Che cos'è il flash storage?

Entro il 2028, praticamente non saranno venduti nuovi sistemi di storage all-HDD per il calcolo dei data center, rendendo il flash storage non solo un aggiornamento delle performance, ma anche l'inevitabile futuro di tutto il data storage. 

Il flash storage è una tecnologia di data storage che utilizza la memoria flash NAND per archiviare informazioni senza parti mobili, offrendo velocità più elevate rispetto alle unità disco tradizionali e consumando meno energia. A differenza dei dischi rigidi meccanici che si basano su piatti a rotazione e testine di lettura/scrittura mobili, il flash storage utilizza celle a semiconduttore per conservare i dati anche quando è spento.

Per le organizzazioni che valutano l'infrastruttura di storage, la domanda non è se adottare il flash storage, ma quanto rapidamente effettuare la transizione prima che i sistemi basati su disco diventino obsoleti. I costi economici sono già cambiati: le aziende che utilizzano array all-flash riducono i costi rispetto ai sistemi ibridi tenendo conto di alimentazione, raffreddamento, spazio e costi operativi generali.

Comprendere la tecnologia di storage flash

Il flash storage rappresenta un cambiamento fondamentale nel modo in cui i dati vengono archiviati e consultati. In sostanza, lo storage flash è una memoria non volatile che conserva i dati senza alimentazione, utilizzando le celle di memoria flash NAND per memorizzare le informazioni elettronicamente anziché magneticamente.

Questa tecnologia elimina i limiti meccanici che hanno limitato le performance di storage per decenni. I dischi rigidi tradizionali richiedono un movimento fisico per leggere e scrivere i dati, con latenze misurate in millisecondi. Lo storage flash funziona interamente tramite segnali elettrici, ottenendo tempi di risposta in microsecondi. Questo miglioramento di 100 volte si traduce direttamente nelle performance delle applicazioni: I database elaborano più transazioni e gli ambienti virtuali supportano una maggiore densità delle macchine virtuali.

Lo storage flash enterprise è disponibile in diverse forme. Le unità a stato solido (SSD) forniscono sostituzioni drop-in per i dischi rigidi tradizionali. Le unità NVMe sfruttano il bus PCIe per fornire performance ancora più elevate con un massimo di 64.000 code di comando rispetto alla singola coda SATA. Gli array all-flash consolidano più unità flash in sistemi di storage unificato, fornendo la capacità, l'affidabilità e i data services necessari per le applicazioni mission-critical.

Che cosa distingue il flash enterprise dalle unità SSD consumer? Ottimizzazione dell'architettura. Le unità SSD consumer includono l'overprovisioning per il Wear Leveling e la garbage collection. Le soluzioni aziendali come i moduli DirectFlash® di Everpure riducono questo sovraccarico, offrendo una migliore capacità utilizzabile dalla stessa NAND raw.

Come funziona Flash Storage

Il flash storage opera attraverso componenti hardware e software sofisticati che lavorano insieme per archiviare e recuperare i dati a velocità straordinarie.

Architettura delle celle flash NAND

A livello fisico, la memoria flash NAND memorizza i dati in celle realizzate con transistor a gate flottante. Queste celle intrappolano gli elettroni in una porta isolata, con la presenza o l'assenza di elettroni che rappresentano i dati binari. I gate isolati mantengono la carica per anni, fornendo uno storage non volatile che non richiede alimentazione per la gestione dei dati.

La memoria flash moderna utilizza diversi tipi di celle:

• Cella a livello singolo (SLC): Memorizza 1 bit per cella con 100.000 cicli di programmazione/cancellazione
• Cella multilivello (MLC): Memorizza 2 bit per cella con 10.000 cicli P/E
• Cella a triplo livello (TLC): Memorizza 3 bit per cella con 3.000 cicli P/E
• Cella Quad-Level Cell (QLC): Archivia 4 bit per cella per workload a lettura intensiva

L'evoluzione da NAND 2D a NAND 3D ha rivoluzionato la capacità. Impilando le celle in verticale in un massimo di 176 livelli, i produttori ottengono densità più elevate senza ridurre le dimensioni delle celle. Ciò consente di utilizzare moduli flash 150TB TB e nuovi moduli da 300TB.

