La evolución que cambió las reglas: SMR, HAMR y el cambio de cabezales

SMR, HAMR y firmware: los nuevos límites del cambio de cabezales (head swap) en la recuperación de datos. Documento de investigación del laboratorio, fechado en junio de 2026 y revisado en septiembre de 2026.

1. Introducción

Las tecnologías de grabación magnética han evolucionado desde los primeros discos de grabación longitudinal (LMR) hasta las actuales soluciones de alta densidad asistidas por energía (EAMR), pasando por la grabación perpendicular convencional (PMR/CMR) y la grabación de pistas superpuestas (SMR). Cada generación introduce nuevas variables de complejidad para la recuperación de datos. El cambio de cabezales (head swap), una técnica fundamental en el laboratorio, responde de forma radicalmente distinta en cada una de estas tecnologías.

En el campo de la recuperación de datos, el head swap es una técnica establecida para rescatar información en discos con fallas en los sensores de lectura (cabezales). Sin embargo, aplicar este procedimiento a discos SMR sin el conocimiento y las herramientas adecuadas constituye un error crítico que puede resultar en la pérdida permanente de los datos del cliente.

Este documento aborda la evolución completa de las tecnologías de grabación magnética, el rol crítico del firmware y la Media Cache en los discos SMR, y las razones técnicas por las que el head swap es un procedimiento de riesgo extremo pero inevitable si deseamos recuperar los datos en las tecnologías SMR, HAMR y MAMR. Por esa razón, cada caso debe ser evaluado con rigor técnico antes de tomar la decisión de intervenir. Las afirmaciones técnicas se respaldan con documentación de fabricantes, publicaciones científicas, patentes y los registros técnicos internos del laboratorio; las fuentes se indican entre corchetes y se listan en la sección Referencias.

2. Evolución de las tecnologías de grabación magnética

Para comprender por qué el head swap en discos SMR representa un riesgo tan alto, es necesario conocer primero el árbol completo de tecnologías de grabación magnética. Cada generación hereda las complejidades de la anterior y agrega nuevas variables críticas para la recuperación de datos.

LMR  (Longitudinal Magnetic Recording) — reemplazada por PMR a partir de 2005–2006
└── PMR  (Perpendicular Magnetic Recording) — era moderna
    ├── Organización de pistas
    │   ├── CMR  (Conventional Magnetic Recording) — aire / helio
    │   └── SMR  (Shingled Magnetic Recording) — aire / helio
    └── EAMR  (Energy-Assisted Magnetic Recording) — helio; versiones CMR o SMR
        ├── ePMR  (energy-assisted PMR) — Western Digital, desde 2020
        ├── MAMR  (Microwave-Assisted) — Toshiba FC-MAMR, desde 2021
        └── HAMR  (Heat-Assisted) — Seagate, desde 2024; Western Digital prevé 2027

2.1 LMR — Longitudinal Magnetic Recording (punto de partida)

La primera generación de discos duros comerciales, iniciada con el IBM 350 RAMAC en 1956 [6], utilizaba grabación longitudinal: los bits se almacenaban de forma horizontal sobre la superficie del plato, paralelos a ella. Esta tecnología dominó el mercado durante casi cinco décadas, hasta acercarse a su límite físico de densidad: el llamado límite superparamagnético, en el que los bits, al hacerse muy pequeños, pueden perder su magnetización por efecto del calor ambiente [7]. La industria la reemplazó por la grabación perpendicular entre 2005 y 2006 [1].

En recuperación de datos su relevancia es histórica: es poco probable encontrar estos discos en casos activos. Sin embargo, establece el punto de referencia desde el cual evolucionaron todas las tecnologías posteriores.

2.2 PMR / CMR — Perpendicular Magnetic Recording (estándar actual)

Alrededor de 2005, la industria migró a la grabación perpendicular [8], [1]: los bits comenzaron a almacenarse de forma vertical, perpendiculares a la superficie del plato. Esto permitió aumentar drásticamente la densidad de datos en el mismo espacio físico. Para lograrlo, el plato incorporó una capa magnética blanda (soft underlayer) bajo la capa de grabación, que conduce el flujo magnético del cabezal y permite usar materiales más estables [7].

Es importante aclarar una confusión frecuente: PMR y CMR no son tecnologías separadas. PMR describe la orientación del bit (perpendicular), mientras que CMR (Conventional Magnetic Recording) describe la organización de las pistas (paralelas y convencionales). Todos los discos CMR fabricados desde la adopción de la grabación perpendicular son PMR; el término CMR se popularizó cuando los fabricantes comenzaron a identificar públicamente sus modelos SMR, hacia 2020 [9]. Son el mismo producto visto desde dos ángulos distintos.

