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¿Valen la pena las costosas SSD?

[13/09/2011] Con cinco mil empleados y 280 sucursales, Associated Bank es un buen ejemplo de una empresa de tamaño mediano con una gran demanda de datos.
Después de adquirir otro banco en el 2006, su red de área de almacenamiento (SAN) creció de 17TB a 300TB en menos de un año. Desde entonces, debido al aumento de solicitudes online y regulaciones federales que requieren más retención de datos, la SAN ha crecido hasta 900TB, o 52 veces su tamaño original.
Dan Marbes, un ingeniero de sistemas en el banco ubicado en Greenbay, Wisconsin, decidió usar unidades de estado sólido (SSD) para aumentar el rendimiento de las aplicaciones que demandan I/O, al mismo tiempo que reduce su huella.
Compró tres SSD para que sirvan como primer nivel de almacenamiento de inteligencia empresarial (BI) en su SAN. El flash de almacenamiento superó a 60 discos Fibre Channel de 15.000 rpm cuando se trataba de leer bloques pequeños.
Sin embargo, cuando Marbes usó los SSD para la lectura aleatoria de grandes bloques y ninguna escritura, los 60 ejes de 15K aplastaron a los SSD", indicó, lo que demuestra que las implementaciones de Flash deben ser estratégicamente dirigidas a aplicaciones específicas.
Las SSD usan chips de memoria flash NAND no volátiles, que son más baratas que los chips DRAM, pero siguen siendo hasta 18 veces más caras que los discos Fibre Channel de 15.000 rpm o de serie SCSI (SAS), de acuerdo con Gregory Wong, un analista de la firma de investigación de mercado Forward Insights. Pero los precios siguen cayendo, sobre todo debido a la adopción de los discos de unidad de estado sólido y la tecnología de tarjetas flash NAND, lo que finalmente afecta el costo de los productos del centro de datos.
Compras caras
De acuerdo con la firma de investigación de mercados IDC, las perspectivas mundiales de los SSD del lado del cliente -los que se utilizan en productos de consumo como computadoras portátiles y tablets- podrían crecer 10 veces, pasando de 11 millones de unidades en el 2011 a 100 millones de unidades en el 2015. Se prevé que el uso de los SSD NAND de 256GB crezca del 19% de todas las NAND utilizadas en SSD en el 2011 al 42% en el 2015. Además, se espera que la demanda de SSD de 512GB crezca a partir de una porción de 0,3% en el 2011 al 8% en el 2015, también subraya el creciente interés en los SSD de mayor densidad.
Wong espera que la adopción masiva de los SSD por los consumidores no se produzca hasta que el precio haya llegado a cerca de un dólar por gigabyte, en algún momento del segundo semestre del 2012. A mayor cantidad de flash NAND de consumo que se compren, menor será el precio global de los productos flash, incluso en el centro de datos.
En la actualidad, el precio de la memoria flash NAND en un formato SSD es de aproximadamente nueve dólares por gigabyte para flash SLC de gama alta y tres dólares por gigabyte o flash de multicélula (MLC). Una nueva clase de MLC, llamada MLC de empresas o eMLC, puede soportar hasta 30 veces más escritura que los Flash MLC de consumo, pero también viene con un sobreprecio de alrededor del 20%, según Wong.
En comparación, un disco Fibre Channel o SAS cuesta entre 50 y 60 centavos por gigabyte.
Muchos fabricantes de matriz, como EMC e Hitachi Data Systems, ofrecen una opción SSD, que tienen la capacidad de llenar los espacios de unidad de disco con discos SSD de 2,5 o de 3,5 pulgadas en los factores de disco duro. Algunos vendedores también ofrecen software automatizado por niveles que migra al SSD los datos a los que se accede con mayor frecuencia, mientras que mantiene los datos menos críticos en discos duros de menor costo.
Cuando se trata de tarjetas de memoria flash NAND PCIe, como las que vende Fusion-io, Texas Memory Systems, Micron o Virident Systems, que se pueden utilizar en todas las matrices flash o en servidores de aplicaciones, los precios pueden ir más allá del techo, pero también el rendimiento debido a la interconexión de mayor velocidad y la proximidad de la memoria flash a los procesadores del servidor.
Aun así, no todo el mundo "entiende" por qué las tarjetas PCIe basadas en flash son tan caras. Chris Rima, supervisor de sistemas de infraestructura para el departamento de servicios de información en Tucson Electric Power, una filial de Unisource Energy Corp., solo pagó la mitad del precio al por menor de tarjetas de memoria flash para acelerar el rendimiento de NetApp de su compañía en 3170 matrices NAS. Eso significa que él pagó 30 mil dólares por cada tarjeta.
Tony Edlebrock, administrador de sistemas senior de Tucson Electric, señaló que las tarjetas flash de NetApp, llamadas Performance Acceleration Modules (módulos de aceleración del rendimiento o PAM), aumentó el rendimiento de sus sistemas de reportes y facturación de clientes de PeopleSoft y Oracle al punto que se cortó el proceso nocturno a la mitad, de entre 8 y 12 horas a 4 y 6 horas.
