{"id":97879,"date":"2020-10-22T20:43:09","date_gmt":"2020-10-22T18:43:09","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom"},"modified":"2020-10-22T20:43:09","modified_gmt":"2020-10-22T18:43:09","slug":"tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/es\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"Tecnolog\u00edas de grabaci\u00f3n magn\u00e9tica HDD: lo simple en lo complejo","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Tecnolog\u00edas
\nEl primer disco duro del mundo, el IBM RAMAC 305, que apareci\u00f3 en 1956, ten\u00eda una capacidad de solo 5 MB de datos, pesaba 970 kg y sus dimensiones eran comparables a las de un refrigerador industrial. Los modelos empresariales modernos pueden presumir de capacidades de hasta 20 TB. \u00a1Imag\u00ednese! Hace 64 a\u00f1os, para almacenar esa cantidad de informaci\u00f3n, habr\u00edan sido necesarias m\u00e1s de 4 millones de RAMAC 305, y el tama\u00f1o del centro de datos requerido para alojarlos habr\u00eda superado los 9 kil\u00f3metros cuadrados, mientras que hoy en d\u00eda basta con una peque\u00f1a caja que pesa alrededor de 700 gramos. Este incre\u00edble aumento en la densidad de almacenamiento se ha logrado en gran medida gracias a la mejora de los m\u00e9todos de grabaci\u00f3n magn\u00e9tica.<\/a><\/noindex>
\nEs dif\u00edcil de creer, pero la construcci\u00f3n de los discos duros no ha cambiado fundamentalmente en casi 40 a\u00f1os, desde 1983, cuando se present\u00f3 el primer disco duro de 3,5 pulgadas, el RO351, desarrollado por la empresa escocesa Rodime. Este peque\u00f1o dispositivo contaba con dos platos magn\u00e9ticos de 10 MB cada uno, lo que le permit\u00eda almacenar el doble de datos que el actualizado ST-412 de 5,25 pulgadas, lanzado por Seagate en el mismo a\u00f1o para los ordenadores personales IBM 5160.<\/p>\n

\"Tecnolog\u00edas
\nRodime RO351 \u2014 el primer disco duro de 3,5 pulgadas del mundo<\/i><\/p>\n

A pesar de su innovaci\u00f3n y tama\u00f1o compacto, en el momento de su lanzamiento el RO351 result\u00f3 pr\u00e1cticamente innecesario, y todos los intentos posteriores de Rodime por establecerse en el mercado de discos duros fracasaron, lo que llev\u00f3 a la empresa a cesar sus actividades en 1991, vendiendo pr\u00e1cticamente todos sus activos y reduciendo su plantilla al m\u00ednimo. Sin embargo, Rodime no estaba destinada a la quiebra: poco despu\u00e9s comenzaron a contactar a ella los principales fabricantes de discos duros, interesados en adquirir la licencia para utilizar el factor de forma patentado por los escoceses. Actualmente, los 3,5 pulgadas son el est\u00e1ndar aceptado tanto para la producci\u00f3n de HDD de consumo como para los dispositivos de clase empresarial.<\/p>\n

Con la llegada de las redes neuronales, el Deep Learning y el Internet de las Cosas (IoT), la cantidad de datos generados por la humanidad ha crecido de forma exponencial. Seg\u00fan la firma de an\u00e1lisis IDC, para el a\u00f1o 2025, la cantidad de informaci\u00f3n generada tanto por personas como por los dispositivos que nos rodean alcanzar\u00e1 los 175 zettabytes (1 ZB = 10^21 bytes), mientras que en 2019 era de 45 ZB, en 2016 de 16 ZB, y en el lejano 2006, el volumen total de datos producidos en toda la historia visible no superaba los 0,16 (!) ZB. Las tecnolog\u00edas modernas ayudan a lidiar con esta explosi\u00f3n de informaci\u00f3n, entre las cuales ocupan un lugar destacado los m\u00e9todos avanzados de grabaci\u00f3n de datos.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR y TDMR: \u00bfcu\u00e1l es la diferencia?<\/h2>\n

