O que é armazenamento flash?

Até 2028, praticamente nenhum novo sistema de armazenamento totalmente HDD será vendido para computação de datacenter, tornando o armazenamento flash não apenas um upgrade de desempenho, mas o inevitável futuro de todo o armazenamento de dados. 

O armazenamento flash é uma tecnologia de armazenamento de dados que usa memória flash NAND para armazenar informações sem partes móveis, oferecendo velocidades mais rápidas do que as unidades de disco tradicionais enquanto consome menos energia. Diferentemente dos discos rígidos mecânicos que dependem de pratos mecânicos e cabeças móveis de leitura/gravação, o armazenamento flash usa células semicondutoras para reter dados mesmo quando desligado.

Para as organizações que avaliam a infraestrutura de armazenamento, a questão não é adotar o armazenamento flash, mas a rapidez da transição antes que os sistemas baseados em disco se tornem obsoletos. A economia já mudou: as empresas que usam arrays totalmente flash reduzem os custos em comparação com sistemas híbridos ao considerar energia, refrigeração, espaço e sobrecarga operacional.

Entendendo a tecnologia de armazenamento flash

O armazenamento flash representa uma mudança fundamental na forma como os dados são armazenados e acessados. Em sua essência, o armazenamento flash é uma memória não volátil que retém dados sem energia, usando células de memória flash NAND para armazenar informações eletronicamente em vez de magneticamente.

A tecnologia elimina limitações mecânicas que limitaram o desempenho do armazenamento por décadas. Os discos rígidos tradicionais exigem movimento físico para ler e gravar dados, com latências medidas em milissegundos. O armazenamento flash opera inteiramente por meio de sinais elétricos, alcançando tempos de resposta em microssegundos. Essa melhoria 100 vezes se traduz diretamente no desempenho do aplicativo: Os bancos de dados processam mais transações e os ambientes virtuais oferecem mais densidade de VM.

O armazenamento flash corporativo vem de várias formas. As unidades de estado sólido (SSDs, Solid-State Drives) oferecem substituições drop-in para discos rígidos tradicionais. As unidades NVMe aproveitam o barramento PCIe para oferecer desempenho ainda maior com até 64.000 filas de comando em comparação com a fila única do SATA. Os arrays totalmente flash consolidam várias unidades flash em sistemas de armazenamento unificados, fornecendo a capacidade, a confiabilidade e os serviços de dados necessários para aplicativos essenciais.

O que diferencia o flash corporativo dos SSDs de consumo? Otimização da arquitetura. SSDs de consumo incluem provisionamento excessivo para nivelamento de desgaste e coleta de lixo. Soluções corporativas como os módulos Everpure DirectFlash® reduzem essa sobrecarga, oferecendo melhor capacidade utilizável do mesmo NAND bruto.

Como funciona o armazenamento flash

O armazenamento flash opera por meio de componentes sofisticados de hardware e software, trabalhando juntos para armazenar e recuperar dados em velocidades extraordinárias.

Arquitetura de célula flash NAND

No nível físico, a memória flash NAND armazena dados em células feitas de transistores de porta flutuante. Essas células aprisionam elétrons em uma porta isolada, com a presença ou ausência de elétrons representando dados binários. Os gates isolados mantêm sua carga por anos, fornecendo armazenamento não volátil que não precisa de energia para manter os dados.

O flash moderno usa vários tipos de células:

• Célula de nível único (SLC, Single-level Cell): Armazena 1 bit por célula com 100.000 ciclos de programa/exclusão
• Célula de vários níveis (MLC, Multi-level Cell): Armazena 2 bits por célula com 10.000 ciclos de P/E
• Célula de nível triplo (TLC, Triple-level cell): Armazena 3 bits por célula com 3.000 ciclos de P/E
• Quad-Level Cell (QLC): Armazena 4 bits por célula para cargas de trabalho de leitura intensiva

A evolução do 2D para o 3D NAND revolucionou a capacidade. Ao empilhar células verticalmente em até 176 camadas, os fabricantes atingem densidades mais altas sem diminuir os tamanhos das células. Isso permite módulos flash de 150TB e novos módulos de 300TB.

