Formato avanzado

El formato avanzado ( AF ) es cualquier formato de sector de disco utilizado para almacenar datos en HDD, SSD y SSHD que supere los 528 bytes por sector, frecuentemente sectores de 4096, 4112, 4160 o 4224 bytes. Los sectores más grandes de una unidad de formato avanzado ( AFD ) permiten la integración de algoritmos de corrección de errores más robustos para mantener la integridad de los datos a mayores densidades de almacenamiento.

El uso de sectores de datos largos se sugirió en 1998 en un documento técnico publicado por el Consorcio Nacional de la Industria de Almacenamiento (NSIC) ^{[ 2 ]} que llamaba la atención sobre el conflicto entre los continuos aumentos en la densidad de área y el formato tradicional de 512 bytes por sector utilizado en las unidades de disco duro. ^{[ 3 ]} Sin avances revolucionarios en las tecnologías de sistemas de grabación magnética, las densidades de área y, con ellas, las capacidades de almacenamiento, se proyectaba que las unidades de disco duro se estancarían.

La organización comercial de la industria del almacenamiento, International Disk Drive Equipment and Materials Association (IDEMA), respondió organizando el IDEMA Long Data Sector Committee en 2000, donde IDEMA y los principales proveedores de hardware y software colaboraron en la definición y el desarrollo de estándares que rigen los sectores de datos largos, incluidos los métodos para admitir la compatibilidad con componentes informáticos heredados. ^{[ 3 ]} En agosto de 2005, Seagate envió unidades de prueba con sectores físicos de 1K a socios de la industria para su prueba. ^{[ 4 ] : Figura 3} En 2010, se completaron los estándares de la industria para la primera generación oficial de sectores de datos largos que utilizan una configuración de 4096 bytes por sector, o 4K. Todos los fabricantes de discos duros se comprometieron a enviar nuevas plataformas de discos duros para productos de escritorio y portátiles con el formato de sector Advanced Format para enero de 2011. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

El formato avanzado se acuñó para abarcar lo que se esperaba que se convirtiera en varias generaciones de tecnologías de sectores de datos largos, y su logotipo se creó para distinguir las unidades de disco duro basadas en sectores de datos largos de aquellas que utilizan sectores heredados de 512 bytes. Los discos empresariales se pueden formatear con campos de integridad de datos adicionales de 8 bytes , lo que da como resultado sectores físicos de 520 o 528 bytes. ^{[ 6 ]}

La tecnología de sector 4K del formato avanzado de primera generación utiliza el medio de almacenamiento de forma más eficiente al combinar los datos que se habrían almacenado en ocho sectores de 512 bytes en un único sector de 4096 bytes. Se mantienen los elementos clave de la arquitectura tradicional de sector de 512 bytes, específicamente, las marcas de identificación y sincronización al principio y el área de codificación de corrección de errores (ECC) al final del sector. Entre el encabezado del sector y las áreas ECC, se combinan ocho sectores de 512 bytes, eliminando la necesidad de áreas de encabezado redundantes entre cada bloque individual de datos de 512 bytes. El Comité del Sector de Datos Largos seleccionó la longitud de bloque de 4K para el estándar AF de primera generación por varias razones, incluyendo su correspondencia con el tamaño de paginación utilizado por los procesadores y algunos sistemas operativos , así como su correlación con el tamaño de las transacciones estándar en los sistemas de bases de datos relacionales . ^{[ 8 ]}

Las mejoras en la eficiencia del formato resultantes de la estructura de sector 4K varían entre el 7 y el 11 por ciento en el espacio físico del plato. ^{[ 9 ]} El formato 4K proporciona suficiente espacio para expandir el campo ECC de 50 a 100 bytes para acomodar nuevos algoritmos ECC. La cobertura ECC mejorada mejora la capacidad de detectar y corregir errores de datos procesados ​​más allá de la longitud de defecto de 50 bytes asociada con el formato heredado de sector de 512 bytes. ^{[ 10 ]} El estándar de formato avanzado emplea la misma configuración de espacio , sincronización y marca de dirección que el diseño de sector tradicional de 512 bytes, pero combina ocho sectores de 512 bytes en un campo de datos. ^{[ 11 ]}

