¿Qué es el almacenamiento flash?

Para 2028, prácticamente no se venderán nuevos sistemas de almacenamiento en HDD para la computación del centro de datos, lo que hace que el almacenamiento flash no solo sea una actualización del rendimiento, sino el futuro inevitable de todo el almacenamiento de datos. 

El almacenamiento flash es una tecnología de almacenamiento de datos que utiliza la memoria flash NAND para almacenar información sin piezas móviles, lo que ofrece velocidades más rápidas que las unidades de disco tradicionales y, al mismo tiempo, consume menos energía. A diferencia de los discos duros mecánicos que dependen de bandejas giratorias y cabezales de lectura/escritura móviles, el almacenamiento flash utiliza celdas semiconductoras para retener datos incluso cuando están apagados.

Para las organizaciones que evalúan la infraestructura de almacenamiento, la pregunta no es si adoptar el almacenamiento flash, sino qué tan rápido hacer la transición antes de que los sistemas basados en disco se vuelvan obsoletos. La economía ya ha cambiado: las empresas que utilizan matrices basadas íntegramente en tecnología flash reducen los costos en comparación con los sistemas híbridos al tener en cuenta la energía, la refrigeración, el espacio y la sobrecarga operativa.

Comprender la tecnología de almacenamiento flash

El almacenamiento flash representa un cambio fundamental en la forma en que se almacenan y acceden a los datos. En esencia, el almacenamiento flash es una memoria no volátil que retiene datos sin alimentación, utilizando celdas de memoria flash NAND para almacenar información de forma electrónica en lugar de magnética.

La tecnología elimina las limitaciones mecánicas que han limitado el rendimiento del almacenamiento durante décadas. Los discos duros tradicionales requieren movimiento físico para leer y escribir datos, con latencias medidas en milisegundos. El almacenamiento flash funciona por completo a través de señales eléctricas, lo que logra tiempos de respuesta en microsegundos. Esta mejora de 100 veces se traduce directamente en el rendimiento de la aplicación: Las bases de datos procesan más transacciones y los entornos virtuales admiten una mayor densidad de VM.

El almacenamiento flash empresarial viene en varias formas. Los discos de estado sólido (SSD) proporcionan reemplazos inmediatos para los discos duros tradicionales. Las unidades NVMe aprovechan el bus PCIe para ofrecer un rendimiento aún mayor con hasta 64 000 colas de comandos en comparación con la cola única de SATA. Las matrices basadas íntegramente en tecnología flash consolidan varias unidades flash en sistemas de almacenamiento unificados, lo que proporciona la capacidad, la confiabilidad y los servicios de datos necesarios para las aplicaciones de misión crítica.

¿Qué distingue al flash empresarial de las SSD de consumo? Optimización de la arquitectura. Las SSD de consumidores incluyen el aprovisionamiento excesivo para la nivelación de desgaste y la recolección de basura. Las soluciones empresariales como los módulos Everpure DirectFlash® reducen esta sobrecarga, lo que ofrece una mejor capacidad utilizable de la misma NAND bruta.

Cómo funciona el almacenamiento flash

El almacenamiento flash funciona a través de sofisticados componentes de hardware y software que trabajan juntos para almacenar y recuperar datos a velocidades extraordinarias.

Arquitectura de celda flash NAND

A nivel físico, la memoria flash NAND almacena datos en celdas hechas de transistores de puerta flotante. Estas células atrapan electrones en una puerta aislada, con la presencia o ausencia de electrones que representan datos binarios. Las puertas aisladas conservan su carga durante años, proporcionando almacenamiento no volátil que no necesita energía para mantener los datos.

El flash moderno utiliza varios tipos de celdas:

• Celda de un solo nivel (SLC): Almacena 1 bit por celda con 100 000 ciclos de programa/borrado
• Celda multinivel (MLC): Almacena 2 bits por celda con 10 000 ciclos de P/E
• Celda de tres niveles (TLC): Almacena 3 bits por celda con 3000 ciclos de P/E
• Celda de cuatro niveles (QLC): Almacena 4 bits por celda para cargas de trabajo de lectura intensiva

La evolución de 2D a 3D NAND revolucionó la capacidad. Al apilar las celdas verticalmente en hasta 176 capas, los fabricantes logran densidades más altas sin reducir los tamaños de las celdas. Esto permite módulos flash de 150TB y nuevos módulos de 300TB.