Controladores e gerenciamento

As controladoras flash funcionam como cérebros, gerenciando o nivelamento de desgaste para distribuição uniforme de gravações, coleta de lixo para recuperar blocos excluídos e correção de erros para manter a integridade dos dados. Os controladores corporativos implementam algoritmos sofisticados para posicionamento de dados e análise preditiva de falhas.

A abordagem que o Everpure adota elimina controladores redundantes encontrados em SSDs de commodity. Ao gerenciar NAND diretamente no array, os Módulos DirectFlash alcançam nivelamento de desgaste global em todo o flash no sistema, aumentando a resistência em comparação com controladores SSD isolados.

Armazenamento flash x armazenamento tradicional

A comparação a seguir entre flash e disco mostra por que o armazenamento baseado em disco provavelmente se tornará obsoleto.

Essas métricas se traduzem em resultados de negócios. Por exemplo, as empresas de serviços financeiros podem ver um processamento de transações mais rápido. As organizações de saúde podem recuperar registros de pacientes em milissegundos em vez de segundos.

Além do desempenho, as matrizes de disco carregam custos ocultos. Eles consomem mais energia por terabyte, exigindo refrigeração proporcional que dobra os custos de energia. A área ocupada aumenta os custos imobiliários e limita a escalabilidade.

Tipos de soluções de armazenamento flash

SSDs: O gateway para o flash

SSDs SATA oferecem upgrades simples usando interfaces existentes. Com velocidades de até 550 MB/s, eles oferecem desempenho de HDD de quase 5X enquanto mantêm a compatibilidade. No entanto, as limitações do SATA se tornam gargalos para cargas de trabalho exigentes.

As SSDs NVMe se conectam diretamente ao barramento PCIe, eliminando gargalos de interface. Com 64.000 filas de comando paralelas e latências inferiores a 20 microssegundos, as melhores SSDs NVMe do mercado podem exceder 3.000 MB/s, oferecendo mais taxa de transferência e 10X o IOPS de SSDs SATA.

Arrays totalmente flash: Arquitetura corporativa

Os arrays totalmente flash agregam várias unidades em sistemas unificados com serviços de dados corporativos: snapshots, replicação, criptografia e desduplicação. Os arrays modernos totalmente flash aproveitam o NVMe completo, eliminando traduções de protocolo que aumentam a latência.

O Everpure FlashArray//XL (Array//XL) mantém latência de microssegundo de 150, mesmo com capacidade de 100%. Com a redução média de dados de 5:1, e o Everpure garantindo eficiência total de 10:1, o custo efetivo por gigabyte frequentemente supera os sistemas híbridos.

NVMe over Fabrics: Flash de velocidade de rede

O NVMe-oF estende os benefícios do NVMe entre redes, permitindo armazenamento remoto com desempenho próximo do local:

• O NVMe/FC aproveita a infraestrutura existente enquanto reduz a latência
• NVMe/RoCE alcança algumas das latências mais baixas para datacenters modernos
• NVMe/TCP oferece ampla compatibilidade com Ethernet padrão

Isso permite arquiteturas desagregadas em que a computação e o armazenamento são dimensionados de forma independente enquanto mantêm latências de microssegundo, essenciais para cargas de trabalho de AI em que as GPUs ociosas podem se traduzir em milhares de dólares desperdiçados por hora.

Benefícios além da velocidade

As vantagens do armazenamento flash vão além do desempenho para melhorias operacionais fundamentais.

