Discos duros: cuatro décadas de tecnología

La historia del disco duro se remonta a la década de los años 50 del pasado siglo. La tecnología de base de esas unidades la comparten los modelos actuales: discos magnéticos giratorios entre los que se mueven brazos con cabezales de lectura/escritura que magnetizan o escanean bits.

Los primeros discos duros eran como pequeñas cabinas y pesaban cerca de una tonelada. Se utilizaron en sistemas mainframe y otros equipos informáticos seleccionados; y revolucionaron el procesamiento de datos ya que, de repente, fue posible un acceso más inmediato a la información.

El triunfo del disco duro comenzó en la década de 1980 con la llegada de los PC. En ese momento las unidades medían 5,25” de diámetro y su capacidad era de unos pocos megabytes. No era necesario más almacenamiento porque las aplicaciones no tenían interfaces gráficas de usuario y no se requería guardar documentos escaneados ni videos digitales u otros datos que exigen mucha capacidad. De hecho, los modelos de 20 MB fueron muy populares y muchos usuarios iniciaron con ellos la era del PC.

En los años siguientes, las capacidades de almacenamiento aumentaron hasta el rango de los tres dígitos —en megas— y se estandarizaron las interfaces de alimentación y transferencia de datos: ATA, Serial ATA (SATA) o Parallel ATA (PATA). Eran típicos los cables planos con tres conectores de 40 pines que conectaban dos unidades a la placa base del ordenador. Por medio de pequeños puentes enchufables en puntos de contacto especiales en los discos duros, se determinaba cuál era la unidad primaria y cuál la secundaria.

La historia del HDD se remonta a la década de los años 50 y su tecnología base la comparten los modelos actuales

El auge que desencadenó la nueva tecnología de almacenamiento lo muestra el hecho de que en 1985 había 75 fabricantes de discos duros. Con el tiempo, más de 200 empresas intentaron producir unidades, de las cuales solo tres siguen hoy activas. La consolidación comenzó en la segunda mitad de la década de 1980, ya que la producción solo resultaba económicamente atractiva con grandes cantidades.

Reduciendo el tamaño

A partir de finales de la década de 1980 se generalizaron los discos duros con formato de 3,5”; este factor de forma se basó en el tamaño de los disquetes, buscando que cupieran en las mismas bahías. El factor de forma de 3,5” también se convirtió rápidamente en el estándar en servidores y sistemas de almacenamiento, y lo sigue siendo hoy en día.

Sin embargo, los fabricantes también desarrollaron unidades más pequeñas, empezando con discos duros de 2,5” para portátiles. Hoy, estos modelos realmente solo se encuentran en unidades USB externas, ya que en los portátiles se usan más los SSD. Particularmente en los dispositivos de bajo coste, los fabricantes solo instalan SSD de baja capacidad por razones de precio, por lo que la demanda de discos duros externos como expansión del almacenamiento sigue siendo alta. No obstante, estas unidades apenas se están desarrollando más tecnológicamente, por lo que no se esperan aumentos significativos en su capacidad.

Se alcanzó un límite inferior y los modelos de discos duros más pequeños han desaparecido por completo del mercado. Sin embargo, alrededor del cambio de milenio, existieron, por ejemplo, HDD de 1,8” para la ranura PCMCIA de equipos portátiles. Dado que los dispositivos generalmente no tenían un módem interno ni una conexión de red o WLAN, y la conexión con el mundo exterior también requería una tarjeta conectable, los propietarios de portátiles tuvieron que tomar en ese momento decisiones difíciles. En 2001, el primer iPod también tenía un HDD, un modelo con formato de 1,8” y 5 GB de capacidad, mientras que la competencia de reproductores de audio se basaba en discos de 2,5”.