Controladores y administración

Los controladores flash funcionan como la inteligencia, administran la nivelación de desgaste para distribuir escrituras de manera uniforme, recolectan basura para recuperar bloques eliminados y corrigen errores para mantener la integridad de los datos. Los controladores empresariales implementan algoritmos sofisticados para la colocación de datos y el análisis predictivo de fallas.

El enfoque que adopta Everpure elimina los controladores redundantes que se encuentran en las SSD de productos básicos. Al administrar NAND directamente en el arreglo, los Módulos DirectFlash logran una nivelación de desgaste global en todos los flash del sistema, lo que extiende la resistencia en comparación con los controladores SSD aislados.

Almacenamiento flash frente al almacenamiento tradicional

La siguiente comparación entre flash y disco muestra por qué es probable que el almacenamiento basado en disco se vuelva obsoleto.

Estas métricas se traducen en resultados comerciales. Por ejemplo, las empresas de servicios financieros pueden ver un procesamiento de transacciones más rápido. Las organizaciones de atención de la salud pueden recuperar registros de pacientes en milisegundos en lugar de segundos.

Más allá del rendimiento, los arreglos de discos conllevan costos ocultos. Consumen más potencia por terabyte, lo que requiere refrigeración proporcional que duplica los costos de energía. La mayor superficie aumenta los costos de bienes raíces y limita la escalabilidad.

Tipos de soluciones de almacenamiento flash

SSD: La puerta de entrada a Flash

Los SSD SATA ofrecen actualizaciones simples mediante interfaces existentes. Con velocidades de hasta 550 MB/s, ofrecen un rendimiento de HDD casi 5X superior y, al mismo tiempo, mantienen la compatibilidad. Sin embargo, las limitaciones de SATA se convierten en cuellos de botella para cargas de trabajo exigentes.

Los SSD NVMe se conectan directamente al bus PCIe, lo que elimina los cuellos de botella de la interfaz. Con 64 000 colas de comandos paralelas y latencias de menos de 20 microsegundos, los SSD NVMe más importantes del mercado pueden superar los 3000 MB/s, lo que ofrece más rendimiento y 10X más IOPS que los SSD SATA.

Matrices basadas íntegramente en tecnología flash: Arquitectura empresarial

Las matrices basadas íntegramente en tecnología flash agregan varias unidades en sistemas unificados con servicios de datos empresariales: snapshots, replicación, cifrado y desduplicación. Las matrices modernas basadas íntegramente en tecnología flash aprovechan NVMe de extremo a extremo, lo que elimina las traducciones de protocolos que agregan latencia.

FlashArray//XL™ de Everpure mantiene una latencia de microsegundo de 150 incluso con una capacidad del 100 %. Con una reducción de datos que promedia 5:1, y Everpure que garantiza una eficiencia total de 10:1, el costo efectivo por gigabyte a menudo supera a los sistemas híbridos.

NVMe sobre estructuras: Flash a velocidad de red

NVMe-oF amplía los beneficios de NVMe en todas las redes, lo que permite el almacenamiento remoto con rendimiento casi local:

• NVMe/FC aprovecha la infraestructura existente mientras reduce la latencia
• NVMe/RoCE logra algunas de las latencias más bajas para los centros de datos modernos
• NVMe/TCP proporciona una amplia compatibilidad con Ethernet estándar

Esto permite arquitecturas desglosadas en las que la computación y el almacenamiento se escalan de forma independiente mientras se mantienen latencias de microsegundos, esenciales para las cargas de trabajo de AI en las que las GPU inactivas pueden traducirse a miles de dólares desperdiciados por hora.

Beneficios más allá de la velocidad

Las ventajas del almacenamiento flash se extienden más allá del rendimiento a las mejoras operativas fundamentales.

