{"id":5318,"date":"2013-07-24T00:25:22","date_gmt":"2013-07-23T22:25:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.palentino.es\/blog\/?p=5318"},"modified":"2013-07-24T15:05:23","modified_gmt":"2013-07-24T13:05:23","slug":"aspectos-internos-de-una-unidad-ssd","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/aspectos-internos-de-una-unidad-ssd\/","title":{"rendered":"Aspectos internos de una unidad SSD"},"content":{"rendered":"

En los \u00faltimos a\u00f1os, el n\u00famero de fabricantes de unidades de disco duro se ha reducido de forma significativa a unas pocas grandes compa\u00f1\u00edas.<\/p>\n

Destacan Seagate, Western Digital y Toshiba.<\/p>\n

El resto de f\u00e1bricas han sido adquiridas. Como su desaparici\u00f3n era inminente, han sido absorbidas por estas empresas. Muchas siguen usando el nombre, pero realmente forman parte de estas organizaciones.<\/p>\n

Llegados a este punto, las unidades externamente parecen id\u00e9nticas, los cabezales, platos, etc, lo que les hace realmente diferentes unas de otras es el firmware<\/strong> que emplean.<\/p>\n

<\/p>\n

En los discos duros mec\u00e1nicos, 20 a\u00f1os de ingenier\u00eda inversa permiten conocer su funcionamiento e interpretar el almacenamiento y recuperaci\u00f3n forense de datos. En definitiva se conoce la l\u00f3gica de trabajo.<\/p>\n

Pero las unidades S\u00f3lidas o SSD, en su 4 \u00f3 5 generaci\u00f3n, difieren de las anteriores y existen muchos mecanismos de funcionamiento que s\u00f3lo conocen sus fabricantes. Todo el mundo quiere ser l\u00edder. Los veloces ciclos con los que trabajan hacen dif\u00edcil interpretar su funcionamiento interno.<\/p>\n

Las unidades SSD o s\u00f3lidas se caracterizan principalmente por no disponer de partes m\u00f3viles<\/strong>, en las lecturas y escrituras. No existen ni intervienen partes mec\u00e1nicas.<\/p>\n

Existen grandes diferencias entre unidades de estado s\u00f3lido y memorias de almacenamiento interno (ejemplo llaves USB). En las unidades SSD, no existe posibilidad de emular el controlador de acceso a los datos, el procesador central no puede realizar esas tareas<\/strong> que quedan delegadas a los procesadores y PCB de la SSD, a diferencia de las memorias de almacenamiento. Las unidades SSD poseen su propio procesador, controlan su propio funcionamiento, y no existe el acceso a datos mediante comandos.<\/p>\n

Un gran defecto de las unidades de disco duro mec\u00e1nicas es el gran problema existente con las ca\u00eddas, movimientos bruscos, golpes<\/strong>, sus estructuras internas al ser m\u00f3viles y no poseer almacenamiento electr\u00f3nico, pueden da\u00f1arse f\u00e1cilmente<\/strong>. Posee elementos muy fr\u00e1giles que pueden fallar ante accidentes. Aunque no exista alimentaci\u00f3n<\/strong> de la unidad mec\u00e1nica, puede verse afectada por estos impactos. Este tipo de situaciones no podr\u00edan ocurrir con las unidades SSD, puesto que al no disponer de partes mec\u00e1nicas, son realmente resistentes a las ca\u00eddas y accidentes<\/strong>. Los datos pueden recuperarse f\u00e1cilmente sin da\u00f1o alguno, si se ha producido un percance de este tipo.<\/p>\n

Por otro lado, el almacenamiento de los datos en una unidad de disco duro tradicional es anal\u00f3gico<\/strong>, similar a una onda, mientras que el almacenamiento en SSD es directamente digital<\/strong>. No existe el codificaci\u00f3n ni decodificaci\u00f3n de la se\u00f1al<\/strong>, para convertir<\/strong> la informaci\u00f3n en digital. Los errores de lectura de esa se\u00f1al anal\u00f3gica ocurren frecuentemente<\/strong> y es necesario realizar varias lecturas para asegurar el correcto acceso a la informaci\u00f3n<\/strong>. Existe una comprobaci\u00f3n constante del ECC. Existe una p\u00e9rdida de tiempo realizando esas comprobaciones que reduce la eficacia de la unidad<\/strong>. Este aspecto se denomina Reliability o confiabilidad de los datos<\/strong>. En este sentido la SSD son extremadamente superiores.<\/p>\n

