En los últimos 12 meses, el almacenamiento flash entró en áreas de las que hasta ahora había estado ausente. En particular, esto se debió a la disponibilidad de almacenamiento flash de celda de cuatro niveles (QLC) más denso, y por lo tanto más barato por gigabyte (GB), en mercados de matrices y casos de uso que alguna vez se consideraron cercanos. Además de esto, vimos caer el precio por GB de la memoria flash hacia el nivel de las unidades de disco duro (HDD) de disco giratorio. Mientras tanto, los más entusiastas defensores del almacenamiento flash predijeron la desaparición del disco duro y la inminente victoria del centro de datos totalmente flash. En este artículo, definimos el almacenamiento flash empresarial, analizamos sus variantes QLC y de celda de triple nivel (TLC), los beneficios de la memoria flash no volátil rápida (NVMe) y examinamos las ventajas y desventajas de la memoria flash frente a la HDD en términos de costo, rendimiento, flash en la nube y la probabilidad (o no) de un centro de datos totalmente flash. ¿Qué es el almacenamiento flash empresarial? El almacenamiento flash empresarial se refiere a sistemas que comprenden varias unidades flash alojadas en productos de factor de forma de matriz montados en bastidor de centros de datos. En las matrices de almacenamiento flash empresariales, la capacidad de muchas unidades se agrega y el acceso a los medios de almacenamiento se rige por el hardware del controlador. El controlador es un cómputo que alimenta la inteligencia necesaria para manejar la entrada/salida (E/S) desde los hosts al almacenamiento, la toma de decisiones sobre la asignación de datos a los medios, pero también en matrices flash para llevar a cabo tareas de mantenimiento como nivelación de desgaste, recolección de basura, etc. Las capacidades de los arreglos de almacenamiento flash empresarial van desde decenas de terabytes (TB) hasta muchos petabytes (PB). Al igual que con los arreglos basados ​​en HDD, el acceso al almacenamiento puede ser de bloque (para casos de uso de bases de datos que requieren alto rendimiento, por ejemplo), de archivo (para uso general y datos no estructurados) u objeto (también para datos no estructurados). ¿Qué es el almacenamiento flash QLC? QLC es la última generación de medios de almacenamiento flash. QLC significa celda de cuatro niveles. Eso significa que cada celda del chip flash puede almacenar cuatro bits de datos utilizando 16 estados. Eso significa que puede almacenar más datos en el mismo espacio que la memoria flash TLC, que también está ampliamente disponible. Anteriormente, estaban ampliamente disponibles las celdas flash de un solo nivel (SLC) y las celdas de varios niveles (MLC, que significa dos estados), pero ahora han sido reemplazadas en gran medida. A principios de 2024, la mayoría de las matrices de almacenamiento empresarial se construyen con unidades TLC para casos de uso de uso general y de misión crítica. Pero QLC se ha convertido en algo común y ha ganado terreno para las cargas de trabajo de datos no estructurados, en particular cuando los principales fabricantes de matrices de almacenamiento empresarial agregaron productos basados ​​en QLC durante el último año. A medida que los fabricantes aumentan el número de estados posibles por celda, la densidad de almacenamiento aumenta y el coste de almacenamiento por GB disminuye. Pero, a medida que aumenta la densidad de almacenamiento en términos de capacidad de la celda, pueden surgir problemas que pueden limitar la resistencia de los medios flash. ¿Qué es la memoria flash NVMe? La memoria no volátil expresa (NVMe) es un protocolo desarrollado especialmente para su uso con almacenamiento flash. Antes de NVMe, las unidades flash utilizaban protocolos de transporte que se originaron durante la era HDD, a saber, Serial Advanced Technology Attachment (SATA) y Serial-Attached SCSI (SAS). De hecho, todavía están en uso y los grandes proveedores de almacenamiento venden matrices que utilizan unidades con dicha conectividad (factor de forma de 2,5 y 3,5 pulgadas). Pero NVMe está ahora a la vanguardia en cuanto a rendimiento de unidades flash. La innovación clave de NVMe fue optimizar las colas y los buffers para su uso con flash, lo que mejoró el rendimiento muchas veces. A continuación, los proveedores desarrollaron formas de permitir la conectividad NVMe a través de conexiones físicamente más distantes en todo el centro de datos. Estas tecnologías NVMe sobre tejidos incluyen la capacidad de transportar NVMe a través de Ethernet, Infiniband, TCP, RDMA (es decir, conectividad de memoria a memoria) y más. ¿Qué es el disco duro? Las unidades de disco duro (HDD) que dependen de cabezales magnéticos de lectura/escritura y discos giratorios mecánicos existen desde hace décadas, siendo el flash un competidor que ha surgido en los últimos 10 años aproximadamente. Al igual que con la memoria flash, las unidades de disco duro se pueden agregar en productos de matriz montados en bastidor para centros de datos y la capacidad de varias unidades agrupadas para usuarios empresariales. De hecho, los arreglos basados ​​en HDD precedieron durante mucho tiempo a los arreglos flash empresariales y todavía se utilizan ampliamente. ¿Cuál es la diferencia de rendimiento entre flash y HDD? Cuando comparamos el flash con el disco, lo más destacado es que el flash es rápido, muchas veces más rápido que el disco HDD giratorio. Las unidades flash ofrecen una latencia más baja, con tiempos de acceso de tan solo milisegundos, o incluso microsegundos, en comparación con los múltiples milisegundos del disco giratorio, especialmente