- CMR/PMR ofrece pistas no solapadas con mejor rendimiento y fiabilidad para RAID, NAS y cargas de escritura intensivas.
- SMR incrementa la capacidad solapando pistas, pero penaliza mucho las escrituras sostenidas y las reconstrucciones de matrices.
- HAMR y MAMR añaden energía térmica o de microondas para escribir en medios de alta coercitividad y lograr densidades muy superiores.
- La combinación adecuada de CMR/SMR con HAMR/MAMR depende del uso: rendimiento estable empresarial o máxima capacidad para almacenamiento frío.
El volumen de datos que generamos no deja de crecer y ya se mueve en cifras mareantes, del orden de cientos de zettabytes. En ese contexto, las tecnologías de grabación magnética CMR/PMR, SMR, HAMR y MAMR se han convertido en la base sobre la que fabricantes como Seagate, Western Digital o Toshiba están exprimiendo al máximo los discos duros mecánicos HDD.
Para cualquiera que monte un NAS, un servidor de Plex, un sistema unRAID, un RAID clásico o simplemente acumule terabytes de copias de seguridad, entender las diferencias prácticas entre CMR/PMR, SMR, HAMR y MAMR no es un capricho técnico: es la clave para no cargarse el rendimiento, evitar problemas en reconstrucciones de RAID y escoger la unidad adecuada para cada uso.
De LMR a PMR/CMR: cómo se organizan los bits en un plato HDD
Los discos duros almacenan información mediante pequeños dominios magnéticos que actúan como diminutos imanes con polo norte y sur; según su orientación representan un 0 o un 1, y el cabezal de lectura/escritura se encarga de magnetizarlos y leerlos al vuelo, por ello es útil revisar qué es el disco duro y cuál es su función.
En los primeros HDD se utilizaba la llamada grabación magnética longitudinal (LMR), donde esos dominios se alineaban paralelos a la superficie del plato, ocupando bastante espacio físico por bit y limitando la densidad máxima de datos que se podía alcanzar.
Con el aumento de la demanda de capacidad, LMR tocó techo: las partículas magnéticas quedaban tan juntas que sus campos se molestaban entre sí, aparecían problemas de estabilidad térmica y errores de lectura, y no era viable seguir simplemente añadiendo más platos al disco por restricciones físicas del formato de 3,5″.
La respuesta fue la grabación magnética perpendicular (PMR), también conocida comercialmente como CMR (Conventional Magnetic Recording), donde los dominios magnéticos se orientan verticalmente respecto al plato, lo que permite colocar muchos más bits por centímetro cuadrado con una estabilidad mucho mejor.
Con PMR/CMR, el cabezal de escritura traza pistas bien separadas entre sí, dejando un pequeño margen de seguridad entre una pista y la siguiente, de forma que escribir en una pista no afecta a sus vecinas y se puede sobrescribir cualquier zona de manera independiente sin reorganizar datos alrededor.
CMR/PMR frente a SMR: pistas separadas vs pistas solapadas
Una vez asentado PMR, los fabricantes siguieron buscando formas de meter más capacidad en el mismo formato de 3,5″, y ahí aparece SMR (Shingled Magnetic Recording), una técnica que cambia cómo se colocan las pistas sobre el plato.
En un disco CMR/PMR clásico, las pistas son como carriles de una autopista: paralelos, contiguos pero sin tocarse, con su espacio de protección. El cabezal de escritura, que es más ancho que el de lectura, escribe una pista y deja un pequeño margen antes de empezar la siguiente, evitando golpear la pista vecina.
SMR rompe ese esquema y decide aprovechar que el cabezal de lectura es más estrecho que el de escritura: las pistas se escriben de forma que se superponen parcialmente, como las tejas de un tejado o las escamas de un pez, tapando parte de la pista anterior pero dejando una franja legible.
Esta superposición permite colocar más pistas en la misma superficie, lo que se traduce en una densidad de área sensiblemente mayor; en la práctica, cuando SMR llegó al mercado comercial alrededor de 2014, se habló de incrementos de capacidad cercanos al 25 % frente a discos equivalentes PMR sin solapamiento.
