El estándar EDSFF (Enterprise and Datacenter Storage Form Factor) está configurado para ofrecer cambios significativos en el panorama en constante evolución que son los centros de datos. Los hiperescaladores, proveedores de recursos informáticos masivos, han sabido identificar rápidamente los beneficios de este factor de forma. A medida que crece la demanda de mayor rendimiento, capacidad y eficiencia del almacenamiento y se expande la IA en la nube, el EDSFF demuestra ser muy versátil. Desde la perspectiva del almacenamiento flash, cada vez resulta más evidente que las unidades de 2,5 pulgadas y M.2, reliquias de la era de los discos duros giratorios tradicionales, no son capaces de ofrecer el mismo potencial que las unidades SSD NVMe basadas en flash y no son adecuadas para cumplir con los requisitos de los centros de datos modernos. Aparte de las mejoras en el rendimiento del almacenamiento, el EDSFF ofrece ventajas a los proveedores de infraestructura como servicio (IaaS) al ser compatible con otras aplicaciones además del almacenamiento, por lo que es una tecnología fundamental en la transformación de los centros de datos.
Un nuevo formato para algo más que flash
Definido por la organización SNIA SFF Technology Affiliate, el EDSFF aborda las limitaciones de los factores de forma e interfaces existentes utilizados en el almacenamiento del centro de datos. Los objetivos abarcan desde la mejora de la integridad de la señal, que es necesaria para garantizar la compatibilidad con futuros estándares PCIe, hasta ofrecer niveles de potencia más altos y respaldar un mejor flujo de aire y disipación de calor. Sin embargo, el estándar va más allá del almacenamiento para incluir la expansión de memoria (DRAM), la ampliación del rendimiento informático mediante aceleradores de IA/ML y la adición de tarjetas de red (NIC) gracias a una interfaz PCIe y un factor de forma estandarizados. Por lo tanto, al igual que con las tecnologías existentes, los hiperescaladores y los centros de datos se benefician de la adquisición múltiple al adquirir hardware.
Para aquellos que implementan las unidades SSD M.2 hoy en día en servidores y almacenamiento a hiperescala, el desplazamiento natural será probablemente al factor de forma E1. La versión corta, E1.S, mide alrededor de 112 mm de largo y 32 mm de ancho. El grosor comienza en unos 6 mm, aumenta a 8 mm cuando se incluye un dispersor de calor y se eleva hasta 25 mm con un disipador de calor (estos pueden ser simétricos o asimétricos). El consumo de energía para estos factores de forma está limitado entre 12 W y 25 W (Figura 1).
Figura 1. El volumen del factor de forma E1.S y la densidad de almacenamiento alcanzable se ven afectados por el enfoque de disipación de calor requerido. *El disipador de calor aumenta el espesor
Sin embargo, el grosor del factor de forma solo define las capacidades de disipación de calor de la unidad, ya que el hardware subyacente o fundamental, su capacidad y su rendimiento siguen siendo los mismos. Esto significa que, en sistemas de tamaño reducido, como los servidores blade y la computación frontera, el rendimiento y las excelentes capacidades térmicas del E1.S EDSFF permiten la sustitución de las unidades SSD M.2 y de 2,5 pulgadas. También es idóneo como sustitución para el arranque y el almacenamiento primario en sistemas de computación de alto rendimiento (HPC) e inteligencia artificial o aprendizaje automático. Los estudios también han demostrado que E1. S es compatible con los requisitos de potencia/rendimiento y bajo flujo de aire de los diseños de servidores de próxima generación que no se pueden obtener con M.2.
Figura 2. El factor de forma del E3.S EDSFF está bien posicionado para servidores empresariales de carga frontal.
En los servidores empresariales, el factor de forma E3 está mejor posicionado para reemplazar el almacenamiento U.2, con proveedores de servidores y componentes centrados en las especificaciones SFF-TA-1002 y SFF-TA-1008 (Figura 2). El formato E3.S corto varía en grosor de 7,5 a 16,8 mm, mide 76 mm de alto y casi 113 mm de largo. Se admiten hasta 16 carriles PCIe, aunque los SSD actuales suelen estar limitados a cuatro, y los perfiles de potencia disponibles admiten hasta 40 W. Los sistemas de demostración actuales han mostrado espacio para más de 40 unidades SSD NVMe E3.S en un rack de 1U (Figura 3).
El potencial de almacenamiento del EDSFF en la práctica
Hasta ahora, las mejoras de rendimiento en las soluciones de almacenamiento se podían implementar pasando de discos duros giratorios a un almacenamiento basado en flash o actualizando a las últimas unidades SSD flash. Por ejemplo, un JBOD antiguo requería 4U de espacio para alojar 90 unidades de disco duro de 3,5 pulgadas y 20 TB. Esto brinda 1,8 PB de almacenamiento, o 450 TB por U. El reto del almacenamiento de discos duros giratorios es el consumo de energía en reposo, que, en este caso, y según los datos de la ficha de producto, es de unos 510 W y alcanza un máximo de unos 640 W. Con alrededor de 0,28 W/TB en reposo y 0,36 W/TB en activo, esto requiere una considerable cantidad de disipación de calor y coste operativo de energía. Además, en funcionamiento, esta configuración suministra datos a unos 300 MB/s, lo que equivale a 40 MBps/W desde el punto de vista del consumo de energía.
