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Pros y contras de PCIe SSD, casos de uso y recomendaciones de VAR

PCI Express, o PCIe, es una interconexión de placa base de computadora que se utiliza para expandir el rendimiento, la funcionalidad …

o conectividad de un servidor. Los HBA, NIC, tarjetas aceleradoras de gráficos y módulos de expansión de RAM son ejemplos comunes. Los dispositivos de almacenamiento de estado sólido en forma de flash NAND son una aplicación más nueva para la interconexión PCIe. Este artículo detallará PCIe SSD: tarjetas PCIe que contienen SSD integrados y proporcionan almacenamiento interno a un servidor en lugar de matrices SSD externas que están conectadas a través de una tarjeta de interfaz PCIe.

Los SSD basados ​​en flash están experimentando un uso cada vez mayor porque el almacenamiento en disco no puede mantenerse al día con el rendimiento de la CPU; La velocidad de rotación del disco duro no ha aumentado en casi una década. A pesar de que algunas mejoras en el rendimiento provienen de una mayor densidad de datos (más datos por rotación), el hecho es que el almacenamiento basado en disco duro no puede obtener datos desde y hacia las CPU lo suficientemente rápido como para aprovechar la mejora continua de los procesadores. La memoria (DRAM) es demasiado cara para proporcionar la capacidad necesaria, por lo que se ha aprovechado el almacenamiento flash para llenar este vacío. Con un rendimiento mucho más cercano a la DRAM que los discos duros, pero un costo por gigabyte que se encuentra entre los dos, la memoria flash ofrece una alternativa viable al almacenamiento en disco giratorio.

PCIe proporciona una plataforma eficiente para integrar este flash en el entorno informático, colocarlo en la placa base del servidor y acercarlo (física y lógicamente) al motor informático del servidor. En comparación con los dispositivos externos, como las matrices de discos tradicionales con SSD en lugar de discos duros, las matrices SSD dedicadas o los dispositivos de almacenamiento en caché, el almacenamiento de la tarjeta PCIe puede omitir los controladores de matriz, el protocolo de interfaz y el cableado que tienen los dispositivos externos de conexión directa. También eliminan los conmutadores y las conexiones de red de los arreglos conectados a SAN.

Cómo funciona el flash NAND

Como medio de grabación de datos, NAND flash tiene una serie de características que requieren procesos especiales. Estos procesos representan una sobrecarga que debe realizar un controlador flash residente en la tarjeta PCIe o la CPU del servidor. Generalmente, están asociados con operaciones de escritura flash, pero también manejan procesos de confiabilidad como corrección de errores y reemplazo de bloques flash defectuosos.

Cuando los datos se escriben en flash, los datos antiguos deben borrarse antes de cada escritura para dejar espacio para los nuevos. Además, este borrado flash debe ocurrir en bloques, no a nivel de bytes como con los discos duros. Esto significa que cuando se elimina una sección de datos, se debe borrar todo el bloque en el que se encuentra y los bytes no marcado para su eliminación debe copiarse en otra ubicación.

El flash NAND, a diferencia del sustrato de disco magnético, tiene una vida útil finita, lo que significa que solo se puede escribir y borrar un cierto número de veces. En respuesta a esta condición, los controladores flash distribuyen las escrituras de datos en todos los bloques disponibles para que todo el chip envejezca a un ritmo más uniforme. Este proceso, denominado «nivelación del desgaste», maximiza la vida útil del sustrato NAND y, en consecuencia, el SSD que lo contiene.

Pros y contras de flash basado en PCIe

Flash en una tarjeta PCIe coloca el SSD más cercano al complejo de memoria de la CPU dentro del servidor y ofrece una latencia potencial más baja que los dispositivos SSD externos. PCIe es bidireccional, lo que significa que las lecturas y escrituras pueden ocurrir simultáneamente y elimina la traducción de protocolo del almacenamiento SAS, SATA o FC. Todo esto se suma a una E / S más rápida que los dispositivos externos, que utilizan estos protocolos y, a menudo, también tienen que compartir CPU con funciones RAID y características de almacenamiento. Obviamente, los sistemas de almacenamiento flash conectados a la red ponen la latencia de red adicional en la ecuación.

Dado que es un dispositivo de almacenamiento dedicado y cautivo, una tarjeta SSD PCIe puede ser la más fácil de instalar y usar. Los sistemas externos, especialmente aquellos conectados a una red de almacenamiento y compartidos con otros hosts, suelen ser más complejos de implementar. Estos dispositivos de almacenamiento de mayor capacidad representan una inversión mayor y, a menudo, involucran estrategias como el almacenamiento en niveles y el almacenamiento en caché para mejorar la utilización de SSD.

