Arquitetura de matriz full-flash
Armazenamento totalmente flash
Os sistemas de armazenamento corporativo evoluíram significativamente na última década, passando de matrizes volumosas com discos mecânicos para soluções totalmente flash compactas e de alto desempenho.
Os sistemas de armazenamento totalmente flash são sistemas baseados exclusivamente em unidades de estado sólido (SSDs), o que os torna fundamentalmente diferentes das soluções tradicionais de unidade de disco mecânico (HDD). Esses sistemas não têm partes móveis, o que reduz significativamente a latência de acesso aos dados e aumenta a velocidade de E/S.
Os principais componentes de uma arquitetura de armazenamento totalmente flash incluem:
- Controladores de armazenamento, geralmente construídos de forma modular para oferecer alto desempenho e tolerância a falhas.
- SSDs de vários tipos (TLC, QLC) otimizados para tarefas e cargas de trabalho específicas. Os sistemas modernos suportam matrizes de SSDs homogêneas e combinadas, equilibrando desempenho e custo.
- Interfaces de conectividade, incluindo NVMe over Fabrics (Fibre Channel, TCP/IP) e protocolos tradicionais, permitindo que o armazenamento seja integrado a diferentes infraestruturas com latência mínima.
- Recursos de software como deduplicação, compactação de dados, replicação assíncrona e integração com serviços em nuvem (Data Fabric) garantem a utilização eficiente da capacidade, a proteção de dados e a flexibilidade de gerenciamento.
- Mecanismos de dimensionamento que permitem a expansão horizontal sem tempo de inatividade, adicionando novos controladores e unidades à medida que os requisitos aumentam.
A arquitetura de armazenamento all-flash usa grandes quantidades de memória cache e algoritmos inteligentes de gerenciamento de dados para minimizar as operações de gravação e fornecer alta densidade de armazenamento, mantendo o desempenho.
As principais vantagens dessa arquitetura são:
- Latência mínima de acesso aos dados (microssegundos em vez de milissegundos para HDDs);
- Alto desempenho - os números de IOPS são dezenas de vezes maiores que os dos sistemas tradicionais;
- Eficiência energética - consumo de energia e dissipação de calor significativamente menores;
- Confiabilidade devido à ausência de mecânica e de sistemas de proteção embutidos;
- Flexibilidade e escalabilidade - a capacidade de integração com ambientes virtualizados e de nuvem, oferecendo suporte a vários casos de uso, desde bancos de dados até IA e análise de big data.
Assim, a arquitetura de armazenamento All-flash é uma solução abrangente que combina SSDs de alto desempenho, controladores avançados e tecnologias de software para garantir a máxima velocidade, confiabilidade e eficiência do armazenamento de dados em infraestruturas corporativas modernas.
Interface NVMe
Anteriormente, o armazenamento tradicional em HDD era o padrão devido ao baixo custo do armazenamento, mas seu desempenho, limitado por tempos de acesso em milissegundos, tornou-se um gargalo para os aplicativos atuais.
A interface NVMe (Non-Volatile Memory Express), projetada especificamente para SSDs, trouxe uma revolução no armazenamento. O NVMe elimina as limitações do SATA e do SAS ao oferecer suporte a até 64 mil instruções em 64 mil filas, o que aumenta significativamente a velocidade e se equipara aos processadores multicore atuais.
Os principais fornecedores estão implementando o NVMe de diferentes maneiras:
- A NetApp está desenvolvendo o ONTAP com NVMe sobre Fibre Channel;
- A Dell EMC oferece o PowerStore com NVMe sobre TCP;
- A Pure Storage usa o DirectFlash para acesso direto ao armazenamento flash;
- A HPE otimiza o Primera e o Nimble para NVMe.
A mudança de redes de armazenamento dedicadas para protocolos IP está ganhando popularidade. O NVMe sobre TCP oferece desempenho no nível do Fibre Channel, mas a um custo menor e sem infraestrutura separada.
O surgimento de SSDs QLC de alta capacidade torna as soluções totalmente flash economicamente atraentes, mesmo para aplicativos que antes dependiam de HDDs SAS. Isso permite abandonar completamente os HDDs, eliminando os complexos mecanismos de armazenamento em cache e em camadas típicos dos sistemas híbridos.
Os sistemas de armazenamento totalmente flash de última geração são adequados para uma ampla gama de aplicativos corporativos, desde bancos de dados e virtualização até aplicativos de IA/ML.
A escolha do tipo de SSD depende da carga de trabalho:
- As SSDs NVMe TLC são ideais para bancos de dados transacionais, aplicativos essenciais para os negócios, virtualização e sistemas OLTP de alta carga, oferecendo desempenho estável e alto com baixa latência.
- As SSDs QLC NVMe são mais adequadas para aplicativos de análise, backup, vigilância e big data, em que a capacidade de armazenamento e o custo são importantes, com acesso predominantemente sequencial.
As SSDs QLC superam os HDDs SAS nas principais métricas:
| Parâmetro | SSD QLC | HDD SAS |
| Desempenho | Até 100.000 IOPS | Cerca de 200 a 300 IOPS |
| Latência | 20-100 microssegundos | 5-10 milissegundos |
| Densidade | Até 30,7 TB por unidade | Até 1,8 TB por unidade |
| Consumo de energia | 85-90% menor | Alto consumo |
| Confiabilidade | Sem mecânica, acima do MTBF | Mecânica, MTBF mais baixo |
Isso faz com que as SSDs QLC substituam favoravelmente os HDDs, mesmo nos casos em que estes últimos são tradicionalmente escolhidos devido ao custo.
Ao avaliar o custo total de propriedade (TCO), os sistemas all-flash se beneficiam de:
- Utilização eficiente da capacidade por meio de deduplicação e compactação;
- Redução dos requisitos de espaço nos data centers;
- Economia significativa nos custos de energia e resfriamento.
O futuro do armazenamento está no desenvolvimento da memória flash (PLC, 3D NAND), no avanço dos protocolos NVMe/TCP, na integração das funções de computação ao armazenamento e no uso da inteligência artificial para automação e manutenção preditiva.
A ITPOD está adotando ativamente essas tecnologias, oferecendo soluções modulares totalmente flash ITPOD Storage Full Flash com capacidade de atualização sem substituição total do hardware, protegendo os investimentos dos clientes.
Conclusão
Em resumo, a mudança para o armazenamento totalmente flash está mudando a abordagem do armazenamento, proporcionando alto desempenho, economia de recursos e flexibilidade para os aplicativos corporativos atuais. A escolha da SSD e da configuração corretas pode otimizar o equilíbrio entre velocidade, confiabilidade e custo de propriedade ao atualizar sua infraestrutura de TI.