Reinventando la memoria y el almacenamiento en el centro de datos

Nuevas e innovadoras tecnologías de Intel están transformando la jerarquía de la memoria y el almacenamiento.

Mucho en juego en el centro de datos

Montañas de datos prometen ofrecer innovación y conocimientos valiosos para empresas que replantean y rediseñan sus arquitecturas de sistemas. Pero las empresas que no rediseñan pueden encontrarse luchando por evitar verse inundadas por la avalancha de datos.

Aunque el problema no solo consiste en almacenar los datos en bruto. Para que las empresas se mantengan competitivas tienen que acceder y procesar rápida y eficazmente todos los datos para los conocimientos empresariales, la investigación, la inteligencia artificial (AI) y otros usos. Son necesarios tanto la memoria como el almacenamiento para hacer posible este nivel de procesamiento, y las empresas luchan por equilibrar los costes elevados frente a las capacidades limitadas y a las restricciones de rendimiento.

El reto es incluso más difícil porque hacen falta distintos tipos de memoria y almacenamiento para diferentes cargas de trabajo. Además, varias tecnologías pueden utilizarse conjuntamente para alcanzar la compensación óptima entre costes y rendimiento.

Intel afronta estos retos con nuevas tecnologías de memoria y almacenamiento que permiten a las empresas reinventar sus arquitecturas del centro de datos.

Vacíos en la jerarquía de memoria/almacenamiento

Históricamente, las soluciones de memoria y almacenamiento se han visto limitadas por la densidad, el rendimiento y los costes. Estas limitaciones han afectado a todo tipo de organizaciones, desde las de venta directa hasta las gubernamentales y desde las de asistencia sanitaria hasta las financieras. Por ejemplo, los proveedores de servicios de la nube (CSP) pueden tener problemas por cumplir con los acuerdos a nivel de servicios (SLA) a medida que aumentan las cargas de datos. Las empresas de servicios financieros pueden tropezarse con los límites de la capacidad y el rendimiento para procesar rápidamente volúmenes elevados de transacciones. Además, las organizaciones comerciales no pueden aguantar el ritmo de las necesidades de análisis en memoria provenientes de los datos de los clientes, inventarios, redes sociales e Internet de las cosas (IoT), fundamentalmente debido a los altos costes y a la capacidad limitada de la RAM dinámica (DRAM).

Para gestionar eficaz y eficientemente los datos, las empresas tienen que determinar qué componentes de la infraestructura se adaptan mejor a sus necesidades y presupuestos. No es una tarea sencilla porque cada tecnología de la jerarquía tiene sus puntos fuertes y sus puntos débiles:

  • La DRAM es fantástica para el rendimiento, pero es costosa, volátil y tiene una escalabilidad limitada.
  • El almacenamiento flash (NAND) no es volátil y es menos costoso que la DRAM, pero carece del rendimiento de esta.
  • Los discos duros giratorios (HDD) proporcionan un almacenamiento masivo al precio más bajo, pero traen aparejados problemas conocidos de coste total de la propiedad (TCO) en cuanto a la fiabilidad, los requisitos de espacio físico, la refrigeración y la energía.

En conjunto, estas opciones de almacenamiento tradicionales han dejado vacíos significativos en la continuidad de la memoria y el almacenamiento del centro de datos, limitando así el rendimiento de las aplicaciones. Las cantidades cada vez mayores de datos y la necesidad de acceder a ellos más rápidamente no ha hecho más que amplificar el problema. 

En particular, hay dos vacíos de memoria y de almacenamiento que destacan para las organizaciones que intentan transformar sus centros de datos:

  • Entre la DRAM costosa y de baja capacidad y los discos duros de estado sólido (SSD) basados en NAND más asequible.
  • Entre los SSD NAND más lentos y los HDD más económicos pero menos fiables.

Las organizaciones no habían contado con opciones viables que equilibraran los costes, la capacidad y el rendimiento para llenar esos vacíos, hasta ahora (vea la figura 1).

