Servidor all-flash: o que é, diferenças para discos e storages híbridos, workloads (BDs, VMs, VDI), latência/IOPS, compressão, deduplicação e RAID.
Servidor all flash é um sistema de armazenamento que utiliza apenas unidades de estado sólido (SSDs) em vez de discos rígidos mecânicos (HDDs). Esse design elimina completamente as partes móveis, o que reduz drasticamente o tempo para acessar dados e multiplica as taxas de transferência. O equipamento funciona acessando informações eletronicamente por meio de células de memória NAND flash, um processo milhares de vezes mais rápido que o movimento da cabeça de leitura em um disco magnético. Essa característica torna a solução ideal para cargas de trabalho que exigem respostas imediatas, como bancos de dados transacionais ou ambientes de virtualização. O principal ganho dessa arquitetura é a imensa queda na latência. Enquanto um HDD corporativo rápido mede seu tempo de resposta em milissegundos, muitos SSDs operam na casa dos microssegundos. Essa diferença fundamental incrementa positivamente o desempenho de todas as aplicações executadas.
Um storage tradicional baseado em disco depende de pratos giratórios, uma tecnologia mecânica com claras limitações físicas. Ele é bastante lento para operações de acesso aleatório, embora ainda apresente um custo por terabyte muito baixo, o que justifica seu uso em algumas aplicações. Já uma solução de armazenamento híbrida busca equilibrar custo com performance. Ela combina alguns SSDs para cache de dados "quentes" com a grande capacidade dos HDDs para arquivos "frios". Essa abordagem melhora a velocidade, mas seu desempenho frequentemente é inconsistente porque depende da eficiência do cache. O servidor all flash, por outro lado, entrega um desempenho consistentemente alto para todos os dados, sem distinção. Não existe atraso por tiering ou falhas no cache. Portanto, sua previsibilidade representa uma enorme vantagem para aplicações empresariais críticas.
Bancos de dados transacionais, como os baseados em SQL, são os principais candidatos para essa tecnologia. Eles executam inúmeras operações de leitura e escrita por segundo. Uma solução all flash lida com essas altas cargas de IOPS sem criar filas, o que acelera consultas e a geração de relatórios. Ambientes virtualizados também recebem um benefício imenso. Um único storage all flash suporta centenas de máquinas virtuais ou desktops virtuais (VDI) simultaneamente. Ele ainda elimina o problema do "boot storm", situação em que múltiplos logins ao mesmo tempo paralisariam um armazenamento baseado em discos. Computação de alto desempenho, análise de dados em tempo real e edição de vídeo profissional são outras áreas onde a tecnologia se destaca. Qualquer aplicação sensível à latência do armazenamento verá uma melhora substancial com um servidor de estado sólido.
Para colocar os números em perspectiva, um hard disk corporativo de ponta talvez entregue cerca de 200 IOPS. Em contrapartida, um único SSD SATA empresarial alcança facilmente 90.000 IOPS. Um arranjo com vários SSDs NVMe pode atingir milhões de IOPS, uma diferença que remove o armazenamento como gargalo. A latência, por sua vez, mede o tempo necessário para atender uma requisição. Os HDDs geralmente apresentam latências entre 5 e 15 milissegundos. Um servidor all flash frequentemente opera com latências abaixo de 1 milissegundo, e soluções com NVMe chegam a poucas centenas de microssegundos. Na prática, isso significa que uma consulta ao banco de dados que demorava minutos pode executar em segundos. Um desktop virtual antes lento torna-se fluido e responsivo. Esse impacto direto na produtividade do negócio muitas vezes justifica o investimento inicial na tecnologia.
Uma preocupação comum sobre a tecnologia all flash é seu custo mais alto por gigabyte. Para mitigar esse fator, os fabricantes integram tecnologias avançadas para a redução de dados. Esses recursos aumentam significativamente a quantidade de informações que o equipamento pode armazenar. A deduplicação encontra e elimina blocos de dados repetidos, salvando apenas uma cópia única. A compressão, por sua vez, diminui o tamanho dos arquivos com algoritmos eficientes. Por exemplo, em um ambiente VDI com várias instalações similares do Windows, a deduplicação alcança taxas de redução de 10 para 1 ou até mais. Como resultado, um array all flash com 10 TB brutos poderia armazenar 30 TB ou mais de dados efetivos, dependendo do workload. Isso torna o custo total de propriedade muito mais competitivo. No entanto, é importante entender sua carga de trabalho, pois nem todos os dados se beneficiam igualmente dessas técnicas.
