Arquitectura, diseño y funcionamiento

Arquitectura diseño y funcionamiento 

Chasis abierto de un disco duro tradicional (izquierda).
Aspecto de un dispositivo SSD indicado especialmente
para computadoras portátiles (derecha).

Se distinguen dos períodos: al principio, se construían con una memoria volátil DRAM y, más adelante, se empezaron a fabricar con una memoria no volátil NAND flash.

Basados en NAND Flash

Casi la totalidad de los fabricantes comercializan sus SSD con memorias no volátiles NAND flash para desarrollar un dispositivo no sólo veloz y con una vasta capacidad, sino robusto y a la vez lo más pequeño posible tanto para el mercado de consumo como el profesional. Al ser memorias no volátiles, no requieren ningún tipo de alimentación constante ni pilas para no perder los datos almacenados, incluso en apagones repentinos, aunque cabe destacar que los SSD NAND Flash son más lentos que los que se basan en DRAM. Son comercializadas con las dimensiones heredadas de los discos duros, es decir, en 3,5 pulgadas, 2,5 pulgadas y 1,8 pulgadas, aunque también ciertas SSD vienen en formato tarjeta de expancion.

En algunos casos, las SSD pueden ser más lentas que los discos duros, en especial con controladoras antiguas de gamas bajas, pero dado que los tiempos de acceso de una SSD son inapreciables, al final resultan más rápidos. Este tiempo de acceso tan corto se debe a la ausencia de piezas mecánicas móviles, inherentes a los discos duros.

Una SSD se compone principalmente:

• Controladora: es un procesador electrónico que se encarga de administrar, gestionar y unir los módulos de memoria NAND con los conectores en entrada y salida. Ejecuta software a nivel de Firmware y es con toda seguridad, el factor más determinante para las velocidades del dispositivo.
• Caché: un dispositivo SSD utiliza un pequeño dispositivo de memoria DRAM similar al caché de los discos duros. El directorio de la colocación de bloques y el desgaste de nivelación de datos también se mantiene en la memoria caché mientras la unidad está operativa.
• Condensador: es necesario para mantener la integridad de los datos de la memoria caché, si la alimentación eléctrica se ha detenido inesperadamente, el tiempo suficiente para que se puedan enviar los datos retenidos hacia la memoria no volátil.

El rendimiento de los SSD se incrementan añadiendo chips NAND Flash en paralelo. Un sólo chip NAND Flash es relativamente lento, dado que la interfaz de entrada y salida es de 8 ó 16 bits asíncrona y también por la latencia adicional de las operaciones básicas de E/S (Típica de los SLC NAND - aproximadamente 25 μs para buscar una página de 4 KiB de la matriz en el búfer de E/S en una lectura, aproximadamente 250 μs para una página de 4 KiB de la memoria intermedia de E/S a la matriz de la escritura y sobre 2 ms para borrar un bloque de 256 KiB). Cuando varios dispositivos NAND operan en paralelo dentro de un SSD, las escalas de ancho de banda se incrementan y las latencias de alta se minimizan, siempre y cuando suficientes operaciones estén pendientes y la carga se distribuya uniformemente entre los dispositivos.Los SSD de Micron e Intel fabricaron unidades flash mediante la aplicación de los datos de creación de bandas (similar a RAID 0) e intercalado. Esto permitió la creación de SSD ultrarápidos con 250 MB/s de lectura y escritura.

Las controladoras Sandforce SF 1000 Series consiguen tasas de transferencia cercanas a la saturación de la interfaz SATA II (rozando los 300 MB/s simétricos tanto en lectura como en escritura). La generación sucesora, las Sandforce SF 2000 Series, permiten más allá de los 500 MB/s simétricos de lectura y escritura secuencial, requiriendo de una interfaz SATA III si se desea alcanzar estos registros.

Basados en DRAM

Los SSD basados en este tipo de almacenamiento proporcionan una rauda velocidad de acceso a datos, en torno a 10 μs y se utilizan principalmente para acelerar aplicaciones que de otra manera serían mermadas por la latencia del resto de sistemas. Estos SSD incorporan una batería o bien un adaptador de corriente continua, además de un sistema de copia de seguridad de almacenamiento para desconexiones abruptas que al restablecerse vuelve a volcarse a la memoria no volátil, algo similar al sistema de hibernacion de los sistemas operativos.

Estos SSD son generalmente equipados con las mismas DIMMs de RAM que cualquier ordenador corriente, permitiendo su sustitución o expansión.

Sin embargo, las mejoras de las memorias basadas en flash están haciendo los SSD basados en DRAM no tan efectivos y acortando la brecha que los separa en términos de rendimiento. Además los sistemas basados en DRAM son tremendamente más caros.