rápido a los datos en cualquier parte de la memoria, sin embargo, hay un límite en el número de ciclos de reescritura. Debido al número limitado de ciclos de reescritura para cada celda de memoria, existe la necesidad de un mecanismo de equilibrio, que suavice el deterioro de las celdas mediante la transferencia de datos entre celdas. Este trabajo lo realiza el controlador de disco.
Para equilibrar, el controlador SSD necesita saber qué celdas están ocupadas y cuáles están libres. El controlador puede rastrear los datos grabados en la celda, lo que no se puede decir sobre la eliminación. Como sabe, los sistemas operativos (SO) no borran los datos del disco cuando el usuario elimina el archivo, sino que marcan las secciones correspondientes de la memoria como libres. Esta solución elimina la necesidad de esperar la operación del disco cuando se usa el HDD, pero es completamente inadecuado para SSD. El controlador SSD funciona con bytes, no con sistemas de archivos, y por lo tanto requiere un mensaje separado sobre cómo eliminar el archivo.
Entonces apareció el comando TRIM (ing. - trim), con el cual el sistema operativo notifica al controlador SSD sobre la liberación de un área determinada de memoria. El comando TRIM borra permanentemente los datos del disco. No todos los sistemas operativos son conscientes de la necesidad de enviar este comando a los SSD, y los controladores RAID de hardware en modo de matriz de disco nunca envían TRIM a los discos.
Continuará ...
En las siguientes partes, hablaremos sobre los factores de forma, las interfaces de conexión y la organización interna de las unidades de estado sólido.
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