Overprovisioning é a prática de reservar uma parte da capacidade total do SSD, tornando-a invisível para o sistema operacional. Esse espaço não armazena dados do usuário. Em vez disso, o controlador do SSD o utiliza para tarefas internas de gerenciamento. Essa área oculta auxilia o processo de "garbage collection", no qual o controlador limpa blocos de dados inválidos para abrir espaço para novas escritas. Com mais espaço livre para trabalhar, o controlador opera com muito mais eficiência. Esse mecanismo sustenta o alto desempenho de escrita e também melhora a durabilidade da unidade. Muitos SSDs corporativos já vêm com um nível de overprovisioning de fábrica. Alguns All Flash ainda permitem que o administrador aumente essa reserva. Embora isso reduza a capacidade útil, a prática garante uma latência baixa e consistente, estendendo a vida da memória flash, um trade-off crítico em ambientes exigentes.
Uma preocupação antiga sobre SSDs era sua vida útil limitada, pois as células de memória NAND possuem um número finito de ciclos de escrita. Contudo, os SSDs empresariais modernos são projetados para uma durabilidade extrema. Sua resistência é medida em DWPD (gravações completas por dia) ou TBW (terabytes gravados). Um drive corporativo pode ter uma classificação de 1 DWPD por cinco anos. Isso significa que você pode gravar sua capacidade inteira todos os dias durante cinco anos antes de esperar alguma falha. Para a maioria das cargas de trabalho, esse valor é muito superior ao uso real. Algoritmos de wear-leveling também distribuem as escritas uniformemente, o que prolonga a vida do componente. Curiosamente, os SSDs são mais confiáveis que os HDDs por não terem partes móveis. Eles são imunes a falhas mecânicas causadas por choques ou vibrações. Embora seus componentes eletrônicos possam falhar, a taxa anual de falhas é geralmente menor que a dos discos rígidos empresariais.
Assim como nos servidores com HDDs, nunca se deve operar um SSD sozinho sem alguma proteção. As configurações RAID como RAID 5, RAID 6 ou RAID 10 continuam essenciais. Elas protegem os dados contra a falha de uma unidade individual e mantêm o sistema operacional enquanto o drive defeituoso é trocado. Em servidores all flash maiores e mais modernos, o erasure coding se torna cada vez mais comum. Trata-se de uma forma de proteção mais avançada que oferece maior flexibilidade e resiliência. A técnica quebra os dados em fragmentos, adiciona pedaços de paridade e os distribui por várias unidades, o que permite ao dispositivo sobreviver a múltiplas falhas. Uma vantagem chave no contexto all flash é a velocidade da reconstrução. Quando um drive falha, o processo para reconstruir os dados em uma nova unidade é muito mais rápido com SSDs. Isso reduz significativamente a janela de vulnerabilidade onde uma segunda falha poderia causar a perda de dados.
Os primeiros SSDs usavam as interfaces SATA ou SAS, protocolos projetados para discos giratórios. Embora muito mais rápidos que os HDDs, essas interfaces se tornaram um gargalo para a própria memória flash. O protocolo NVMe (Non-Volatile Memory Express) foi criado especificamente para o armazenamento de estado sólido. Ele se comunica diretamente com a CPU do servidor pela via de alta velocidade do barramento PCIe. Esse caminho direto reduz drasticamente a latência e aumenta a vazão, liberando todo o potencial da memória NAND moderna. Um SSD NVMe pode ser várias vezes mais rápido que um SSD SATA. Em um array all flash, usar unidades NVMe em todo o pool de armazenamento resulta em outro salto gigantesco no desempenho das aplicações. Atualmente, esse é o padrão para a mais alta performance.
Embora um servidor all flash dedicado entregue um desempenho incomparável, seu custo pode ser proibitivo para algumas empresas. A implementação completa exige um investimento inicial significativo. Contudo, existem outras formas para aproveitar a tecnologia flash. Os storages híbridos oferecem um meio-termo muito atraente. Esses equipamentos suportam configurações que permitem a instalação de SSDs para atuarem como um cache de alta velocidade para um pool maior de hard disks. Essa abordagem acelera os dados mais usados sem o custo de um array totalmente flash. Para muitas aplicações, um NAS híbrido bem configurado proporciona um ganho de desempenho substancial e um excelente retorno sobre o investimento. Ele entrega vários benefícios do armazenamento flash, como a latência reduzida para arquivos ativos, enquanto mantém a grande e acessível capacidade dos HDDs. Essa solução balanceada é a resposta mais prática para pequenas e médias empresas.