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Reportajes y análisis

Discos duros vs. SSD

Tremenda pelea en el almacenamiento

[23/04/2010] Los drives en estado sólido (SDD por sus siglas en inglés) ofrecen importantes beneficios en comparación con los discos duros tradicionales: son más rápidos, más confiables, más silenciosos y usan menos energía. 

De otro lado, sin embargo, su vida útil se limita a un determinado promedio de grabaciones por celda, y pueden costar hasta 70 veces más por gigabyte que los hard drives convencionales.
Entonces, ¿Cuál es la mejor ubicación para un SSD dentro de la red de una empresa? ¿En los servidores? ¿Los sistemas de almacenamiento? ¿Ninguna de las anteriores?
Para responder a estas preguntas, evaluamos una serie de productos basados en SSD de siete proveedores. Entre los productos, se incluyen tres tarjetas Peripheral Component Interconnect Express (PCIe), un controlador Adaptec MaxIQ 5805/512, dos arreglos de drive Apricorn PCIe Drive y un drive FusionIO.
También testeamos dos sistemas SAN, un Compellent Storage Center 030 y un Dot Hill AssuredSAN 3730; además de un chasis tipo c HP BladeSystem con dos servidores blade, cada una equipado con un módulo acelerador de 160GB StorageWorks IO. Y le dimos un vistazo al Ritek 128GB SSD.
Para comenzar, algunas definiciones. Hay dos tipos de SSD: célula de un solo nivel (SLC) y célula multinivel (MLC). Los primeros son más veloces, duran más (cerca de 100 mil grabaciones por célula) y son más caros.
Los drives MLC son más baratos, pero generalmente solo resisten unas 10 mil grabaciones por célula, por lo que resultan inapropiados para aplicaciones corporativas de grabación intensiva. 
En la empresa, los equipos MLC se pueden utilizar en aplicaciones de lectura intensiva: para alojar videos o para búsquedas rápidas en bases de datos. Pueden acelerar la tasa de transferencia y los tiempos de acceso a un costo menor que los drives SLC.
Si bien los SSD se están utilizando para reemplazar hard drives en los servidores, lo cierto es que esa no es la mejor manera de usarlos. Los SSD, basados en SLC, son mucho pero mucho más rápidos que los hard drives estándar, al punto que más de dos drives pueden saturar un controlador de almacenamiento estándar.
Además, como los SSD suelen ser más confiables, y más caros, que los drives tradicionales, usarlos en una configuración RAID no es lo más recomendable.
Debido a estas consideraciones han surgido nuevas y diferentes aplicaciones para los SSD. Algunos fabricantes han comenzado a despachar tarjetas PCI-X o PCIe que pueden tener el SSD (o una memoria flash discreta) incorporada o anexada a través de cables SATA o SAS estándar.
Otros proveedores han creado dispositivos que se colocan entre los servidores y el almacenamiento, operando como un caché para acelerar el acceso al almacenamiento, sin tener que agregar SSD a los arreglos específicos de almacenamiento.
Otros proveedores han agregado los SSD a sus sistemas de almacenamiento SAN, ya sea como caché o como otro nivel e almacenamiento (que suele llamarse nivel 0).
Estos tests cubren todas las categorías de almacenamiento con SSD, salvo los dispositivos que se ubican entre los servidores y el almacenamiento. Invitamos a varios proveedores de esa categoría –incluyendo Atrato, Dataram, IBM, Schooner Information Technology, Solid Access Technologies, Storspeed, Teradata y Violin Memory- pero ninguno pudo hacernos llegar sus productos a tiempo.
Nuestro banco de pruebas estuvo compuesto por un servidor HP ML370G5 corriendo Windows Server 2003 con almacenamiento externo conectado vía Fibre Channel, a través de un switch HP FC a 2Gbps. La performance en almacenamiento fue evaluada con IOmeter corriendo una combinación de pruebas dirigidas a detectar las mejoras en latencia, tasa transferencia e IOps (operaciones de input/output por segundo).
Cada producto fue evaluado en las siguientes áreas: rendimiento (tasa de transferencia, IOps y latencia), instalación y documentación, facilidad de uso, flexibilidad de configuración para adaptarse a diferentes arquitecturas de red, y precio/rendimiento.