Figura 1. El continuo de memoria y almacenamiento tradicional deja grandes vacíos en capacidad, costes y rendimiento

Llenando los vacíos con las tecnologías Intel®

Intel llena los vacíos de memoria y almacenamiento del centro de datos con soluciones diseñadas para proporcionar rendimiento, capacidad y fiabilidad elevados. Estas soluciones proporcionan una baja latencia y un mayor valor operativo que las opciones tradicionales. Estas familias de productos en particular se han diseñado para llenar los vacíos de coste y rendimiento del centro de datos con flexibilidad para ofrecer nuevos niveles de fiabilidad de los datos:

  • La memoria persistente Intel® Optane™ DC representa un nuevo tipo de tecnología de memoria y almacenamiento que ofrece capacidad, asequibilidad y persistencia elevadas. Permite a las organizaciones mantener grandes cantidades de datos más cerca del procesador, para que las cargas de trabajo y los servicios puedan optimizarse para reducir las latencias y mejorar el rendimiento.
  • Las SSD Intel® Optane™ DC combinan atributos de memoria y almacenamiento con una capacidad de procesamiento elevada, latencia baja, calidad de servicio (QoS) elevada y resistencia alta.
  • Los Intel® SSD QLC 3D NAND, como el Intel® SSD D5-P4320, ofrecen la mayor densidad de volumen de datos de Peripheral Component Interconnect Express* (PCIe*) del mercado a un precio que los convierte en sustitutos ideales de los HDD para almacenar los datos a los que se accede con menos frecuencia.

Estos innovadores productos le permiten rediseñar configuraciones del centro de datos para manejar cargas de trabajo modernas y mantener su empresa competitiva. A continuación se describe con detalle cada producto, con ejemplos del mundo real de las ventajas de rendimiento, capacidad y costes que proporcionan.

La tecnología Intel® Optane™ crea un nuevo nivel en la jerarquía de los datos

Las empresas deben replantear soluciones de modos antes inimaginables, adaptándose a las nuevas tecnologías y evolucionando para satisfacer las necesidades de sus clientes. La tecnología Intel® Optane™ es una nueva opción de almacenamiento no volátil basada en la tecnología 3D XPoint™ que moderniza la arquitectura del centro de datos existente con un nuevo nivel en la jerarquía de memoria y almacenamiento, llenando el vacío entre la memoria volátil de alto rendimiento y el almacenamiento NAND asequible, pero de bajo rendimiento. La tecnología Intel® Optane™ es única en su combinación de latencia baja, calidad de servicio (QoS) elevada, resistencia alta y capacidad de procesamiento elevada.

Figura 2. La tecnología Intel® Optane™ combina las ventajas de rendimiento de la DRAM con las ventajas de capacidad de los SSD NAND

La tecnología Intel® Optane™ es ideal para manejar los “datos operativos”: los datos que tienen que estar cerca de la CPU para un acceso rápido. Los datos operativos están a punto de obtener un acceso mucho más rápido a muchos más datos para las transacciones financieras, las reservas de vuelos, los análisis en tiempo real y otros casos prácticos que requieren tiempos de respuesta previsiblemente rápidos, cuando los tiempos de respuesta medios no son lo suficientemente buenos. En los datos operativos, el rendimiento previsible y uniforme es importante incluso desde las primeras solicitudes.

Tanto la memoria persistente Intel® Optane™ DC como las SSD Intel® Optane™ DC se basan en la tecnología Intel® Optane™. Sin embargo, tal y como se describe a continuación, cada una tiene un formato diferente y pueden utilizarse conjuntamente o por separado en el centro de datos para ofrecer nuevas e innovadoras opciones de memoria y almacenamiento para las empresas.

La memoria persistente Intel® Optane™ DC le permite ampliar o sustituir la costosa DRAM

La memoria persistente Intel® Optane™ DC es un producto alterador de la industria que llena el vacío que existe entre la DRAM y las SSD Intel® Optane™ DC. Para aquellas empresas que confían en el procesamiento de los datos en memoria, la memoria persistente Intel® Optane™ DC abre la puerta al acceso a cantidades mucho más elevadas de datos “calientes” para la AI, los análisis, la informática de alto rendimiento (HPC) y otros usos.

