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Revolución en el entorno LTO, los drives para almacenamiento que vienen

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El 2018 estará marcado por el lanzamiento de dos nuevos productos que cambiarán profundamente las soluciones propuestas por la tecnología de cinta en términos de almacenamiento de datos. Primero, con la llegada prevista para el próximo verano, de la que podríamos llamar la revolución de IBM, el nuevo drive 3592JE con 20TB de capacidad y 500MB/s de tasa de transferencia. Pero antes, a principios de año con el lanzamiento de la nueva generación LTO8 con una capacidad de 12TB y con 350-360MB/s de tasa de transferencia.

 

Texto: Anna Baldrís Sales & Business Development Manager Iberia – Recording Media Fujifilm 

Aunque los niveles de capacidad y velocidad de transferencia finales deben confirmarse por IBM y los miembros del consorcio LTO antes de finales de 2017, podemos hablar ya de una nueva era que se abre a los usuarios informáticos, ya que no existe ninguna otra tecnología de almacenamiento de datos que haya conseguido aumentar su capacidad cerca de 10TB en un periodo de 6 años (LTO6 a 2,5TB – LTO8 12TB), incrementar su tasa de transferencia de 200MB/s en un periodo de 6 años (LTO6 a 160MB/s – LTO8 a 360MB/s) y mejorar la integridad de datos X100 veces en un periodo de 3 años (el BER de la LTO5 y de la LTO6 de 1 X 1017 frente al BER de la LTO7 y de la LTO8 de 1 X 1019).

 

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¿Necesita realmente el entorno de Broadcast este tipo de soluciones?

El fuerte crecimiento en términos de capacidad a almacenar por parte de los usuarios de este sector es una realidad que va en aumento y que se ha visto acentuada estos últimos años con la digitalización de contenidos y la introducción de nuevas herramientas o aplicaciones que han generado una explosión de datos a almacenar. Esto se ha visto concretamente con la transformación de los formatos SD a HD, o incluso a 4K, la transformación de los antiguos formatos 35mm a 4K y de las cintas provídeo a cintas de almacenamiento magnéticas tipo la LTO.

 

Recopilando las informaciones facilitadas por usuarios, se constata que una hora de vídeo en formato HD estándar produce generalmente entre 30GB y 40GB de datos, con el fichero audio incluido, mientras que para formatos HD mejorados o específicos, tipo AVC Intra, se puede llegar a doblar el peso en GB para la misma hora de vídeo. A título de comparación con el formato 4K, tenemos casos de velocidades que oscilan entre los 350Mbit/s y los 500Mbit/s que, traducido en términos de capacidad de almacenaje, equivale a ficheros de 7 a 10 veces superiores en tamaño respecto al formato estándar HD.

 

Es evidente que la transición hacia el 4K, y no tan a largo plazo al 8K, es un reto importante para todos los actores de este entorno tanto por: el espacio físico utilizado en términos de almacenaje, la velocidad de grabación, la calidad de la conversión de datos, etc… Varios aspectos a tener en cuenta ante la inversión financiera que los usuarios deberán hacer en los próximos 5 o 6 años para poder absorber este importante crecimiento de datos que exige necesariamente soluciones de almacenamiento con altos rendimientos y demuestran que las antiguas generaciones de cintas LTO no podrán adaptarse a estas nuevas exigencias del mercado.

 

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¿Cuál será la segmentación futura del mercado de almacenamiento en cinta?

El análisis de las necesidades de cientos de usuarios con los que trabajamos en distintos sectores de actividad en términos de capacidad y velocidad, nos lleva a la siguiente segmentación de soluciones de almacenamiento en cinta para los próximos cinco años.

 

Si agrupamos las necesidades de estos usuarios en función del sector económico en el que trabajan, llegamos a identificar patrones similares que nos permiten identificar el tipo de solución de almacenamiento que utilizan los distintos usuarios de un mismo entorno.

 

Los usuarios de Broadcast, por ejemplo, son mucho más sensibles a soluciones de storage que proponen altas tasas de transferencia y cintas de alta capacidad, para realizar ahorros considerables en términos de almacenamiento (reducción espacio físico, minimizar los costes económicos del archivo, reducir el tiempo invertido en la propia tarea de backup, etc…) Las necesidades comunes de este entorno oscilan entre los 0,7PB y 5PB de capacidad, llegando a duplicarse o triplicarse estas cifras en función del número de copias de datos que se realizan y a unas exigencias de velocidad que alcanzan los 360MB/s. Actualmente en España la mayoría de televisiones están migrando su backup y archivo a la tecnología LTO7 o incluso a soluciones Enterprise, en algunos de los casos.

