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.