A diferencia de la DRAM tradicional, la memoria persistente Intel® Optane™ DC combina densidad, asequibilidad y persistencia elevadas. Al ampliar prestaciones de memoria del sistema asequibles (mayores de 3 TB por zócalo de CPU), las empresas pueden optimizar mejor sus cargas de trabajo del centro de datos acercando cantidades mayores de datos al procesador y minimizando la mayor latencia resultante de acceder a los datos desde el almacenamiento no volátil tradicional del sistema.

La memoria persistente Intel® Optane™ DC estará ampliamente disponible en 2019, con el lanzamiento de la próxima generación de plataforma escalable Intel® Xeon®.

Imagen 3. Módulo de memoria persistente Intel® Optane™ DC

La SSD Intel® Optane™ DC P4800X afronta los datos operativos en el centro de datos

Las unidades SSD Intel® Optane™ DC P4800X parecen SSD estándar, pero como se han creado desde la tecnología Intel® Optane™, no se basan en NAND. La arquitectura única de la SSD Intel® Optane™ DC P4800X proporciona un rendimiento sin precedentes que es más rápido y uniforme que los SSD basados en NAND. Las unidades basadas en NAND suelen ofrecer tiempos de lectura rápidos pero tiempos de escritura lentos, e incluso tiempos de escritura más lentos bajo el estrés de operaciones de alta frecuencia. En cambio, las SSD Intel® Optane™ DC se han diseñado para realizar escrituras a nivel de byte, o de página, para ofrecer un rendimiento mucho más previsible, con más equilibrio entre rendimiento de lectura y escritura y sin necesidad de recolección de basura.

La SSD Intel® Optane™ DC P4800X mantiene tiempos de lectura uniformes independientemente del rendimiento de escritura aplicado a la unidad. El gráfico de la figura 4 muestra cuánto menor es la latencia de una SSD Intel® Optane™ DC en comparación con un Intel® SSD 3D NAND de generación actual, especialmente bajo la presión de un creciente número de operaciones de escritura aleatoria. A diferencia de los SSD basados en NAND, la latencia de las SSD Intel® Optane™ DC sigue siendo uniformemente baja para todas las solicitudes de escritura1.

Imagen 4. La SSD Intel® Optane™ DC P4800X proporciona latencia uniformemente baja en comparación con un Intel® SSD 3D NAND1

La combinación de latencia baja y uniforme y de resistencia alta permite a las SSD Intel® Optane™ DC funcionar de un modo mucho más eficiente como dispositivos de caché que soluciones basadas en NAND.

Un estudio de Evaluator Group demostró el impacto de sustituir una solución de almacenamiento y caché de escritura de todo flash NAND por SSD Intel® Optane™ DC en la capa de caché. Las pruebas demostraron que un sistema basado en los procesadores escalables Intel® Xeon®, utilizando unidades SSD Intel® Optane™ DC P4800X para la capa de caché, proporcionaba hasta 3 veces mejores niveles de precio/rendimiento que los sistemas de generación anterior y los medios de almacenamiento, según mediciones realizadas por el análisis de rendimiento IOmark-VM*2.

La SSD Intel® Optane™ DC P4800X también proporciona una resistencia mucho mayor que los discos basados en NAND. Una comparación de dos unidades que ya están a la venta, por ejemplo, muestra hasta 60 escrituras al día (DWPD) para la SSD Intel® Optane™ DC P4800X en comparación con solo 3 DWPD para el Intel® SSD DC P4600 basado en NAND3. Esto convierte a las SSD Intel® Optane™ DC en unidades mucho más resistentes en entornos de caché de tráfico elevado.

La memoria persistente Intel® Optane™ DC también puede combinarse con las SSD Intel® Optane™ DC para crear un nuevo nivel como el de la memoria completamente flexible, tal y como se muestra en la figura 5. Así, accede y actúa rápidamente sobre los datos valiosos que tradicionalmente quedan atrapados en un almacenamiento NAND más lento.