El entorno interno puede ser aire (discos de consumo y empresariales estándar) o helio (modelos de alta capacidad, por ejemplo de las líneas WD Gold y Ultrastar). El helio tiene alrededor de una séptima parte de la densidad del aire: reduce la turbulencia y la vibración de los platos, lo que permite usar platos más delgados y alojar más platos en el mismo chasis (hasta 10, frente a unos 6 en discos de aire), sin que esto cambie el método de grabación [10].

2.3 SMR — Shingled Magnetic Recording (pistas superpuestas)

El SMR mantiene la grabación perpendicular del PMR pero cambia radicalmente la organización de las pistas: en lugar de dejar separación entre ellas, las superpone parcialmente como las tejas de un tejado. Esto aumenta la densidad y la capacidad por disco [11]; en productos comerciales recientes la ganancia es moderada, por ejemplo 20 TB en SMR frente a 18 TB en CMR sobre la misma plataforma de Western Digital [2], o 32 TB frente a 30 TB en Seagate [12]. A cambio, introduce la restricción fundamental que hace crítico el head swap.

No es posible reescribir una pista SMR individual sin afectar las pistas vecinas superpuestas. Para resolver este problema de escritura, los fabricantes incorporaron una zona de escritura no superpuesta que actúa como buffer [14]: Seagate la llama Media Cache, y Western Digital describe en sus patentes regiones de cache en el plato gestionadas mediante una capa de traducción dinámica [14], [15]. Su funcionamiento se detalla en la sección 4 de este documento.

Existen tres tipos de SMR: drive-managed (el disco gestiona todo internamente y funciona en cualquier computador), host-managed y host-aware (estos dos últimos requieren equipos y software específicos de centro de datos) [11]. Los discos que llegan a un laboratorio de recuperación son, casi siempre, drive-managed.

El entorno puede ser aire o helio. En los SMR de consumo (portátiles de 2,5", escritorio y NAS de entrada) predomina el aire; el helio se concentra en los modelos empresariales de alta capacidad.

2.4 EAMR — Energy Assisted Magnetic Recording (nueva generación)

A medida que la densidad de datos aumenta, el material de los platos debe ser más resistente magnéticamente para evitar que los bits pierdan su estado espontáneamente. Sin embargo, cuanto más resistente es el material, más difícil resulta escribir sobre él con un cabezal convencional. Este problema, conocido como el trilema de la grabación magnética [16], dio origen a la grabación asistida por energía. Los tres requisitos en conflicto:

1. Estabilidad térmica: los bits grabados deben ser estables; no pueden cambiar espontáneamente por el calor ambiente. Para lograrlo el material del plato necesita ser magnéticamente resistente (alta coercitividad).
2. Escribibilidad: el cabezal debe poder grabar los bits sobre ese material. Pero cuanto más resistente es el material, más difícil es escribir sobre él. Los cabezales convencionales ya no tienen campo magnético suficiente para vencer esa resistencia.
3. Densidad y legibilidad: los bits deben ser lo suficientemente pequeños para alcanzar alta densidad de almacenamiento, pero lo suficientemente distintos entre sí para ser leídos con precisión.

EAMR es el término paraguas que agrupa todas las tecnologías que utilizan energía externa para vencer temporalmente la resistencia magnética del plato durante la escritura. Existen tres enfoques con productos comerciales: HAMR (calor), MAMR (microondas) y ePMR (energy-assisted Perpendicular Magnetic Recording, grabación perpendicular asistida por energía), una variante de Western Digital que aplica una corriente eléctrica en el polo de escritura [2].

2.4.1 HAMR — Heat-Assisted Magnetic Recording (Seagate)

HAMR integra en el cabezal un láser y un transductor de campo cercano (near-field transducer, NFT) que concentra la luz en un punto de apenas nanómetros [17]. Durante la escritura, ese punto del plato se calienta por encima de 400 °C durante aproximadamente un nanosegundo [18], lo que reduce temporalmente su coercitividad y permite grabar. Al enfriarse, los bits quedan fijados de forma estable en un material de alta resistencia magnética.

Los discos HAMR actuales son de helio, en buena parte por la cantidad de platos que integran (hasta 10) [4]. Seagate presentó la plataforma Mozaic 3+ en enero de 2024 [4] y la llevó a disponibilidad general a finales de 2024, con versiones CMR (30 TB) y SMR (32 TB) [12].

2.4.2 MAMR — Microwave-Assisted Magnetic Recording (Toshiba)

MAMR integra en el cabezal un oscilador de espín (spin-torque oscillator, STO) que genera un campo magnético de alta frecuencia, en el rango de las microondas. Ese campo facilita la inversión de la magnetización de los granos del plato durante la escritura, sin necesidad de calentarlo [20]. Toshiba lo comercializa desde 2021 en su variante FC-MAMR (Flux-Controlled MAMR, MAMR con control de flujo), en la serie MG09 de 18 TB [3]. Western Digital, por su parte, optó por ePMR —una corriente de polarización aplicada al polo de escritura— en las series Ultrastar DC HC550 (CMR) y HC650 (SMR) [2], y anunció la transición a HAMR, con envíos en volumen previstos para 2027 [5].

