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Diferencias entre SMR, CMR y PMR, ¿cómo elegir el mejor disco duro?
Últimamente se ha levantado bastante revuelo porque algunos fabricantes de discos duros, yo creo que todos en mayor o menor medida, han introducido la tecnología SMR en sus HDD pero sin avisar. No te preocupes porque voy explicarte qué es esta sopa de letras y qué consecuencias tiene que un disco duro esté fabricado con SMR.
Los discos duros son un soporte en el que hay unas partículas magnéticas que en función de su polarización representan un cero o un uno. Ya sabes que en informática todo son ceros y unos. Estas partículas magnéticas actúan como pequeños imanes. Los imanes tienen un polo positivo y otro negativo. El cabezal del disco duro al pasar por encima de ellas leerá un cero o un uno en función de su orientación. Ocurrirá exáctamente lo mismo cuando queramos escribir un dato.
Tipos de magnetización en un disco duro
Estos imancitos o partículas magnéticas se pueden orientar de manera longitudinal o perpendicular a la superficie del disco.
En la grabación o magnetización longitudinal, como puedes ver en la figura de abajo, los “imanes” que forman las partículas magnéticas se agrupan de paralelamente a la superficie del disco.
Cuando la grabación o magnetización es perpendicular las partículas magnéticas se agrupan como su propio nombre indica perpendicularmente a la superficie del disco.
Ventajas de la magnetización perpendicular
Esta magnetización perpendicular tiene 2 ventajas muy importantes:
Cabe mayor cantidad de partículas magnéticas por unidad de superficie
Se calienta menos porque las zonas en las que se reparten estas partículas son más regulares y estables.
Como puedes imaginar cuantas más partículas magnéticas por unidad de superficie metamos en un disco duro más información cabrá.
Por otro lado el calor puede provocar la desmagnetización de las partículas de una zona, por lo que la magnetización perpendicular es mejor porque es más segura y estable que la longitudinal.
Llegados a este punto es lógico pensar que todos los discos duros se fabrican con magnetización perpendicular, de ahí el nombre PMR (Perpendicular Magnetic Recording) o grabación magnética perpendicular.
Para que te hagas una idea con la magnetización longitudinal podemos meter de 15 a 30 Gb/cm2, mientras que en la magnetización perpendicular permite una mayor densidad de almacenamiento llegando a los 150 Gb/cm2. Esto es 10 veces más.
Debido a que todo el mundo utiliza la magnetización perpendicular también se llama CMR (Convencional Magnetic Recording) porque es con la que se fabrican actualmente todos los discos duros.
Proceso de escritura en PMR / CMR (Convencional Magnetic Recording)
¿Cómo se escriben o modifican los datos en un disco con PMR/CMR?
Muy sencillo, el cabezal de escritura pasa por encima de la superficie del disco, generando un campo magnético orientando el polo norte o sur (positivo o negativo) hacia arriba o abajo de las partículas magnéticas y esto se interpreta como ceros o unos (bits).
Cuando queremos leer los datos el cabezal de lectura pasa por encima de las partículas magnéticas y mira la polarización que tienen, es decir, si tiene el polo positivo mirando hacia arriba o abajo.
Como ya te habrás dado cuenta en la figura, el cabezal de escritura (naranja) es más grande que el cabezal de lectura (rojo).
La forma en la que se grabarían las pistas con los datos en la superficie de un disco duro sería de la siguiente manera:
Primero se graba una pista, se deja un pequeño espacio de separación y posteriormente se graba al lado otra pista con más datos. En PMR cada pista es independiente de las demás y por lo tanto podemos borrar o sobreescribir los datos de cada pista individualmente sin que afecte al resto de las pistas.
Proceso de escritura en SMR (Shingled Magnetic Recording)
En la continua búsqueda por aumentar la densidad de datos por cm2 surgió hace pocos años la tecnología SMR. SMR es el acrónimo de Shingled Magnetic Recording, es decir, grabación magnética escalonada.
Como el cabezal de lectura es menor que el de escritura, en SMR las pistas se superponen unas sobre otras y así se aumenta la superficie disponible para poder meter más pistas y por lo tato grabar más datos.
Este sistema de grabación tiene un gran inconveniente, y es que en SMR para modificar o borrar una pista el cabezal de escritura al sobreescribirla se superpone con la pista contigua y la corrompe. Aumentamos la densidad de bits pero tenemos el problema de sobreescritura.
Solución al problema de reescritura
La manera que SMR utiliza para solventar este problema es escribir los datos que tiene que modificar en un sector aparte y cuando se producen tiempos de inactividad en el disco aprovecha para reordenar los datos. La reordenación se realiza reescribiendo bloques completos con los datos que tenía almacenados temporalmente en otro sector y volviendo a escribir los datos que se querían conservar. Si recuerdas es un proceso muy parecido al TRIM que se producía en los SSD y la sobre dotación (overprovissioning).