Por otro lado la velocidad es superior<\/strong> en unidades SSD. En las unidades tradicionales muchos usuarios piensan que la velocidad en el exterior del disco es superior a la interior. Eso no es cierto t\u00e9cnicamente, la velocidad es constante, lo que s\u00ed es cierto que en la parte externa de la de los platos existen m\u00e1s sectores y existe m\u00e1s informaci\u00f3n<\/strong>, que produce menos retrasos en su lectura<\/strong> puesto que no se pierde tiempo en los movimientos del cabezal, puede leerse m\u00e1s informaci\u00f3n en el mismo tiempo. Adem\u00e1s todos los cabezales se mueven juntos, pero no trabajan juntos<\/strong>, a la vez, s\u00f3lo una cabeza de la unidad de disco esta activa en un momento determinado, ralentizando el tiempo entre activaci\u00f3n y activaci\u00f3n. Las conversiones de datos de anal\u00f3gico a digital, hacen perder tiempo, es por ello que las unidades SSD son mucho m\u00e1s r\u00e1pidas<\/strong>.<\/p>\n

Por otro lado, el consumo<\/strong> de las unidades SSD al no disponer de motor, es inferior<\/strong>, esto permite alargar la vida de las bater\u00edas<\/strong> y la duraci\u00f3n del funcionamiento de los equipos port\u00e1tiles<\/strong>. Al no existir motor ni movimiento de componentes interno en las SSD, no existe vibraci\u00f3n<\/strong>, al no tener vibraci\u00f3n, estas unidades hacen menos ruido, son m\u00e1s silenciosas.<\/strong><\/p>\n

El movimiento, siempre produce calor<\/strong>, por lo que las unidades SSD se calientan menos, la temperatura es inferior. Podr\u00edamos trabajar con un Macbook entre las piernas sin miedo a no tener descendientes.<\/p>\n

Por otro lado, al disponer de componentes electr\u00f3nicos, las SSD pesan menos<\/strong> que los discos duros tradicionales, y pueden disponer de un tama\u00f1o menor.<\/p>\n

Por lo que podemos apreciar que todo por ahora son ventajas, pero existen algunos aspectos que es necesario tener en cuenta, que pueden limitar su vida.<\/p>\n

Sigamos\u2026<\/strong><\/p>\n

Respecto al tipo de memoria que pueden usar las SSD, de los 3 tipos existentes<\/strong>, emplean el tipo NAND<\/strong>, los otros tipos de memoria NOR<\/strong> y el DRAM<\/strong> no<\/strong> son utilizadas para los discos SSD.<\/p>\n

La DRAM ha sido usada durante muchos a\u00f1os, admite ratios de velocidad alt\u00edsimos, esta memoria es la misma que la que se emplea en la RAM de los ordenadores, pero no es empleada para las unidades SSD. Es mucho m\u00e1s r\u00e1pida que la memoria de las unidades SSD que es de tipo NAND, pero existe un problema, si apagamos la electricidad o corriente del circuito perdemos la informaci\u00f3n<\/strong>. Es por ello que no se emplean en las SSD<\/p>\n

Los otros dos tipos NOR y NAND no son vol\u00e1tiles<\/strong>, fueron dise\u00f1adas hace tiempo por Fujio Masuoka<\/strong> <\/a>en Toshiba.<\/p>\n

La memoria NOR es similar a la empleada en las BIOS de los PCs, posee una particularidad, y es que s\u00f3lo puede escribirse en ellas pocas veces<\/strong>, antes de que dejen de funcionar. Poseen una acta velocidad de lectura, una baja velocidad de escritura<\/strong>.<\/p>\n

Las NAND usadas por las unidades SSD, USB, XD, etc. En este tipo de memoria puedes escribir miles de veces antes de que fallen o se estropeen.<\/p>\n

