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A Fondo

El futuro es brillante, el futuro es NVME

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El trabajo técnico de promoción de la primera especificación para la memoria no volátil express (NVMe) comenzó en 2009 con una primera versión publicada dos años más tarde. Una década después, ha llegado el momento de NVMe.

NVMe surgió por primera vez como un medio maximizar el rendimiento de las cada vez más omnipresentes unidades SSD que se veían lastradas por velocidades de datos relativamente lentas en los discos duros tradicionales.

La necesidad de acelerar la transferencia de datos entre las unidades SSD empresariales, los servidores virtualizados y los dispositivos de los clientes, ha estimulado su desarrollo y adopción, junto con la creciente adopción de soluciones de almacenamiento para empresas basadas en arrays NVMe. Estamos en un momento de computación de alto rendimiento, en el que la latencia se ha convertido en un factor de consideración importante para un número creciente de aplicaciones de datos intensivos, infraestructuras y plataformas cloud

¿Pero cómo se traduce esto en el centro de datos? Se traduce como bases de datos que deben escalar exponencialmente, a través de escritorios virtuales e infraestructuras de servidores físicos y virtuales. Se distribuyen tanto en el espacio físico(y privado) de las empresas, como en el mundo híbrido y público de los servidores virtualizados.

Estas operaciones se ejecutan a tal escala y velocidad que se debe tener cuidado para prestar atención a un buen número de factores: rendimiento, latencia (de menos de un milisegundo), continuidad del negocio (99,9999 por ciento) o coste OPEX. IDC prevé que las aplicaciones más sensibles a bajas latencias y orientadas al análisis en tiempo real, representarán las cargas de trabajo de almacenamiento de más rápido crecimiento en los próximos cinco años.

¿Cómo se ve esto en términos de aplicaciones y cargas de trabajo? Por supuesto, estamos hablando de algo nuevo: el procesamiento de vídeo e imágenes o el análisis en tiempo real para IA (por ejemplo en vehículos autónomos, IoT industrial, el reconocimiento de imágenes de cámaras de seguridad de alta definición o seguridad informática) que exigen el tipo de rendimiento y eficiencia de arrays SSD NVMe.

Las grandes empresas cloud del mercado, están entrenando la inteligencia artificial a una escala de cientos de petabytes de datos. Para ello, están optando por arrays NVMe SSD, que les proporcionan la velocidad y fiabilidad necesarias para que los datos entren y salgan rápidamente de sus modelos de entrenamiento de IA. La gran escala de estos proyectos, puede potencialmente causar cuellos de botella en el almacenamiento que los hiperescaladores están abordando, para evitar la interrupción de otros servicios.

Según los analistas del Grupo 451: «La analítica en tiempo real será la mejor baza de venta para los proveedores de almacenamiento NVMe de segunda generación, entre otras cosas porque se espera que en los próximos años se produzca un fuerte aumento del uso».

Pero no nos referimos simplemente a la nueva red, ya que NVMe se considera cada vez más, como la mejor arquitectura de almacenamiento para aplicaciones de misión crítica «tradicionales», como SAP Hana, otras bases de datos y motores de bases de datos a nivel empresarial. La capa de las aplicaciones está cambiando, un cambio que se ha traducido en comprobar cómo estas aplicaciones se han posiciondo en primera línea de los procesos de negocio en tiempo real, lo que significa que los niveles de respuesta de ayer ya no son aceptables.

En este sentido, SSD NVMe, un interfaz de controlador que funciona a través del protocolo PCIe, proporciona un medio eficiente y de alto rendimiento para proporcionar el tipo de IOPS que necesitan las bases de datos intensivas en lectura y escritura, de una forma que se considera económicamente viable.

Según G2M Research, la era de las unidades SSD de NVMe ha llegado: «Las unidades SSD NVMe serán ubicuas en los próximos 1 ó 2 años. Esto será válido para tanto en el mercado cloud, como para empresas los consumidores. Los SATA SSDs se centrarán principalmente en el mercado de reemplazo de discos duros y en arrays flash».

Avances tecnológicos

Muchos fabricantes han lanzado NVMe desde el debut del estándar en 2011. Sin embargo, el primer NVMe para arrays SSD de empresa se lanzó en 2017, a través de la serie Huawei OceanStor Dorado V3. Esta serie aporta una serie de avances que mejoran la tecnología propia de NVMe. La arquitectura de almacenamiento NVMe de Huawei utiliza chips inteligentes para la aceleración de datos en paralelo con los algoritmos inteligentes FlashLink de Huawei.