Este proceso como es lógico ralentiza la reescritura porque no escribe los datos directamente, sino que tiene que escribirlos aparte para reescribirlos en su sitio definitivo más tarde. Para realizar una escritura d realmente deberemos hacer 2. Es lo mismo que hace el sobreaprovisionamineto en un SSD, pero con la diferencia de que los discos de estado sólido son muchísimo más rápidos que los discos mecánicos.
En SMR aumentamos la densidad de datos penalizando la velocidad de escritura.
SMR vs CMR/PMR
Ahora que ya sabemos las diferencias entre SMR y CMR / PMR vamos ver qué consecuencias tiene todo esto.
Los discos con CMR / PMR son más rápidos y fiables que los fabricados con SMR. La densidad de los datos es algo que afecta al fabricante, no a ti. Cuando compras un disco con una capacidad determinada no debería importarte cómo se escriben y organizan los datos en su interior. Tú compras un disco de 4, 6 u 8 TB y la capacidad es la misma independientemente de que sea SMR o CMR.
La tecnología SMR favorece al fabricante porque es capaz de introducir la misma cantidad de datos que con CMR a un coste menor. Esto se debería traducir evidentemente en el precio final y sobre todo debería estar muy claro en las especificaciones del disco.
La problemática ha surgido porque se ha sabido que los fabricantes de discos duros estaban montando tecnología SMR en sus HDD sin que el usuario que los compraba lo supiera. Es lícito fabricar y vender discos SMR, pero debería quedar muy claro cuando haces una elección de compra. Encima muchas veces no siempre los discos SMR son más baratos que los CMR.
Vídeo explicativo sobre las diferencias entre discos con SMR o CMR (PMR)
En este vídeo tiene explicado paso a paso todo lo que necesitas saber sobre los sistemas de grabación de los datos en un disco mecánico y cual es la mejor elección.
SMR y RAID
En un RAID los datos se escriben en todos los discos a la vez. Es muy importante en un servidor o un NAS saber si los discos son SMR o CMR porque si los mezclamos podrían generar muchos problemas.
Si están mezcladas ambas tecnologías de fabricación puede ocurrir que los discos con SMR tarden demasiado tiempo en escribir los datos frente a sus compañeros de RAID con CMR porque son más rápidos. El sistema puede llegar a marcar el disco SMR como degradado (en mal estado). Ten en cuenta que cuando se reconstruye un RAID porque introducimos un disco nuevo, el proceso de escritura es muy intenso y no hay prácticamente momentos de inactividad en los que se puedan reorganizar los datos como necesita SMR.
Si en un RAID todos los discos son SMR hay menos problemas porque todos escribirán más lentos pero a la misma velocidad. No habrá tantas distorsiones. De todos modos para un RAID yo desaconsejo este tipo de discos.
De hecho estos últimos meses he recibido muchos correos con gente que había comprado discos nuevos y al reconstruir el RAID el NAS le marcaba el disco como degradado. Seguramente éste es el motivo, eran discos SMR.
No siempre falla la reconstrucción del RAID, pero sí que tarda muchísimo más de lo habitual en hacerlo. También he recibido muchas preguntas de usuarios con RAIDs que parecía que nunca terminaban de reconstruirse y se prolongaba la reconstrucción durante días.
Caso de Dropbox con discos SMR
Dropbox hace años se aprovechó de la mayor densidad de datos y menor precio de los discos SMR. El “truco” está en que Dropbox para solventar el retardo de tiempo producido por el TRIM del disco modificó el sistema de escritura incorporando una caché SSD donde se alojan temporalmente los datos a escribir y cuando tienen un 1GB lo escribe directamente en 4 bloques del disco duro. De esta manera Dropbox no necesita almacenar los datos en otro sector del disco y escribir 2 veces el mismo dato.
Los datos en los HDD se escriben en bloques de 256MB por lo que basta con agrupar los datos en 4 bloques de 256MB y dar la orden de escritura de 1G al disco. Ten en cuenta que los SSD son muchísimo más rápidos que los discos duros mecánicos por lo que la caché es muy rápida.
Gracias a este sistema Dropbox ha conseguido disminuir sus costes de almacenamiento un 20% porque los discos SMR son más baratos y además en sus servidores con la misma RAM y CPU son capaces de manejar más discos con muchos más datos.
El inconveniente de este sistema es que aunque creo que es un software libre, hace falta que lo incorpore el sistema operativo de tu servidor NAS. No confundas la caché de un NAS con la cahé necesaria para este sistema incorporado por Dropbox.
Conclusiones finales
Los discos CMR/PMR son mejores que los SMR. Si el disco está destinado a un uso sin ciclos muy intensivos de escritura te puede compensar la compra de un disco SMR si hay una diferencia de precio respecto a un disco PMR de la misma capacidad.
Si el disco va a tener ciclos de escritura muy intensivos o si va a estar alojado en un grupo RAID, ahí te recomiendo que utilices discos CMR. Es la mejor manera de evitar problemas futuros.
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