Nueva arquitectura de caché híbrida que combina la DRAM con módulos SSD NVM

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Los grandes hiperescaladores se enfrentan a los mismos retos que las empresas más modestas a la hora de ampliar el rendimiento de la memoria en sus plataformas informáticas. La DRAM es muy costosa y tiene limitaciones de capacidad, por lo que la industria está saliendo del paso combinando la memoria tradicional con unidades SSD NVM, y grandes firmas como Facebook están desarrollando nuevas tecnologías de código abierto para sacar el máximo partido a esta arquitectura.

La informática tradicional sigue dependiendo de varias tecnologías que estableen ciertos límites al rendimiento de los equipos, ya sea en ordenadores convencionales o en las grandes plataformas de computación de los centros de datos hiperescala. Una de ellas es la memoria principal del sistema, en la que tradicionalmente se utiliza la tecnología DRAM. Es la memoria más rápida actualmente y sigue evolucionando, pero presenta limitaciones en cuanto a la capacidad máxima que se puede asignar a cada procesador y, además, es muy costosa.

Por ello, las grandes empresas de centros de datos hiperescala están buscando soluciones que permitan superar estos límites sin que el coste se dispare, y por ahora la solución parece estar en una arquitectura híbrida de DRAM y SSD NVM. Las ventajas que aporta la memoria no volátil de estos SSD son principalmente que se puede incrementar mucho más su capacidad, que tiene un coste inferior a la DRAM y que consume menos energía, aunque su rendimiento es menor.

Pero en este caso las ventajas parecen superar a los inconvenientes, y algunas compañías tecnológicas destacadas están siguiendo este camino. Por ejemplo, Facebook, que está trabajando en el desarrollo de una arquitectura híbrida DRAM-SSD NVM basada en open source, que está acaparando la atención de gigantes tecnológicos de la talla de Intel, Samsung o Western Digital, y también de la organización Open Compute Project, constituida originalmente por la propia Facebook, que se dedica al desarrollo de tecnologías abiertas para los centros de datos.

La propuesta de Facebook es utilizar un código que permite almacenar datos en una caché SSD NVM, si que la DRAM tenga que almacenar temporalmente los datos, lo que puede elevar el rendimiento de esta. Los responsables de este desarrollo explican que, a medida que la caché tradicional basada en memoria DRAM se encarece, los beneficios que puede aportar la memoria no volátil de estado sólido se perciben como más interesantes, lo que les ha llevado a seguir investigado nueva arquitecturas híbridas.

Con este nuevo avance se prepara una importante disrupción en el entorno de los centros de datos, pero sus creadores aclaran que todavía se necesitan diseños de almacenamiento en caché más innovadores, que permitan sacar el máximo partido a la combinación de ambas tecnologías. En sus propias palabras, “esto incluye una nueva investigación heurística de almacenamiento en caché que debe traspasar los límites de los sistemas tradicionales al identificar el contenido relevante para almacenar en caché durante el tiempo adecuado”.

Por ahora, Facebook está probando sus nuevos diseños en algunos de sus centros de datos, y está trabajando en colaboración con investigadores de diferentes universidades, fabricantes de hardware y desarrolladores de software open source para mejorar su tecnología y hacer que se popularice en los próximos años. Esto incluye, además, el desarrollo de unidades SSD diseñadas especialmente para esta arquitectura de memoria caché híbrida, algo en lo que afirman estar trabajando en colaboración con grandes firmas de la industria como Intel, Kioxia, Samsung o Western Digital, en el marco de las especificaciones NVMe Cloud SSD del Open Compute Project. Y dicen que “esta especificación, junto con CacheLib, ayudará a adaptar las futuras tecnologías de NVM para almacenar en caché las cargas de trabajo en toda la industria”.