Las memorias NAND poseen celdas<\/strong>. Cada celda almacena electrones. Si no existe carga dentro de la celda, el valor es 1<\/strong>, a diferencia, si posee carga o electrones, el valor es 0.<\/p>\n

A grandes rasgos, existe una puerta en la parte superior a la celda, que mediante una carga, deja pasar el\/los electrones. Estos quedan atrapados dentro de la celda gracias a una capa de \u00f3xido<\/strong>. En la parte inferior de la celda existe un transistor<\/strong> que informa debido a los movimientos del los electrones del estado de la carga. El proceso de carga (valor 0), se denomina inyecci\u00f3n de electrones<\/strong>. El transistor inferior puede leer cuantos electrones se encuentran en la celda, en definitiva, la presencia de carga.<\/strong><\/p>\n

Como curiosidad el valor 0, a diferencia de lo que emplean muchos programadores es la presencia de valor. Lo contrario a la l\u00f3gica programada.<\/strong><\/p>\n

SLC<\/strong> (Single layer Chip), posee el valor m\u00ednimo de informaci\u00f3n, un bit por cada celda, y son las m\u00e1s caras.<\/p>\n

Memoria flash NAND puede ser sub-dividido en 3 grandes categor\u00edas SLC, MLC y TLC<\/strong>.<\/p>\n

SLC<\/strong> es una abreviatura de “c\u00e9lula de un solo nivel”:<\/p>\n

Memoria SLC almacena un bit en cada c\u00e9lula, dando lugar a velocidades de transferencia m\u00e1s r\u00e1pidas, menor consumo de energ\u00eda y la resistencia de c\u00e9lulas superiores. La \u00fanica desventaja de la c\u00e9lula de un solo nivel es el coste de fabricaci\u00f3n por MB, lo que significa que la tecnolog\u00eda flash SLC se utiliza en tarjetas de memoria de alto rendimiento, donde la velocidad y la fiabilidad son importantes.<\/p>\n

MLC<\/strong> es una abreviatura de “multi-level cell ‘:<\/p>\n

Memoria MLC almacena dos bits en cada celda<\/strong>. Al almacenar m\u00e1s bits por celda, una tarjeta de memoria Multi-Level Cell alcanzar\u00e1 velocidades m\u00e1s lentas de transferencia<\/strong>, mayor consumo<\/strong> de energ\u00eda y la resistencia de c\u00e9lulas m\u00e1s bajas que una tarjeta de memoria de la c\u00e9lula de un solo nivel. La ventaja de la memoria Multi-Level Cell es el bajo coste<\/strong> de fabricaci\u00f3n. Tecnolog\u00eda flash MLC se utiliza sobre todo en los dispositivos de memoria de los consumidores habituales.<\/p>\n

TLC es una abreviatura de ‘Celda Triple-nivel “:<\/p>\n

TLC<\/strong> memoria almacena tres bits en cada celda. Al almacenar incluso m\u00e1s bits por celda, una tarjeta de memoria del tel\u00e9fono de triple nivel alcanzar\u00e1 velocidades m\u00e1s lentas de transferencia, las tasas de error m\u00e1s elevadas y la resistencia de c\u00e9lulas m\u00e1s bajas que la c\u00e9lula multi-nivel y tarjetas de memoria de la c\u00e9lula de un solo nivel. Las ventajas de la Memoria de la c\u00e9lula de triple nivel son que el chip de memoria ser\u00e1 f\u00edsicamente m\u00e1s peque\u00f1o que SLC y chip MLC para una capacidad de memoria dada, se requiere menos energ\u00eda para funcionar que la memoria MLC y es m\u00e1s barato de producir. Tecnolog\u00eda flash TLC se utiliza sobre todo en los dispositivos de memoria de gama baja, donde la velocidad y la fiabilidad no son importantes.<\/p>\n

El proceso de Write Endurance. (Resistencia a la escritura), el problema de las memorias que forman parte de las unidades SSD<\/strong><\/p>\n

