DAS (Direct Attached Storage) y discos SSD: tipos de celda NAND

Concepto de DAS

El DAS es la modalidad de almacenamiento más sencilla: un dispositivo de almacenamiento unido directamente a un servidor o estación de trabajo, sin red de almacenamiento de por medio. Se comunica a través de interfaces locales —SATA, SAS, SCSI, USB o Thunderbolt— y aporta sencillez, bajo coste y baja latencia local.

• Ventaja principal: el acceso es directo, por lo que resulta muy eficiente para el equipo que lo usa.
• Limitación: al ser local, la capacidad suele quedar reservada a un solo equipo o a un grupo muy pequeño. A diferencia del NAS y de la SAN, no está concebido para repartir capacidad de forma amplia entre muchos servidores o usuarios.

Componentes y protocolos del DAS

Componentes básicos:

• El host o servidor que consume el almacenamiento.
• La controladora o interfaz local.
• Los discos o SSD, internos o externos.
• En su caso, una cabina o enclosure que aloja varios discos.

Protocolos e interfaces habituales: SATA, SAS, SCSI, USB y Thunderbolt, todos ellos basados en la comunicación directa con el host.

El DAS opera normalmente a nivel de bloque: es el sistema operativo del servidor quien gestiona el sistema de archivos y entrega los datos a las aplicaciones.

SAS frente a SATA:

Discos SSD

Una unidad de estado sólido (SSD) es un dispositivo de almacenamiento basado en semiconductores que, por lo general, guarda los datos en memoria flash NAND. Según cuántos bits almacena cada celda, se distinguen varios tipos.

Para valorar su durabilidad se usa el ciclo P/E (Program/Erase): el proceso completo de escribir un dato en una celda de memoria flash (Program) y después borrarlo (Erase).

SLC (Single-Level Cell, celda de un solo nivel)

• Guarda 1 bit por celda: la celda contiene un 0 o un 1, lo que agiliza la escritura y la lectura.
• Ofrece alto rendimiento y la mayor resistencia: 100.000 ciclos de P/E, por lo que dura más que el resto de tipos de NAND.
• Su baja densidad de datos la convierte en la NAND más cara; apenas se emplea en productos de consumo.
• Uso típico: servidores y aplicaciones industriales que necesitan velocidad y resistencia.

MLC (Multi-Level Cell, celda multinivel)

• Almacena varios bits por celda, aunque en la práctica el término MLC designa 2 bits por celda.
• Más densidad que SLC, lo que permite fabricar unidades de mayor capacidad.
• Buen equilibrio entre precio, rendimiento y resistencia.
• Inconvenientes: es más propensa a errores de datos y aguanta 10.000 ciclos de P/E, menos que SLC.
• Se encuentra sobre todo en productos de consumo en los que la resistencia pesa menos; no obstante, en la informática actual son más frecuentes TLC y QLC.

TLC (Triple-Level Cell, celda de triple nivel)

Guarda 3 bits por celda de memoria flash NAND.

Usos:

• Almacenamiento principal y de sistema: instalación del sistema operativo (Windows, Linux), programas pesados, videojuegos y archivos de uso diario, con encendido y respuesta del equipo en segundos.
• Equilibrio precio/rendimiento: es el estándar actual de la industria para gama media y alta, con muy buena relación entre velocidad, capacidad y coste por gigabyte.
• Cargas exigentes: rinde bien en lectura y escritura, por lo que sirve para edición de vídeo, diseño gráfico, bases de datos y entornos profesionales.

Características:

• Capacidad: con 3 bits por celda se alcanzan capacidades muy altas (de cientos de gigabytes a varios terabytes) a menor precio que SLC o MLC.
• Durabilidad (ciclos P/E): soportan en torno a 3.000 ciclos de escritura y borrado por celda; vida útil sobrada para un uso doméstico o profesional estándar, aunque inferior a la de SLC/MLC.

• Caché SLC: como leer los 8 niveles de carga eléctrica de cada celda es complejo, muchos de estos discos destinan parte de su memoria a funcionar en modo SLC para acelerar las primeras transferencias.

QLC (Quad-Level Cell, celda de nivel cuádruple)

Su memoria flash NAND guarda 4 bits por celda. Para conseguirlo, el controlador trabaja con 16 niveles de voltaje distintos. Esa densidad abarata los discos de gran capacidad, pero penaliza el rendimiento y la durabilidad.

Características:

• Más capacidad a menor precio: al guardar 4 bits por celda frente a 3 (TLC) o 2 (MLC), resulta fácil y barato ofrecer unidades de 2 TB, 4 TB o más.
• Escritura más lenta: manejar 16 niveles de voltaje es más complejo; cuando se llena la caché SLC del disco, las escrituras grandes pierden velocidad.
• Menor resistencia y durabilidad: vida útil más corta en ciclos de escritura y borrado, en torno a 1.000 ciclos P/E.

Usos recomendados:

• Adecuados para: almacenamiento masivo, archivos multimedia, grandes bibliotecas de videojuegos, copias de seguridad o como segundo disco de datos.
• Poco aconsejables para: alojar el sistema operativo principal en entornos de trabajo intensivo, servidores de bases de datos o edición de vídeo profesional con escritura continua; ahí es preferible TLC o superior.

Resumen comparativo de celdas NAND