 

¿Qué tienen este tipo de soluciones de almacenamiento que no ofrezcan sus generaciones precedentes?

Simplemente, importantes avances tecnológicos.

 

Las necesidades crecientes de los propios usuarios en términos de capacidad, velocidad y seguridad han sido el propio motor del desarrollo de la tecnología de almacenamiento en cinta. Para los fabricantes es todo un reto llegar a fabricar cintas de mayor capacidad sin que empeoren otras variables tan o más importantes como la integridad de datos dentro de la propia solución. Existe un frágil equilibrio entre las distintas variables que componen la solución de almacenamiento.

 

El triple cabezal Terzetto de IBM, el drive con 32 canales de escritura y la tecnología de recubrimiento de cinta Barium Ferrite, utilizada por Fujifilm, son claros ejemplos de este desarrollo tecnológico. Estas innovaciones abren nuevas perspectivas en cuanto a la evolución de las tecnologías de backup y archivo en cinta y ofrecen importantes avances respecto a las generaciones anteriores de cinta en términos de capacidad de datos a almacenar, velocidad de escritura e integridad de datos. Cuando el disco duro llega a su límite en todos los criterios clave: densidad lineal, velocidad de escritura e integridad de datos, se ha comprobado que las únicas tecnologías existentes en storage actualmente que ofrecen una solución perdurable en el tiempo son la SSD para unas aplicaciones específicas y las cintas de almacenamiento de datos.

 

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¿Cómo se ha conseguido ofrecer tales niveles de capacidad de almacenamiento?

Existen tres métodos posibles para aumentar la cantidad de datos a almacenar en una cinta: el aumento de la densidad lineal, el aumento del número de pistas y el aumento de la longitud de la cinta. La cinta LTO7 vs la LTO5 tiene una densidad lineal superior en 26,49%, 2.304 pistas más y 114 metros más de cinta.

 

Sin embargo, la clave del éxito completo de esta solución de almacenamiento LTO7 y de sus generaciones posteriores reside en la esencia y en el tamaño de las partículas magnéticas que recubren la cinta, fabricadas a partir de partículas Barium Ferrite, hasta 5X veces más pequeñas y con unas propiedades magnéticas muy superiores a las utilizadas por la tecnología anterior, la MP.

 

¿Qué innovaciones tecnológicas han permitido alcanzar niveles de velocidad tan elevados como los 500MB/s propuestos por la 3592JE de IBM?

Existen dos razones tecnológicas que explican esta aceleración y el punto de inflexión entre la tecnología LTO7 y las generaciones precedentes: el aumento del número de canales del cabezal del drive, 32 canales respecto a la mitad de canales utilizados hasta la generación LTO6 y la utilización del cabezal Terzetto de IBM, un drive con triple cabezal con propiedades electromagnéticas muy superiores.

 

Es evidente que al duplicar el número de canales utilizados en escritura aumentaremos la velocidad de transferencia y reduciremos el tiempo dedicado a dicha operación. Imaginaos a un ser humano capaz de escribir con 32 bolígrafos a la vez, una especie de pulpo con 32 brazos que realiza la misma tarea de manera más eficiente.

 

La revolución del triple cabezal de IBM propone la especialización de las funciones de los cabezales, escritura o lectura, para aumentar sus propiedades electromagnéticas. Los anteriores drives tenían cabezales dobles que debían alternar sus funciones, totalmente contradictorias, entre escritura y lectura en función del sentido de escritura sobre la cinta. Este hecho provocaba que tuvieran un nivel medio en ambas tareas. Mientras que el cabezal Terzetto propone la excelencia tanto en escritura como en lectura ya que sus cabezales han sido diseñados específicamente para una única de las funciones.

 

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¿Cuáles son las principales ventajas para los usuarios de Broadcast de migrar hacia este tipo de soluciones de almacenamiento, como la LTO8 y la 3592JE de IBM?

Los avances conseguidos estos últimos años a nivel tecnológico pueden ayudar a solucionar cuestiones tan importantes como minimizar el espacio físico dedicado a la propia solución de almacenamiento, reducir los costes del archivo, reducir el tiempo dedicado al backup y utilizar la máxima capacidad de escritura disponible de la cinta, entre otras cuestiones.

 

Partiremos de un caso concreto para poder cuantificar claramente el impacto real de la utilización de estas soluciones de almacenamiento respecto a generaciones anteriores. Tomaremos como ejemplo, el caso de un usuario portugués dentro del entorno de Broadcast que utiliza la tecnología LTO5 como método de backup y archivo y que tiene una capacidad de almacenamiento de 6PB y un crecimiento de 100 TB/mes, con una copia de seguridad fuera de la librería.

