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Unidad de estado sólido: cambie en un instante

Hola otra vez. Yo soy Simón Sánchez y esta vez te voy a hablar sobre Unidad de estado sólido: cambie en un instante

Últimamente ha habido mucho interés entre la multitud de centros de datos corporativos por una tecnología relativamente antigua: unidades de estado sólido (SSD). Hoy en día, las unidades flash son más rápidas y baratas que sus predecesoras y es casi seguro que ocuparán un lugar en el conjunto de herramientas de los arquitectos de TI empresariales estándar. Pero también parecen tener bastante potencial en HPC, aunque no (solo) de la manera que podría pensar.

Cuando me presenté en mi primer concierto de HPC a principios de los 90, nuestros Crays tenían unidades de estado sólido y ni siquiera eran nuevas en ese entonces; Los SSD basados ​​en memoria de semiconductores se remontan a las décadas de 1970 y 1980. Pero eran caras y realmente no tenían un lugar en la economía basada en productos básicos de las supercomputadoras procesadoras de productos básicos que surgieron desde mediados de la década de 1990.

Entonces, ¿qué es un SSD? los Entrada de Wikipedia Él dice:

Una unidad de estado sólido (SSD) es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa memoria de estado sólido para almacenar datos persistentes. Un SSD emula una interfaz de disco duro, por lo que la reemplaza fácilmente en la mayoría de las aplicaciones.

Michael Cornwell, tecnólogo jefe de tecnología flash de Sun, tiene una definición similar en pocas palabras: «Un SSD es un dispositivo no giratorio que emula lo que hace un disco duro».

La razón del renovado interés en esta vieja idea se reduce al dinero. La nueva generación de SSD se construye a partir de componentes flash NAND, el tipo de memoria no volátil que se utiliza en todo, desde unidades de memoria USB hasta cámaras e iPod. Impulsados ​​por la demanda en el mercado de consumo, los precios de SSD han caído significativamente. Puede ver este efecto por sí mismo cuando vaya a Best Buy y descubra que puede comprar una unidad flash de 4GB por menos de $ 15.00. Hace solo unos años, esa cantidad de memoria flash le habría costado cientos de dólares.

Esta demanda también ha llevado a la industria de las memorias flash a superar a la industria de las DRAM en términos del tamaño del proceso de silicio utilizado para crear los chips. David Flynn, director técnico y cofundador de Fusion-io, explica que todo esto se ha combinado para hacer de NAND flash una opción de almacenamiento muy interesante. «La memoria flash cuesta menos por bit (en comparación con la DRAM), no es desalentadora y puede apilarla verticalmente en paquetes y luego apilar los paquetes», colocando muchos bits en un espacio muy pequeño.

Los SSD basados ​​en flash tienen muchas ventajas inherentes sobre las unidades giratorias para el almacenamiento que los hacen atractivos para los arquitectos de sistemas. Además de ser densos y relativamente fríos, no hay partes móviles y, a diferencia de los discos duros, los SSD basados ​​en flash pueden admitir entre 10 y 20 operaciones simultáneamente, lo que los convierte en dispositivos inherentemente paralelos. Además, el almacenamiento flash suele tener al menos tres órdenes de magnitud de latencia menor que las unidades de giro tradicionales (microsegundos frente a milisegundos).

Cornwell, de Sun, afirma que, por ejemplo, el SSD recientemente anunciado por Sun ofrece «miles de IOPS, que es mucho mayor que los aproximadamente 300 que se pueden obtener de los discos duros tradicionales». Los SSD también ofrecen importantes ahorros de energía, ya que consumen un orden de magnitud menor que las unidades de disco duro.

Eso suena genial, así que sacamos todos los discos y los reemplazamos con SSD, ¿verdad? No tan rápido, dice Jimmy Daley, gerente de marketing de HP Industry Standard Server (ISS). En primer lugar, el costo es un problema. Si bien los SSD basados ​​en flash son mucho más rápidos que los discos giratorios tradicionales, también son «un orden de magnitud o dos más caros por GB que el disco».

También existen otros problemas, como la disparidad en las velocidades de lectura y escritura. Por ejemplo, Cornwell dice que la solución SSD de Sun alcanza 35.000 IOPS en lectura, pero solo 3.300 en escritura, una gran diferencia que quizás deba considerar, según la aplicación. Por otro lado, Flynn mantiene el ioDrive de su empresa, mantiene el rendimiento de escritura a una distancia mínima de su rendimiento de lectura y pruebas recientes de Tom’s Hardware parecen confirmar esto.