El precio a pagar por esa ganancia de densidad está en el proceso de actualización de datos: si cambias información en una pista SMR, el cabezal de escritura, al ser más ancho, arrastra parcialmente la pista siguiente; para preservar la coherencia se obliga al disco a leer un bloque grande de pistas, modificar la parte afectada y reescribirlo todo.
En la práctica, las unidades SMR gestionadas por el propio dispositivo (DM-SMR, las típicas que compramos en tienda) mantienen una zona de caché donde escriben primero de forma rápida y, cuando el disco tiene tiempo o esa caché se llena, reordenan y regraban bloques completos de pistas solapadas, un proceso muy parecido al overprovisioning y a las operaciones de limpieza (TRIM) en los SSD.
Mientras trabajas con escrituras moderadas o rachas cortas, la caché suele aguantar y no notas nada raro; pero cuando la carga de escritura es continua y pesada —como copias de muchos TB, reconstrucciones de RAID o grabación de vídeo 24/7— esa caché se satura y la unidad entra en el llamado “precipicio de rendimiento SMR”, donde las tasas de escritura caen en picado.
En números, es habitual ver que un HDD CMR moderno se mueva cerca de los 200-220 MB/s en escritura secuencial sostenida, mientras que un modelo SMR comparable puede desplomarse por debajo de los 150 MB/s o incluso bastante menos cuando está obligado a hacer ciclos constantes de lectura-modificación-escritura.
Conviene tener claro que PMR y CMR no son exactamente lo mismo: PMR describe la orientación perpendicular de los dominios (la forma “básica” de grabar), mientras que CMR se refiere al diseño de pistas no solapadas. La mayoría de CMR actuales usan PMR, y cuando SMR entró en escena se empezó a usar el término CMR para diferenciar las pistas convencionales de las solapadas.
Ventajas e inconvenientes reales de SMR frente a CMR
Desde el punto de vista del fabricante, SMR es una bendición porque permite meter más terabytes por plato abaratando el coste por GB sin cambiar de formato físico, lo que en teoría debería reflejarse en un precio menor para el usuario final.
Sin embargo, varios fabricantes —especialmente WD, pero también Toshiba y Seagate en determinados modelos— introdujeron unidades SMR en gamas pensadas para NAS o uso general sin informar claramente de la tecnología empleada, lo que generó un cabreo monumental cuando empezaron a aparecer problemas en escenarios intensivos de escritura.
En sistemas RAID software (ZFS, mdadm, Btrfs, Windows Storage Spaces) y RAID hardware con controladoras dedicadas, las operaciones de reconstrucción tras un fallo suponen escrituras masivas y sostenidas sobre las unidades nuevas, justo el escenario donde SMR rinde peor y puede disparar timeouts.
Muchos administradores se encontraron con reconstrucciones que pasaban de unas 20 horas en espejos RAID1 con CMR a más de 50 horas con discos SMR, con casos documentados de caídas de disco por superación de los tiempos de espera del controlador, degradación constante del array y, en el peor caso, pérdida de la matriz.
En entornos NAS de consumo, especialmente cuando se mezclan unidades CMR y SMR en la misma configuración, es bastante habitual que el sistema marque las unidades SMR como defectuosas durante una reconstrucción, simplemente porque no son capaces de seguir el ritmo de escritura que el NAS espera.
Por si fuera poco, en determinados usos como RAID de vigilancia o almacenamiento con escrituras 24/7 de cámaras IP, las unidades SMR sufren aún más, ya que nunca tienen ratos de reposo suficientes para reorganizar sus pistas solapadas con calma.
Todo esto no significa que SMR sea “malo” per se. Para cargas de tipo WORM (Write Once, Read Many), como bibliotecas de vídeo, colecciones de datos que apenas se modifican o backups fríos que se actualizan rara vez, SMR tiene mucho sentido por su mejor relación capacidad/precio y por el hecho de que las lecturas son prácticamente tan rápidas como en CMR.