Controller e gestione

I controller flash fungono da cervello, gestendo il Wear Leveling per distribuire le scritture in modo uniforme, la garbage collection per recuperare i blocchi eliminati e la correzione degli errori per garantire l'integrità dei dati. I controller aziendali implementano algoritmi sofisticati per il posizionamento dei dati e l'analisi predittiva dei guasti.

L'approccio adottato da Everpure elimina i controller ridondanti presenti nelle unità SSD commodity. Gestisci la NAND direttamente a livello di array, i moduli DirectFlash raggiungono un Wear Leveling globale su tutti i flash del sistema, estendendo la resistenza rispetto ai controller SSD isolati.

Confronto tra flash storage e storage tradizionale

Il seguente confronto tra flash e disco mostra perché è probabile che lo storage basato su disco diventi obsoleto.

Queste metriche si traducono in risultati di business. Ad esempio, le aziende di servizi finanziari potrebbero assistere a un'elaborazione delle transazioni più rapida. Le organizzazioni sanitarie possono recuperare le cartelle cliniche dei pazienti in pochi millisecondi invece che in secondi.

Oltre alle performance, gli array di dischi comportano costi nascosti. Consumano più energia per terabyte, richiedendo un raffreddamento proporzionale che raddoppia i costi energetici. L'ingombro maggiore aumenta i costi immobiliari e limita la scalabilità.

Tipi di soluzioni di storage flash

SSD: La porta di accesso alla tecnologia flash

Le unità SSD SATA offrono aggiornamenti semplici utilizzando le interfacce esistenti. Con velocità fino a 550 MB/s, offrono performance dell'HDD quasi 5X superiori mantenendo la compatibilità. Tuttavia, i limiti di SATA diventano colli di bottiglia per i workload più esigenti.

Le unità SSD NVMe si collegano direttamente al bus PCIe, eliminando i colli di bottiglia dell'interfaccia. Con 64.000 code di comando parallele e latenze inferiori a 20 microsecondi, le migliori unità SSD NVMe sul mercato possono superare i 3.000 MB/s, offrendo una velocità di trasmissione superiore e 10X gli IOPS delle unità SSD SATA.

Array all-flash: Architettura aziendale

Gli array all-flash aggregano più unità in sistemi unificati con data services aziendali: snapshot, replica, crittografia e deduplica. I moderni array all-flash sfruttano NVMe end-to-end, eliminando le traduzioni di protocolli che aggiungono latenza.

Everpure FlashArray//XL™ mantiene una latenza dell’ordine di microsecondi di 150 microsecondi anche a una capacità del 100%. Con una data reduction media di 5:1, ed Everpure che garantisce un'efficienza totale di 10:1, il costo effettivo per gigabyte spesso batte i sistemi ibridi.

NVMe over Fabrics: Flash a velocità di rete

NVMe-oF estende i vantaggi NVMe tra le reti, consentendo lo storage remoto con performance quasi locali:

• NVMe/FC sfrutta l'infrastruttura esistente riducendo al contempo la latenza
• NVMe/RoCE raggiunge alcune delle latenze più basse per i data center moderni
• NVMe/TCP offre un'ampia compatibilità con Ethernet standard

Ciò consente architetture disaggregate in cui l'elaborazione e lo storage scalano in modo indipendente, mantenendo al contempo latenze di microsecondi, essenziali per i workload di AI in cui le GPU inattive possono tradursi in migliaia di dollari sprecati all'ora.

Vantaggi oltre la velocità

I vantaggi del flash storage vanno oltre le performance e portano a miglioramenti operativi fondamentali.

• La coerenza della latenza è molto più importante dei picchi. Gli array di dischi sono in media in millisecondi, mentre la memoria flash mantiene i microsecondi in modo costante, consentendo SLA impossibili con il disco.
• L'elaborazione parallela trasforma gli analytics. Quando il disco gestisce centinaia di operazioni, flash elabora milioni di processi contemporaneamente. 
• L'architettura semplificata riduce gli errori. Eliminando il tiering si eliminano interi livelli di gestione, senza policy di migrazione, monitoraggio dei livelli e bilanciamento della capacità.