OceanStor Dorado V3 NVMe proporciona una latencia de 0,5 ms, que es un 45% menor que el almacenamiento flash SAS. La comunicación directa entre CPUs y SSDs acorta las rutas de transmisión. La optimización de SSDs y controladores proporciona una latencia estable de 0,5 ms. Un avance clave de Huawei es la capacidad del OceanStor Dorado V3 para alimentar sistemas active-active gateway free, con una latencia de 1 ms, asegurando así una respuesta realmente rápida de las aplicaciones.

El rendimiento de las aplicaciones se puede triplicar. Tomando como base escenarios reales, se ha demostrado que la integración del hardware y software dentro del OceanStor Dorado V3, permite tanto a las controladoras de disco como a los SSD ajustar la disposición de los datos y las prioridades I/O. La arquitectura de NVMe reduce el número de interacciones del protocolo de cuatro a dos, duplicando la eficiencia del procesamiento en las solicitudes de escritura de datos.

Las tecnologías de deduplicación y compresión inline liberan la capacidad de almacenamiento que ocupan los datos redundantes. Con la compresión inline, la deduplicación inline permite al OceanStor Dorado V3 ofrecer ratios de reducción de datos de hasta 5:1. Esto puede ayudar a reducir OPEX en un 75%, al reducir la cantidad de hardware físico que debe comprar, integrar y administrar.

Hemos entrado en la era del multicloud, en la que la copia de seguridad es cada vez más importante y en la que ya no puede ser lenta, costosa o complicada de configurar y gestionar. Teniendo esto en cuenta, el OceanStor Dorado V3 proporciona almacenamiento eficiente en entornos multi-cloud a través del conjunto operado por Huawei Cloud y Amazon Web Services (AWS).

Al utilizar snapshots de segundo nivel con intervalos backup de 10 segundos, el sistema mejora la frecuencia de las copias de seguridad en 30 veces. La recuperación ante desastres y la integración de backups se implementan en el array de almacenamiento, lo que reduce el TCO de la recuperación ante desastres en un 50%.

La resiliencia de la infraestructura flash ha sido cuestionada en el pasado. Sin embargo, el sistema de almacenamiento flash de Huawei, ha demostrado ser a prueba de terremotos y mejora tanto la capa de hardware como de la de software.

En la capa de hardware, su arquitectura de redundancia completa soporta NVMe de puerto dual y hot plugging en todos los componentes clave para eliminar posibles fallos. El sistema también ha superado un test de resistencia a los terremotos de magnitud 9 en los Laboratorios de Tecnología de Telecomunicaciones de China, lo que significa que el sistema puede tolerar fácilmente las vibraciones en el transporte y la instalación de dispositivos.

Predecir el crecimiento de los datos y los requisitos de almacenamiento es cada vez más difícil, lo que significa que existe una fuerte demanda de arquitecturas de almacenamiento escalables. Los factores que lo dificultan incluyen la naturaleza cada vez más impredecible de las cargas de trabajo, con requisitos de carga máxima que pueden triplicarse o cuadruplicarse durante un día y que pueden provenir de aumentos inesperados en la actividad de los consumidores, de tráfico móvil imprevisto o de contenidos que consumen mucho ancho de banda.

Junto a esto hay que tener en cuenta el progresivo abandono del modelo de almacenamiento centralizado basado en centros de datos y la llegada de estrategias descentralizadas y unificadas. En un intento de abordar este desafío, Huawei ha centrado su atención en el rendimiento. El OceanStor Dorado V3 ofrece hasta 7.000.565 IOPS SPC-1 y puede escalar hasta 16 controladores.

Como se ha señalado, no todo es nuevo en la Red y en momento actual de la infraestructura de datos, existe una gran cantidad de organizaciones que ejecutan entornos de datos y aplicaciones que incluyen aplicaciones legacy. En este sentido, la versión SAS OceanStor Dorado V3 le permite combinar SAS y NVMe SSD para proporcionar una actualización sin problemas de los sistemas de almacenamiento SAS all-flash a NVMe.

Curva de adopción

La demanda es clara y la curva de adopción de NVMe ya está en marcha.
El almacenamiento basado en NVM seguirá el patrón de adopción de AFAs, según GM Research. Los early-adopters apostarán por aplicaciones de alto rendimiento y análisis en tiempo real. Posteriormente se incorporarán prácticamente todas las aplicaciones empresariales/cloud que forman parte del core business de los negocios.

«Piénsalo desde el punto de vista de si pondrías un disco duro en tu próximo portátil. La desagregación (ya sea como’arrays distribuidos’ o como almacenamiento flash a gran escala) ya está ocurriendo y se acelerará», afirma GM Research.

Con la creciente adopción de las unidades SSD de NVMe, el OceanStor Dorado V3 está bien posicionado para llevar nuevas cargas de trabajo (junto con los sistemas de misión crítica existentes) a este nuevo mundo de baja latencia y alto rendimiento.

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