La serie MG09 de Toshiba también es de helio [3]. Conviene aclarar un error frecuente: la línea Ultrastar DC HC600 de Western Digital corresponde a discos SMR, y sus modelos recientes usan ePMR, no MAMR [2].

2.5 Tabla comparativa: todas las tecnologías

La siguiente tabla resume las características críticas de cada tecnología desde la perspectiva de la recuperación de datos:

3. El firmware: la memoria única e irreemplazable del disco

La tecnología actual de los discos duros requiere de un micro sistema operativo interno llamado firmware para poder operar. Comprender su naturaleza es indispensable para entender por qué el cambio de cabezales en discos SMR es un procedimiento de alto riesgo.

3.1 Definición y estructura modular

El firmware es un conjunto de instrucciones de software con una estructura modular compuesta por decenas —y en algunas familias cientos— de módulos; en Seagate F3 se agrupan en "system files" (archivos del sistema, cada uno formado por varios módulos). Su función principal es administrar, controlar y registrar la ubicación exacta de los datos en la superficie magnética del disco. No todos los módulos tienen la misma criticidad:

• Módulos críticos adaptativos: contienen información única e irreemplazable generada en fábrica y durante el uso del disco. Sin ellos, el disco es incapaz de acceder a los sectores donde se alojan los archivos del usuario.
• Módulos secundarios: si algunos de estos fallan, la unidad puede seguir leyendo y escribiendo información sin inconvenientes mayores. Aun así, en discos con Media Cache ciertas operaciones de mantenimiento sobre ellos pueden borrar el cache y, con él, datos del usuario [21].

3.2 Dónde reside físicamente el firmware

Este microprograma reside físicamente en dos áreas: una memoria electrónica en la tarjeta de circuito impreso (PCB) y una zona oculta en los platos magnéticos denominada Área de Servicio (SA).

Parte de los adaptativos del cabezal se guarda en el ROM de la PCB, como muestra el caso de laboratorio de la sección 5.3.4, donde la tabla de calefactor de cada cabezal se encuentra en la memoria de la placa. Por eso el ROM también es único para cada disco.

3.3 La analogía del cerebro: por qué no es intercambiable

Para comprender la naturaleza irreemplazable de los módulos adaptativos del firmware, es útil recurrir a unas analogías médicas que ilustran el contraste entre lo que es sustituible y lo que no lo es.

Si un componente electrónico de la tarjeta (PCB) se daña, este se puede reemplazar por otro idéntico para que el disco vuelva a encender. Esto es equivalente a realizar un trasplante de órgano en un ser humano: el cuerpo recupera su función al sustituir la pieza afectada. Con una condición importante: el chip ROM, que guarda parte de la "memoria" del disco, debe pasar de la placa original a la nueva. Y en discos con cifrado por hardware (SED, Self-Encrypting Drive), el cambio de placa exige precauciones adicionales, porque la placa participa en la gestión del cifrado [21].

Sin embargo, el firmware crítico no funciona como una pieza intercambiable, sino como la memoria del cerebro. Si una persona sufre un daño en el hipocampo, perderá sus recuerdos. La solución no es implantarle el cerebro de otra persona, ya que las memorias son únicas e intransferibles; la solución exige estimular o reparar esa zona específica.

De manera análoga, los módulos adaptativos del firmware contienen la "memoria" de calibración exclusiva de su disco duro. No es posible colocarles el firmware de otro dispositivo, ya que no sabría cómo leer los datos grabados en la superficie de sus platos.

3.4 Conclusión sobre el firmware

Sin el firmware en óptimo estado, el disco duro es incapaz de acceder a los sectores donde se alojan sus archivos. Aunque este escenario representa un alto desafío técnico, identificar el fallo en esta estructura es el primer paso indispensable para diseñar una estrategia de recuperación de datos exitosa.

Esta realidad cobra especial importancia en los discos SMR, donde los módulos adaptativos contienen, además de las calibraciones mecánicas del cabezal, las tablas de traducción de la Media Cache (o, en Western Digital, del translator de segundo nivel o T2; se llama translator a la tabla del firmware que traduce cada dirección lógica a su ubicación física en el plato), que es el sistema que determina dónde se encuentra físicamente cada bloque de datos del usuario.

4. La Media Cache: corazón crítico del SMR

4.1 Definición y propósito

Para resolver el problema de la escritura lenta inherente a la arquitectura SMR, que requiere leer una banda completa antes de poder grabarla de manera definitiva, los fabricantes reservan una zona de escritura no superpuesta en las pistas exteriores del plato (outer diameter), aprovechando que allí la velocidad lineal es mayor [22]. Esta zona se denomina Media Cache: una caché persistente grabada directamente en los platos magnéticos, completamente distinta de la memoria DRAM volátil ubicada en la PCB. En la literatura técnica se denomina persistent cache [22]. Western Digital también utiliza regiones de cache en el plato, descritas en sus patentes [23], [14].

