Una mirada a la tecnología de las unidades de disco duro, apariencia exterior y valores internos

A primera vista, en el aspecto de las unidades de disco duro (HDD) pocas cosas han cambiado en las últimas décadas, y eso es algo positivo. El formato establecido y las interfaces probadas ofrecen seguridad de inversión a largo plazo, lo que convierte a los HDD en una constante dentro de infraestructuras TI en rápida evolución. Sin embargo, en el interior de las unidades se han producido numerosos avances.

Al comparar los discos duros empresariales de hace 20 años con los modelos actuales, es necesario observar con atención para detectar diferencias externas. El cambio más notable es el tamaño de la placa de circuito en la parte inferior de la unidad: se ha reducido considerablemente y ya no se extiende por debajo del eje que sostiene los discos. Esto deja más espacio dentro de la carcasa para los platos magnéticos. Lo que originalmente eran nueve platos pasaron a ser 10 y, gracias a discos más delgados, ahora han aumentado a 11, lo que permite capacidades de almacenamiento mucho mayores. Aparte de esto, los HDD empresariales siguen contando con el formato de 3,5 pulgadas e interfaces SATA o SAS.

Un formato para toda la vida

El formato de 3,5 pulgadas se eligió originalmente para que los discos duros encajaran en las mismas bahías que las unidades de disquete. Se convirtió rápidamente en el estándar y se ha mantenido hasta hoy. Aunque todavía existen algunos discos duros de 2,5 pulgadas que giran a 10.500 o 15.000 revoluciones por minuto (rpm), estas “unidades de rendimiento”, con capacidades relativamente pequeñas de solo unos pocos terabytes (TB), están siendo cada vez más desplazadas por las unidades de estado sólido (SSD).

En cambio, las unidades de 3,5 pulgadas con 7.200 rpm y capacidades superiores a 20 TB siguen disfrutando de una fuerte demanda y continúan siendo la columna vertebral de las infraestructuras de almacenamiento en empresas, grandes centros de datos y entornos cloud. Al fin y al cabo, proporcionan grandes volúmenes de almacenamiento a bajo coste y siguen siendo el medio de almacenamiento con acceso directo más económico.

Además, el formato consolidado y las interfaces probadas ofrecen un alto grado de seguridad de inversión. Las empresas pueden utilizar, tanto unidades actuales como futuras generaciones de HDD en sus sistemas existentes, sin dificultad, algo que no resulta tan sencillo con los SSD, dada la variedad de formatos como 2,5 pulgadas, M.2, U.2 y mSATA.

El Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF) pretende aportar estandarización en este ámbito, pero también se presenta en diferentes tamaños y requiere la adquisición de nuevos sistemas. En cambio, con los HDD, las unidades existentes pueden sustituirse por modelos más recientes en cualquier momento, por ejemplo, cuando alcanzan el final de su vida útil o cuando se necesita mayor capacidad de almacenamiento.

Interfaces compatibles hacia atrás

Unidades más nuevas en sistemas antiguos, o unidades antiguas en sistemas nuevos: esto funciona sin problemas, en gran parte porque SATA y SAS son compatibles hacia atrás. Los HDD actuales utilizan SATA 3.3 a 6 Gbit/s o SAS 3.0 a 12 Gbit/s, pero también funcionan con especificaciones anteriores, aunque a menores velocidades de transferencia. En SATA, 1,5 o 3 Gbit/s, y en SAS, 6, 3 o 1,5 Gbit/s.

Aunque SAS 4.0 con 24 Gbit/s está disponible desde hace tiempo, esta versión no se utiliza en discos duros porque el diseño mecánico limita la velocidad de datos, y no podrían aprovechar el ancho de banda disponible. Existen, sin embargo, formas de aumentar las tasas de transferencia de los HDD más allá de la velocidad de rotación. Los fabricantes, por ejemplo, han desarrollado unidades con dos brazos actuadores, lo que permite acceder en paralelo a diferentes áreas de los platos magnéticos y escribir y leer datos con mayor rapidez. Dado que el espacio dentro de la carcasa es limitado y no hay lugar para un segundo brazo con su propio pivote, la solución consistió en utilizar dos brazos sobre un único pivote que pueden moverse de forma independiente.

A pesar de las tasas de transferencia significativamente mayores, este concepto no se ha consolidado en el mercado. El enfoque principal de los HDD es ofrecer, más que rendimiento, capacidad de almacenamiento asequible. Además, la velocidad de los HDD actuales es suficiente para la mayoría de los casos de uso, no la de las unidades individuales, sino la de los conjuntos de discos. Estos pueden alcanzar fácilmente velocidades de transferencia superiores a 15 GB/s y más de 15.000 IOPS. Si aun así no es suficiente, se puede añadir SSD como caché.

Compatibilidad y eficiencia en costes son prioritarias

Por ello, el principal objetivo de los fabricantes de discos duros es aumentar la capacidad. En teoría, esto podría lograrse rápidamente utilizando carcasas más grandes que alberguen más platos magnéticos. Sin embargo, dado que los nuevos formatos requerirían nuevos sistemas para soportarlos, esta no es una opción viable. Contradiría el objetivo de garantizar compatibilidad y seguridad de inversión mediante un diseño inalterado.

Por tanto, el único enfoque posible es hacer los platos más delgados y aumentar aún más la densidad de datos del disco. Si antes los discos tenían un grosor de 0,635 mm, los más recientes miden solo 0,55 mm, lo que permite que una unidad de 3,5 pulgadas aloje 11 platos en lugar de 10. Además, las nuevas tecnologías de grabación incrementan la densidad de datos de distintas maneras.

La grabación magnética solapada (Shingled Magnetic Recording, SMR) utiliza pistas superpuestas. Gracias a mecanismos de corrección de errores más sofisticados, la tecnología es ahora más fiable que en sus inicios y permite un solapamiento de las pistas aún mayor.

La grabación magnética asistida por microondas (Microwave Assisted Magnetic Recording, MAMR) y la grabación magnética asistida por calor (Heat Assisted Magnetic Recording, HAMR), por su parte, emplean microondas o rayos láser para reducir la energía magnética necesaria durante la escritura. Esto permite que el cabezal de escritura sea más pequeño y escriba bits y pistas con mayor densidad.

Las empresas pueden utilizar, tanto unidades actuales como futuras generaciones de HDD en sus sistemas existentes, sin dificultad, algo que no resulta tan sencillo con los SSD

Actualmente, MAMR es la tecnología más madura y, según expertos del sector, se espera que conduzca a discos duros con capacidades de hasta 40 TB en los próximos años. Posteriormente, es probable que HAMR tome el relevo, ya que ofrece mayor potencial y permitirá capacidades aún más elevadas.

A medida que los fabricantes continúan desarrollando MAMR y HAMR, prestan especial atención a procesos de producción eficientes en costes, ya que el requisito clave es que las nuevas tecnologías no aumenten el precio por unidad de capacidad. Después de todo, los discos duros no deben perder su mayor fortaleza: la eficiencia en costes.

En los últimos años, la capacidad ha aumentado alrededor de 2 TB por año manteniendo el coste constante, y MAMR y HAMR están destinadas a garantizar que esta tendencia continúe. El formato consolidado y las interfaces probadas aseguran que empresas, operadores de centros de datos y proveedores cloud puedan beneficiarse sin verse obligados a sustituir sus sistemas de servidores y almacenamiento.

Rainer W. Kaese, director senior de Desarrollo de negocio de HDD de Toshiba Electronics Europe GmbH