B\u00e1sicamente este proceso inyecta electrones dentro de la celda, cargando la celda e inversamente tambien \u00a0se produce la descarga y salida de los electrones.<\/p>\n

Es esa salida de electrones<\/strong>, la que provoca el da\u00f1o de la celda en el tiempo<\/strong>, y limita la vida de la unidad SSD<\/strong>, que va a determinar el metodo de almacenamiento y funcionamiento de estas unidades SSD que comentar\u00e9 mas adelante. El proceso de descarga har\u00e1 que la celda ya no se pueda cargar mas, quedando inutilizado. Cuando pasa esto, el dispositivo lo marca como un bad block.<\/p>\n

Por lo que estas unidades para un correcto funcionamiento, deben e<\/span><\/strong>vitar <\/span>realizar escrituras en las mismas posiciones<\/strong><\/span>, y emplean un procedimiento aleatorio de escritura en diferentes celdas<\/strong>. La vida es menor, si empleamos escrituras constantes<\/strong>, 4 gigas pueden durar 3 a\u00f1os, 8 gb 6 a\u00f1os, y 16 gb 9 a\u00f1os. Como podemos apreciar a mayor cantidad de memoria mayor vida de la memoria<\/strong>, puesto que puede alternar esas escrituras.<\/p>\n

Por lo tanto ese proceso que permite que las memorias duren mas, es empleado actualmente por software en unidades USB, pero en unidades SSD lo realiza el controlador del disco.<\/p>\n

Por poner un ejemplo, el proceso readyboost<\/strong> incorporado desde Windows Vista, que permite emplear las memorias usb como memoria principal, realiza este proceso de protecci\u00f3n y escritura aleatoria de forma autom\u00e1tica. El empleo de readyboots de forma constante desgasta el uso de las unidades flash.<\/p>\n

Curiosidad sobre las memorias USB o flash.<\/b><\/p>\n

En \u00a0uno de los comunicados que realizan los fabricantes de estos dispositivos, aclaran esto:<\/p>\n

Cuando las obleas o wafers<\/strong> de memoria flash son probadas,se clasifican en funci\u00f3n de su calidad de testeo. Las c\u00e9lulas malas se marcan y las c\u00e9lulas restantes se clasifican entre consumidores y el flash de calidad industrial. Las obleas buenas suelen ir a entidades de calidad en sus productos<\/strong>. Por lo que, aparte de la capacidad de una USB, la diferencia en el precio queda marcada l\u00f3gicamente en muchas ocasiones por la calidad del material, que determina la duraci\u00f3n de la memoria. Si pagamos el doble de una marca a otra es adem\u00e1s de la marca, por la duraci\u00f3n y fiabilidad de almacenamiento.<\/p>\n

Todos los fabricantes compran los wafers a las mismas fuentes, pero no todos compran la misma calidad. La misma durabilidad.<\/strong><\/span><\/p>\n

El sector en las NAND<\/b><\/p>\n

El firmware de las SSD<\/strong> permite almacenar los ficheros en bloques diferentes cada vez que escribe.<\/strong> Todos los datos se mueven de un sitio a otro de forma constante, para evitar da\u00f1ar los bloques<\/strong>. El las unidades SSD es labor de la controladora de disco<\/strong>, en las unidades USB es responsabilidad del sistema operativo<\/strong>.<\/p>\n

En una unidad tradicional o disco duro mec\u00e1nico, cuando se abre un fichero, se edita y se almacena, se graba en el mismo sector. Esto no ocurre con las SSD. Por lo que podr\u00edamos recuperar un dato borrado en el disco tradicional f\u00e1cilmente, puesto que se queda en la misma posici\u00f3n. Esto no ocurre con las SSD. Cuando modificamos un fichero, el contenido se mueve a otra localizaci\u00f3n, y se borra el sitio donde se encontraba originalmente. Los sectores no son continuos, no figuran en la mismas posiciones<\/strong>. Es responsabilidad del controlador de disco SSD recuperar los datos. Esto supone una complicaci\u00f3n para el an\u00e1lisis forense de datos<\/strong>, puesto que en las SSD los ficheros se recolocan f\u00edsicamente de sus ubicaciones, quedando a disposici\u00f3n del controlador de disco, no del SA (System Area). Adem\u00e1s cada firmware es diferente.<\/p>\n