Su función es actuar como un área de escritura rápida que recibe los datos del usuario de forma inmediata, permitiendo que el disco responda con velocidades aceptables antes de reorganizar los datos en las zonas SMR definitivas.

Conviene aclarar que la Media Cache no es exclusiva de SMR: en la práctica del laboratorio se encuentra también en muchos discos CMR de Seagate, por ejemplo en las familias Grenada y Pharaoh [21]. En SMR, sin embargo, su papel es crítico, porque concentra las escrituras más recientes del usuario [22], incluidas actualizaciones de los metadatos del sistema de archivos.

4.2 El ciclo de vida de un dato en SMR

Cuando el usuario escribe un archivo, el dato no va directamente a su ubicación final en la zona SMR. Sigue un ciclo de tres etapas:

1. Escritura inicial en la Media Cache: el dato se escribe rápidamente en la zona CMR de buffer. El disco confirma la escritura al sistema operativo de inmediato.
2. Periodo de espera activa: el dato permanece en la Media Cache mientras el disco está ocupado. Puede coexistir una versión en cache y otra, desactualizada, en la zona SMR.
3. Proceso de folding (consolidación): tras un breve periodo de inactividad (alrededor de un segundo en las mediciones publicadas), o de forma forzada cuando el cache se llena [22], el disco reorganiza internamente los datos, moviéndolos desde la Media Cache hacia las bandas SMR definitivas mediante escritura secuencial.

Nota de terminología: en la literatura técnica este proceso se denomina cleaning (limpieza del cache) [22]; en este documento usamos el término folding (consolidación).

4.3 El proceso de consolidación (folding): explicación técnica

El folding o proceso de consolidación es el mecanismo más crítico y vulnerable de toda la arquitectura SMR. Ocurre de forma invisible para el usuario, principalmente en momentos de baja actividad del disco, y su función es mover los datos almacenados temporalmente en la Media Cache hacia su ubicación definitiva en las bandas SMR.

4.3.1 Estructura de una banda SMR

Para entender el folding es necesario comprender cómo está organizada la zona SMR. Los datos no se escriben pista por pista de forma individual: se organizan en bandas —de 15 a 40 MiB en los discos Seagate estudiados [22]—, cada una compuesta por múltiples pistas superpuestas. Para modificar cualquier dato dentro de una banda, el firmware debe reescribir la banda completa de forma secuencial. No es posible modificar una sola pista sin afectar las demás. Por eso, antes de modificar una banda, primero lee el contenido preexistente, consolida los datos anteriores con los nuevos y graba todo el grupo de datos en la banda.

BANDA SMR #1
├── Pista 1 ─────────────────────────────
├── Pista 2 ──────────────────  (superpuesta sobre la pista 1)
├── Pista 3 ──────────────────  (superpuesta sobre la pista 2)
└── Pista N ──────────────────  (superpuesta sobre la pista N-1)
[ ZONA DE GUARDA — separa las bandas para evitar interferencia ]
BANDA SMR #2
├── Pista N+1 …

4.3.2 El proceso paso a paso

1. Detección del momento adecuado: el firmware inicia el folding cuando se cumple cualquiera de dos condiciones: que el disco lleve un breve periodo sin recibir comandos, o que la Media Cache se llene. En el segundo caso, el disco puede dejar de atender al sistema durante un tiempo mientras reorganiza los datos [22]. Todo ocurre de forma automática e invisible para el sistema operativo.
2. Selección de la banda de destino: el firmware consulta sus tablas de mapeo internas para determinar qué bloques de la Media Cache corresponden a qué banda SMR de destino y cuál es el estado actual de esa banda.
3. Lectura completa de la banda SMR existente: el firmware lee toda la banda de destino —incluidos los datos que no van a cambiar— y la carga en un buffer interno temporal. Este paso es necesario porque, para reescribir la banda, necesita combinar los datos viejos con los nuevos. Si no los lee primero, los datos anteriores se pierden.
4. Combinación de datos (merge): el firmware combina en memoria los datos viejos de la banda con los nuevos provenientes de la Media Cache. Las tablas de traducción son críticas en este punto: determinan exactamente qué posición lógica de la Media Cache corresponde a qué posición física dentro de la banda.
5. Reescritura secuencial de la banda completa: el firmware reescribe toda la banda desde el inicio hasta el final, de forma estrictamente secuencial, pista por pista. Es la fase más larga y la más vulnerable: si se corta la energía mientras se reescribe una banda, sus datos pueden quedar inconsistentes. Las mediciones publicadas indican entre 0,6 y 1,6 segundos por banda modificada [22].
6. Actualización de las tablas de traducción: una vez reescrita la banda, el firmware actualiza las tablas de mapeo en el Área de Servicio, marca los bloques de la Media Cache como liberados y registra las nuevas direcciones físicas de cada bloque en la zona SMR.
7. Liberación de la Media Cache: los sectores de la Media Cache que contenían esos datos quedan marcados como disponibles para nuevas escrituras. El ciclo está completo.

