whitepaper Almacenamiento Flash Integración de Sistemas

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1 whitepaper Almacenamiento Flash Integración de Sistemas

2 Contenido 03 Flash: Una nueva visión de Almacenamiento. 04 Características 05 Ventajas Flash frente al disco tradicional. 06 Una tecnología que lleva tiempo entre nosotros. 07 Sugerencias. Futuro. El reto Flash. 2

3 Flash: una nueva visión de almacenamiento La memoria flash es del tipo EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory, ROM programable y borrable eléctricamente) y se basa en semiconductores. Fue inventada a principio de los 80 por Fujio Masuoka, del fabricante TOSHIBA y no es en sí novedosa ya que lleva en el mercado más de 20 años (la primera tarjeta CompactFlash, que solo tenía de 4Mb de capacidad, se comercializó en 1994). En la actualidad es muy común y utilizada en numerosos dispositivos: teléfonos móviles, PDA, reproductores de audio y cámaras. La memoria flash está clasificada como no volátil, significa que las celdas de memoria mantienen su estado incluso tras dejar de recibir corriente, al contrario que con otros tipos de tecnologías de memoria, como la DRAM, que pierden el contenido tras dejar de recibir alimentación. Ofrece alta velocidad de acceso a muy baja latencia o tiempo de respuesta, durabilidad y bajo consumo de energía, y no está sujeta a fallos de mecánica como ocurre con los discos duros convencionales (no es tan sensible a golpes y a las vibraciones). Las celdas de memoria flash se agrupan dentro del dispositivo o matriz en conjuntos de 4Kb de información que se conocen como páginas de memoria. A su vez, estas páginas de memoria se agrupan en bloques, que suelen ser de 512KB (es decir, un bloque lo componen 128 páginas de memoria). La siguiente figura muestra la organización de un dispositivo de almacenamiento de memoria flash NAND convencional: CORTESÍA DE VIOLIN MEMORY 3

4 Características La modificación de los datos en una celda de flash sigue el modelo Erase before Write, es decir, antes de poder escribir sobre una celda de memoria flash ésta tiene que haberse borrado previamente. Por imposiciones en el diseño del dispositivo, aunque la escritura se realiza a nivel de página, solo se puede borrar a nivel de bloque. Esto puede implicar problemas como la amplificación de las escrituras (si hay que modificar una página se debe borrar primero el bloque, lo que obliga a leer el resto de páginas que componen el bloque y almacenarlas en caché para luego volver a escribir el bloque de nuevo, es decir una operación read-erase-modifywrite). Adicionalmnete la búsqueda de soluciones (intentar que las escrituras o modificaciones recaigan sobre celdas ya borradas previamente) lleva a implementar otros mecanismos (garbage collection, TRIM, etc) El número de ciclos completos de escritura o borrado (program/erase) es limitado porque cada operación daña la capa de óxido de silicio (dieléctrico) del transistor MOSFET sobre el que se apoya la celda de flash. La solución genérica a este problema se denomina Wear Leveling. Es una manera de maximizar el número de ciclos de escritura posible intentando que sobre cada celda recaiga la misma cantidad de operaciones, distribuyendo mejor el proceso y evitando fallos mayores. Pese a todo lo mencionado anteriormente, la memoria flash ofrece muchas ventajas con respecto a los clásicos medios de almacenamiento de datos como los discos. Los requerimientos actuales en IT (cada vez más exigentes y sensibles en mejorar el modelo de negocio buscando obtener mejores tiempos de respuesta y una mayor eficiencia en los Centros de Datos) enfocan el almacenamiento flash en la lista de sugerencias como posibles cambios en las futuras mejoras del rendimiento de un Data Center. En el sector TIC se está hablando del flash como protagonista del almacenamiento. Esto plantea el uso de modelos híbridos, es decir, el empleo flash para un porcentaje de los datos y guardar otra parte de la información en disco. Un factor que frena aún el despegue total del flash es su coste, de ahi que los fabricantes y sus unidades de I+D+I trabajen en ello para que se abarate este tipo de soluciones. 4