• A consistência da latência é mais importante do que picos. Os arrays de disco têm média em milissegundos, enquanto o flash mantém microssegundos consistentemente, permitindo SLAs impossíveis com o disco.
• O processamento paralelo transforma a análise. Onde o disco lida com centenas de operações, o flash processa milhões simultaneamente. 
• A arquitetura simplificada reduz os erros. A eliminação de camadas remove camadas inteiras de gerenciamento, sem políticas de migração, monitoramento de camadas e balanceamento de capacidade.

Implementação do armazenamento flash

Avaliação e planejamento

• O perfil da carga de trabalho revela padrões. A maioria das organizações descobre que as cargas de trabalho de "capacidade" frequentemente têm picos de desempenho que se beneficiam do flash. Monitore IOPS, taxa de transferência e latência durante ciclos de negócios completos, especialmente processos de fim de mês.
• O potencial de redução de dados varia de acordo com a carga de trabalho. Os bancos de dados podem atingir de 10 a 20:1. As máquinas virtuais podem ter de 5 a 10:1. Entender esses índices permite um planejamento preciso. Muitos precisam de menos capacidade do que o calculado.

Estratégias de migração

Comece com implantações de Proof of Concept. Escolha cargas de trabalho importantes, mas não essenciais, como desenvolvimento ou análise. A integração híbrida aproveita os investimentos existentes. Os arrays flash modernos se integram por meio de protocolos padrão, permitindo migração gradual sem tempo de inatividade. A abordagem Everpure Evergreen elimina upgrades não disruptivos. Comece com pouco e expanda sem interrupções. 

Armadilhas comuns

• Subestimar a redução leva a compras excessivas. As organizações orçam para 3:1, mas alcançam 5-10:1. Comece com menos e expanda conforme necessário.
• Os gargalos de rede limitam o desempenho. Garanta upgrades de rede e implantação de armazenamento paralelo. Considere redes de armazenamento dedicadas.
• Manter práticas da era do disco anula os benefícios. Elimine cache, camadas e ajustes desnecessários. O Flash tem melhor desempenho com configurações simples.

Perguntas comuns

O armazenamento flash vale o custo? 

O flash já custa menos do que o disco ao incluir energia, refrigeração, espaço físico e administração. Os clientes do Everpure FlashBlade//E . alcançam menos de US$ 0,20 por gigabyte utilizável, TCO menor do que o disco em cinco anos.

Quanto tempo dura o armazenamento flash? 

O flash corporativo mantém de 5 a 10 gravações diárias por anos. O Everpure DirectFlash amplia isso por meio do nivelamento de desgaste global. 

O armazenamento flash pode falhar? 

O flash falha de maneira previsível. Quando ocorrem falhas, as restaurações horárias minimizam a vulnerabilidade em relação aos dias para o disco.

Qual é a diferença entre armazenamento flash e SSDs?

As SSDs são um tipo de armazenamento flash: substituições de disco drop-in. O armazenamento flash engloba todas as tecnologias NAND, incluindo SSDs, unidades NVMe e arrays totalmente flash. O flash corporativo, como o DirectFlash, elimina a sobrecarga do SSD, reduzindo o provisionamento excessivo.

O armazenamento flash imperativo

O armazenamento flash não é apenas uma evolução tecnológica; é a transformação da infraestrutura de dados da restrição para o catalisador. O flash oferece melhor latência, usa menos energia e custa menos do que os sistemas de disco quando totalmente contabilizados. Com mais de 11.000 clientes, a Everpure está provando que essas não são projeções, mas realidades medidas. Quando os dados "frios" são acessados mensalmente e as cargas de trabalho de AI exigem desempenho uniforme, o hierarquismo tradicional se torna obsoleto.

O caminho a seguir? Avalie os cronogramas de atualização do armazenamento, avalie as cargas de trabalho quanto aos benefícios do flash e comece a migração com plataformas como o Everpure que eliminam interrupções. A pergunta não é se deve adotar o armazenamento flash, mas se deve liderar a transformação ou seguir os concorrentes que já começaram.