Pasar a unidades SSD NVMe U.2 con algo como un Supermicro SYS-1029P-N32R de 1U mejora significativamente la utilización del rack. Teniendo en cuenta la integración de unidades de 32 × 32 TB, es posible lograr una densidad de almacenamiento de 1 PB por 1U. Al estar basado en flash, el consumo de energía es mucho menor en modo inactivo, alrededor de 160 W o 0,16 W/TB (según los datos de la ficha de producto). Por supuesto, en modo activo esta cifra se eleva a alrededor de 1000 W. Sin embargo, al ser más rápidos, los datos se pueden suministrar con más rapidez, lo que permite que las unidades se desactiven antes y pasen más tiempo inactivas. Cabe esperar que, desde el punto de vista del consumo de energía, se puedan alcanzar alrededor de 380 MBps/W. Por supuesto, también hay que tener en cuenta el aspecto del coste. Los administradores de centros de datos deben contar con gastos de entre cuatro y siete veces más por gigabyte. Sin embargo, esto queda compensado con el ahorro de energía y la mejora del rendimiento que se puede ofrecer a los clientes.
El cambio al almacenamiento flash EDSFF ofrece otra mejora en la densidad de almacenamiento en comparación con las unidades SSD NVMe U.2 (Figura 3). Los proveedores de servidores se encuentran actualmente en la fase de desarrollo, pero se ha trabajado en prototipos de sistemas. Nuevamente, utilizando un formato de 1U, 32 unidades E1.L (de 319 mm de longitud) con capacidad de 64 TB caben en el mismo volumen. Los requisitos de energía siguen siendo los mismos en los modos de funcionamiento inactivo y activo que con las unidades SSD U.2, pero debido a la duplicación de la capacidad, el consumo de energía en estado de inactividad se reduce a 0,08 W/TB. Debido a la longitud de línea de los chips de memoria en este factor de forma tan largo, el rendimiento de lectura/escritura secuencial es ligeramente inferior, situándose en torno a los 200 Mbps/W. Esto puede mejorar a medida que la tecnología evolucione y ofrece actualmente un aumento de cinco veces en comparación con el almacenamiento en discos duros giratorios.
Figura 3. El cambio al almacenamiento EDSFF duplica la capacidad con respecto al uso de las unidades SSD NVMe U.2 y requiere cuatro veces menos espacio que los discos duros giratorios.
EDSFF – Más que factor de forma y rendimiento
Por supuesto, el paso al EDSFF está vinculado a una importante ronda de inversiones. Pero compensar esto es un camino de preparación para el futuro que los factores de forma antiguos no ofrecerán. El PCIe 5.0 ya es compatible con el almacenamiento, como es el caso con la serie E3.S CD8P de KIOXIA, que cumple con gran parte de la especificación SSD NVMe v2.0 de Open Compute Project Datacenter (Figura 4). Estos se basan en la memoria BiCS FLASH TLC, lo que garantiza una excelente relación coste-capacidad y fiabilidad en estas aplicaciones.
Figura 4. Las unidades E3.S de la serie CD8P son compatibles con PCIe 5.0 y están diseñadas para cumplir con los requisitos de los hiperescaladores.
La interfaz del EDSFF también está diseñada para cumplir con los requisitos de integridad de la señal de las interfaces de alta velocidad actuales y futuras. Está claro que M.2 no va a adoptarlos y no puede lograr un PCIe 4.0 completo (16 giga transferencias por segundo, GT/s) dentro del rango de consumo energético de 8,25 W, especialmente a mayores capacidades. El E1 EDSFF lo aborda y también le da un impulso a la capacidad de servicio. El intercambio en caliente es posible desde la parte frontal del servidor, lo que simplifica el mantenimiento y minimiza el tiempo de inactividad. Además, gracias a un mecanismo de detección de presencia, los servidores pueden reconocer las características específicas de cada unidad, incluida la capacidad, la velocidad y el factor de forma, lo que reduce el riesgo de errores de configuración.
En comparación, la interfaz de U.2 puede soportar la integridad de la señal requerida por el estándar PCIe 5.0. Sin embargo, el E3 EDSFF está diseñado para admitir velocidades de señal más allá de PCIe 5.0 y, al mismo tiempo, ser compatible con envolventes de mayor potencia. El PCIe 6.0 también aparecerá en un futuro pronto, lo cual aumentará aún más el ancho de banda y el IOP. Esto proporciona más rendimiento y tiempos de reconstrucción de RAID más rápidos cuando se reemplazan unidades defectuosas, lo cual se reduce de días a minutos u horas. Debido al aumento de la velocidad, hasta puede ser posible reducir el número de unidades de paridad de tres a dos, ya que se reduce la probabilidad de que falle una unidad de grupo adicional durante la reconstrucción. Esto se suma a la mejor descripción general de fallas pendientes que ofrecen las unidades SSD.
En general, el EDSFF es mucho más que un nuevo factor de forma. No se limita al almacenamiento, ya que admite aceleradores, memoria y NIC. Esto permite a los hiperescaladores y a la IaaS innovar con los servicios que ofrecen. También simplifica la gestión del centro de datos, desde el reemplazo de unidades hasta los tiempos de reconstrucción, lo que reduce los requisitos de espacio en rack y reduce el consumo de energía. Este último aspecto es una consideración crítica, ya que se presta más atención a las iniciativas ecológicas y al cumplimiento de los objetivos de sostenibilidad. Sabiendo que obtener todo esto junto con más IOPS y un camino seguro hacia un mayor rendimiento en los próximos años, ¿cómo encontrarle alguna pega?
