Qué es SMR y por qué no es un problema en los discos duros

Hace unas semanas se dio a conocer que los fabricantes de discos duros mecánicos o HDD utilizaban la tecnología SMR en sus unidades. Ha existido bastante confusión en torno a que implica esta tecnología y las unidades que lo integran. Hemos estado en contacto con Toshiba, uno de los principales fabricantes de HDD del mercado para obtener toda la información al respecto.

La polémica viene dada porque en el empaquetado no se especificaba que las unidades hacían uso de esta tecnología. Una tecnología que en algunos ámbitos puede suponer algún problema de rendimiento. Para el usuario medio el que un HDD haga uso de la tecnología SMR no resulta un problema. Vamos a ver si podemos resolver todas las dudas.

¿Qué es SMR (shingled magnetic recording)

La tecnología shingled magnetic recording (grabación magnética escalonada) o SMR es una técnica de grabación de datos en unidades HDD. Se utiliza para aumentar la densidad de almacenamiento y la capacidad general de las unidades de disco duro.

Convencionalmente, los HDD escriben los datos en pistas magnéticas no superpuestas colocadas en paralelo entre sí (grabación perpendicular). El sistema SMR permite la escritura escalonada en pistas que están superpuestas a la pista escrita anteriormente.

Existe por tanto una superposición parcial entre las pistas, haciéndolas más ‘estrechas’ y aumenta la densidad. Básicamente es una estructura similar a los típicos techados realizados con tejas. Dicho enfoque viene dado por las limitaciones físicas de los cabezales magnéticos de grabación. Este límite físico impide que los cabezales de grabación magnética tenga el mismo ancho que los cabezales de lectura, haciendo que los cabezales de grabación sean más anchos.

Dicha arquitectura de pistas superpuestas hace más difícil el proceso de escritura, al sobrescribir parcialmente una pista adyacente. Si la pista adyacente tiene datos válidos, estos deben volver a escribirse.

Así las unidades SMR están divididas en muchas zonas de adición de pistas que requieren superposición y tienen que ser escritas de nuevo por completo. Es una tecnología ligamento similar a los bloques flash de las unidades de estado sólido.

Dispositivos SMR de administración propia simplifican la complejidad de administración al usarse un firmware. Los dispositivos SMR administrados por el host dependen del sistema operativo para saber cómo se maneja la unidad. Estos únicamente escriben de manera secuencial en determinadas regiones de la unidad.

Gestión de datos en unidades HDD con SMR

Dispositivo administrado por sí mismo

Las unidades HDD de dispositivo administrado aparecen para el host como si fueran unidades no fragmentadas. Esto hace que el host no requiere de ningún protocolo especial. La unidad de disco duro es quien gestiona el manejo de los datos en lo que se refiere al almacenamiento escalonado.

Su operación de capa de traducción en tejas controladas mediante firmware tienen semejanzas con las unidades SSD. Esto se debe a que las direcciones LBA no estan muy correlacionadas con la estructura del disco.

Zonas de solo agregado son muy lentas para la escritura aleatoria, por lo que la escritura en primer lugar se manda a una caché PMR (CMR). La unidad de disco duro mueve los datos a zonas SMR cuando no está siendo usado.

El uso de estas unidades en configuraciones RAID puede generar sobrecarga en la caché, generando pausas de minutos. Un firmware defectuoso también puede generar un error cuando se pide que lea una dirección nunca escrita. Los dos casos son interpretados como un fallo en la unidad por parte del controlador RAID.

Debido a esta estructura zona, las unidades SMR también sufren de amplificación de escritura cuando hay mucha ‘basura’. Pese a esto, el problema en las unidades HDD con SMR está en las velocidades de escrituras, no en la longevidad. Por esto algunos discos duros SMR admiten TRIM.

Gestión del host

Existe unidades SMR que son gestionadas por parte de un host, necesitándose una estricta adhesión a un protocolo especial dictado por el host. Debido a que es el host quien gestiona el almacenamiento escalonado, se necesita escribir de manera secuencial para no destruir datos. La unidad HDD se negara a ejecutar comandos que violen dicho protocolo.

Anfitrión consciente

Sistema que combina la gestión por el host y la administración por el propio HDD. La unidad puede administrar el almacenamiento del ‘shingled’ y ejecutara cualquier comando que el host le proporcione. No se tendrá en cuenta si el comando es secuencial o no.

Sin embargo, el host sabe que la unidad tiene fragmentación y tiene la capacidad de consultar los niveles de llenado del HDD. Permite al host optimizar las escrituras para ofrecer una solución escalonada. Esto hace, al mismo tiempo, que la unidad sea flexible y compatible con versiones anteriores.

Implementación de SMR en los HDD

Aumentar la capacidad de los discos duros magnéticos o HDD no es sencillo, porque hay algunos límites técnicos. El primero de estos límites técnicos está en las dimensiones de los HDD, que es limitada debido a que se basan en estándares. Así que no es posible hacer unidades HDD más grandes físicamente, por lo que se buscan otros métodos.

SMR lo que permite es aumentar la capacidad de los discos o platos que hay dentro de las unidades de disco duro. Aumentar la densidad de datos que se pueden almacenar en una unidad de almacenamiento tiene sus contrapuntos. La tecnología SMR está afectando a la velocidad de escritura, concretamente a la velocidad de escritura aleatoria.

Toshiba es consciente de esta particularidad y su afectación a los sistemas NAS (Network Attached Storage). Es por esto mismo que Toshiba nos confirma que las unidades N300, destinadas a estos sistemas de almacenamiento, NO utilizan la tecnología SMR. Así que los usuarios que tengan unidades de disco duro Toshiba de la serie N300 no tienen nada que temer.

Nos han querido destacar desde Toshiba que trabajan con fabricantes de ordenadores portátiles y ordenadores de sobremesa para elegir las unidades más adecuadas. Pero fuera de la gama de sistemas NAS y similares, no se realiza un uso intensivo de la velocidad de escritura.

Queremos destacar que esta tecnología no es negativa, al contrario, permite aumentar las capacidades de los HDD. En usos comerciales, como pueda ser unidad HDD secundaria para sobremesa no hay problema, porque normalmente se hace uso ocasional. Para sistemas NAS podría generar velocidades de trabajo inferiores a lo esperado, pero en los N300 de Toshiba no se implementa SMR.

Unidades Toshiba con SMR

Así mismo Toshiba nos informa las unidades que hacen uso de la tecnología SRM. El fabricante de HDD nos indica que las unidades P300 para ordenadores de sobremesa, en dos modelos hacen uso de esta tecnología. Estas unidades de almacenamiento están destinadas a ordenadores All-in-One y ordenadores de sobremesa. Concretamente son:

• P300 6TB – HDWD260UZSVA (versión Bulk – sin caja ni accesorios)
• P300 4TB – HDWD240UZSVA (versión Bulk)

Del mismo modo, las unidades L200 para ordenadores portátiles, consolas y unidades de almacenamiento externo, en algunos casos, también hacen caso de la tecnología SMR. Toshiba nos indica que los HDD con SRM dentro de la gama L200 son:

• L200 2TB – HDWL120UZSVA (Bulk), HDWL120EZSTA (Retail), HDWL120XZSTA (Retail)
• L200 1TB – HDWL110UZSVA (Bulk), HDWL110EZSTA (Retail), HDWL110XZSTA (Retail)