El las SSD la unidad m\u00ednima de escritura l\u00f3gica es un sector<\/b>, pero el sector no posee el mismo tama\u00f1o<\/strong>;<\/p>\n

Oscila entre 512+16 \u00a0hasta 2048+64<\/strong> bytes que forman una p\u00e1gina.<\/p>\n

Por lo tanto el sector es variable para cada unidad<\/strong>, y esto es un problema de variabilidad.<\/p>\n

En cambio, La unidad m\u00ednima de borrado es un bloque<\/b>, que esta formado por 16\/32\/64 sectores<\/strong>, su borrado devuelve 1.<\/p>\n

Por lo tanto en los procesos de borrado eliminan mas informaci\u00f3n que realmente se escribe<\/strong>. Es en este escenario donde se mueven datos<\/strong>.<\/p>\n

El tama\u00f1o del bloque es un problema porque difiere entre fabricantes. Si comparamos el tama\u00f1o del sector de un disco duro tradicional 512 bytes<\/strong>, es fijo y es la unidad m\u00ednima de escritura y borrado<\/strong>. Cuando un sector falla, se marcan los 512 bytes en cambio en las SSD se marca el bloque, por lo que cuando existen fallos, la p\u00e9rdida de capacidad es mayor en las unidades SSD. Este es un inconveniente de las SSD.<\/strong><\/p>\n

\u00bfCual es la diferencia principal entre una unidad SSD y una memoria USB, si ambas poseen NAND?<\/strong><\/p>\n

Cuando conectamos una llave USB, estas unidades no poseen procesador principal, no poseen l\u00f3gica de trabajo<\/strong>, dejan esas funciones al sistema operativo, dejan esas funciones al driver<\/strong> para que efect\u00fae su trabajo. Cuando la conectamos el driver comienza su trabajo. Se lee el firmware y se usa el procesador principal para realizar tareas sobre la llave.<\/p>\n

Una unidad SSD cuando se conecta al ordenador, no necesita dialogar estrechamente con el procesador de la maquina para trabajar. Posee su propio procesador, que lee su propio firmware. Las tareas de Wear leveling, Gestion de bloques defectuosos, ECC, ciclos de borrado son seleccionados por el procesador de la SSD<\/strong>.<\/p>\n

Una unidad tradicional posee una zona llamada SA o System Area, cuando se conecta se lee ese SA. Esto desaparece en las SSD, existe un DA un Device Area<\/strong>, solo el primer bloque garantiza el almacenamiento del Firmware, LDB, Bad blocks, etc.<\/p>\n

Con todo lo anterior expuesto las opciones de recuperaci\u00f3n se complican en las unidades SSD<\/strong>, puesto que adem\u00e1s al no existir partes reemplazables, no podemos atajar problemas t\u00edpicos de unidades mec\u00e1nicas, platos, cabezales, preamp, PCB, etc.<\/strong><\/p>\n

Los errores f\u00edsicos de estas unidades se pueden apreciar en chips quemados, o resistencias<\/strong>. En ocasiones podemos cambiar alguna, pero necesitamos un desoldador especial<\/strong>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

En los \u00faltimos a\u00f1os, el n\u00famero de fabricantes de unidades de disco duro se ha reducido de forma significativa a unas pocas grandes compa\u00f1\u00edas. Destacan Seagate, Western Digital y Toshiba. El resto de f\u00e1bricas han sido adquiridas. Como su desaparici\u00f3n era inminente, han sido absorbidas por estas empresas. Muchas siguen usando el nombre, pero realmente forman parte de estas organizaciones. Llegados a este punto, las unidades externamente parecen id\u00e9nticas, los cabezales, platos, etc, lo que les hace realmente diferentes unas de otras es el firmware que emplean.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":5326,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[8],"tags":[448,447],"class_list":["post-5318","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-hardware","tag-hardware-2","tag-ssd"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5318","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=5318"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5318\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5320,"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5318\/revisions\/5320"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5326"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=5318"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=5318"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.palentino.es\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=5318"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}