4.3.3 Escenarios de fallo durante el folding

Si el disco falla en cualquier punto entre el paso 3 y el paso 6, queda en una condición híbrida e inconsistente:

4.3.4 Si no está claro: una analogía

El proceso de folding puede resultar abstracto en términos técnicos. Imagina que trabajas en una oficina con dos espacios de almacenamiento: un escritorio (la Media Cache), pequeño y rápido, para los documentos inmediatos, y un archivero (la zona SMR), de gran capacidad y organizado en cajones especiales.

El archivero tiene una particularidad: para meter un documento nuevo en cualquier cajón, primero debes sacar todo lo que hay dentro, agregar el documento nuevo en el orden correcto y volver a meter todo junto. No puedes simplemente deslizar un papel nuevo entre los demás.

Durante el día vas dejando documentos en el escritorio porque es más rápido que abrir el archivero cada vez. Cuando llega la hora del almuerzo —un momento de quietud— la secretaria aprovecha para organizar todo. Ese proceso completo es el folding:

1. Toma los documentos acumulados en el escritorio.
2. Identifica a qué cajón del archivero pertenece cada uno.
3. Saca todo el contenido actual de ese cajón.
4. Combina los documentos viejos con los nuevos en el orden correcto.
5. Vuelve a meter todo al cajón ordenadamente.
6. Actualiza el índice general con la nueva ubicación de cada documento.
7. Limpia el escritorio: espacio disponible para nuevos documentos.

4.3.5 Qué pasa si la secretaria es interrumpida a mitad del proceso

Finalmente, instalar un cabezal donador mal adaptado en este escenario equivale a contratar un reemplazante que no lee bien la letra del índice general. Si no logra leerlo, puede rellenar las páginas ilegibles con datos por defecto o intentar "ordenar" el archivero por su cuenta, y así dañar documentos que estaban perfectamente guardados. En la práctica ocurre algo equivalente: cuando el firmware no logra leer ciertos elementos del Área de Servicio al arrancar, puede intentar recuperarse escribiendo en ella [21]. Por eso, antes de cualquier manipulación, se bloquea la escritura del disco.

5. Por qué el head swap (cambio de cabezales) es crítico en discos SMR

5.1 La cadena de dependencias

En un disco SMR, el cabezal, el firmware y la Media Cache forman una cadena de dependencias inseparable. Un cambio de cabezal no es simplemente un reemplazo mecánico: es una intervención que afecta los tres elementos simultáneamente.

5.2 Parámetros adaptativos por cabezal

Cada cabezal es calibrado individualmente en fábrica. Sus parámetros adaptativos —entre ellos el microjog, que es el desplazamiento lateral que el cabezal debe aplicar para leer una pista que acaba de escribir, porque sus elementos de lectura y escritura están separados físicamente y ese desfase varía con la posición en el plato [24]; además del fly height (altura de vuelo del cabezal), el sesgo de lectura y la ganancia— se almacenan en el ROM de la PCB, en el Área de Servicio o en ambos, según la familia del disco, y están asociados de forma específica a ese cabezal físico.

En un disco SMR, la densidad de pistas es significativamente mayor y las pistas están superpuestas. Un cabezal donador del mismo modelo puede tener:

• Un offset de alineación diferente (microjog) que hace que el cabezal lea desplazado respecto del centro de la pista. Cuanto mayor es la diferencia entre los offsets del paciente y del donante, mayores son los problemas de lectura.
• Parámetros de lectura distintos (ganancia, sesgo del sensor) que reducen la relación señal/ruido y aumentan los errores de lectura.
• Un perfil térmico diferente que altera la distancia real entre el cabezal y el plato durante la operación; este punto se desarrolla en detalle en la sección siguiente.

Por eso el donante se selecciona comparando modelo, versión de firmware, site code (código de la planta de fabricación), fecha de fabricación cercana, versión de preamp (el chip preamplificador montado en el conjunto de cabezales, que amplifica la señal de lectura y controla la escritura) y head map (el mapa que indica qué cabezales físicos usa el disco y en qué orden).

5.3 El perfil térmico del cabezal: el factor más silencioso

El perfil térmico es uno de los parámetros adaptativos menos conocidos fuera del ámbito especializado, pero es determinante en un head swap. En la industria se conoce como TFC (Thermal Fly-height Control) [25]; Seagate lo denomina AFH (Adaptive Fly Height).

5.3.1 Los cabezales vuelan, no tocan

Los cabezales no rozan la superficie del plato: flotan sobre un colchón de aire (o de helio) a una distancia denominada fly height. En los discos modernos, la separación de trabajo entre los elementos de lectura/escritura y el plato es de apenas unos pocos nanómetros [26]. Esa distancia no es fija: el firmware la ajusta activamente mediante un calefactor integrado en el cabezal, y además varía con la temperatura del disco.