• La consistencia de latencia es más importante que los picos. Las matrices de disco promedian en milisegundos, mientras que flash mantiene los microsegundos de manera consistente, lo que permite SLA imposibles con el disco.
• El procesamiento paralelo transforma el análisis. Cuando el disco maneja cientos de operaciones, flash procesa millones de forma simultánea. 
• La arquitectura simplificada reduce los errores. La eliminación de niveles elimina todos los niveles de administración, sin políticas de migración, sin monitoreo de niveles ni equilibrio de capacidad.

Implementación del almacenamiento flash

Evaluación y planificación

• El perfil de cargas de trabajo revela patrones. La mayoría de las organizaciones descubren que las cargas de trabajo de “capacidad” a menudo tienen picos de rendimiento que se benefician con flash. Supervise las IOPS, el rendimiento y la latencia durante ciclos comerciales completos, especialmente los procesos de fin de mes.
• El potencial de reducción de datos varía según la carga de trabajo. Las bases de datos pueden lograr 10-20:1. Las máquinas virtuales pueden ver de 5 a 10:1. Comprender estos índices permite una planificación precisa; muchos necesitan menos capacidad de la calculada.

Estrategias de migración

Comience con implementaciones de prueba de concepto. Elija cargas de trabajo importantes pero no críticas, como el desarrollo o el análisis. La integración híbrida aprovecha las inversiones existentes. Las matrices flash modernas se integran a través de protocolos estándar, lo que permite la migración gradual sin tiempo de inactividad. El enfoque Everpure Evergreen elimina las actualizaciones sin interrupciones. Comience de a poco, expanda sin interrupciones. 

Dificultades comunes

• Subestimar la reducción lleva a una sobrecompra. Las organizaciones presupuestan 3:1 pero logran 5-10:1. Comience más pequeño y expanda según sea necesario.
• Los cuellos de botella de la red limitan el rendimiento. Asegúrese de que las actualizaciones de red se implementen en paralelo. Considere las redes de almacenamiento dedicadas.
• Mantener las prácticas de la era del disco anula los beneficios. Elimine el almacenamiento en caché, el escalonamiento y la calibración innecesarios. Flash se desempeña mejor con configuraciones simples.

Preguntas comunes

¿Vale la pena el costo del almacenamiento flash? 

Flash ya cuesta menos que el disco cuando incluye alimentación, refrigeración, huella y administración. Los clientes de Everpure FlashBlade//E™ logran menos de $0,20 por gigabyte utilizable, un TCO menor que el del disco durante cinco años.

¿Cuánto dura el almacenamiento flash? 

Enterprise flash mantiene entre 5 y 10 escrituras diarias en unidades durante años. Everpure DirectFlash extiende esto a través de la nivelación de desgaste global. 

¿Puede fallar el almacenamiento flash? 

Flash falla de manera predecible. Cuando se producen fallas, las reconstrucciones por hora minimizan la vulnerabilidad en comparación con los días para el disco.

¿Cuál es la diferencia entre almacenamiento flash y SSD?

Las SSD son un tipo de almacenamiento flash: reemplazos de discos sin instalación. El almacenamiento flash abarca todas las tecnologías NAND, incluidos SSD, unidades NVMe y matrices basadas íntegramente en tecnología flash. El flash empresarial, como DirectFlash, elimina la sobrecarga de SSD, lo que reduce el sobreaprovisionamiento.

El imperativo del almacenamiento flash

El almacenamiento flash no es solo una evolución tecnológica, sino la transformación de la infraestructura de datos de restricción a catalizador. Flash ofrece una mejor latencia, utiliza menos energía y cuesta menos que los sistemas de disco cuando se cuenta por completo. Con más de 11 000 clientes, Everpure está demostrando que estas no son proyecciones, sino realidades medidas. Cuando se accede a los datos “fríos” mensualmente, y las cargas de trabajo de AI exigen un rendimiento consistente, la estratificación tradicional se vuelve obsoleta.

¿El camino a seguir? Evalúe los plazos de actualización del almacenamiento, evalúe las cargas de trabajo para obtener beneficios de flash y comience la migración con plataformas como Everpure que eliminan las interrupciones. La pregunta no es si adoptar el almacenamiento flash, sino si liderar la transformación o seguir a los competidores que ya han comenzado.