O que é memória persistente?

No cenário atual de dados em rápida evolução, as empresas estão constantemente buscando soluções inovadoras de armazenamento para melhorar os recursos enquanto maximizam os custos. À medida que as empresas criam mais dados, a memória e o armazenamento de alta densidade e alto desempenho serão essenciais para gerenciar tudo e obter mais valor com isso.

Um desses avanços foi a memória persistente, uma tecnologia revolucionária que representa uma nova camada na hierarquia de armazenamento. Essa tecnologia, que surgiu em 2019, combina a velocidade da memória volátil com a retenção de dados de dispositivos de armazenamento tradicionais. 

As primeiras encarnações da memória persistente, como o Intel Optane, foram descontinuadas, mas os problemas que ela pretendia resolver ainda existem. Veja o que a memória persistente pode fazer e onde pesquisas futuras podem levar.

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O que é memória persistente?

A memória persistente (ou PMEM, Persistent Memory) é uma memória de computador de alto desempenho e estado sólido que retém dados mesmo quando a energia é desligada. Ao contrário da memória volátil, como a memória de acesso aleatório (RAM, random access memory), que perde todos os dados quando o sistema é desligado, a memória persistente preserva as informações, permitindo acesso mais rápido aos dados e melhor desempenho do sistema após a reinicialização.

Como funciona a memória persistente?

A tecnologia de memória persistente foi desenvolvida em componentes de memória não volátil (NVM, Non-volatile Memory), que armazenam dados persistentemente. Esses dados eram diretamente acessíveis pela unidade de processamento central (CPU, Central Processing Unit), ilustrada acima, o que significava que poderiam contornar os atrasos associados aos dispositivos de armazenamento tradicionais, como unidades de disco rígido (HDDs, Hard-Disk Drives) ou unidades de estado sólido (SSDs, Solid-State Drives). Ele também residia diretamente no barramento de memória, o que era diferente porque permitia que a PMEM acessasse dados como a memória tradicional do sistema.

A memória persistente se integra perfeitamente à hierarquia de memória ilustrada acima, que reside entre a memória volátil e os dispositivos de armazenamento. Exemplos como a Optane operaram de maneira semelhante à RAM, mas mantiveram dados como um SSD, preenchendo a lacuna entre memória de alta velocidade e armazenamento durável.

A PMEM pode ser executada em dois modos, oferecendo acesso a diferentes conjuntos de recursos:

• Modo de memória: Um servidor usa o PREM como memória, e a DRAM gerenciará os dados acessados com mais frequência, enquanto a PMEM fornece capacidade de memória para dar suporte à análise de Big Data, bancos de dados virtualizados, etc. Observação: Os dados não são salvos no caso de perda de energia neste modo.
• Modo direto do aplicativo: Os dados que não precisam ser armazenados permanentemente podem ser executados na DRAM, enquanto os dados que precisam ser persistentes podem ser encaminhados para a PMEM. Em vez de ter a PMEM operando como RAM, ela funciona como armazenamento. Você pode colocar um namespace ou sistema de arquivos em cima da PMEM para bancos de dados na memória, cargas de trabalho de Big Data e aplicativos de armazenamento ultrarrápido sempre que quiser aproveitar uma conexão rápida entre armazenamento e processador para que os dados possam ser gravados com muita facilidade.

Por que a RAM não é adequada para armazenamento persistente

Embora a RAM forneça acesso rápido aos dados, sua natureza volátil a torna inadequada para armazenamento de longo prazo. A memória persistente, por outro lado, combina a velocidade da RAM com as características não voláteis dos dispositivos de armazenamento, tornando-a ideal para aplicativos que exigem velocidade e durabilidade de dados.