"Lo bueno del caché flash es que simplemente los colocas y comienzan a mejorar el rendimiento en todas partes. El protocolo de latencia se redujo y el rendimiento se disparó", indicó Rima. "Simplemente no entiendo por qué son tan caras".
De acuerdo con NetApp, al utilizar su tarjeta flash PAM en matrices NAS, se puede reducir el número de unidades de disco hasta en un 75%, mientras obtiene el mismo o mejor rendimiento.
Estrategias de Flash, los casos de uso
Sin embargo, debido al costo exorbitante de algunas tarjetas flash basadas en PCIe, su compra debe basarse en múltiples casos de uso no comercial, una en una sola tarea, señaló Rima.
Tucson Electric Power utiliza sus seis tarjetas flash en la parte delantera de todas sus bases de datos PeopleSoft y Oracle. Las tarjetas también actúan como caché front-end para las dos terceras partes de 500 máquinas virtuales (VM) VMware de Unisource, sistemas de información geográfica GIS y bases de datos que manejan los cortes de energía. Las tarjetas tienen entre 40TB y 60TB por clúster NAS.
Para el 2012, Tucson Electric está considerando la compra de todos los dispositivos de almacenamiento SSD de Nimbus Systems, similar a lo que eBay lanzó a principios de este año, indicó Rima.
Cuando el sitio de subastas en línea tuvo problemas para cumplir con las demandas de almacenamiento de I/O de las unidades de negocio sedientas de nuevas implementaciones de máquinas virtuales (VM), su división de control de calidad tuvo una idea: intercambiar matrices basadas en disco duros con discos de almacenamiento SSD.
Después de sustituir 100TB de almacenamiento en un año, eBay experimentó una reducción del 50% en el espacio estándar del rack de almacenamiento, una caída de 78% en el consumo de energía y un aumento de cinco veces en el rendimiento de I/O. Ese aumento en la velocidad permite que ahora eBay pueda ofrecer una nueva máquina virtual en línea en cinco minutos, en comparación con los 45 minutos anteriores.
La Quality Assurance Division (división de aseguramiento de calidad) del sitio de subastas en línea ha estado utilizando el almacenamiento conectado a red (NAS) y una red área de almacenamiento (SAN) antes de implementar matrices SSD modulares de Nimbus Data Systems. Hace un año se comenzó con la implementación de un solo sistema SSD Nimbus de 2U (3,5 pulgadas de alto) Nimbus y el sistema operativo de almacenamiento HALO.
Hoy en día, eBay cuenta con 12 conjuntos de SSD con una capacidad que rivaliza con la cantidad de almacenamiento tradicional de disco duro utilizada anteriormente, indicó Michael Craft, director de administración de sistemas de control de calidad de eBay.
Rima dijo que Tucson Electric está tratando de mover una mayor cantidad de sus datos hacia discos duros de alta densidad de la serie ATA (SATA), utilizando flash NAND como caché en la parte delantera para aumentar el rendimiento. Eso podría fácilmente hacer el caso para que los ejecutivos aprueben la compra de más almacenamiento de estado sólido, comentó.
"Si agrega el costo del espacio del centro de datos, entonces podría justificar fácilmente un retorno de la inversión en 18 meses, porque en lugar de un disco Fibre Channel de 300GB, puede usar discos SATA de 2TB para una parte de esos entornos. Así que tienen menos ejes pero el mismo rendimiento".
Saciando la tormenta de virtualización y arranque
Uno de los avances del centro de datos al conducir la adopción de almacenamiento de estado sólido es la virtualización. A medida que la densidad del servidor y las tasas de utilización suben, se crean cuellos de botella de banda ancha I/O, señaló Wong.
Las infraestructuras de escritorios virtuales, donde cientos o miles de máquinas están arrancando de una granja de servidores virtualizados, se enfrentan a limitaciones de I/O. Así, en lugar de utilizar los tradicionales discos giratorios, los gestores del centro de datos están desplegando flash como unidades de arranque en sus servidores. Los SSD tienen los sistemas operativos básicos y los metadatos del archivo.
Rich Raether, gerente de ingeniería de la red en el bufete de abogados Quarles & Brady, actualmente supervisa 450 equipos de escritorio Windows 7 que se ejecutan desde 19 máquinas virtuales. La firma lanzó su infraestructura VDI a principios de este año.
Quarles & Brady tiene un total de 350 servidores, 260 de los cuales son virtuales a través de VMware en apoyo de nueve oficinas en EE.UU. y una en Sanghai, China. Las máquinas virtuales están corriendo desde matrices de almacenamiento Dell EqualLogic que incluyen los modelos PS5000XV, PS6000S, PS6000SVS y PS6010XVS.
El centro de datos de Quarles & Brady contiene un total de 450TB de capacidad de disco duro, todos los cuales residen en la matriz de EqualLogic a excepción de 35TB en un servidor de archivos NAS EMC Celera. Las matrices EqualLogic utilizan una combinación de unidades SAS y SSD de 15.000 rpm. Cerca de 1TB de capacidad está integrado por los SSD.