En fábrica, cada cabezal se calibra acercándolo al plato hasta detectar el contacto (touchdown) y retrocediendo luego a una distancia segura [26]. El resultado no es un valor único, sino una tabla de parámetros: por cabezal y por zona del disco, separados para lectura y escritura [25]. Según la familia, estos parámetros se guardan en el ROM de la PCB —como en el caso de la sección 5.3.4— o en el Área de Servicio.

5.3.2 Por qué dos cabezales del mismo modelo no son iguales térmicamente

Aunque provengan del mismo lote de fabricación, cada cabezal presenta variaciones físicas mínimas pero significativas:

• Eficiencia del calefactor: cuántos nanómetros sobresale el cabezal por cada unidad de potencia aplicada; depende del material, de la geometría y de la resistencia eléctrica del calefactor.
• Geometría microscópica: las dimensiones de los elementos de lectura y escritura varían a nivel nanométrico entre cabezales.
• Fly height pasivo: la altura de vuelo sin calefacción, que depende del diseño aerodinámico del slider —la pieza del cabezal que vuela sobre el plato, cuya cara inferior se llama air bearing surface— y de sus tolerancias de fabricación.

El resultado es que, con la misma potencia aplicada, dos cabezales del mismo modelo pueden quedar a distancias diferentes del plato. Tras un head swap, el firmware sigue usando la tabla calibrada para el cabezal original, no para el donante; por eso el análisis del disco donador es un paso obligatorio antes de proceder.

5.3.3 Consecuencias en un disco SMR

Un fly height incorrecto afecta a cualquier disco, CMR o SMR. La diferencia es el margen: en SMR el cabezal lee una franja de pista más angosta —la parte que queda visible de cada pista superpuesta—, por lo que la señal disponible es menor y una pérdida de amplitud se traduce antes en errores de lectura.

Nota: leer la señal de la pista vecina no se debe al fly height, que es una distancia vertical, sino al desplazamiento lateral del cabezal (offset o microjog), tratado en la sección 5.2.

El perfil térmico es, por tanto, un factor silencioso: un desajuste rara vez produce un fallo inmediato y evidente. Se manifiesta como errores de lectura concentrados en ciertas zonas o cabezales, lecturas lentas o datos inconsistentes. Estos síntomas pueden confundirse con sectores defectuosos o corrupción de datos.

Estos parámetros pueden diagnosticarse y ajustarse con una herramienta de comandos de fabricante (VSC y terminal), que permite aumentar o reducir el calentamiento de lectura por zona y verificar el resultado sobre sectores concretos. Los VSC (Vendor Specific Commands, comandos específicos del fabricante) son comandos que el estándar ATA reserva para uso de cada fabricante y que no se publican; junto con el terminal serie del disco, dan acceso a funciones internas como el Área de Servicio o los parámetros de los cabezales. Es un procedimiento de riesgo controlado que exige respaldo previo del ROM, bloqueo de escritura activo, cambios graduales y descartar antes cualquier daño mecánico en cabezales o platos. Ante la menor sospecha de daño físico, no se ajusta el perfil térmico: se reemplaza o se limpia el conjunto de cabezales.

5.3.4 Ejemplo real: perfil térmico de un disco de laboratorio

Las siguientes figuras muestran datos reales del firmware de un disco Seagate de 2,5 pulgadas y 5 TB de la familia F3, con 10 cabezales, atendido en nuestro laboratorio. El firmware guarda, para cada cabezal, un valor de calefactor por cada una de las 151 regiones concéntricas del plato; las figuras representan esos valores tal como los almacena el disco.

Cómo se detecta la compatibilidad de un cabezal donante

Como cada cabezal tiene su propia huella térmica, un cabezal donante solo será compatible si su comportamiento se parece al del original. En el laboratorio la compatibilidad se evalúa en cuatro pasos:

1. Coincidencia de datos básicos: modelo con sufijo, versión de firmware, site code, fecha de fabricación cercana, versión de preamp y head map.
2. Comparación de la huella térmica: se leen los parámetros del firmware del disco donante y se comparan, cabezal por cabezal y región por región, con los del paciente, como en las figuras 6 y 7. Cuanto menor la diferencia, menos ajuste será necesario. Es un criterio propio del laboratorio, basado en la misma lógica con que se comparan otros adaptativos del cabezal, como el offset de posición (microjog).
3. Prueba de familiaridad: se monta la PCB del paciente en el disco donante, con respaldo previo y bloqueo de escritura. Si el donante arranca sin golpear (knocking), sus cabezales toleran los parámetros del paciente. Es una condición necesaria pero no suficiente: un donante que arranca bien puede leer mal ciertas regiones. En discos con cifrado por hardware (SED), el cruce de placas requiere precaución adicional.
4. Verificación después del cambio: se prueban las regiones de cada cabezal con la herramienta de comandos de fabricante; las regiones lentas o con errores indican dónde el perfil del donante se aleja del original y dónde puede requerirse un ajuste controlado.