Las mejoras de rendimiento con los SSD resultaron ser dramáticas, desde el doble hasta diez veces la performance de los sistemas basados en hard-drive. Los dos arreglos Fibre Channel, de Compellent y Dot Hill, se vieron limitados por la interfase Fibre Channel a 2Gbps y hubieran tenido mejores resultados con un adaptador bus a 4Gbps o 8Gbps.
La ventaja del almacenamiento interno consiste en que el bus PCI puede mantener tasas de transferencia e IOps más elevadas que algunas interfases externas. Gracias a sus tasas de transferencia en lectura y escritura que superan los 700MBps, los sistemas más veloces de este rango pueden acabar con los cuellos de botella. 
El abismo de la escritura
Durante las pruebas surgió un detalle que nos hizo percibir una diferencia clave entre los SSD de alto rendimiento y los de nivel de consumidor. Estos últimos (los sistemas Adaptec, Apricorn, Dot Hill y Ritek) presentaron una marcada diferencia en tiempos de respuesta (latencia) bajo condiciones de escritura exigentes. Eso es lo que algunos proveedores han bautizado como el abismo de la escritura
Es decir que mientras que con el resto de sistemas, los promedios se mantuvieron constantes desde el inicio hasta el fin de la prueba, los productos dirigidos al consumidor mostraron bajones de rendimiento una vez que el drive se llenó la primera vez y tanto el colector interno de basura comolas rutinas de niveles de uso (ojo: wear-leveling) se activaron.
Esto solo afecta el rendimiento de escritura, la performance de lectura permanece estable incluso en los drives dirigidos al consumidor.
Aunque estas variaciones en los tiempos de respuesta fueron más notorias con el drive Ritek basado en MLC y el arreglo Apricorn basado en MLC, los otros tres equipos (el Adaptec, el arreglo Apricorn basado en SLC y el sistema DotHill) también se vieron afectados: las modificaciones en el nivel de latencia oscilaron entre menos de un milisegundo y más de un segundo, en el último caso; y más de tres segundos en los dos primeros.
En cambio, los sistemas Compellent, FusionIO y HP se mantuvieron por debajo de los 12 milisegundos, inclusive durante prolongadas de cien por ciento operaciones de escritura.
Los drives corporativos no presentan este problema porque suelen venir con un plus: por lo general, un drive que según la etiqueta tiene una capacidad de 146GB, en realidad tendrá una capacidad de 300GB. Algunos de los sistemas también han optimizado los algoritmos de nivel de uso que solo mueven la data cuando los drives no están sometidos a un uso intensivo.
En compensación, sin embargo, los drives para la empresa también son más caros. Mientras que el drive Ritek 128GB tiene un MSRP (Message Session Relay Protocol) de 400 dólares, los módulos FusionIO se venden a 6.829,99 dólares por cada unidad a 320GB, y cada drive Compellent 146GB cuesta 11 mil dolares (se requiere tres por lo menos).
La mejor combinación puede ser el controlador Adaptec 5805 con el paquete MaxIQ: acelera cualquier almacenamiento interno del sistema, no solo los drives conectados al controlador. Padece el síndrome del "abismo de la escritura", pero esto debe poder arreglarse agregando algunos SLC SSD a 64GB; y aun así el costo del sistema sigue siendo bajo: 645 dólares por el controlador y 1.295 dólares por cada paquete MaxIQ.
Para quienes tienen aplicaciones de escritura intensiva, como una base de datos, lo más conveniente sería algo como el arreglo Compellent o el FusionIO y las tarjetas de sistema HP, que ofrecen un rendimiento muy alto, pero a precios también muy elevados.
En cambio, si lo que busca es un alto rendimiento en aplicaciones de lectura intensiva o que no requieren mucha escritura, cualquiera de los drives le resultará más rendidor que los hard drives, y algunas de las soluciones son bastante baratas.
Resumen
Los SSD pueden producir una performance más alta que los hard drives tradicionales, pero hay que escoger cuidadosamente para estar seguros de que nuestros SSD correspondan a las necesidades de nuestra aplicación.
Las aplicaciones que escriben grandes cantidad de data en periodos prolongados necesitarán SSD optimizados, que son más costosos que los drives de nivel de consumidor. Todos los productos que evaluamos mostraron importantes beneficios respecto a los hard drives convencionales, aunque a mayor precio.
Logan G. Harbaugh, Network World (US)