Cuándo elegir CMR y cuándo SMR según el caso de uso
Si hay una regla práctica que se repite entre administradores de sistemas y usuarios avanzados es muy sencilla: si el precio y la capacidad son similares, elige siempre CMR, y deja SMR solo para situaciones concretas donde su ventaja de densidad compense claramente.
Para RAID software (ZFS, mdadm, Btrfs…) y RAID hardware clásico, la recomendación es directa: usar exclusivamente CMR; las penalizaciones de rendimiento, los tiempos de reconstrucción disparados y los posibles timeouts con SMR no compensan el ahorro de unos pocos euros por TB.
En unRAID, que no es un RAID al uso sino un sistema basado en discos individuales con una o dos unidades de paridad, es vital que la unidad de paridad sea CMR, ya que recibe muchísimas más escrituras que cualquier disco de datos y puede convertirse en un cuello de botella brutal si es SMR.
Para los discos de datos dentro de unRAID, especialmente si se utiliza caché SSD, SMR se puede tolerar en unidades que vayan a almacenar contenido multimedia de lectura mayoritaria, asumiendo que los procesos de reconstrucción y reemplazo serán bastante más largos de lo habitual.
En servidores de Plex o Jellyfin montados sobre un único disco sin RAID, donde el patrón típico es copiar grandes cantidades de películas y series de forma más o menos puntual y luego leer esos archivos muchas veces, una unidad SMR resulta razonable: la carga de escritura fuerte es esporádica y el resto del tiempo apenas se notará diferencia.
Para quienes acumulan datos a largo plazo (archivos personales, datasets de investigación, historiales de trabajo), la recomendación que predomina es optar por CMR siempre que el presupuesto lo permita, pensando no solo en la durabilidad en años, sino en la eventual recuperación por parte de una empresa especializada si el disco falla.
La razón es que los diseños con pistas solapadas añaden capas de complejidad al proceso de recuperación directa desde los platos; si en el futuro solo disponemos del conjunto mecánico sin la electrónica original, reconstruir correctamente el patrón de escritura SMR puede ser bastante más complicado y caro que en un diseño CMR clásico.
En copias de seguridad desconectadas (discos externos que se enchufan una vez a la semana o al mes), un SMR puede ser una opción aceptable siempre que se asuma que los procesos de backup serán más lentos y que, pasado un cierto número de años, la recuperación ante desastres podría ser algo más delicada que con CMR.
Aplicaciones específicas: NAS, NVR, centros de datos y Dropbox
Los NAS domésticos y de pequeña empresa, ya sean Synology, QNAP o soluciones DIY con TrueNAS, suelen basarse en esquemas RAID con paridad, por lo que las unidades CMR son la elección preferente para mantener un rendimiento uniforme y tiempos de reconstrucción razonables; para más detalles sobre selección de unidades, consulta qué disco duro poner en un NAS.
SMR puede entrar en juego en configuraciones sin RAID (JBOD, MergerFS, unRAID con caché SSD) orientadas a multimedia o almacenamiento mayoritariamente de lectura, pero conviene evitar SMR en cualquier pool donde la integridad en RAID sea prioritaria y se espere reconstruir matrices con relativa frecuencia.
En sistemas de videovigilancia y NVR, donde se graban flujos de vídeo continuos 24/7 y se sobrescriben datos antiguos de forma cíclica, los fabricantes han sacado gamas específicas como WD Purple o Seagate SkyHawk, basadas en CMR, optimizadas para escrituras secuenciales constantes.
Este tipo de discos incorpora firmware ajustado para minimizar pérdidas de frames, tolerar vibraciones y gestionar escrituras simultáneas de varias cámaras, y precisamente por eso evitan SMR: las penalizaciones de reescritura en pistas solapadas son poco compatibles con esa carga.
En grandes centros de datos, donde el coste por GB y la eficiencia energética son cruciales, los operadores pueden sacar partido a SMR gestionado por el host (HM-SMR), con sistemas de ficheros y software adaptados para escribir datos de forma secuencial y planificada, mitigando casi por completo los problemas vistos en unidades de consumo.