Los diseñadores de sistemas también deben tener en cuenta que los dispositivos flash tienen características de rendimiento desconocidas en la empresa. Las celdas utilizadas para almacenar bits en la memoria flash NAND solo se pueden reescribir un número fijo de veces. Por lo general, esto no ha sido un problema en el espacio del consumidor, donde el ciclo de trabajo puede ser tan bajo como 0.2 o 0.5 por ciento. Aunque los proveedores de memoria flash están abordando este problema con algoritmos de suavizado de escritura y otros enfoques más innovadores, todavía no sabemos cómo estas características de durabilidad afectarán el rendimiento en toda la empresa, donde los ciclos de trabajo pueden ser 100 veces mayores.

Entonces, ¿dónde encaja el flash en HPC? Primero, están las ventajas obvias en términos de densidad y potencia que podrían tener un gran impacto en la viabilidad de instalar un sistema específico en una instalación específica. Además, muchos proveedores están pensando en utilizar SSD basados ​​en flash para reemplazar los discos giratorios utilizados para el espacio de trabajo en computadoras de alto rendimiento. Este enfoque le da a cada uno de los procesadores de un sistema un acceso mucho más rápido a los datos durante los cálculos, cuando el tiempo es esencial. Poder leer datos mucho más rápido podría ser la clave para habilitar la creciente clase de aplicaciones de uso intensivo de datos. Esto también podría hacer que, por ejemplo, el punto de control / reinicio de la aplicación tradicional sea viable en una clase de sistemas más amplia de lo que es viable actualmente.

Pero hay otros lugares donde los dispositivos de memoria basados ​​en flash podrían tener un impacto aún mayor en HPC. David Flynn, director técnico del fabricante de componentes de memoria flash Fusion-io, piensa en términos de equilibrio, y específicamente en términos de cómo los desequilibrios han llevado a los diseñadores de sistemas a compensar.

Para Flynn, la creciente disparidad entre los tiempos de acceso a los datos en disco versus los datos más cercanos a la CPU ha creado «patologías» en el diseño del sistema y el comportamiento del usuario. Señala que los diseñadores de sistemas acumularon grandes cantidades de RAM para aumentar la capacidad cuando podían mantener los datos cerca de la CPU, y acumularon una gran cantidad de ejes de disco en complejos sistemas de archivos paralelos para mejorar el ancho de banda cuando era necesario almacenar datos. movido hacia o desde el almacenamiento secundario. También ve el centro de datos escalable como un síntoma de la disparidad en el acceso a los datos: en lugar de conectar una gran cantidad de RAM y disco en sistemas únicos, se agregan muchos sistemas más pequeños para lograr lo mismo.

«Pero la patología más perniciosa», dice Flynn, «ocurre cuando los especialistas en aplicaciones pasan horas optimizando las aplicaciones para administrar eficazmente el flujo de datos. Inevitablemente, esto conduce a aplicaciones muy frágiles que deben actualizarse cuando se cambia de una sistema a otro «.

Flynn fue anteriormente el arquitecto jefe de Linux Networx y dice que su experiencia con HPC lo llevó a concluir que «los sistemas equilibrados conducen a un rendimiento asequible». El dispositivo Fusion-io se conecta al bus PCI Express y Flynn conceptualiza la memoria flash como una posición entre la memoria y el disco, aliviando la presión de rendimiento sobre ambos y creando un nuevo participante de primera clase en la jerarquía del flujo de datos.

“Puede conectar 15 tarjetas Fusion-io en un servidor básico y obtener 10 GB / s de rendimiento de un grupo flash de 10 TB con más de un millón de IOPS de rendimiento”, dice Flynn. ¿A quien le importa? Proporcionó NASTRAN como un ejemplo de cliente, donde los trabajos demoran tres días en completarse en seis horas en el mismo sistema y sin cambios en la aplicación después de instalar el dispositivo flash.

A pesar de la promesa de un rendimiento más rápido frente a la menor potencia, todavía hay obstáculos importantes que superar antes de que los SSD basados ​​en flash alcancen una amplia implementación en los centros de datos corporativos o de supercomputadoras. La disparidad de lectura / escritura debe abordarse de una manera que no comprometa los beneficios energéticos actuales de flash, y aún deben abordarse los problemas de durabilidad y confiabilidad con los ciclos de trabajo elevados de los equipos de grado empresarial.

Pero una cosa que hemos visto en HPC durante los últimos 20 años es que el volumen gana y las fuerzas que impulsan la adopción de volumen de almacenamiento basado en flash en el mercado de consumo no se están desacelerando. A medida que los precios sigan bajando, los proveedores de HPC estarán cada vez más motivados para encontrar nuevas formas de crear valor en esta plataforma para el consumidor y hacerla más adecuada para la informática seria. Esto podría significar algunos beneficios importantes para los usuarios desesperados por un mejor rendimiento de su jerarquía de datos.

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