 

Al decantarnos por una solución de almacenamiento, tipo la LTO8 con una capacidad de 12TB/cinta, 8X veces superior a la LTO5, o bien, la 3592JE, con una capacidad superior a 13X respecto a la LTO5, es evidente que necesitaremos un menor número de cartuchos para realizar nuestro backup y archivo, generando un ahorro considerable en los costes de almacenamiento tanto a nivel horizontal (conservación de cartuchos) como a nivel vertical (espacio físico ocupado por la librería en el área IT).

 

¿Cómo podemos cuantificar el ahorro de costes de conservación de cartuchos que supondría migrar a este tipo de soluciones?

Desde la perspectiva horizontal, entendiendo como tal la reducción de los costes de conservación de cartuchos derivados de la reducción del número de cintas necesarias al optar por soluciones de almacenamiento de mayor capacidad.

 

El gráfico de la Imagen 3 muestra los cartuchos necesarios para almacenar la capacidad de datos de este usuario durante un periodo de 5 años en función de la tecnología utilizada.

 

La cantidad de cartuchos LTO8 que necesitaría el quinto año sería 8X inferior respecto a la LTO5 y 4X menos si utilizara la tecnología LTO7.

 

El ahorro monetario que realizaría este usuario de LTO5 al migrar a una solución de almacenamiento superior durante un periodo de 5 años sería de 26.072 Eur si optara por la tecnología LTO8.

 

Para llegar a esta cifra hemos tomado como medida los costes mensuales de almacenamiento por cartucho que considera la mayoría de los usuarios de cinta y que estima en un coste de 0,13 Eur/cartucho/mes.

 

¿Cómo podemos medir la economía del espacio físico destinado a la propia solución de almacenamiento? ¿Y la reducción de los costes asociados?

Desde la perspectiva vertical, ya que soluciones con mayores rendimientos en términos de velocidad y capacidad reducirán el número de slots y drives necesarios dentro de la propia librería y liberarán espacio físico dedicado al almacenamiento.

 

Paralelamente al aumento de las tasas de transferencia de estas nuevas soluciones, 360 MB/s (LTO8 – 2,57X más rápida vs LTO5) y 500 MB/s (3,57X más rápida vs LTO5) la LTO8 propone, igual que la LTO7, un tamaño de Buffer entre 4X o 2X veces superior al Buffer propuesto por la LTO5 en función del tipo de drive FH o HH que se utilice. Los drives LTO7 y LTO8 tienen buffers de 1GB vs los buffers de 256MB o 512MB propuestos por los drives LTO5 HH y FH respectivamente. Mientras que los buffers de las soluciones Enterprise 3592JD y 3592JE de IBM son de 2GB. El tamaño superior del buffer nos permitirá optimizar el tiempo de almacenamiento impidiendo la pérdida de tiempo en caso de múltiples Backhitchs y conseguir una velocidad de transferencia operacional real más próxima a la tasa de transferencia propuesta oficialmente.

 

Si retomamos las necesidades de nuestro caso práctico podemos comparar el número de drives y de cartuchos que necesitaría para realizar su backup semanal (23,08TB) a modo incremental en función del tipo de tecnología utilizada (Imagen 4).

 

Una migración hacia la tecnología LTO8 permitiría realizar una economía de 8 drives y de 14 cartuchos LTO.

 

En función del tamaño disponible para el almacenamiento, de la librería y de la tecnología utilizada podemos llegar a rentabilizar al máximo el espacio físico destinado al almacenamiento dentro del área IT de la compañía evitando así gastos adicionales en hardware provocados por un crecimiento de datos. Si tomamos como ejemplo la librería SL150 de Oracle, que es un producto ideal por su escalabilidad, podríamos preguntarnos cuántas Us tamaño Form Factor necesitaríamos para almacenar 0,5PB, 1PB y 1,5PB en este sistema de librería modular con la tecnología LTO6, LTO7 y LTO8.

 

Precisamente CCMA/TV3, ante el aumento de la capacidad de datos a almacenar provocado principalmente por el lanzamiento de varios canales en 4K y la conversión de antiguos formatos, ha decidido seguir invirtiendo en la tecnología T10000D de Oracle con capacidad de 8,5TB/cartucho para poder liberar espacio en su librería SL-8500 y evitar así los costes provocados por una nueva ampliación de hardware.

 

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¿Son realmente más fiables estas nuevas soluciones de almacenamiento que sus predecesoras en términos de minimización de errores de escritura y de conservación de datos a largo plazo?

Sí, de hecho, podemos escribir 100 veces más datos en una cinta LTO7 que en una cinta LTO5 antes de sufrir el primer error de escritura. Y si optáramos por la tecnología 3592JD de IBM podríamos escribir 1000 veces más datos que sobre un cartucho LTO5.

