¿Qué son los controladores de almacenamiento?

La cantidad de datos que producen los seres humanos es asombrosa. A partir de 2024, la esfera de datos global estimada registra la friolera de 149 zettabytes, con proyecciones que aumentan a 181 zettabytes de datos para finales de 2025.

Para ponerlo en perspectiva, un único zettabyte equivale a 1000 exabytes, 1000 millones de terabytes o un billón de gigabytes. Dicho de otro modo, un zettabyte equivale a 250 mil millones de DVD.  

Dicho esto, la gestión de datos es un componente importante de todos los sistemas informáticos, incluidos los centros de datos empresariales, las plataformas en la nube, los dispositivos IoT y las plataformas digitales. Pero no todos los datos son iguales.

Gran parte de los datos que creamos son transitorios, destinados a utilizarse y desecharse en un momento, mientras que otros tipos son más duraderos. Algunos datos se conservan para su almacenamiento y recuperación a medio plazo, mientras que otros tipos se conservan con fines de archivo o copia de seguridad a largo plazo. 

Dependiendo del propósito de los datos creados y almacenados, algunos tipos de soportes de almacenamiento son más adecuados que otros. Desde opciones simples como disquetes y unidades flash USB hasta opciones sólidas y complicadas como sistemas de red de area de almacenamiento (SAN) y almacenamiento adjunto de red (NAS), los ordenadores dependen de controladores de almacenamiento (también conocidos como controladores de disco o procesadores de almacenamiento) para escribir y recuperar datos entre los dispositivos de almacenamiento y la CPU principal del ordenador. 

En la mayoría de los casos, las tarjetas controladoras de almacenamiento son unidades físicas de hardware, a veces integradas directamente en la placa del sistema de un ordenador. Sin embargo, cuando se trata de máquinas virtuales (VM) u otros entornos virtualizados, se puede emplear un controlador de almacenamiento virtual basado en software para simular la función de un controlador físico. En estos tipos de sistemas informáticos, los controladores de almacenamiento virtualizados son componentes del software hipervisor general que se utiliza para gestionar los recursos de almacenamiento agrupados desde varios dispositivos físicos.   

Estos son los componentes principales de un controlador de almacenamiento:

• Interfaz de host: la conexión física que permite a un controlador de almacenamiento comunicarse con el sistema host. Los dispositivos de almacenamiento interno utilizan estándares como PCI Express (PCIe) para conexiones de alta velocidad, mientras que las SAN utilizan protocolos como FibreChannel (FC) o NVMe over Fabrics para conectividad externa.
• Procesador: los controladores de almacenamiento contienen su propio procesador dedicado para gestionar las operaciones de entrada/salida (E/S). 
• Memoria caché: la memoria caché del controlador de almacenamiento suele estar compuesta por DRAM volátil. Este almacenamiento temporal de alta velocidad se encuentra en el propio controlador y almacena datos a los que se accede con frecuencia y a los que se puede acceder más rápidamente que a los datos almacenados en el dispositivo o dispositivos de almacenamiento conectados. 
• Interfaz de disco: la interfaz de disco es la conexión física entre el controlador de almacenamiento y los dispositivos de almacenamiento. 
• Unidad de copia de seguridad de batería o condensador: para los controladores de almacenamiento con capacidad de escribir en la memoria caché integrada, una unidad de copia de seguridad de batería (BBU) o un módulo de condensador más flash es un componente crítico. Permite al controlador conservar cualquier dato escrito en la memoria flash volátil en caso de un corte repentino del suministro eléctrico. Son, en efecto, fuentes de alimentación integradas en la unidad.

Para facilitar la transferencia de datos, los controladores de almacenamiento realizan varias tareas con el fin de aprovechar los beneficios de cualquier medio de almacenamiento concreto. También mitigan varios desafíos y obstáculos potenciales que podrían impedir que un sistema informático optimice completamente sus capacidades de almacenamiento. 

Para lograr un acceso al almacenamiento fluido y eficiente, las principales funcionalidades de un controlador de almacenamiento incluyen las siguientes:

• Transferencia y gestión de datos: la función más básica de un controlador de almacenamiento es actuar como puente entre un dispositivo de almacenamiento y la memoria operativa del ordenador. Dependiendo del tipo específico de soporte de almacenamiento y las interfaces y protocolos asociados, los controladores de almacenamiento optimizarán la transferencia de datos para lograr velocidad y eficiencia, promoviendo y manteniendo el rendimiento general del sistema al tiempo que combaten la latencia.
• Validación de datos y procesamiento tolerante a fallos: los controladores de almacenamiento pueden verificar la precisión de los datos transferidos y realizar un procesamiento tolerante a fallos de datos erróneos para garantizar la precisión de los datos y reducir las interrupciones causadas por errores.
• Compresión y descompresión: cuando sea necesario, los controladores de almacenamiento pueden comprimir y descomprimir datos para mejorar las velocidades de transmisión y reducir la presión de datos causada por archivos grandes.
• Protección de datos y servicios de copia de seguridad: muchos controladores de almacenamiento incluyen características diseñadas para la protección de datos y redundancia, como configuraciones de matriz redundante de discos independientes (RAID) y codificación de borrado. Estas características ayudan a proteger y realizar copias de seguridad de los datos y pueden ser extremadamente valiosas para mejorar la tolerancia a fallos y los tiempos de recuperación. 
• Compatibilidad de interfaz: al combinar la amplia variedad de soluciones de almacenamiento con las innumerables configuraciones de sistemas operativos y hardware informático, la compatibilidad se convierte en una preocupación importante. Los controladores de almacenamiento ayudan a resolver problemas de compatibilidad gestionando los diferentes protocolos entre las distintas interfaces de dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, Serial ATA (SATA), Serial Attached SCSI (SAS) o Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)) y los diferentes sistemas operativos y de hardware (por ejemplo, Microsoft Windows o Linux). 
• Gestión de caché: aunque no es estándar en todas las opciones, la memoria caché integrada es una característica común entre los controladores de almacenamiento. La caché integrada con gestión automática dinámica almacena los datos a los que se accede con frecuencia para un acceso rápido y ayuda a optimizar los sistemas para un rendimiento de respuesta rápida.
• Soporte de gestión de volúmenes lógicos: la gestión de volúmenes lógicos (LVM) es una tecnología crucial para particionar, organizar y utilizar de manera eficiente el almacenamiento disponible del sistema. LVM se utiliza para crear grupos de almacenamiento virtual flexibles y dinámicos, conocidos como volúmenes lógicos, agrupando discos físicos en grupos de volúmenes (VG) desde el espacio de almacenamiento compartido. Los controladores de almacenamiento ofrecen a los administradores de sistemas la capacidad de gestionar y redimensionar volúmenes de almacenamiento en tiempo real, crear instantáneas de copia de seguridad y consolidar varios discos físicos. Esta consolidación puede convertirse en un grupo compartible para una capacidad de almacenamiento óptima con un tiempo de inactividad mínimo.
• Monitorización y elaboración de informes: al supervisar la disponibilidad y el rendimiento del almacenamiento, los controladores de almacenamiento son extremadamente útiles para proporcionar monitorización y conocimiento en tiempo real, ofreciendo información valiosa sobre el estado, el rendimiento, la capacidad y el estado operativo de los dispositivos de almacenamiento conectados. Con esta información, los administradores de sistemas están mejor preparados para realizar un mantenimiento proactivo e identificar y remediar cualquier problema potencial para evitar cualquier tiempo de inactividad del sistema o pérdida de datos críticos. 

Los controladores de almacenamiento se pueden dividir en dos grupos principales, en función de su interfaz o función.

Aunque todos los controladores de almacenamiento son responsables de gestionar la comunicación entre la CPU y los dispositivos de almacenamiento, cada tipo está especializado para fines y entornos únicos. 

Diseñados específicamente para la compatibilidad de interfaz, algunos controladores de almacenamiento basados en interfaz incluyen lo siguiente:

• Controladores SATA (AHCI): los controladores SATA (AHCI) se utilizan para gestionar dispositivos de almacenamiento basados en SATA, incluidos discos duros y SSD SATA. Rentable y muy adecuada para la informática de uso general, SATA es una interfaz común utilizada en sistemas de consumo, incluidos ordenadores de sobremesa, ordenadores portátiles, dispositivos de juego y servidores personales. Los entornos domésticos y de pequeñas empresas con demandas de almacenamiento bajas y menos necesidad de transferencia de datos de alta velocidad suelen utilizar almacenamiento SATA y controladores de almacenamiento SATA.
• Controladores SAS: los controladores SAS se utilizan con discos duros y SSD SCSI conectados en serie (SAS). Utilizado para tareas informáticas de alto rendimiento, SAS admite velocidades de transferencia más altas que SATA. Los controladores SAS también suelen ser compatibles con dispositivos SATA, lo que ofrece una configuración de almacenamiento con más flexibilidad y opciones. Estos tipos de controladores y dispositivos se encuentran comúnmente en entornos de nivel empresarial. Se utilizan para bases de datos a gran escala y tareas de virtualización complejas cuando la transferencia de datos fiable y de alta velocidad es de misión crítica.

Los controladores SAS también son adecuados para conectar en cadena varios dispositivos de almacenamiento, lo que los convierte en una buena opción para operaciones que valoran las soluciones escalables. En estas situaciones, se puede emplear un componente de hardware llamado expansor SAS para aumentar el número de unidades de disco SAS o SATA que puede aceptar el adaptador de bus host (HBA) de un sistema.

Los controladores basados en funciones están diseñados para alojar dispositivos de almacenamiento en función de los protocolos de interfaz y la funcionalidad prevista. Estos son algunos ejemplos:

• Controladores RAID: la tecnología de almacenamiento RAID combina varias unidades de almacenamiento en un único grupo de almacenamiento para mejorar el rendimiento y la redundancia. Mediante técnicas como la fragmentación (que divide los datos en partes más pequeñas para una escritura simultánea rápida en varias unidades) y la duplicación (que duplica los datos por redundancia), RAID proporciona protección contra fallos de la unidad y aumenta el rendimiento de los datos. Los controladores RAID están diseñados para admitir varios niveles de RAID, como RAID 0, RAID 1, RAID 5 hasta RAID 60, cada uno de los cuales ofrece varios niveles y combinaciones de rendimiento y redundancia.
• Controladores de cabinas de almacenamiento: los controladores de cabinas de almacenamiento se utilizan para gestionar enormes cabinas de dispositivos de almacenamiento diseñados para sistemas de gama alta que requieren una transferencia de datos rápida y de alta disponibilidad con redundancia fiable. Los sistemas de cabinas de almacenamiento que utilizan este tipo de controlador pueden tener varios controladores para mejorar la funcionalidad y la fiabilidad.