Casos de uso para memória persistente

A tecnologia de memória persistente foi adotada em vários aplicativos, desde bancos de dados e plataformas de análise até inteligência artificial e virtualização. Casos de uso que podem se beneficiar de encarnações posteriores da tecnologia são aqueles que exigem aplicativos de armazenamento ultrarrápido, como: 

• Bancos de dados na memória, como SAP HANA
• Cargas de trabalho de Big Data, como Hadoop
• Virtualização: Aumento do desempenho do servidor
• Sequenciamento genômico: O acesso rápido aos dados acelera a análise e a pesquisa genética
• Aprendizado de máquina e AI: O armazenamento rápido para acessar conjuntos de dados de treinamento acelera os tempos de treinamento, permitindo o desenvolvimento de aplicativos de AI mais sofisticados.
• Processamento IoT de dados : As soluções de armazenamento ultrarrápido permitem que as empresas extraiam insights valiosos e respondam a eventos gerados pela IoT imediatamente.
• Análise de ameaças em cibersegurança
• Edição e renderização de vídeo: Garantir reprodução, edição e renderização uniformes de projetos de vídeo
• Jogos: Os aplicativos de jogos exigem armazenamento rápido para carregar ativos, texturas e níveis de jogos rapidamente, melhorando a experiência de jogos reduzindo os tempos de carregamento e garantindo um gameplay contínuo.

Diferenças entre armazenamento volátil e memória persistente

O armazenamento volátil, representado pela RAM, perde dados quando o sistema é desligado. Por outro lado, a memória persistente retém informações, garantindo integridade e durabilidade dos dados. Essa distinção fundamental é fundamental em ambientes corporativos onde a confiabilidade dos dados é primordial.

DRAM x memória persistente

A memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM, Dynamic random access memory) é rápida, mas é volátil, ou “efêmera”. A DRAM pode incluir recursos como registro, buffer e correção de erros, mas mesmo com essa resiliência, ela perderá dados se houver uma falha de energia ou falha do servidor. 

Como a DRAM se tornou uma proporção maior de custos de servidor, a memória persistente pode combinar velocidade, resiliência e capacidade com não volatilidade, tornando-a uma ótima opção para aplicativos que exigem acesso e retenção rápidos de dados. Além disso, a PMEM era muito mais barata por gigabyte do que a DRAM.

SSDs e HDDs x memória persistente

Os dispositivos de armazenamento tradicionais, como SSDs e HDDs, oferecem durabilidade, mas um acesso aos dados relativamente mais lento. A memória persistente pode superar essa limitação fornecendo tempos de acesso rápidos enquanto preserva os dados, aumentando a velocidade e a confiabilidade em soluções de armazenamento corporativo. Além disso, ao contrário do flash, a PMEM fica diretamente no barramento de memória.

Como a PMEM é integrada a uma arquitetura existente?

A PMEM representou um importante passo para frente, desde arquiteturas de memória legadas até arquiteturas de memória em camadas. A principal diferença foi que a PMEM sentava diretamente no barramento de memória, mas oferecia armazenamento aprimorado. Dessa forma, era quase como uma camada totalmente nova na hierarquia de armazenamento.

Em uma arquitetura de memória legada, você teria um único pool de DRAM. No entanto, a PMEM permitiu uma arquitetura de memória em camadas de 1:4. A PMEM pode atuar como uma camada de capacidade abaixo da camada DRAM, que pode atuar como uma camada de cache rápido. Isso permite que a DRAM lide com o desempenho, mas com mais capacidade de memória do que a DRAM sozinha. Os dados ativos foram na DRAM e os dados ativos foram na PMEM.

No entanto, os casos de uso são importantes. Não seria econômico substituir todos os SSDs e HDDs por PMEM. No entanto, permitir desempenho e capacidade ideais sem o custo da DRAM foi uma vitória (de curta duração).

E quanto à memória de classe de armazenamento (SCM, Storage Class Memory)?

A memória de classe de armazenamento (SCM, Storage-Class Memory) é um termo abrangente que engloba várias tecnologias de memória não volátil, incluindo memória persistente. A memória persistente, como um subconjunto do SCM, oferece armazenamento de dados não volátil de alta velocidade, tornando-a um componente vital nas arquiteturas corporativas modernas.