5 CORTESÍA DE VIOLIN MEMORY Ventajas frente al disco tradicional Mejora el rendimiento debido a su velocidad de escritura y lectura, y de lanzamiento y arranque de aplicaciones. Reduce el número de licencias de bases de datos. Reduce la latencia de lectura y escritura, pasa de milisegundos a microsegundos. Eficiencia: menor consumo de energía y producción de calor Maximiza el uso de servidores. Maximiza la eficiencia del almacenamiento. Mayor cantidad de datos en menos espacio. Versatilidad: es capaz de adaptarse a varias funciones. Acelera el crecimiento de las aplicaciones críticas. Elimina los cuellos de botella. Es resistente y fiable, no tiene componentes mecánicos (que suelen estar expuestos a problemas por golpes y vibraciones). El almacenamiento basado en flash mejora el rendimiento y la eficiencia en la aceleración de bases de datos, la virtualización de servidores y escritorios y la infraestructura de nube. Según un artículo publicado en la revista Datacenter Dynamics, la asociación de almacenamiento internacional SNIA (Storage Networking Industry Association) considera que la memoria flash consume 600 veces menos energía que el disco por IOPs. 5

6 Una tecnología que lleva tiempo entre nosotros La tecnología flash no es nueva y que lleva presente en nuestras vidas desde hace años en numerosas formas. Algunas son : Pendrives: Un pequeño dispositivo que se conecta al puerto USB para poder transferir datos sin complicaciones. Es el medio extraíble más utilizado. Las causas de daños físicos en tarjetas pueden deberse a incidentes electrónicos, aplastamiento o incendio. Otras causas pueden ser la pérdida de datos por fallo lógico como pueden ser formateo, borrado o problemas en la partición. CompactFlash (CF): Actualmente hay dos tipos: CF I, de mm y 3,3 mm de grosor, y CF II, de mm y 5,5 mm de grosor. La velocidad varía dependiendo del estándar CF. La especifi cación 2.0 define 16 MB/s; la 3.0, 66 MB/s; la especificación 4.0, 133 MB/s. La capacidad de almacenamiento puede llegar hasta los 137 GB. SmartMedia Card (SMC): Similar a la anterior, pero algo más fina, de menor coste y de distinto fabricante. Su capacidad máxima es de 128 MB. Está en extinción. Memory Stick (MS) y Memory Stick PRO. Formato utilizado por fabricantes de cámaras digitales, PDA y reproductores de música digital. Tiene forma de barrita fina rectangular y la capacidad máxima original era de 128 MB. Posteriormente, se desarrolló la tarjeta Memory Stick PRO y versiones de tamaño reducido como Memory Stick PRO Duo, con una capacidad actual de 16 GB, y Memory Stick Micro/M2, con una capacidad actual de 8 GB. 6

7 Sugerencias La estrategia flash definirá la inversión en tecnología de la empresa. Se debe hacer calculando costes y resultados para maximizar la efi ciencia y el uso de equipos y soluciones de almacenamiento adquiridas con anterioridad. Futuro La memoria flash tiene un futuro prometedor debido a su velocidad y prestaciones que proporcionan un almacenamiento más rápido y seguro. Los grandes fabricantes apuestan por enormes inversiones en esta área para conseguir avances en investigación, desarrollo e innovación en el mercado. En el caso de los Data Center, la memoria se abre paso en el sector, donde convive con discos de estado sólido. Tiene potencial para cambiar el almacenamiento por las mejoras que proporciona para la entrega de aplicaciones y Centro de Datos. La tecnología flash ha visto una mayor aceptación con los discos flash encajados en arrays dentro de las redes de almacenamiento. Aunque el flash es más caro que el disco, utilizar la tecnología flash reduce el precio final del presupuesto de almacenamiento. De momento son más costosas que la rotación de los dispositivos hardware, pero su uso masivo en tabletas y teléfonos móviles están provando una bajada de precio. El reto Flash Actualmente, el uso más comúnde la memoria flash en un Centro de Datos se encuentra dentro de los sistemas de almacenamiento basados en discos convencionales. La instalación de un número limitado de unidades de memoria flash en estos dispositivos puede mejorar su rendimiento, al tiempo que reduce su precio de compra. El uso futuro del flash sigue este patrón. Están surgiendo otras formas de uso de flash en los centros de datos, que representan un alejamiento de las arquitecturas de almacenamiento convencionales. En el futuro, los datos seguirán almacenándose en dichos sistemas (flash y de almacenamiento en disco). Sin embargo, los datos de acceso más frecuente, estarán almacenados en unidades flash situadas en servidores o flash sólo dentro de grandes sistemas. 7

8 Sedes Red oficinas TRC SEDE CENTRAL TRC MADRID Albasanz, Madrid CASTILLA-LEÓN Parque Tec. del Boecillo Ed. Centro. Módulo Boecillo. Valladolid / 66 CASTILLA-LA MANCHA Parque Tec. de Guadalajara Av. de Buendía, Guadalajara. CastillaLaMancha@TRC.es GALICIA Av. Monterreal, Baiona. Pontevedra. Galicia@TRC.es LEVANTE Levante@TRC.es PAÍS VASCO Euskadi@TRC.es