¿Qué es la memoria persistente?

En el panorama actual de datos en rápida evolución, las empresas buscan constantemente soluciones de almacenamiento innovadoras para mejorar las capacidades y, al mismo tiempo, maximizar los costos. A medida que las empresas crean más datos, la memoria y el almacenamiento de alta densidad y alto rendimiento serán fundamentales para administrarlo todo y obtener más valor de él.

Uno de estos avances fue la memoria persistente, una tecnología revolucionaria que representa un nuevo nivel en la jerarquía de almacenamiento. Esta tecnología, que surgió en 2019, combina la velocidad de la memoria volátil con la retención de datos de los dispositivos de almacenamiento tradicionales. 

Las primeras encarnaciones de la memoria persistente, como Intel Optane, se han interrumpido, pero los problemas que pretendía resolver aún existen. Aquí le mostramos lo que la memoria persistente podría hacer y hacia dónde pueden conducir las investigaciones futuras.

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¿Qué es la memoria persistente?

La memoria persistente (o PMEM) es una memoria de computadora de estado sólido y alto rendimiento que conserva los datos incluso cuando se apaga la alimentación. A diferencia de la memoria volátil, como la memoria de acceso aleatorio (RAM), que pierde todos sus datos cuando el sistema está apagado, la memoria persistente conserva la información, lo que permite un acceso más rápido a los datos y un mejor rendimiento del sistema al reiniciar.

¿Cómo funciona la memoria persistente?

La tecnología de memoria persistente se construyó sobre componentes de memoria no volátil (NVM), que almacenan datos de manera persistente. La unidad de procesamiento central (CPU), ilustrada anteriormente, pudo acceder directamente a estos datos, lo que significaba que podía eludir las demoras asociadas con los dispositivos de almacenamiento tradicionales, como las unidades de disco duro (HDD) o las unidades de estado sólido (SSD). También residía directamente en el bus de memoria, lo cual era diferente porque le permitía a PMEM acceder a datos como lo ha hecho la memoria tradicional del sistema.

La memoria persistente se integra sin problemas en la jerarquía de memoria ilustrada anteriormente, que reside entre la memoria volátil y los dispositivos de almacenamiento. Ejemplos como Optane funcionaban de manera similar a la RAM, pero conservaban datos como una SSD, lo que cerraba la brecha entre la memoria de alta velocidad y el almacenamiento duradero.

PMEM se puede ejecutar en dos modos, lo que ofrece acceso a diferentes conjuntos de capacidades:

• Modo de memoria: Un servidor utiliza PREM como memoria, y DRAM administrará los datos a los que se accede con mayor frecuencia, mientras que PMEM proporciona capacidad de memoria para admitir análisis de big data, bases de datos virtualizadas, etc. Nota: Los datos no se guardan en caso de pérdida de energía en este modo.
• Modo directo de la aplicación: Los datos que no necesitan almacenarse de forma permanente pueden ejecutarse en DRAM, mientras que los datos que sí necesitan ser persistentes pueden enrutarse al PMEM. En lugar de que PMEM funcione como RAM, funciona como almacenamiento. Puede colocar un espacio de nombres o un sistema de archivos en la parte superior del PMEM para bases de datos en memoria, cargas de trabajo de big data y aplicaciones de almacenamiento ultrarrápido en cualquier momento que desee aprovechar una conexión rápida entre el almacenamiento y el procesador para que los datos puedan escribirse de un lado a otro con mucha facilidad.

Por qué la RAM no es adecuada para el almacenamiento persistente

Si bien la RAM proporciona un acceso rápido a los datos, su naturaleza volátil la hace inadecuada para el almacenamiento a largo plazo. La memoria persistente, por otro lado, combina la velocidad de la RAM con las características no volátiles de los dispositivos de almacenamiento, lo que la hace ideal para aplicaciones que requieren velocidad y durabilidad de datos.

