En un entorno empresarial cada vez más competitivo, la velocidad es la clave para sobrevivir y prosperar. Hoy en día, NVMe (Non-Volatile Memory Express) ofrece el rendimiento más rápido posible para ayudarte a alcanzar tus objetivos empresariales.
Históricamente, el protocolo SAS (Serial Attached SCSI), diseñado para discos duros tradicionales, limitaba el rendimiento de los SSD debido a arquitecturas complejas, una sobrecarga de protocolos que deben analizarse y un manejo limitado de las colas concurrentes. Sin embargo, NVMe surgió para reemplazar capas complejas como el Programador de E/S y el protocolo SCSI, con un enfoque más directo y eficiente. El resultado es un protocolo más rápido, inteligente e intuitivo, lo que se refleja en su rendimiento sobresaliente en matrices all-flash (AFA).
Huawei ha invertido de manera significativa en la investigación de los protocolos NVMe, desarrollando soluciones que abarcan desde los controladores flash NVMe hasta los sistemas operativos y SSD NVMe, logrando una integración completa que asegura una latencia estable de 0,5 ms en sus soluciones all-flash.
Arquitectura: SAS vs. NVMe
A pesar de que los AFA basados en NVMe superan en rendimiento a los basados en SAS, la pregunta sigue siendo: ¿cómo lo logran?
Capa de Transmisión
En los sistemas SAS, las E/S viajan de la siguiente manera:
- Las E/S se transmiten desde las CPU a los chips SAS a través de los enlaces y conmutadores PCIe.
- Las E/S se convierten en paquetes SAS antes de llegar a los SSD mediante los chips de conmutación SAS.
En contraste, en los sistemas basados en NVMe, las E/S viajan de forma más directa y eficiente:
- Las E/S se transmiten desde las CPU a los SSD NVMe a través de enlaces PCIe.
- Las CPU se comunican directamente con los SSD NVMe a través de una ruta de transmisión más corta, lo que aumenta la eficiencia y reduce la latencia.
Análisis de Protocolos
Otra diferencia significativa radica en la capa de análisis de protocolos. En el protocolo SCSI (usado en sistemas SAS), una solicitud de escritura de datos requiere 4 interacciones de protocolo. Sin embargo, NVMe solo necesita 2 interacciones, lo que mejora significativamente la eficiencia y reduce la sobrecarga en la comunicación.
Encapsulación de Protocolos
En el caso de SAS, las solicitudes de E/S deben pasar por una doble encapsulación de protocolos (SCSI y SAS), lo que incrementa la latencia. Por el contrario, el protocolo NVMe utiliza solo una capa de encapsulación, lo que reduce los costos de procesamiento en un 50%, optimizando el uso de la CPU y acelerando la transferencia de datos.
Concurrencia de Múltiples Colas
Mientras que SAS admite una única cola para las solicitudes de E/S, NVMe soporta hasta 64,000 colas, cada una con un máximo de 64,000 comandos simultáneos. Esto permite una mayor concurrencia, optimizando el rendimiento en entornos con múltiples canales y SSDs.
Mecanismo de Bloqueo y Programación de E/S
El sistema de programación de E/S en SAS, al depender de una cola única, puede generar cuellos de botella en entornos de múltiples núcleos. Por el contrario, NVMe ha sido diseñado para evitar estos bloqueos, permitiendo un procesamiento paralelo óptimo con múltiples subprocesos, lo que resulta en un mayor rendimiento sin conflictos de procesamiento de E/S.
Optimización del Sistema Operativo
El sistema operativo de almacenamiento basado en NVMe está optimizado para trabajar con discos flash, utilizando algoritmos avanzados de coordinación entre el controlador de disco, lo que mejora aún más la eficiencia y la latencia.
Los Desafíos del Protocolo NVMe
Aunque NVMe ofrece un rendimiento nunca antes visto, también presenta desafíos. Entre los principales se incluyen:
- Puertos PCIe Dual no nativos: Algunos SSD NVMe, como los de Intel, utilizan puertos PCIe duales implementados a través de conmutadores internos, lo que puede afectar la confiabilidad del sistema.
- Conexión en caliente PCIe tradicional: La capacidad de reemplazar SSDs en caliente puede generar problemas de rendimiento si no se implementa correctamente, afectando la experiencia del usuario.
- Fiabilidad de datos: Con el uso de discos de gran capacidad, la fiabilidad de los datos se convierte en un desafío crítico.
- Diseño de confiabilidad entre sitios: La confiabilidad no solo debe garantizarse a nivel de dispositivo, sino también entre diferentes centros de datos, lo que requiere soluciones innovadoras.
La Solución de Huawei para los Desafíos de NVMe
Huawei ha desarrollado soluciones avanzadas para superar estos desafíos y garantizar un rendimiento fiable y seguro:
- Tecnología de doble puerto PCIe nativa: Los SSD NVMe de Huawei cuentan con doble puerto PCIe 3.0 x2 independiente, lo que asegura una alta disponibilidad y redundancia, mejorando la confiabilidad del sistema.
- Conexión en caliente de alto rendimiento: Huawei, con su experiencia en telecomunicaciones, ha diseñado un sistema PCIe que permite la extracción y reemplazo de SSDs sin interrumpir el servicio, garantizando la confiabilidad en entornos de alta disponibilidad.
- Protección de datos avanzada: La tecnología RAID-TP de Huawei, basada en Erasure Code (EC), puede tolerar la falla simultánea de hasta tres discos, algo que solo unos pocos proveedores en la industria pueden ofrecer. Además, Huawei implementa un sistema de virtualización global para reconstruir los datos en solo 30 minutos, superando la capacidad de otros sistemas que tardan horas.
- Protección de datos entre sitios: Huawei ofrece tecnologías como instantáneas, clones y replicación remota, garantizando una solución de protección de datos completa para entornos locales y remotos.
Preparándote para el Futuro
El almacenamiento tradicional en discos duros presenta una latencia superior a 10 ms debido al tiempo de búsqueda. Por el contrario, los SSD han reducido esta latencia a aproximadamente 5 ms. Sin embargo, los AFA (All-Flash Arrays) diseñados específicamente para SSD han logrado reducir la latencia del sistema a menos de 1 ms.
En el futuro, el almacenamiento all-flash con tecnologías como NVMe over Fabrics y los medios SCM (Storage Class Memory) representarán el siguiente paso en la evolución del almacenamiento empresarial. Estos avances permitirán a las empresas superar las brechas de rendimiento entre la DRAM y las SSD NAND, alcanzando tiempos de respuesta ultrarrápidos de 250 μs.
Huawei está liderando esta revolución tecnológica, ofreciendo soluciones NVMe over Fabrics que permiten compartir recursos SSD de manera eficiente y con baja latencia. La arquitectura de red optimizada de Huawei (32 Gbps FC y 100 GE full-IP) simplifica la gestión de centros de datos y reduce los costos operativos, brindando una solución de almacenamiento más competitiva y rentable.
Conclusión: Prepárate para el Futuro con Huawei
El almacenamiento all-flash NVMe de Huawei no solo responde a las necesidades actuales de las empresas, sino que también está preparado para el futuro. Con innovaciones en protección de datos, confiabilidad y rendimiento, Huawei está listo para impulsar el próximo capítulo en la evolución del almacenamiento empresarial. ¿Estás listo para dar el siguiente paso y construir el almacenamiento all-flash más competitivo? Entonces piensa en Huawei.