\nEl principio de funcionamiento de los discos duros es bastante simple. Delgadas placas met\u00e1licas, cubiertas con una capa de material ferromagn\u00e9tico (una sustancia cristalina que puede retener la magnetizaci\u00f3n incluso sin la influencia de un campo magn\u00e9tico externo a temperaturas por debajo del punto de Curie), se mueven a gran velocidad (5400 revoluciones por minuto o m\u00e1s) en relaci\u00f3n con el bloque de cabezales de lectura y escritura. Al aplicar corriente el\u00e9ctrica a la cabeza de escritura, se genera un campo magn\u00e9tico alterno que cambia la direcci\u00f3n del vector de magnetizaci\u00f3n de los dominios (\u00e1reas discretas de material) del ferromagn\u00e9tico. La lectura de datos se produce ya sea a trav\u00e9s del fen\u00f3meno de inducci\u00f3n electromagn\u00e9tica (el movimiento de los dominios con respecto al sensor provoca la generaci\u00f3n de corriente el\u00e9ctrica alterna en el sensor), o mediante el efecto gigante del magnetorresistivo (la resistencia el\u00e9ctrica del sensor cambia bajo la influencia del campo magn\u00e9tico), como se realiza en los dispositivos de almacenamiento modernos. Cada dominio codifica un bit de informaci\u00f3n, tomando un valor l\u00f3gico de '0' o '1' dependiendo de la direcci\u00f3n del vector de magnetizaci\u00f3n.<\/p>\n

Durante mucho tiempo, los discos duros utilizaron el m\u00e9todo de grabaci\u00f3n magn\u00e9tica longitudinal (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), en el que el vector de magnetizaci\u00f3n de los dominios estaba en el plano del disco magn\u00e9tico. A pesar de su relativa simplicidad de implementaci\u00f3n, esta tecnolog\u00eda ten\u00eda una desventaja significativa: para superar la coercitividad (la transici\u00f3n de las part\u00edculas magn\u00e9ticas a un estado de unidominio), era necesario dejar una zona de amortiguamiento considerable entre las pistas (lo que se conoce como guard space). Como resultado, la m\u00e1xima densidad de grabaci\u00f3n que se logr\u00f3 al final de esta tecnolog\u00eda era de solo 150 Gbit\/dp2.<\/p>\n

\"Tecnolog\u00edas
\nEn 2010, el LMR fue pr\u00e1cticamente completamente reemplazado por el PMR (Perpendicular Magnetic Recording \u2014 grabaci\u00f3n magn\u00e9tica perpendicular). La principal diferencia de esta tecnolog\u00eda con respecto a la grabaci\u00f3n magn\u00e9tica longitudinal es que el vector de alineaci\u00f3n magn\u00e9tica de cada dominio se coloca en un \u00e1ngulo de 90\u00b0 con respecto a la superficie del disco magn\u00e9tico, lo que permiti\u00f3 reducir significativamente el espacio entre las pistas. <\/p>\n

Gracias a esto, la densidad de grabaci\u00f3n de datos se pudo aumentar notablemente (hasta 1 Tbit\/dp2 en los dispositivos modernos), sin sacrificar las caracter\u00edsticas de velocidad y la fiabilidad de los discos duros. Actualmente, la grabaci\u00f3n magn\u00e9tica perpendicular es dominante en el mercado, por lo que a menudo se le llama CMR (Conventional Magnetic Recording \u2014 grabaci\u00f3n magn\u00e9tica convencional). Debe entenderse que entre PMR y CMR no hay ninguna diferencia real, simplemente son diferentes variantes del nombre.<\/p>\n

\"Tecnolog\u00edas
\nAl estudiar las especificaciones t\u00e9cnicas de los discos duros modernos, tambi\u00e9n puede encontrar la misteriosa abreviatura TDMR. En particular, esta tecnolog\u00eda es utilizada por los dispositivos de clase empresarial Western Digital Ultrastar de la serie 500.<\/a><\/noindex>Desde el punto de vista f\u00edsico, el TDMR (que se interpreta como Two Dimensional Magnetic Recording \u2014 grabaci\u00f3n magn\u00e9tica bidimensional) no se diferencia en nada de la conocida PMR: como antes, se trata de pistas no intersecadas, cuyos dominios est\u00e1n orientados perpendicularmente al plano de los discos magn\u00e9ticos. La diferencia entre las tecnolog\u00edas radica en el enfoque para leer la informaci\u00f3n.<\/p>\n

En el bloque de cabezales magn\u00e9ticos de los discos duros fabricados con la tecnolog\u00eda TDMR, cada cabeza de escritura tiene dos sensores de lectura que realizan la lectura de datos simult\u00e1neamente desde cada pista recorrida. Esta redundancia permite que el controlador del HDD filtre eficazmente los ruidos electromagn\u00e9ticos, cuyo origen se debe a la interferencia entre pistas (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"Tecnolog\u00edas
\nLa soluci\u00f3n al problema del ITI ofrece dos ventajas extremadamente importantes:<\/p>\n