Debido a la gran cantidad de discos duros heredados con sectores de 512 bytes distribuidos hasta mediados de 2010, muchos sistemas, programas y aplicaciones que acceden a estos discos duros están diseñados en torno a la convención de 512 bytes por sector. La colaboración temprana con el Comité del Sector de Datos Largos brindó a los proveedores de componentes y software la oportunidad de prepararse para la transición al formato avanzado.

Por ejemplo, Windows Vista , Windows 7 , Windows Server 2008 y Windows Server 2008 R2 (con ciertas correcciones instaladas) admiten unidades de formato 512e (pero no 4Kn ), ^{[ 12 ]} al igual que las versiones contemporáneas de FreeBSD ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} y Linux . ^{[ 16 ] [ 17 ]} Mac OS X Tiger y posteriores pueden usar unidades de formato avanzado ^{[ 18 ]} y OS X Mountain Lion 10.8.2 admite además el cifrado de las mismas. Windows 8 y Windows Server 2012 también admiten el formato avanzado 4Kn. ^{[ 12 ]} Oracle Solaris 10 y 11 admiten unidades de disco duro 4Kn y 512e para sistemas de archivos ZFS que no sean raíz, mientras que la versión 11.1 proporciona soporte de instalación y arranque para dispositivos 512e. ^{[ 19 ]} Antes de Windows Vista , Windows 2000 y Windows XP utilizan 4096 bytes como tamaño de unidad de asignación predeterminado cuando utilizan NTFS para formatear discos duros locales, pero no se alinean a límites de 4096 bytes.

Entre las iniciativas de formato avanzado emprendidas por el Comité del Sector de Datos Largos, también se abordaron métodos para mantener la compatibilidad con versiones anteriores de las soluciones informáticas heredadas. Para ello, se crearon varias categorías de dispositivos de formato avanzado.

Emulación 512 (512e)

Muchos componentes de hardware y software de las computadoras anfitrionas asumen que el disco duro está configurado con límites de sector de 512 bytes. Esto incluye una amplia gama de elementos, como chipsets , sistemas operativos , motores de bases de datos , herramientas de particionamiento e imágenes de discos duros, utilidades de copia de seguridad y sistemas de archivos , así como una pequeña fracción de otras aplicaciones de software . Para mantener la compatibilidad con componentes informáticos heredados, muchos proveedores de discos duros admiten tecnologías de formato avanzado en el medio de grabación junto con firmware de conversión de 512 bytes . Los discos duros configurados con sectores físicos de 4096 bytes con firmware de 512 bytes se denominan Advanced Format 512e o unidades de emulación 512. En las unidades 512e, un LBA equivale a 512 bytes.

La traducción del formato físico nativo de 4096, 4112, 4160 o 4224 bytes (con campos de integridad de datos de 0, 8, 64 o 128 bytes ) a un incremento virtual de 512, 520 o 528 bytes es transparente para la entidad que accede al disco duro. Los comandos de lectura y escritura se emiten a las unidades de formato avanzado en el mismo formato que las unidades heredadas. Sin embargo, durante el proceso de lectura, el disco duro de formato avanzado carga todo el sector de 4096 bytes que contiene los datos solicitados de 512 bytes en la memoria ubicada en la unidad. El firmware de emulación extrae y reformatea los datos específicos en un bloque de 512 bytes antes de enviarlos al host. Todo el proceso generalmente ocurre con poca o ninguna degradación del rendimiento.