Imagen 5. La memoria persistente Intel® Optane™ DC puede combinarse con SSD Intel® Optane™ DC para crear un nivel totalmente nuevo de gestionar los datos operativos calientes y los datos de capacidad templada para análisis en memoria (rojo = datos “calientes”, amarillo = dalos “templados” y azul = datos “fríos”)

Optimice el software para beneficiarse del rendimiento de la tecnología Intel® Optane™

Es posible alcanzar mejoras considerables en rendimiento tan solo añadiendo las SSD Intel® Optane™ DC a una infraestructura del centro de datos existente, aunque las optimizaciones del software puedan generar resultados de rendimiento incluso mayores para aplicaciones que funcionan con la tecnología Intel® Optane™. El software de código fuente abierto, en particular, se adapta bien a las SSD Intel® Optane™ DC P4800X porque los desarrolladores pueden modificar las aplicaciones para beneficiarse de las ventajas ofrecidas por la SSD Intel® Optane™ DC P4800X.

En Oracle, por ejemplo, un arquitecto de rendimiento optimizó MySQL* para la SSD Intel® Optane™ DC P4800X, lo que supuso una mejora en rendimiento de hasta 5 veces en cargas de trabajo vinculadas a la entrada/salida (E/S). El arquitecto de Oracle también logró 1 millón de lecturas de una sola SSD Intel® Optane™ DC4.

En otro ejemplo, las optimizaciones a Direct I/O* demostraron una eficiencia hasta un 48 % mejor en Java 10* en comparación con Buffered I/O*5. Estas optimizaciones presentan implicaciones significativas para organizaciones que ejecutan cargas de trabajo de AI o bases de datos que se basan en Java, como Cassandra* o Apache HBase*.

Los arquitectos de software pueden utilizar las herramientas y los kits de desarrollo existentes para optimizar el rendimiento para la tecnología Intel® Optane™. Utilice los siguiente recursos de Intel para comenzar:

Amplíe la memoria con la tecnología Intel® Memory Drive

Las SSD Intel® Optane™ DC también pueden configurarse como memoria ampliada utilizando la tecnología Intel® Memory Drive. La tecnología Intel® Memory Drive integra de modo transparente un SSD en el subsistema de memoria y permite que aparezca como DRAM, sin cambios requeridos en el sistema operativo o las aplicaciones. La tecnología Intel® Memory Drive puede utilizarse para desplazar una parte de la DRAM y reducir el coste general de memoria, o para ampliar el bloque de memoria más allá de las capacidades de la DRAM cuando sean necesarias grandes capacidades de memoria del sistema.

De hecho, el rendimiento de Apache Spark* es 5 veces más rápido al añadir el software de la tecnología Intel® Memory Drive a una SSD Intel® Optane™ DC P4800X4.

Reduzca el vacío de almacenamiento de capacidad con Intel® SSD QLC 3D NAND

A medida que la tecnología NAND mejora en eficiencia y baja de precio, la necesidad de unidades mecánicas sigue disminuyendo. El último avance, los Intel® SSD QLC 3D NAND, pueden relegar los discos giratorios solamente a las situaciones de almacenamiento de datos más frías.

Los Intel® SSD QLC 3D NAND se han diseñado para proporcionar fiabilidad flash a densidades más altas y a precios asequibles. Estas ventajas ayudarán a eliminar barreras para sustituir los HDD tradicionales, que suelen ser más lentos y menos fiables, consumen más energía, requieren más refrigeración y ocupan una huella de datos mayor en comparación con las unidades flash.

Imagen 6. Al pasar de los HDD a los Intel® SSD QLC 3D NAND, las empresas pueden obtener ahorros considerables en energía, refrigeración y servicios con una huella pequeña del centro de datos6 7

Los Intel® SSD QLC 3D NAND pueden combinarse con la tecnología Intel® Optane™ para acelerar la velocidad de los datos a los que se accede con frecuencia, a la vez que se benefician de las ventajas en precio y capacidad de la tecnología flash frente a los HDD para el almacenamiento de capacidad masiva. Esto permite a las organizaciones llenar el vacío de coste/capacidad del almacenamiento entre las SSD Intel® Optane™ DC y los HDD. Además, como los Intel® SSD QLC 3D NAND proporcionan una gran fiabilidad y asequibilidad, muchas organizaciones los utilizan para sustituir a los HDD.

Consolide los datos con formatos nuevos e innovadores de Intel

Intel también llena el vacío de coste/capacidad del almacenamiento con formatos nuevos e innovadores. Ganador del premio de diseño Gold International Design Excellence Award en 2018, el formato “tipo regla” de 3D NAND de Intel para las SSD mejora la densidad, la manejabilidad y el mantenimiento junto con un diseño térmico eficiente que está revolucionando la arquitectura de servidores.