Casos de uso para la memoria persistente

La tecnología de memoria persistente se adoptó en varias aplicaciones, desde bases de datos y plataformas de análisis hasta inteligencia artificial y virtualización. Los casos de uso que podrían beneficiarse de encarnaciones posteriores de la tecnología son aquellos que requieren aplicaciones de almacenamiento ultrarrápido, como: 

• Bases de datos en memoria como SAP HANA
• Cargas de trabajo de Big Data como Hadoop
• Virtualización: Aumento del rendimiento del servidor
• Secuenciación genómica: El acceso rápido a los datos acelera la investigación y el análisis genéticos.
• Aprendizaje automático e AI: El almacenamiento rápido para acceder a conjuntos de datos de entrenamiento acelera los tiempos de entrenamiento, lo que permite el desarrollo de aplicaciones de AI más sofisticadas.
• Procesamiento de IoT datos IoT: Las soluciones de almacenamiento ultrarrápido permiten que las empresas extraigan información valiosa y respondan a los eventos generados por IoT de inmediato.
• Análisis de amenazas en ciberseguridad
• Edición y renderización de videos: Garantizar la reproducción, edición y renderización sin problemas de los proyectos de video
• Juegos: Las aplicaciones de juegos requieren un almacenamiento rápido para cargar rápidamente los activos, las texturas y los niveles del juego, lo que mejora la experiencia de juego al reducir los tiempos de carga y garantizar un juego sin problemas.

Diferencias entre almacenamiento volátil y memoria persistente

El almacenamiento volátil, representado por RAM, pierde datos cuando el sistema se apaga. Por el contrario, la memoria persistente conserva la información, lo que garantiza la integridad y durabilidad de los datos. Esta distinción fundamental es fundamental en entornos empresariales donde la confiabilidad de los datos es primordial.

DRAM frente a memoria persistente

La memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM) es rápida, pero es volátil o “efímera”. La DRAM puede incluir funciones como registro, almacenamiento en búfer y corrección de errores, pero incluso con esta resistencia, perderá datos si se produce una falla de energía o un corte del servidor. 

Debido a que la DRAM se ha convertido en una mayor proporción de costos de servidor, la memoria persistente puede combinar velocidad, resistencia y capacidad con no volatilidad, lo que la convierte en una excelente opción para aplicaciones que exigen un rápido acceso y retención de datos. Y PMEM era en gran medida más barato por gigabyte que DRAM.

SSD y HDD frente a memoria persistente

Los dispositivos de almacenamiento tradicionales, como SSD y HDD, ofrecen durabilidad, pero un acceso de datos comparativamente más lento. La memoria persistente puede superar esta limitación al proporcionar tiempos de acceso rápidos mientras se preservan los datos, lo que mejora la velocidad y la confiabilidad en las soluciones de almacenamiento empresarial. Además, a diferencia de flash, PMEM se encuentra directamente en el bus de memoria.

¿Cómo se integra PMEM en una arquitectura existente?

PMEM representó un paso importante hacia adelante desde las arquitecturas de memoria heredadas hasta las arquitecturas de memoria por niveles. La diferencia clave fue que PMEM se sentó directamente en el bus de memoria, pero ofreció almacenamiento mejorado. De esta manera, era casi como un nivel completamente nuevo en la jerarquía de almacenamiento.

En una arquitectura de memoria heredada, tendría un solo grupo de DRAM. Sin embargo, PMEM permitió una arquitectura de memoria por niveles de 1:4. PMEM podría actuar como un nivel de capacidad debajo de la capa DRAM, que puede actuar como un nivel de caché rápido. Esto permite que la DRAM maneje el rendimiento, pero con más capacidad de memoria que la DRAM sola. Los datos en caliente se utilizaron en la DRAM y los datos en caliente se utilizaron en PMEM.

Sin embargo, los casos de uso son importantes. No sería rentable reemplazar todos los SSD y HDD por PMEM. Pero permitir un rendimiento y una capacidad óptimos sin el costo de la DRAM fue una victoria (de corta duración).

¿Qué sucede con la memoria de clase de almacenamiento (SCM)?

La memoria de clase de almacenamiento (SCM) es un término general que abarca varias tecnologías de memoria no volátil, incluida la memoria persistente. La memoria persistente, como subconjunto de SCM, ofrece almacenamiento de datos no volátiles de alta velocidad, lo que lo convierte en un componente vital en las arquitecturas empresariales modernas.