5.4 El efecto de la descalibración sobre el firmware y las bandas

Existe un efecto de la mala adaptación del cabezal que es frecuentemente subestimado: un cabezal donador descalibrado no solo lee menos sectores; en un disco SMR puede llevar al propio firmware a tomar decisiones equivocadas sobre el Área de Servicio y la Media Cache, porque sus procesos internos siguen funcionando en segundo plano [22] con la información que logra leer.

5.4.1 Lo que ocurre físicamente

El cabezal donador, con un offset (microjog) distinto al original, no lee el centro de la pista sino una posición desplazada. En SMR, donde la franja legible de cada pista es angosta, ese desplazamiento reduce la señal útil y agrega interferencia de la pista vecina:

El disco sí detecta el problema: cada sector tiene su propio código de corrección de errores y las marcas de servo le indican en qué pista está. Por eso los síntomas habituales son errores de lectura, reintentos y lentitud. El riesgo mayor no está en esa lectura defectuosa, sino en lo que hace el firmware a continuación.

5.4.2 Las dos respuestas peligrosas del firmware

Respuesta 1, escribir datos por defecto en el Área de Servicio: si al arrancar el firmware no logra leer ciertos elementos del Área de Servicio, puede intentar recuperarse escribiendo en ella valores por defecto o datos leídos parcialmente [21]. Con cabezales en mal estado, los procesos internos del firmware pueden dañar objetos críticos del Área de Servicio. Consecuencias directas:

• El translator, las tablas de la Media Cache o las listas de defectos (registros del firmware con los sectores dañados que el disco oculta y reemplaza) quedan dañados.
• El disco se congela al arrancar o entrega ceros y versiones antiguas de los datos.
• Reparar el Área de Servicio requiere más tiempo, más donantes y más riesgo.

Respuesta 2, reinicializar la Media Cache: ciertas condiciones o comandos —tablas de la Media Cache inconsistentes, recalcular el translator u otras operaciones de mantenimiento del firmware— pueden llevar al firmware a limpiar o reinicializar la Media Cache. En Western Digital, el riesgo análogo es la pérdida o regeneración del translator de segundo nivel [21]. Consecuencias directas:

• Se borran las actualizaciones que aún no estaban consolidadas en las bandas.
• Se pierden las escrituras más recientes [22], incluidas actualizaciones de los metadatos del sistema de archivos.
• El disco puede entregar ceros o datos antiguos en amplias zonas [21].
• Los procesos internos de reorganización de bandas se activan incluso con el disco en reposo [22].

5.4.3 El punto más crítico

El daño lo causa el propio firmware, en segundo plano, mientras el técnico cree que solo está leyendo. Por eso el bloqueo de escritura —por software y por hardware— es la primera línea de defensa.

Cabezal donador mal adaptado
   ↓
Lecturas degradadas en el Área de Servicio o en las bandas
   ↓
El firmware no logra leer tablas críticas (translator, tablas de la Media Cache)
   ↓
Escribe valores por defecto, reinicializa la Media Cache o continúa la reorganización de bandas
   ↓
Pérdida de metadatos y de versiones recientes de los datos
   ↓
Corrupción lógica, sin alertas evidentes para el técnico

5.5 Las tablas de traducción y el firmware

La Media Cache introduce una capa de abstracción lógica que en los discos CMR convencionales es mucho más simple o no existe. El firmware mantiene tablas de traducción que mapean cada bloque lógico (LBA) a su ubicación física real, que puede estar en la Media Cache o en la zona SMR [15]. Estas tablas residen en el Área de Servicio, y leerlas requiere que al menos un cabezal del sistema funcione correctamente.

Cabezal donador instalado → lectura deficiente del Área de Servicio
   ↓
Módulos o tablas ilegibles o leídos parcialmente → el firmware intenta recuperarse
   ↓
Escrituras por defecto o reinicialización de la Media Cache → se pierde la correspondencia LBA ↔ ubicación física
   ↓
Datos en ceros, versiones antiguas o fragmentados
   ↓
Pérdida grave de datos, a menudo irreversible si no hay respaldo previo

Aun así, no siempre es definitivo: con respaldos previos de las tablas de traducción y con herramientas especializadas, es posible reconstruirlas o leer los bloques en su orden físico (PBA) y recuperar archivos [21].