Como consecuencia de la forma y las características exclusivas de la unidad, basada en EDSFF, proveedores como Supermicro pueden encajar 32 unidades “tipo regla” de Intel en 32 TB, cada una en un único servidor de 1U, proporcionando hasta un petabyte de datos por servidor8.

Reinvente el almacenamiento del centro de datos

Las tecnologías Intel® permiten a las empresas modernas almacenar, procesar y gestionar de modo rápido y flexible enormes cantidades de datos para los análisis, la AI, la HPC y otras cargas de trabajo llenando los vacíos de memoria y almacenamiento con una completa gama de opciones: desde la memoria persistente Intel® Optane™ DC y la SSD Intel® Optane™ DC P4800X hasta los Intel® SSD QLC 3D NAND y las unidades de formato “tipo regla” de alta capacidad.

En conjunto, las tecnologías de almacenamiento y los productos Intel ofrecen a los arquitectos de centros de datos la flexibilidad necesaria para adaptar el rendimiento, la capacidad, la fiabilidad y la asequibilidad a sus cargas de trabajo y aplicaciones empresariales. Ha llegado el momento de reinventar la memoria y el almacenamiento con la tecnología Intel® Optane™ y la tecnología Intel® QLC 3D NAND.

Más información

Reinvente su centro de datos con las tecnologías de almacenamiento Intel. Visite intel.com/content/www/es/es/storage para comenzar.

Información sobre productos y rendimiento

1

Fuente - probado por Intel: el tiempo de respuesta se refiere a latencia de lectura media medida en una profundidad de cola de 1 durante carga de trabajo de escritura aleatoria de 4K utilizando FIO 3.1. Vea la configuración en la nota al pie de página 1 anterior.

2

Pruebas realizadas por Evaluator Group, encargadas por Intel. Vea detalles de la configuración en https://www.evaluatorgroup.com/document/lab-insight-latest-intel-technologies-power-new-performance-levels-vmware-vsan-2018-update/. Configuración anterior: procesador Intel® Xeon® E5-2699 v4, ESXI: ESXi600-201803001, compilación: 7967764, Ubuntu Linux 18.04, BIOS: 2600WT SE5C610.86B.01.01.0024. Medio de almacenamiento: 1 Intel®SSD serie DC S3700 de 800 GB + 6 Intel® SSD serie DC S3510 de 1,6 TB. Rendimiento: 320 IOmark-VM, Precio/rendimiento: 684 dólares/VM; Configuración actual: procesador Intel® Xeon® Gold 6154, ESXI: ESXi-6.7.0-8169922, compilación: 8169922, Ubuntu Linux 18.04, BIOS: SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427. Medio de almacenamiento: 2 Intel® SSD serie DC P4800X de 375 GB + 5 Intel® SSD serie DC P4500 de 4 TB, Rendimiento: 1152 IOmark-VM, Precio/rendimiento: 216 dólares/VM. Medio de almacenamiento: 1 Intel® SSD serie DC P3700 + 4 HDD Seagate de 1 TB 10K, Rendimiento: 88 IOmark-VM-HC, Precio/rendimiento: 2153 dólares / IOmark-VM-HC; Configuración actual: Medio de almacenamiento: 2 Intel® SSD serie DC P4800X + 4 Intel® SSD serie DC P4500 de 4 TB, Rendimiento: 704 IOmark-VM-HC. Precio/rendimiento: 684 dólares / IOmark-VM-HC.**. Precio/rendimiento: 237 dólares / IOmark-VM-HC. Los resultados de rendimiento se basan en pruebas realizadas a partir del lunes, 20 de agosto de 2018, y es posible que no reflejen todas las actualizaciones de seguridad disponibles públicamente. Consulte la publicación de la configuración para obtener más información.

3

Intel. Consulte las especificaciones del producto en la tabla en “Información sobre el producto: SSD Intel® Optane™ DC P4800X”. https://www.intel.es/content/www/es/es/products/docs/memory-storage/solid-state-drives/data-center-ssds/optane-ssd-dc-p4800x-p4801x-brief.html.