para las lecturas. Eso significa que la tecnología flash empresarial también puede ofrecer muchas más operaciones de entrada/salida por segundo (IOPS) cuando se agrega a una matriz de almacenamiento. En términos de rendimiento, la memoria flash ofrece velocidades de gigabit por segundo (Gbps) cuatro o cinco veces más rápidas que las HDD. Esta rapidez ha sido el principal atractivo del almacenamiento flash empresarial y es el resultado de la falta de piezas móviles. Con los platos giratorios, el disco duro está limitado por la física de una manera que el almacenamiento de estado sólido no lo está. En términos de capacidades, el disco duro está disponible en unidades de hasta 22 TB. Y aunque se han comercializado algunas unidades flash que funcionan con más de 60 terabytes, generalmente vienen en tamaños más pequeños, pero en parte se debe al costo. ¿Cuál es la diferencia de costo entre flash y HDD? En términos de costo por GB a nivel de unidad, la memoria flash cuesta más que el disco giratorio. Pero la brecha se está reduciendo. Si bien los precios de los discos duros por GB de capacidad se han mantenido en gran medida estáticos, los costos de las unidades flash han bajado. A finales de 2023, esa diferencia, en promedio, era de unos pocos centavos, lo que hacía que la memoria flash fuera entre un 25% y un 50% más costosa por GB que el disco giratorio. En octubre de 2023, el costo de la memoria flash promedió $0,075/GB, mientras que el costo del HDD promedió $0,05/GB para las unidades SAS y $0,035/GB para las unidades SATA. Sin embargo, algunos proveedores (orientados a flash) argumentan que no podemos juzgar los costos de almacenamiento únicamente a nivel de unidad. ¿El flash acabará con el disco duro? ¿Cuánto tiempo más para HDD? En particular, Pure Storage ha declarado que los HDD estarán muertos para 2028, siendo sus productos flash el principal agente en la eliminación, y todo debido a su capacidad de agregar mucha más capacidad flash en sus módulos propietarios que la que ocurre en las unidades flash convencionales. Con tamaños de módulos flash de hasta 300 TB para 2026 prometidos por Pure, sostiene que el disco giratorio será comercialmente inviable. Mientras tanto, empresas como Panasas, que se especializa en almacenamiento de datos no estructurados, señalan el uso abrumador de discos giratorios en los centros de datos hiperescaladores en proporciones de hasta 90/10 frente a flash. Panasas sostiene que todavía hay una diferencia de cinco veces entre el flash y el HDD de menor costo, y que para la mayoría, algo como la solución hiperescaladora es óptima. ¿Cuándo se podrá utilizar flash y HDD en la nube? Los usuarios empresariales también pueden especificar almacenamiento flash y disco giratorio en la nube. En la mayoría de los casos, es más probable que el almacenamiento en la nube se especifique según criterios de rendimiento y costo, en cuyo caso es posible que el cliente nunca sepa qué medios lo sustentan. Pero también es posible especificar almacenamiento flash en la nube y los tres mayores hiperescaladores –Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Google Cloud Platform (GCP)– tienen opciones de almacenamiento de estado sólido que combinan costo, capacidad y rendimiento. Todos los hiperescaladores ofrecen almacenamiento flash para admitir computación con niveles de servicio basados ​​en la capacidad y IOPS por volumen que van desde niveles de uso general hasta niveles premium destinados a cargas de trabajo específicas (por ejemplo, SQL, Oracle, SAP Hana) y entornos (por ejemplo, Windows, Lustre). , Mac OS). También hay opciones destinadas a flash para almacenamiento de archivos y almacenamiento flash de proveedores designados, como NetApp Files de Azure. ¿Qué es el centro de datos all-flash? Durante aproximadamente una década, se ha debatido la idea del centro de datos totalmente flash. El centro de datos totalmente flash reemplaza el disco duro y otros medios, como la cinta, por almacenamiento flash. Lo que lo impulsa es la continua disminución del coste del almacenamiento flash (como ocurre con el flash QLC), pero también las ventajas del flash en términos de acceso rápido. Esto último se vuelve más relevante a medida que los clientes desean ejecutar análisis en subconjuntos más grandes de sus datos. Así, por ejemplo, donde antes las copias de seguridad se realizaban en medios nearline, como discos duros más lentos, los defensores de la tecnología flash para tales casos de uso señalan la capacidad de ejecutar inteligencia artificial (IA) en grandes conjuntos de datos de clientes y obtener valor de ellos. Además, con las copias de seguridad como ejemplo, la idea de poder recuperarse rápidamente desde medios flash en caso de un ataque de ransomware es otro caso de uso promocionado por los impulsores de los centros de datos totalmente flash. ¿Cuándo llegará el centro de datos totalmente flash? Mientras que proveedores entusiastas de almacenamiento flash como Pure minimizan los obstáculos al centro de datos totalmente flash, los analistas señalan la expansión del flash (especialmente QLC) a cargas de trabajo secundarias, pero no necesariamente a todos los casos de uso, y es probable que el disco giratorio conserve su utilidad para algo de tiempo para algunos conjuntos de datos. Mientras tanto, los proveedores de HDD como Toshiba afirman que alrededor del 85% de todos los datos todavía se encuentran en discos giratorios. Ese hecho, dice, no es probable que cambie rápidamente, sobre todo porque no existe la capacidad de flash para reemplazarlo.

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