Un ejemplo conocido fue el de Dropbox, que combinó discos SMR con cachés SSD para absorber escrituras aleatorias, agregando bloques de tamaño grande antes de volcar al HDD, y con ello logró ahorros del orden del 20 % en coste de almacenamiento manteniendo un rendimiento aceptable; para entender mejor las diferencias con unidades sólidas, vea cuál es la diferencia entre un disco duro y un disco sólido.
Más allá de PMR/SMR: EAMR, ePMR y TDMR
Para seguir aumentando la densidad de datos sin romper el equilibrio entre estabilidad magnética y energía necesaria para escribir, el sector ha desarrollado tecnologías agrupadas bajo el paraguas de EAMR (Energy Assisted Magnetic Recording).
EAMR no describe por sí misma un diseño de pista (no dice si las pistas son CMR o SMR), sino métodos para ayudar al proceso de escritura con energía adicional controlada, permitiendo usar materiales con mayor coercitividad y por tanto más estables térmicamente.
Un derivado inmediato de esta idea es ePMR (enhanced PMR), una evolución de la grabación perpendicular convencional que, mediante pequeños ajustes en la forma y excitación del cabezal, optimiza el campo magnético de escritura para conseguir densidades más altas sin cambiar drásticamente la arquitectura del disco.
En paralelo, algunas generaciones recientes han incorporado TDMR (Two-Dimensional Magnetic Recording), una técnica que no cambia cómo se escriben los bits, sino cómo se leen: se usan múltiples cabezales de lectura para captar señales de varias pistas cercanas a la vez y procesarlas digitalmente.
Gracias a estos lectores adicionales y a algoritmos avanzados de filtrado (heredados en parte de la tecnología de radio), se puede mejorar la relación señal/ruido y reducir el ancho efectivo de las pistas, permitiendo apretarlas algo más sin perder fiabilidad en la lectura.
HAMR: grabación magnética asistida por calor
Cuando la densidad se eleva tanto que los granos magnéticos empiezan a influirse entre sí incluso a temperatura ambiente, la única forma de mantener la estabilidad es usar materiales con coercitividad muy alta, es decir, que cueste mucho cambiar de orientación sus dominios magnéticos.
La pega es que esos materiales exigen campos de escritura muy intensos que el cabezal clásico no puede generar sin recalentar, de ahí que aparezca HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) como solución para seguir reduciendo el tamaño de los bits sin perder estabilidad.
En un HDD HAMR, cada cabezal de escritura integra un diminuto diodo láser acoplado a un transductor de campo cercano (NFT), que concentra un haz de luz en un punto extremadamente pequeño de la superficie del plato mientras se escribe.
Esa iluminación localizada eleva momentáneamente la temperatura de una región minúscula hasta valores cercanos al punto de Curie del material, donde pierde parte de su resistencia a ser magnetizado, de forma que un campo magnético relativamente débil puede invertir con precisión la orientación de los dominios.
Cada bit se calienta y se enfría en tiempos del orden de nanosegundos, de manera que el aumento de temperatura medio de la unidad es despreciable y el resto del plato se mantiene estable; así se consigue empaquetar los bits mucho más densamente manteniendo una excelente estabilidad térmica a largo plazo.
Seagate ha sido el principal impulsor de HAMR y ha mostrado hojas de ruta donde se contemplan capacidades superiores a los 20 TB por unidad en el corto plazo, con prototipos que apuntan a escalados hacia los 30-40 TB combinando HAMR con otras técnicas como TDMR o incluso SMR; ver también Seagate y la carrera hacia los discos duros.
El reto de HAMR está en la ingeniería de materiales (medios capaces de aguantar millones de ciclos de calentamiento localizado sin degradarse), en la fiabilidad del láser y el NFT a lo largo de la vida útil, y en conseguir procesos de fabricación con buen rendimiento y costes competitivos por TB.
MAMR: grabación asistida por microondas
Como alternativa a calentar el medio se desarrolló MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording), que busca el mismo objetivo —facilitar la escritura sobre materiales de alta coercitividad— pero usando energía de microondas en lugar de láser.