4

Los resultados de rendimiento se basan en pruebas realizadas a partir del jueves, 20 de septiembre de 2018 y es posible que no reflejen todas las actualizaciones de seguridad disponibles públicamente. Consulte la publicación de la configuración para obtener más información. Ningún producto o componente es completamente seguro. Fuente: Intel. Configuración del sistema: Sistema Intel® para servidores, 2 procesadores Intel® Xeon® Gold 6154, 384 GB de DRAM DDR4, unidades para base de datos: 2 SSD Intel® Optane™ DC P4800X (375 GB) y 1 Intel® SSD serie DC P4510, 1 Intel® SSD serie DC S4510, CentOS 7.5* (kernel 4.18 (elrepo)), BIOS: SE5C620.86B.00.01.0014.070920180847, tipo de producto del sistema: Placa Intel® S2600WFT para servidores. MySQL Server 8.0.13*, Sysbench 1.0.15* configurado para división de transacciones de procesamiento de transacciones en línea (OLTP) de 70/30 lectura/escritura utilizando una base de datos de 100 GB. 30 % de memoria de la base de datos proporcionada para MySQL (30 GB).

5

Los resultados de rendimiento se basan en pruebas realizadas en julio de 2018 y es posible que no reflejen todas las actualizaciones de seguridad disponibles públicamente. Consulte la publicación de la configuración para obtener más información. Ningún producto es completamente seguro. Fuente: Intel: Configuración del sistema: Placa Intel® S2600WFT para servidores sin marca, 2 procesadores Intel® Xeon® Gold 6154 a 3 GHz con 36 núcleos virtuales, 64 GB DIMM de DDR4 síncronos a 2666 MHz (0,4 ns) (4 x 16 GB), 1 NVM Express* (NVMe*), Peripheral Component Interconnect Express* (PCIe*), SSD Intel® Optane™ DC P4800X de 750 GB (versión del firmware: E2010324), 1 NVMe* PCIe*, Intel® SSD serie DC P4500 de 4 TB (versión del firmware: QDV10150), Intel® BIOS versión: SE5C620.86B.00.01.0013.030920180427, CentOS 7.4* distribución con 4.15.7 kernel. Vea info de OpenJDK* en: OpenJDK. “JDK 10.” Marzo de 2018. https://openjdk.java.net/projects/jdk/10/.

6

Ahorro en costes de energía, refrigeración y consolidación. Basado en HDD: HDD de 4 TB a 7,2K RPM, AFR de 2 % y 7,7 W de consumo activo, 24 unidades en 2U (1971 W de consumo total) https://www.seagate.com/files/www-content/datasheets/pdfs/exos-7-e8-data-sheet-DS1957-1-1709US-en_US.pdf SSD: 22 W de consumo activo, 44 % de AFR, 32 unidades en 1U (704 W de consumo total); Coste de refrigeración basado en términos de implementación de 5 años con un coste de vatios por hora de 158 dólares y un número de vatios para refrigerar 1 vatio 1,20 Basado en 24 unidades de 2U HDD de 3,5” y 32 unidades de 1U larga de EDSFF 1U. Almacenamiento híbrido basado en el uso de SSD de Intel® TTL para caché.

 

7

Ahorro en costes de sustitución de unidades. Cálculo: HDD 2 % de AFR x 256 unidades x 5 años = 25,6 sustituciones en 5 años; SSD: 0,44 % de AFR x 32 unidades x 5 años = 0,7 sustituciones en 5 años.

 

8

Supermicro. “El sistema soporta accesibilidad frontal intercambiable en caliente hasta 32 unidades EDSFF para hasta 1 PB de almacenamiento NVMe* de baja latencia rápida en 1U”. Fuente: “Supermicro Opens New Era of Petascale Computing with a Family of All-Flash NVMe 1U Systems Scalable up to a Petabyte of High Performance Storage.” Agosto de 2018. https://www.supermicro.com/newsroom/pressreleases/2018/press180807_Petabyte_NVMe_1U.cfm. Referencia de SuperStorage SSG-136R-NR32JBF: https://www.supermicro.com/products/system/1U/136/SSG-136R-NR32JBF.cfm.