El proceso de traducción se complica al escribir datos que no son múltiplos de 4K o que no están alineados a un límite de 4K. En estos casos, el disco duro debe leer el sector completo de 4096 bytes que contiene los datos de destino en la memoria interna, integrar los nuevos datos con los datos preexistentes y, a continuación, reescribir el sector completo de 4096 bytes en el medio de almacenamiento. Esta operación, conocida como lectura-modificación-escritura (RMW), puede requerir una rotación adicional de los discos magnéticos, lo que repercute negativamente en el rendimiento del usuario. Los análisis de rendimiento realizados por IDEMA y los fabricantes de discos duros indican que entre el cinco y el diez por ciento de todas las operaciones de escritura en un entorno típico de PC empresarial pueden estar desalineadas, lo que conlleva una penalización en el rendimiento debido a la operación RMW. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Al usar unidades de formato avanzado con sistemas operativos heredados, es importante realinear la unidad de disco utilizando el software proporcionado por el fabricante del disco duro. La realineación del disco es necesaria para evitar una condición que degrada el rendimiento, conocida como saturación de clústeres, donde una partición desplazada provoca que los clústeres del sistema de archivos abarquen sectores parciales del disco físico. Dado que la alineación de clúster a sector se determina al crear particiones del disco duro, el software de realineación se utiliza después de particionar el disco. Esto puede ayudar a reducir la cantidad de escrituras no alineadas generadas por el ecosistema informático. El Comité de Tecnología de Formato Avanzado (anteriormente Comité del Sector de Datos Largos ) ^{[ 22 ] [ 23 ]} y los fabricantes de discos duros impulsaron actividades adicionales para preparar las aplicaciones para la transición a las tecnologías de formato avanzado . ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

4K nativo (4Kn)

Para las unidades de disco duro que funcionan en modo nativo 4K  , no existe una capa de emulación, y el medio de almacenamiento expone directamente su tamaño de sector físico de 4096, 4112, 4160 o 4224 bytes al firmware del sistema y al sistema operativo. De esta forma, la organización de sectores lógicos visible externamente de las  unidades nativas 4K se corresponde directamente con su organización interna de sectores físicos. Desde abril de 2014, las unidades de disco duro nativas 4K de clase empresarial  están disponibles en el mercado. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

La disponibilidad del soporte para sectores lógicos de 4096 bytes dentro de los sistemas operativos difiere entre sus tipos, proveedores y versiones. ^{[ 12 ]} Por ejemplo, Microsoft Windows admite  unidades nativas de 4K desde Windows 8 y Windows Server 2012 (ambos lanzados en 2012) en UEFI . ^{[ 29 ]} Las unidades nativas de 4K pueden funcionar en sistemas operativos más antiguos como Windows 7 , pero no se pueden usar como unidad de arranque . ^{[ 30 ]}

Linux admite  unidades nativas de 4K desde la versión 2.6.31 del kernel de Linux y la versión 2.17 de util-linux-ng (lanzadas en 2009 y 2010, respectivamente). ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}

La versión a color del logotipo que indica una  unidad nativa 4K es algo diferente del logotipo 512e, presenta cuatro esquinas redondeadas, un fondo azul y el texto "4Kn" en el centro del logotipo. ^{[ 34 ]}

• Alineación de particiones

• IDEMA: Tecnología de formato avanzado (archivado el 29 de septiembre de 2011)
• Coughlin Associates: Alineándose con el futuro del almacenamiento (archivado el 5 de mayo de 2012)
• Western Digital: Libro blanco sobre formato avanzado (septiembre de 2018) y su versión anterior (abril de 2010).
• Hitachi Global Storage Technologies: Resumen de tecnología de formato avanzado
• Informe tecnológico: Western Digital lleva el formato avanzado a Caviar Green. Archivado el 4 de junio de 2012 en Wayback Machine.
• Dell: Soporte: Compatibilidad con imágenes de sistema para discos duros de formato avanzado en portátiles y ordenadores de sobremesa Dell Business Client