    \n
  1. la reducci\u00f3n del coeficiente de interferencia permite aumentar la densidad de grabaci\u00f3n al disminuir la distancia entre las pistas, lo que puede resultar en una capacidad total hasta un 10% superior en comparaci\u00f3n con la PMR convencional;<\/li>\n
  2. en combinaci\u00f3n con la tecnolog\u00eda RVS y un microactuador de tres posiciones, TDMR permite hacer frente eficazmente a la vibraci\u00f3n rotacional causada por el funcionamiento de los discos duros, lo que ayuda a lograr un nivel de rendimiento estable incluso en las condiciones de operaci\u00f3n m\u00e1s dif\u00edciles.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    \u00bfQu\u00e9 es SMR y c\u00f3mo funciona?<\/h2>\n

    \nLas dimensiones de la cabeza de escritura son aproximadamente 1.7 veces mayores que las del sensor de lectura. Esta diferencia tan significativa se explica de forma bastante sencilla: si se miniaturizara a\u00fan m\u00e1s el m\u00f3dulo de grabaci\u00f3n, la fuerza del campo magn\u00e9tico que podr\u00eda generar no ser\u00eda suficiente para magnetizar los dominios de la capa ferromagn\u00e9tica, lo que significa que los datos simplemente no se guardar\u00edan. En el caso del sensor de lectura, no surge tal problema. De hecho, su miniaturizaci\u00f3n permite reducir a\u00fan m\u00e1s el impacto del mencionado ITI en el proceso de lectura de informaci\u00f3n.<\/p>\n

    Este hecho fue la base de la grabaci\u00f3n magn\u00e9tica en capas (Shingled Magnetic Recording, SMR). Vamos a ver c\u00f3mo funciona. Al utilizar la PMR tradicional, la cabeza de escritura se desplaza con respecto a cada pista anterior a una distancia igual a su ancho m\u00e1s el ancho del espacio de protecci\u00f3n (guard space).<\/p>\n

    \"Tecnolog\u00edas
    \nAl utilizar el m\u00e9todo de grabaci\u00f3n magn\u00e9tica en mosaico, la cabeza de escritura se desplaza hacia adelante solo en parte de su ancho, por lo que cada pista anterior queda parcialmente sobrescrita por la siguiente: las pistas magn\u00e9ticas se superponen entre s\u00ed como tejas. Este enfoque permite aumentar adicionalmente la densidad de grabaci\u00f3n, logrando una capacidad de hasta un 10%, sin afectar el proceso de lectura. Como ejemplo podemos mencionar     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 los primeros discos duros de 3.5 pulgadas del mundo con una capacidad de 20 TB y conectividad SATA\/SAS, cuya aparici\u00f3n fue posible gracias a la nueva tecnolog\u00eda de grabaci\u00f3n magn\u00e9tica. As\u00ed, la transici\u00f3n a discos SMR permite aumentar la densidad de almacenamiento de datos en los mismos racks con m\u00ednimos costos de modernizaci\u00f3n de la infraestructura IT.<\/p>\n

    \"Tecnolog\u00edas
    \nA pesar de su notable ventaja, el SMR tiene una desventaja evidente. Dado que las pistas magn\u00e9ticas se superponen, al actualizar datos no solo es necesario sobrescribir el fragmento requerido, sino tambi\u00e9n todas las pistas subsiguientes en la placa magn\u00e9tica, cuyo volumen puede superar los 2 terabytes, lo que puede resultar en una ca\u00edda significativa del rendimiento.<\/p>\n

    Una soluci\u00f3n a este problema es agrupar ciertas pistas en grupos separados, llamados zonas. Aunque este enfoque para organizar el almacenamiento de datos reduce algo la capacidad total del HDD (ya que es necesario mantener suficiente espacio entre las zonas para evitar la sobreescritura de pistas de grupos adyacentes), permite acelerar significativamente el proceso de actualizaci\u00f3n de datos, ya que ahora solo se involucra un n\u00famero limitado de pistas.<\/p>\n

    \"Tecnolog\u00edas
    \nLa grabaci\u00f3n magn\u00e9tica en mosaico contempla varias opciones de implementaci\u00f3n:<\/p>\n