Al ser una tarjeta interna conectada al bus, los dispositivos SSD PCIe provocan un reinicio cuando se instalan o reemplazan, lo que hace que la expansión o el servicio sean más perjudiciales. Además, dado que consumen una ranura PCIe, pueden reducir la cantidad de otros dispositivos PCIe, como adaptadores de red (o tarjetas SSD adicionales) que se pueden usar. Como almacenamiento dedicado, PCIe SSD no se puede compartir con otros servidores, algo que podría ayudar a justificar los costos de esta capacidad de precio superior.

Casos de uso y productos PCIe SSD

PCIe SSD es ideal para aplicaciones con uso intensivo de E / S, como Web 2.0, redes sociales, OLTP, bases de datos activas, etc. También puede proporcionar mejoras de rendimiento rápidas para problemas de aplicaciones localizadas que requieren un área de búfer grande y rápida, como la edición de video, modelización financiera, simulaciones y adquisición de datos. Esta implementación de almacenamiento de conexión directa (DAS) también puede resultar atractiva para los usuarios de SSD por primera vez, en comparación con la complejidad potencial de un arreglo externo o conectado a la red. Este factor de forma también es ideal para que los OEM incluyan SSD con servidores como una opción de actualización.

Texas Memory Systems coloca el controlador flash en la tarjeta PCIe, por lo que no afecta la CPU del servidor o los recursos de memoria para manejar la sobrecarga de escritura mencionada anteriormente. Según Levi Norman, director de marketing, «NAND flash devuelve errores; solo tiene que administrarlo. Texas Memory Systems diseña tarjetas PCIe como un sistema, con RAM y CPU integradas, lo que le da la inteligencia para realizar E / S y mejorar el rendimiento, especialmente para aplicaciones de escritura intensiva «.

Mitch Crane, director senior de marketing técnico de Fusion-io, dijo: «Todos los demás están tratando de hacer que la memoria flash parezca una unidad de disco; estamos haciendo que parezca una memoria». Dijo que los productos Fusion-io utilizan direcciones de memoria física y DMA para tratar la memoria flash más como memoria del sistema que como almacenamiento. Los productos Fusion-io no realizan funciones generales de flash en la tarjeta, lo que, según Crane, aumenta la complejidad y las posibilidades de falla.

La solución PCIe SSD de LSI adopta un enfoque un poco diferente. Su tarjeta incluye seis módulos de unidad SSD, así como un puente SAS / SATA que actúa como interfaz entre PCIe y estos módulos. Las funciones del controlador flash son manejadas por los propios módulos SSD. JB Baker, el principal gerente de productos de la compañía, dijo: «El uso de controladores SAS en la arquitectura de la solución le da a LSI la flexibilidad en diseños futuros para considerar la inclusión de puertos para dispositivos SAS / SATA externos, lo que podría permitir a los usuarios expandir y escalar el sistema. «

Recomendaciones VAR

Aunque los productos SSD basados ​​en PCIe son más nuevos y representan una pequeña parte del mercado total de SSD actualmente, sin duda son un tema candente. Según Gartner, la participación de mercado de SSD basados ​​en PCIe fue del 6% de todos los envíos de estado sólido en 2009 y se prevé que sea cuatro veces mayor para 2013, ya que todos los principales proveedores de SSD presentan productos. Desde una perspectiva de rendimiento, PCIe SSD representa una forma rápida y eficiente de aplicar el rendimiento flash a un problema de IOPS de servidor. Si bien el rendimiento es el factor clave para los SSD, el kilometraje real puede variar según la solución PCIe elegida y el entorno. Pero el rendimiento es una discusión que los integradores están acostumbrados a tener con los clientes. Otro es la implementación.

Como los profesionales están descubriendo, obtener los tipos de utilización que necesitan ver de su inversión en SSD es más fácil de decir que de hacer. Agregar SSD a arreglos existentes o instalar dispositivos SSD dedicados puede ser una solución compleja y costosa. Como implementación más pequeña y localizada de SSD, una tarjeta PCIe puede ser más fácil de aprobar, más fácil de instalar y más rápida para mostrar las mejoras de rendimiento esperadas.

Para los VAR, este no debería ser el único producto SSD en la tarjeta de línea. Al igual que otras tecnologías, los integradores deben manejar una gama de productos y representar múltiples opciones de implementación. Ya sea que se trate de aceleración de aplicaciones localizadas, almacenamiento dedicado de alto rendimiento o la forma más sencilla de resolver un problema de IOPS, los SSD PCIe brindan un sólido conjunto de opciones para los VAR.

Sobre el Autor:
Eric Slack, analista senior de Almacenamiento Suiza, tiene más de 20 años de experiencia en industrias de alta tecnología y ocupa puestos de gestión técnica y marketing / ventas en los campos de almacenamiento de computadoras, instrumentación, imágenes digitales y equipos de prueba. Ha pasado los últimos 15 años en el campo del almacenamiento de datos, con fabricantes de hardware de almacenamiento y como integrador de almacenamiento nacional, diseñando e implementando soluciones de almacenamiento de sistemas abiertos para empresas en el oeste de Estados Unidos. Encuentra Storage Switzerland’s declaración de divulgación aquí.

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