Debido a que la memoria flash resultaba cara, y las tarjetas de memoria ofrecían capacidades pequeñas, también se desarrollaron discos de 1” que cabían en la ranura CompactFlash de las cámaras digitales. Además, algunos móviles de principios de la primera década de 2000 contaban con un disco duro apenas más grandes que la uña del pulgar. Algunos de estos modelos, de 0,85”, proporcionaban una capacidad impresionante de 4 Gigabytes. No se hicieron más pequeños debido a que el almacenamiento flash superó al disco duro en los teléfonos móviles.

Crece la capacidad de almacenamiento

El boom de flash significó que los discos duros solo podían tener éxito con altas capacidades a un precio favorable. A mediados de la década de los 2000, la grabación magnética perpendicular (PMR o perpendicular magnetic recording) posibilitó un verdadero salto en la capacidad. De repente los discos duros podían almacenar más de 100 GB y, muy pronto, los discos de 1 TB eran habituales.

Las crecientes capacidades de almacenamiento hicieron necesarias nuevas interfaces seriales con mayor rendimiento: en el entorno cliente (el ya mencionado SATA) y en los centros de datos (SAS, que reemplazó a SCSI). Posteriormente, en los centros de datos las SSD comenzaron a desplazar más y más a los discos duros de rotación rápida con 10k y 15k y permanecieron los HDD de 3,5” con 7200 revoluciones, que ofrecen un equilibrio óptimo entre capacidad y rendimiento.

La tecnología FC-MAMR ha aumentado la capacidad de almacenamiento y ha mejorado la eficiencia energética

A mediados de la década de 2010, estas unidades se llenaron de helio, un gas inerte liviano que causa menos fricción y turbulencia que el aire, por lo que el uso de discos más delgados liberó espacio para incorporar discos adicionales. Con nueve discos y PMR se conseguían 16 TB. Unidades de diez o más discos parecen posibles, y pueden conseguirse aumentos mayores en la capacidad con tecnologías de grabación alternativas.

La tecnología flash desplazó a los discos duros en muchos dispositivos, de modo que los HDD solo podían triunfar en entornos con grandes requerimientos de capacidad de almacenamiento. Esto les permitió coger la ola de datos creciente de la era de la información en los centros datos y los entornos cloud.

Una nueva generación de HDD

Gracias a la grabación magnética asistida por microondas (MAMR) es posible controlar y enfocar el flujo magnético en el cabezal de escritura. Esto significa que se necesita menos energía para magnetizar los bits, por lo que el cabezal de grabación es más pequeño y puede escribir datos con mayor densidad.

En la próxima etapa de desarrollo, la tecnología MAMR de conmutación asistida por microondas (MAS-MAMR) hace posible activar el material de los discos magnéticos para reducir aún más la entrada de energía y permitir una reducción adicional en el tamaño del cabezal de escritura. No obstante, esto requerirá un nuevo revestimiento de los discos que los fabricantes están desarrollando actualmente.

De acuerdo con los expertos, en los próximos años MAS-MAMR aumentará la capacidad de los discos duros de 3,5” hasta 50 TB. El nuevo hito marcará el rumbo para que los discos duros sigan soportando la mayor parte del almacenamiento de datos en la era de la información.

Parece poco probable que en los próximos 40 años se produzca otro salto en la capacidad, similar al dado desde 20 MB a 20 TB. En 2040 los discos duros tendrían que ofrecer 20 exabytes (EB) de capacidad, es decir, diez veces más que un centro de datos en la nube actual. Sin embargo, el orgulloso propietario de un disco duro de 20 MB a principios de la década de 1980 probablemente nunca soñó con modelos de 20 TB.

Toshiba lanzó en 2021 discos duros con una nueva forma de MAMR, denominada MAMR controlado por flujo (FC-MAMR). Esta tecnología ha aumentado la capacidad de almacenamiento y también ha mejorado la eficiencia energética. Tras la buena acogida en el mercado a estas unidades, Toshiba ha lanzado recientemente estos HDD avanzados, con diez discos y llenos de helio, elevando aún más la capacidad hasta llegar a los 20 TB de datos, manteniendo el factor de forma de 3,5”.