 

El método de cálculo que mide el error de escritura en el mismo momento de escritura, la falta de ortografía, que hace incomprensible los datos escritos es el BER (Bit Error Rate) que se escribe como: 1 X 10x, siendo 1 la falta de ortografía (error de escritura) y 10x el número de datos que podemos escribir antes de experimentar el primer error de escritura. El BER LTO7 = 1 X 1019 , el BER LTO5 = 1 X 1017  y el BER de la 3592JD =  1 X 1020.

 

Los ingenieros de Fujifilm han realizado toda una serie de test que han demostrado que el primer error en escritura con la tecnología LTO7 aparece a los 1,25EB de datos o cada 200.000 cintas LTO7.

 

Existe una segunda unidad de medida, el DUDBL (Duration Usage Drive Before 1st Lost of Capacity), que mide el periodo de tiempo que podemos utilizar una solución de almacenamiento antes de sufrir la primera pérdida de capacidad. Cada error de escritura genera una pérdida de capacidad de la cinta ya que se debe reescribir el mismo dato en un nuevo bloque consumiendo espacio de almacenamiento sobre el soporte.

 

La cinta LTO propone un margen de capacidad suplementaria para compensar la pérdida provocada por los errores de escritura. Los cartuchos LTO5 y LTO6 ofrecen entre 17 y 18GB suplementarios. De este modo podemos calcular a partir de cuántas horas de utilización del cartucho empezamos a detectar una pérdida de capacidad. Es decir, a partir de cuántas horas de uso intensivo se ha consumido la capacidad suplementaria del cartucho y empezamos a perder capacidad de almacenamiento.

 

Al aumentar la velocidad de la solución de almacenamiento tenemos el riesgo de debilitar el nivel de SNR (Signal to Noise Ratio) que determina la claridad de la señal transmitida entre la cinta y el cabezal del drive o la diferencia entre la emisión magnética y el ruido generado durante la utilización del drive. El SNR evalúa la calidad de la comunicación entre la cinta y el drive, un tercer método de evaluación para determinar la fiabilidad del soporte de almacenamiento.

 

Un nivel de SNR bajo aumenta el número de errores de escritura/lectura, aumenta la pérdida de capacidad de la cinta, ya que deberemos reescribir el mismo dato en un nuevo bloque consumiendo espacio de almacenamiento, disminuye el rendimiento de la solución de almacenamiento y reduce la longevidad de utilización de la propia solución de almacenamiento.

 

La primera pérdida de capacidad de la tecnología LTO5 aparece a partir de las 4.800 horas de uso mientras que para la tecnología LTO6 fabricada a base de Barium Ferrite llega a las 8.382 horas. Es decir, el DUDBL de la LTO6 BaFe es un 75% superior al de la LTO5. El aumento de la velocidad de la tecnología necesita partículas que generen un campo magnético superior como las Barium Ferrite para poder evitar una pérdida del nivel de SNR.

 

Las cintas fabricadas a base de Barium Ferrite, con una polarización magnética vertical, permiten conservar los datos 8X veces más que un disco duro, concretamente 32 años respecto a los 4 años de vida de un disco duro y 12 años más respecto a las cintas LTO5, fabricadas a base de partículas de Metal (MP).

 

¿A nivel tecnológico será posible seguir proponiendo cintas con rendimientos superiores?

Por supuesto. IBM y Fujifilim lograron ya en 2015 revestir 123 mil millones de bits por pulgada cuadrada en un solo cartucho de cinta, alcanzando el récord de una cinta de 220TB de capacidad. De hecho, la cinta es la única tecnología de almacenamiento que tiene un plan real de desarrollo sobre los próximos 10-15 años. El roadmap de la tecnología LTO está trazado hasta la décima generación con lanzamientos previstos entre el 2018 y el 2024. Después de la LTO8 con 12TB de capacidad, llegará la tecnología LTO9 y LTO10 con capacidades próximas a los 25TB y 48TB respectivamente. Paralelamente, las cintas enterprise, 3592 de IBM, siempre han estado por delante en términos de tecnología y de rendimiento respecto a las cintas magnéticas tradicionales siendo las precursoras del desarrollo de la tecnología de almacenamiento en cinta.

 

Es cierto que si pretendemos fabricar cintas de 40-50TB de capacidad necesitaremos llevar a cabo otra serie de avances tecnológicos para poder aumentar la velocidad de escritura en consecuencia, producir cabezales con mayor número de canales y desarrollar una nueva generación de partículas Barium Ferrite de menor tamaño y con calidades electromagnéticas superiores. Estamos convencidos que de la mano de IBM seremos capaces de lograr estos retos.

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