6. Recomendaciones para casos con discos SMR

6.1 Antes de cualquier intervención

• Identificación previa: verificar si el disco es SMR antes de proceder, consultando las especificaciones del fabricante o usando herramientas de diagnóstico especializadas.
• Imagen de seguridad: de ser posible, generar una imagen sector a sector de las zonas legibles antes de cualquier intervención mecánica, mediante la técnica de mapeo.
• Herramientas especializadas: no intentar el head swap sin contar con herramientas que permitan leer y adaptar los parámetros adaptativos del firmware.
• Bloqueo de escritura: activar el bloqueo por software y, si es posible, por hardware antes de cualquier manipulación, para impedir que el firmware escriba en el Área de Servicio o en el área de usuario.
• Respaldo de recursos únicos: guardar ROM, translator, tablas de la Media Cache, listas de defectos y la configuración de cifrado (SED) —en todas sus copias— antes de cualquier reparación.
• Comandos a evitar en SMR: no recalcular el translator ni ejecutar operaciones de mantenimiento del firmware en discos con Media Cache, salvo que exista un respaldo y se entienda exactamente el efecto [21].
• Selección del donante: comparar modelo, firmware, site code, fecha de fabricación, versión de preamp y offsets de posición (microjogs) antes del cambio.
• Configuración de cifrado: identificar si el disco arranca en modo normal o cifrado (SED, o FIPS: cifrado certificado según los Federal Information Processing Standards de EE. UU.) y aplicar la técnica correspondiente.

6.2 Durante la evaluación

• Documentar el estado de la Media Cache y de la zona SMR por separado durante el diagnóstico.
• Verificar si existe un folding interrumpido analizando las tablas de traducción del firmware.
• Evaluar si los datos críticos están en la Media Cache (zona CMR) o en la zona SMR definitiva.

6.3 Comunicación con el cliente

Es fundamental comunicar al cliente de forma clara y por escrito que los discos SMR representan un nivel de complejidad superior en la recuperación de datos. El éxito del proceso depende de factores técnicos que van más allá del daño físico visible, incluyendo el estado del firmware, la integridad del Área de Servicio y la condición de la Media Cache. Al mismo tiempo, conviene transmitir que, con el protocolo y las herramientas adecuadas, muchos de estos casos siguen siendo recuperables.

7. Conclusión

La tecnología SMR introduce una arquitectura de almacenamiento que, aunque eficiente en términos de densidad, es extraordinariamente sensible a las intervenciones mecánicas. El cambio de cabezales en este tipo de discos, sin los conocimientos, herramientas y parámetros adaptativos correctos, puede transformar una recuperación difícil en una pérdida total.

El firmware, con sus módulos adaptativos únicos almacenados en el Área de Servicio y en el ROM, actúa como la memoria exclusiva del disco. Al igual que la memoria del hipocampo humano no puede ser trasplantada, los parámetros adaptativos de un cabezal no pueden ser simplemente sustituidos por los de otro dispositivo, aunque sea del mismo modelo.

La Media Cache y el proceso de folding representan los puntos de mayor vulnerabilidad: los datos pueden encontrarse en estados intermedios distribuidos entre la zona CMR de buffer y la zona SMR definitiva, y solo un firmware funcional con un cabezal correctamente calibrado puede determinar el estado real de cada bloque.

La buena noticia es que el riesgo se puede gestionar. Con bloqueo de escritura, respaldo previo de los recursos únicos del disco, una selección rigurosa del donante y herramientas especializadas, muchos de estos casos siguen siendo recuperables.

Resumen de puntos clave

1. Árbol tecnológico: LMR → PMR, que se organiza en CMR o SMR; EAMR (ePMR, MAMR, HAMR) es la evolución de PMR y existe en versiones CMR y SMR.
2. PMR y CMR no son tecnologías separadas: PMR es la orientación del bit; CMR, la organización de pistas.
3. SMR usa grabación perpendicular (PMR) pero con pistas superpuestas, incompatible con la reescritura directa.
4. HAMR y MAMR son tecnologías EAMR: requieren energía externa (láser o microondas) para escribir.
5. En HAMR el calor se concentra en la interfaz cabezal-plato: el desgaste del NFT y de la superficie son variables nuevas de diagnóstico.
6. El firmware contiene decenas o cientos de módulos según la familia; los adaptativos son únicos e irreemplazables por disco.
7. Los módulos críticos residen en el Área de Servicio (SA), zona oculta en los platos, y parte de los adaptativos en el ROM de la PCB.
8. La Media Cache es una zona interna de escritura rápida; existe también en muchos discos CMR de Seagate, pero en SMR es crítica.
9. El folding interrumpido deja datos en estado híbrido entre la Media Cache y la zona SMR, difícil de reconstruir.
10. El perfil térmico del cabezal (TFC/AFH) es una tabla calibrada por cabezal y zona; un donante puede quedar a un fly height incorrecto, pero es un parámetro que se puede diagnosticar y ajustar con cuidado.
11. En HAMR el cabezal integra un láser de precisión extrema: el head swap es aún más complejo que en SMR.
12. Identificar la tecnología del disco y generar una imagen de seguridad son pasos previos no negociables.
13. El mayor riesgo en SMR lo introducen las escrituras del propio firmware: el bloqueo de escritura y el respaldo previo del Área de Servicio son la primera línea de defensa.

Referencias

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