La firma de abogados cuenta con cinco matrices PS5010XVX, tres en el centro de datos de Milwaukee y dos en el centro de datos de Phoenix, todos los cuales dan soporte a su infraestructura VDI.
Las matrices EqualLogic XVS de la firma de abogados son capaces de jerarquizar datos dentro de la matriz según los patrones de uso. Los "datos calientes" se trasladan a las unidades SSD durante la "tormenta de arranque" de la mañana, y luego vuelven a SAS a medida que avanza el día y disminuye la utilización.
La infraestructura VDI se ejecuta sobre switches de Cisco de 10GbE. Mientras que la firma de abogados también tiene switches Juniper de 10GbE, Raether dijo que había descubierto a la fuerza que no estaban calificados con la matriz EqualLogic de Dell.
Antes de desplegar los SSD para su infraestructura VDI hace unos seis meses, Raether señaló que había un número de vendedores que llegaban con varios sistemas de estado sólido y de disco duro para poder comparar sus resultados en su entorno.
La empresa realizó pruebas comparativas con grandes cantidades de memoria RAM en los servidores, las matrices de todos los SSD, la unidad de disco duro y las matrices EqualLogic SSD híbridas, y las matrices SAS de pleno derecho.
"El mejor desempeño que hemos recibido en nuestro entorno VDI fue cargar un servidor con la memoria RAM y hacer caché a la memoria RAM en el propio servidor. Superó todo. Nada estaba ni siquiera cerca", indicó Raether.
La configuración que quedó en segundo lugar era utilizar un servidor de tarjetas flash de aceleración de Fusion-io, que ofrece casi el doble de la velocidad que su matriz de disco. El mejor tercero en desempeño fueron las matrices híbridas.
"Impulsar estos servidores con una gran cantidad de memoria se convirtió en un costo prohibitivo. Y, las tarjetas de Fusion-io tampoco eran baratas. Así que, probablemente, el mejor retorno de la inversión para nosotros estaba en las matrices híbridas", añadió.
Durante los últimos dos años las tarjetas flash basadas en PCIe, que se insertan directamente en los servidores para acelerar el rendimiento de I/O, se han hecho populares entre varios proveedores que ofrecen productos diferentes.
Fusion-io hace tarjetas flash NAND especializadas, diseñadas para aumentar el rendimiento del servidor de hasta 278.000 I/O por segundo, mientras que ofrece hasta 1.28TB de capacidad de almacenamiento de datos. Las tarjetas cuestan entre siete mil y ocho mil dólares. Recientemente, Fusion-io salió con una nueva tarjeta que permite que las máquinas virtuales compartan almacenamiento flash de su tarjeta adaptadora ioCache. Esa tarjeta tiene 600GB de capacidad, se vende por alrededor de 6.900 dólares.
En junio, Micron anunció también su propia tarjeta flash basada en PCIe, la RealSSD P320h, que viene en dos modelos que contienen 350GB y 700GB, respectivamente. El modelo de 350GB se vende por 5.600 dólares.
Texas Memory Systems lanzó su segunda generación de SSD basadas en PCIe el mes pasado. Su SSD RamSan-70 tiene de 900GB de capacidad. TMS no ha publicado los precios de la nueva tarjeta.
Antes de la implementación de SSD a principios de este año, Quarles & Brady retiró su entorno VDI de todas las matrices de unidades SAS. Al usar las unidades SAS, la presentación de un nuevo escritorio tomaría de seis a siete minutos. Cuando la empresa se trasladó a los SSD, el tiempo se redujo a menos de un minuto, indicó Raether.
"Los tiempos de arranque eran de alrededor de un minuto y medio a dos minutos. Y lo cortamos hasta unos 25 segundos", añadió.
El bufete de abogados también utiliza sus piscinas SSD para sus bases de datos SQL. "Empezamos a jugar con las configuraciones de SQL y después de un tiempo, nos encontramos con un entorno en el que alojábamos nuestras bases de datos temporales y archivos de registro estrictamente en los SSD. Así que tenemos piscinas separadas. El segundo grupo es la matriz SAS, y alojamos las bases de datos ahí", indicó Raether.
En los últimos dos años y medio que Raether ha estado utilizando SSD, las personas le han preguntado muchas veces por qué iba a poner las bases de datos temporales y los registros en los SSD, en lugar de hacerlo en unidades de disco SAS. "En realidad uno quiere que allí hayan altos niveles de lectura y bajos niveles de escritura", indicó. "Honestamente, hemos visto un mayor aumento del rendimiento cuando tuvimos las bases de datos temporales y los archivos de registro en ellas. Vimos casi el doble de la velocidad solo en el rendimiento de I/O. La respuesta de las aplicaciones varía, pero algunas de estas cosas mejoraron drásticamente".
"Si los costos fueran más baratos, hubiera puesto todo en las unidades SSD", indicó Raether.
Lucas Mearian, Computerworld (US)