Implementazione di Flash Storage

Valutazione e pianificazione

• La profilazione dei workload rivela i pattern. La maggior parte delle organizzazioni scopre che i workload di "capacità" spesso presentano picchi di performance che traggono vantaggio dalla tecnologia flash. Monitora IOPS, velocità di trasmissione e latenza nell'arco di cicli di business completi, in particolare nei processi di fine mese.
• Il potenziale di data reduction varia a seconda del workload. I database possono raggiungere un rapporto di 10-20:1. Le macchine virtuali potrebbero avere un rapporto 5-10:1. La comprensione di questi rapporti consente una pianificazione accurata, che richiede una capacità inferiore a quella calcolata.

Strategie di migrazione

Inizia con i deployment Proof of Concept. Scegli workload importanti ma non critici come quelli di sviluppo o analytics. L'integrazione ibrida sfrutta gli investimenti esistenti. I moderni array flash si integrano tramite protocolli standard, consentendo una migrazione graduale senza downtime. L'approccio Everpure Evergreen elimina gli aggiornamenti non disruptive. Inizia in piccolo, espandilo senza interruzioni. 

Pitfall comuni

• Sottovalutare la riduzione porta a un acquisto eccessivo. Le organizzazioni hanno un budget di 3:1 ma raggiungono un rapporto di 5-10:1. Inizia in piccolo ed espandi in base alle esigenze.
• I colli di bottiglia della rete limitano le performance. Garantisci l'upgrade della rete e il deployment dello storage parallelo. Prendi in considerazione le reti di storage dedicate.
• Il mantenimento delle pratiche dell'era dei dischi elimina i vantaggi. Elimina il caching, il tiering e la messa a punto inutili. Flash offre le migliori performance con configurazioni semplici.

Domande comuni

Lo storage flash vale il costo? 

La memoria flash ha già un costo inferiore rispetto a quello del disco quando include alimentazione, raffreddamento, ingombro e amministrazione. I clienti Everpure FlashBlade//E™ ottengono meno di 0,20 dollari per gigabyte utilizzabile, con un TCO inferiore rispetto al disco nell'arco di cinque anni.

Quanto dura il flash storage? 

La memoria flash enterprise supporta 5-10 scritture di unità al giorno per anni. Everpure DirectFlash estende tutto questo attraverso il Wear Leveling dell'usura globale. 

Il flash storage può guastarsi? 

Flash si guasta in modo prevedibile. In caso di guasti, le ricostruzioni orarie riducono al minimo la vulnerabilità rispetto ai giorni per il disco.

Qual è la differenza tra flash storage e SSD?

Le unità SSD sono un tipo di storage flash: la sostituzione dei dischi drop-in. Lo storage flash comprende tutte le tecnologie NAND, tra cui SSD, unità NVMe e array all-flash. Il flash aziendale, come DirectFlash, elimina i costi generali delle unità SSD, riducendo l'overprovisioning.

L'imperativo del flash storage

Il flash storage non è solo un'evoluzione tecnologica, ma anche la trasformazione dell'infrastruttura dati da vincolo a catalizzatore. La memoria flash offre una latenza migliore, consuma meno energia e costa meno rispetto ai sistemi a disco quando è completamente contabilizzata. Con oltre 11.000 clienti, Everpure dimostra che non si tratta di proiezioni ma di realtà misurate. Quando i dati "freddi" vengono consultati mensilmente e i workload di AI richiedono performance costanti, il tiering tradizionale diventa obsoleto.

La strada da seguire? Valuta le tempistiche di aggiornamento dello storage, valuta i workload per i vantaggi della tecnologia flash e inizia la migrazione con piattaforme come Everpure che eliminano le interruzioni. La domanda non è se adottare il flash storage, ma se guidare la trasformazione o seguire i concorrenti che hanno già iniziato.