¿Cuál es el funcionamiento de la unidad SSD en mi PC?

El SSD es un nuevo tipo de disco duro que existe desde hace unos años y no utiliza la misma tecnología que un disco duro tradicional.  Aunque muchas personas conocen cómo trabajan los discos duros convencionales, poco se menciona acerca del funcionamiento de la unidad SSD. 

Las SSD utilizan componentes electrónicos (como la RAM) para almacenar los datos. Sólo que, a diferencia de la memoria RAM, los datos permanecen en el disco duro, aunque se apague el ordenador: igual que una memoria USB o la tarjeta de memoria de la cámara digital.

Como puedes intuir de lo comentado previamente, el interior de un SSD no tiene nada que ver con un disco duro mecánico. Ya no hay tocadiscos ni cabezas de lectura, todo esto se sustituye por componentes electrónicos.

¿Cómo es el funcionamiento de la unidad SSD?

Se me ocurrió la idea de analizar el funcionamiento de la unidad SSD en mi PC mientras escribía mi artículo sobre la historia del disco duro. Primero quería escribir sobre su vida útil. Mientras investigaba, empecé a molestarme.

Leemos en todas partes que la memoria flash NAND (la tecnología de almacenamiento utilizada en las SSD) se desgasta con el tiempo, pero nadie explica exactamente cómo. ¿Cuáles son los procesos físicos que tienen lugar?

Una vez que entiendas cómo funcionan estos discos, su desgaste tendrá sentido. Y también podrá responder a algunas preguntas comunes que han quedado sin respuesta hasta ahora. Por qué las unidades SSD se ralentizan cuando se quedan sin espacio de almacenamiento, por ejemplo.

Una unidad de estado sólido se compone de una placa con una interfaz (SATA, PCIe, SATA-Express u otra), una memoria flash NAND, una memoria caché según la unidad y un controlador en el que se encuentra el firmware. Se maneja a través de un protocolo (AHCI o NVMe). Empecemos por la memoria flash NAND.

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¿Qué es la memoria flash NAND?

A diferencia de los discos duros, la lectura y escritura electrónica de datos se realiza en la memoria flash NAND. La memoria flash NAND se caracteriza por su gran capacidad de almacenamiento y su buena protección de datos. Hace lo mismo que los platos en un disco duro: guarda los datos de forma permanente creando una tensión.

Líneas de bits y líneas de palabras

Un bloque NAND está formado por líneas de bits y líneas de palabras. Las líneas de bits son paralelas. Están hechos de silicio y se separan mediante una técnica llamada "aislamiento de zanja poco profunda" (STI). Las líneas de palabras, hechas de polisilicio, son perpendiculares a las líneas de bits.

La puerta de control se coloca sobre ellos. La celda de memoria se encuentra donde se cruzan la línea de bits y la línea de palabras. Las células de memoria individuales son los llamados transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico de puerta flotante (FGMOS).

La puerta flotante se encuentra entre la puerta de control y la línea de bits. Se trata de una capa semiconductora aislada eléctricamente que almacena carga y flota en la capa aislante.

La rejilla de control rodea la puerta flotante. Las dos puertas están separadas por una capa de óxido-nitruro (ONO). Debajo de la puerta flotante está el óxido de túnel (no conductor), y luego la línea de bits con la fuente y el drenaje.

Las celdas de memoria y los bloques

Las celdas de memoria de una línea de palabras se reúnen en una página. Las páginas son las unidades más pequeñas que pueden leerse o escribirse en un SSD. Según el proceso de fabricación o el tipo de memoria flash, las páginas pueden ser de 2 KB, 4 KB, 8 KB o 16 KB.

Las páginas múltiples se combinan en bloques. Cada bloque contiene entre 128 y 256 páginas. Un bloque es la unidad más pequeña que se puede borrar. Técnicamente, el borrado también podría tener lugar a nivel de página, pero la tensión en las células de memoria sería tan grande que la vida útil se acortaría aún más.

¿Cuál es el funcionamiento de la unidad SSD en mi PC?

Ralentización del SSD

Para actualizar una página, hay que copiar el contenido del bloque en el que se encuentra la página. A continuación, hay que eliminar el bloque y guardar el contenido del bloque antiguo en un nuevo bloque con la página actualizada.

Los datos del SSD pueden leerse y escribirse muy rápidamente, pero borrarlos y reescribirlos es mucho más lento (aunque mucho más rápido que en los discos duros). Cuando el SSD está casi lleno y no hay páginas libres, tiene que buscar primero bloques que puedan ser borrados.

Así que los SSD pueden ralentizarse a medida que se llenan. Los controladores actuales disponen de varios mecanismos para contrarrestarlo. Hablaremos de cómo funciona el controlador un poco más tarde.

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Ventajas y desventajas de la SSD

No voy a repasar todos los puntos que he mencionado sobre el funcionamiento de la unidad SSD. Las 2 principales ventajas del disco duro SSD son: su velocidad y su fiabilidad. Las unidades SSD se utilizan para acelerar todo tipo de equipos.

Si sustituyes el disco duro de tu ordenador por una unidad SSD, entenderás de qué hablo: ¡Tú ordenador arrancará y funcionará mucho más rápido!

Desventajas de la SSD 

El problema de un disco duro SSD ahora mismo es el desgaste. De hecho, las celdas que almacenan los datos tienen un número limitado de escrituras (no de lecturas). Esto significa que después de un cierto número de escrituras la celda queda inutilizada.

Los controladores de estos discos duros gestionan automáticamente este problema al no escribir en esta celda y así no se corre el riesgo de perder información. Pero esto significa que después de un tiempo, la capacidad de tu disco duro SSD disminuirá.

Ten la seguridad de que el desgaste no se produce en unos pocos días. No, se necesitan años de uso intenso. Pero hay que tener en cuenta esta información porque implica que este tipo de disco duro no se puede utilizar para todo.

De hecho, este tipo de disco duro no debería utilizarse si se realizan operaciones de escritura todo el tiempo. Pero ten en cuenta que, para un ordenador personal, que se utiliza por ejemplo para guardar las fotos de la abuela, o para editar archivos de Word varias veces al día, no se arriesga mucho.

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