NVMe frente a PMEM

La memoria no volátil express (NVMe ) y la memoria persistente eran tecnologías complementarias. NVMe acelera la transferencia de datos entre la CPU y los dispositivos de almacenamiento, mientras que PMEM mejora el rendimiento general del sistema al proporcionar un acceso rápido y persistente a los datos.

Beneficios de la memoria persistente

La integración de la memoria persistente en los sistemas empresariales podría generar varias ventajas, entre ellas: 

• Rendimiento mejorado
• Latencia reducida
• Versatilidad, con diferentes modos de operación que ofrecen acceso a dos conjuntos diferentes de capacidades
• Escalabilidad mejorada
• La no volatilidad garantiza el acceso continuo a los datos, incluso durante una pérdida inesperada de energía, un choque o un apagado del sistema. La tecnología de memoria persistente facilita la persistencia de datos sin interrupciones, lo que garantiza que la información crítica se proteja incluso durante cortes de energía o fallas del sistema.
• Mejor costo total de propiedad (TCO) y asequibilidad. Como mencionamos anteriormente, también es más grande sin aumentar drásticamente los costos. Los tamaños típicos de RAM DIMM incluyen 16, 32, 64, 128 y 256GB, pero los costos aumentan drásticamente con el tamaño. Con PMEM, los tamaños comienzan con 128GB luego aumentan a 256GB y 512GB. Incluir seis de esos dispositivos de 512GB por procesador en un servidor proporcionará tres por procesador, lo que suma hasta 6TB de memoria. Si bien la RAM actúa como caché y el PMEM actúa como RAM, dos sockets serían 6TB de RAM.
• Mejor seguridad para los datos en memoria con complementos de encriptación

Rendimiento mejorado con memoria persistente

Al minimizar las demoras en el acceso a los datos, la memoria persistente podría aumentar significativamente el rendimiento de la aplicación. Los cálculos complejos, el procesamiento de datos a gran escala y el análisis en tiempo real se beneficiaron de la recuperación rápida de datos que permite la tecnología de memoria persistente.

Memoria persistente y persistencia de datos

La persistencia de datos es esencial en entornos empresariales donde el acceso ininterrumpido a la información crítica es primordial. La memoria persistente garantiza la retención de datos, lo que permite a las empresas recuperarse rápidamente después de las fallas del sistema y garantizar operaciones continuas. 

¿La memoria persistente era escalable?

Sí, la memoria persistente era altamente escalable. Las empresas podrían ampliar sus capacidades de almacenamiento al agregar módulos de memoria más persistentes para adaptarse a los crecientes requisitos de datos. 

Posibles desventajas de la memoria persistente

Si bien la memoria persistente ofrecía numerosas ventajas, había cosas que considerar, como: 

• Problemas de compatibilidad
• Costos más altos en comparación con el almacenamiento tradicional
• Opciones de capacidad limitada 

¿La memoria persistente era costosa?

PMEM se utilizó mejor de manera estratégica, por ejemplo, cuando se requería una mayor memoria del sistema, ya que era más costoso que NVMe SSD y 3D NAND SSD.

Los módulos de memoria persistentes eran más costosos que las opciones de almacenamiento tradicionales, como HDD o SSD. Sin embargo, es probable que el diferencial de costos haya sido mitigado por las ganancias en el rendimiento y la confiabilidad mejorada de los datos. 

¿Se reanudará la memoria persistente?

Se interrumpió la línea de productos Optane de Intel, pero la investigación podría continuar progresando con alternativas a la memoria persistente, como la estratificación de memoria.

Conclusiones

La memoria persistente representó un cambio de paradigma en el almacenamiento empresarial, que ofrece un potencial para un nuevo nivel, uno basado en la velocidad y la confiabilidad. Su capacidad para combinar los mejores aspectos de la memoria volátil y los dispositivos de almacenamiento tradicionales la convirtieron en una tecnología innovadora antes de que se retirara.

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