NVMe x PMEM

A memória não volátil expressa (NVMe ) e a memória persistente eram tecnologias complementares. O NVMe acelera a transferência de dados entre a CPU e os dispositivos de armazenamento, enquanto a PMEM melhora o desempenho geral do sistema ao fornecer acesso rápido e persistente aos dados.

Benefícios da memória persistente

A integração da memória persistente aos sistemas corporativos pode gerar várias vantagens, incluindo: 

• Desempenho aprimorado
• Latência reduzida
• Versatilidade , com diferentes modos de operação que oferecem acesso a dois conjuntos diferentes de recursos
• Escalabilidade aprimorada
• A não volatilidade garante acesso contínuo aos dados, mesmo durante uma perda inesperada de energia, falha ou desligamento do sistema. A tecnologia de memória persistente facilita a persistência contínua dos dados, garantindo que as informações essenciais sejam protegidas mesmo durante quedas de energia ou falhas do sistema.
• Melhor custo total de propriedade (TCO ) e acessibilidade. Como mencionamos acima, também é maior sem aumentar drasticamente os custos. Os tamanhos típicos de DIMM RAM incluem 16, 32, 64, 128 e 256GB, mas os custos aumentam drasticamente com o tamanho. Com a PMEM, os tamanhos começam com 128GB aumentam para 256GB e 512GB. Incluir seis desses dispositivos de 512GB por processador em um servidor fornecerá três por processador, somando até 6TB de memória. Embora a RAM atue como cache e a PMEM atue como RAM, dois soquetes seriam 6TB de RAM.
• Melhor segurança para dados na memória com complementos de criptografia

Melhor desempenho com memória persistente

Ao minimizar os atrasos no acesso aos dados, a memória persistente pode aumentar significativamente o desempenho dos aplicativos. Computações complexas, processamento de dados em grande escala e análise em tempo real se beneficiaram da recuperação rápida de dados habilitada pela tecnologia de memória persistente.

Memória persistente e persistência de dados

A persistência de dados é essencial em ambientes corporativos onde o acesso ininterrupto a informações essenciais é primordial. A memória persistente garantiu a retenção de dados, permitindo que as empresas se recuperassem rapidamente após falhas do sistema e garantindo operações contínuas. 

A memória persistente era escalável?

Sim, a memória persistente era altamente escalável. As empresas poderiam expandir suas capacidades de armazenamento adicionando módulos de memória mais persistentes para atender aos crescentes requisitos de dados. 

Possíveis desvantagens da memória persistente

Embora a memória persistente oferecesse várias vantagens, havia coisas a considerar, como: 

• Problemas de compatibilidade
• Custos mais altos em comparação com o armazenamento tradicional
• Opções de capacidade limitada 

A memória persistente era cara?

A PMEM foi mais bem usada estrategicamente, por exemplo, quando era necessária mais memória do sistema, pois era mais cara do que o NVMe SSD e o 3D NAND SSD.

Os módulos de memória persistentes eram mais caros do que as opções de armazenamento tradicionais, como HDDs ou SSDs. No entanto, o diferencial de custo provavelmente poderia ter sido mitigado por ganhos de desempenho e maior confiabilidade dos dados. 

A memória persistente será ressuscitada?

A linha de produtos Optane da Intel foi descontinuada, mas a pesquisa poderia continuar a progredir ainda mais com alternativas à memória persistente, como o hierarquização de memória.

Conclusão

A memória persistente representou uma mudança de paradigma no armazenamento corporativo, oferecendo um potencial para uma nova camada, baseada em velocidade e confiabilidade. Sua capacidade de combinar os melhores aspectos da memória volátil e dos dispositivos de armazenamento tradicionais fez dela uma tecnologia inovadora antes de ser desativada.

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