En MAMR, el cabezal de escritura incorpora un oscilador de par de giro (Spin Torque Oscillator, STO), una pequeña estructura que genera un campo de microondas de alta frecuencia, típicamente entre 20 y 40 GHz, justo en la zona de escritura.
Esas microondas excitan el material magnético cercano, alineando su frecuencia de resonancia ferromagnética con la señal del STO, lo que ayuda a reducir de forma transitoria la energía necesaria para cambiar la orientación de los dominios y permite que el cabezal escriba bits más pequeños con el mismo campo magnético.
Una de las grandes ventajas de MAMR frente a HAMR es que se integra más fácilmente en la cadena de producción existente: no requiere láseres ni sistemas ópticos complejos, sino un cabezal magnético ligeramente más sofisticado, de forma que la compatibilidad con el hardware actual es mayor y los costes deberían ser más contenidos.
Western Digital ha liderado el desarrollo de MAMR, y en colaboración con otros fabricantes se han definido variantes como FC‑MAMR (Flux Control MAMR), donde las microondas se usan principalmente para concentrar mejor el flujo magnético, o MAS‑MAMR (Microwave Assisted Switching MAMR), que además activa específicamente el recubrimiento magnético del plato bit a bit.
Los discos FC‑MAMR ya están comercialmente disponibles y permiten capacidades por encima de los 30 TB combinando esta técnica con SMR avanzado y hasta 11 platos por unidad, gracias al uso de discos más finos (alrededor de 0,55 mm de grosor en lugar de 0,635 mm).
De cara a los próximos años, la combinación de MAS‑MAMR, SMR más agresivo y estos platos ultrafinos abre la puerta a unidades del orden de los 40 TB en formato 3,5″, especialmente orientadas a entornos de almacenamiento masivo donde la relación coste/capacidad manda.
Cómo encajan HAMR y MAMR con CMR y SMR
Es importante entender que HAMR y MAMR no sustituyen a CMR o SMR en cuanto al diseño de pistas, sino que se “montan por encima” de ellos como tecnologías de asistencia a la escritura.
Un disco puede usar MAMR o HAMR y al mismo tiempo tener pistas no solapadas (diseño CMR) o solapadas (diseño SMR); lo que cambian HAMR y MAMR es la forma en que el cabezal aplica energía extra para escribir sobre medios más exigentes, empujando la densidad vertical y lineal aún más allá.
En las primeras generaciones de estas tecnologías, muchos modelos de gama empresarial optan por combinar MAMR con CMR para ofrecer capacidades altas con un rendimiento de escritura más predecible y estable, algo imprescindible para bases de datos, virtualización y cargas de I/O intensivas.
En paralelo, se están desarrollando configuraciones que integran HAMR o MAMR con SMR para escenarios muy específicos de almacenamiento frío o archivos en la nube, donde lo más importante es conseguir el máximo de TB por rack con un coste mínimo, asumiendo patrones de acceso muy controlados.
A día de hoy, la sensación del sector es que MAMR, especialmente en su vertiente FC‑MAMR y MAS‑MAMR, está algo más maduro para producción masiva en capacidades de hasta 30-40 TB, mientras que HAMR promete ir más lejos en densidad pero aún debe demostrar de forma amplia su fiabilidad y coste.
Fabricantes como Toshiba han mostrado prototipos HAMR de 27 TB con 10 platos y variantes que, al sumar SMR, alcanzan alrededor de 32 TB por unidad, lo que indica claramente que el camino de la próxima década de HDD pasa por esta mezcla de asistencia energética, nuevos recubrimientos y diseños de pista optimizados.
Con todo este panorama, al usuario avanzado le toca mirar más allá del simple número de terabytes y fijarse en qué combinación de CMR/SMR, MAMR/HAMR y tecnologías auxiliares hay detrás de cada modelo, para alinear lo que compra con el uso que va a darle, evitando así cuellos de botella inesperados y dolores de cabeza en sus sistemas de almacenamiento.
