SMR (shingled magnetic recording): más densidad de almacenamiento

El mundo alberga cada vez más datos: dispositivos móviles, streaming, nubes, servidores... Se espera que el consumo de datos por hogar pronto alcance un terabyte por mes. ¿Cómo es posible satisfacer esta creciente demanda de capacidad de almacenamiento? La respuesta podría ser la SMR (del inglés shingled magnetic recording). Te contamos qué es la grabación magnética escalonada, cómo funciona esta nueva tecnología y cuánta capacidad de almacenamiento proporciona.

Durante mucho tiempo, los discos duros parecían haber alcanzado su límite de capacidad con los cuatro terabytes, ya que no había habido grandes progresos desde entonces. Y entonces, llegó la grabación magnética escalonada (o SMR, del inglés shingled magnetic recording), que permite generar discos duros de ocho terabytes de manera asequible. Lo más sorprendente de los discos duros SMR es su densidad de área, con la que ofrecen más de un 25 por ciento de espacio de almacenamiento adicional en la misma superficie física.

Entonces, ¿qué es la SMR? En términos simples, la shingled magnetic recording es una tecnología de disco duro en la que se reduce todavía más la distancia entre las pistas. El término inglés shingle significa “teja” y describe gráficamente cómo funciona el proceso, porque las pistas del disco duro SMR se superponen como las tejas de un tejado, lo que permite escribir más datos en el mismo espacio. Con la SMR, los cabezales de lectura son mucho más pequeños que las unidades de escritura, lo que significa que pueden leer todos los datos, incluso si las pistas están superpuestas.

Esta tecnología es todavía nueva pero muy prometedora, y pronto podría sustituir al estándar actual, la grabación magnética perpendicular o PMR (perpendicular magnetic recording), que utiliza un diseño de pistas paralelas en el que los polos de los elementos magnéticos (que representan bits de datos) se orientan perpendicularmente a la superficie del disco y las pistas magnéticas se escriben una al lado de la otra sin solaparse. Para obtener más capacidad con la PMR, hay que ampliar la superficie, lo que subraya el enorme potencial de la shingled magnetic recording. La SMR es una extensión de la PMR y ofrece una densidad de área mejorada, por lo que el producto final tiene el mismo aspecto físico que un disco duro PMR estándar pero una capacidad mucho mayor. Sin embargo, el cambio de arquitectura del disco duro SMR también implica que la experiencia del usuario sea muy distinta.

Los discos duros SMR cambian de enfoque para superar las limitaciones físicas de un disco duro normal, empezando por el cabezal de lectura y escritura, que es relativamente ancho, incluso considerablemente más que las propias pistas. El cabezal escribe las pistas de datos de forma secuencial. Parte de las pistas se sobrescriben y, dado que están superpuestas, las pistas adyacentes deben sobrescribirse cada vez. En teoría, esto implicaría que cambiar un solo byte obligaría a sobrescribir todo el disco duro SMR y el procesamiento de los datos se volvería tan lento que la grabación magnética escalonada sería completamente inútil.

Para evitar que esto suceda, la SMR combina las pistas en las llamadas bandas. Esto limita la superposición de las pistas y, por lo tanto su sobreescritura, a un cierto número. Además, cada disco duro tiene una zona de búfer interna para almacenamiento temporal y una caché. Los datos se escriben primero en estas dos ubicaciones intermedias y solo después se introducen en el lugar correcto de la pista. Esto explica por qué las unidades SMR suelen seguir funcionando durante mucho tiempo después de una operación de escritura.

El sistema utiliza un elemento de escritura muy potente para crear pistas muy estrechas, lo que conlleva una mayor densidad de datos. Esto hace que la SMR sea ideal para la escritura continua de datos en el disco duro en largos procesos de escritura secuencial.

Un gran inconveniente de la SMR es que se trata de una tecnología todavía muy joven y que no siempre está claramente especificada en todos los discos duros. De hecho, suele suceder que los discos duros marcados como adecuados para el NAS son en realidad modelos de grabación magnética escalonada. En principio, un disco duro SMR también se puede utilizar en el NAS, pero, debido a su diseño, los requisitos de la carga de trabajo cambiantes hacen que se llegue rápidamente al límite.

Si utilizas varios tipos de disco duro, por ejemplo, para aumentar un servidor con SSD, debes evitar combinar PMR y SMR, ya que algunos modelos han resultado dar problemas de rendimiento en estos casos.

En teoría, un SMR puede utilizarse como cualquier otro disco duro, es decir, puede formatearse en FAT32 y ejecutarse en Windows. En comparación directa con un disco duro PMR convencional, la velocidad de transmisión de datos varía mucho por las razones mencionadas anteriormente, al menos cuando el acceso de escritura se vuelve irregular. Con un disco duro SMR, si los procesos son lineales, la velocidad no se ve afectada. Asimismo, no se perciben diferencias notables en la lectura. En todo caso, si bien es cierto que la shingled magnetic recording funciona mejor de lo que suele creerse en comparación con otras tecnologías de almacenamiento, no es capaz de acabar con el predominio de los discos duros SSD como unidades para juegos o programas, aunque también es verdad que no ha sido diseñada para ello.

La SMR se aprovecha al máximo cuando el sistema debe escribir datos en el disco duro continuamente. Estos largos procesos de escritura secuencial son necesarios para aplicaciones de servidor, copias de seguridad y datos de archivo: por ejemplo, para archivos en la nube o para arquitecturas de almacenamiento basado en objetos.

Estos discos no se recomiendan para uso privado (por ejemplo, como disco duro grande para un ordenador personal) debido al calor y el ruido que generan y su alto consumo de energía. La causa de estos inconvenientes es el método de reorganización mencionado más arriba; los datos nuevos se escriben inicialmente en un área vacía del disco, mientras que los datos antiguos se retienen temporalmente en la pista original. Cuando el disco duro SMR está inactivo, los bits de datos antiguos se sustituyen por los nuevos. Para ello, la SMR requiere tiempos de inactividad intermedios. El disco duro puede volverse notablemente más lento si tiene que escribir datos en direcciones distribuidas aleatoriamente durante un largo período de tiempo, lo que se denomina escritura aleatoria.

Los fabricantes de discos duros SMR pretenden solventar este problema mediante el firmware. No obstante, los discos duros SSD siguen siendo la mejor opción para el uso habitual y privado, sobre todo porque resultan cada vez más baratos.

Si lo que quieres en cambio es crear un archivo de datos en tu servidor, la SMR te ofrece una solución que ahorra espacio físico y resulta rentable y fiable.