El almacenamiento de datos es esencial en muchos ámbitos de nuestro mundo, tanto como la protección del medio ambiente. Sin embargo, a menudo parece que las dos necesidades están “en desacuerdo” cuando la mayoría de los datos de la nube están almacenados en discos duros que muchos consideran altamente consumidores de energía.
En este artículo analizamos cómo avanza la tecnología HDD para reducir drásticamente la energía consumida por el almacenamiento y consideraremos otras posibilidades de los HDD que pueden ayudarnos a cumplir con nuestros objetivos ambientales.
Índice de temas
¿Por qué utilizar HDD para la nube?
Los datos son un activo valioso en nuestros días, por lo que el almacenamiento y la retención son consideraciones importantes cuando se trata con la “moneda” del siglo XXI. Las tres opciones principales de almacenamiento son cintas magnéticas, unidades de disco duro (HHD) y unidades de estado sólido (SSD) y cada una de ellas tiene atributos diferentes.
La cinta es principalmente un medio de copia de seguridad. Es muy fiable y de bajo coste, pero el acceso resulta demasiado lento para considerarse un medio de almacenamiento en la nube. Quedan los HDD y los SSD, opciones ambas viables para el almacenamiento cloud desde una perspectiva de rendimiento.
Sin bien existen diferencias en cuanto al consumo de energía y la velocidad (SSD es más rápida y de menor consumo), la principal diferencia entre las dos tecnologías es el coste.
Cuando observamos el coste por unidad de almacenamiento, lo que primero que apreciamos es que el coste por bit de los HDD es una séptima parte del de los SSD. Es igualmente interesante que ambos costes continúan reduciéndose a un ritmo similar, por lo que, de acuerdo con las proyecciones actuales, no hay expectativas de que SSD tenga un coste más bajo que HDD en el corto o mediano plazo.
Dada la escala del almacenamiento en la nube, el coste es una consideración primordial y, por esta razón, la gran mayoría del almacenamiento en la nube se basa en discos duros. Como comparación directa, en 2022 se enviaron 88 millones de HDD empresariales de 3.5” / 7.200rpm (un total de 1021 Exabytes), mientras que se enviaron 66 millones de SSD empresariales con una capacidad total de solo 175 Exabytes.
Los discos duros son, con mucho, la mejor opción de tecnología de almacenamiento, principalmente debido a su bajo coste y su alta capacidad. Sin embargo, con su despliegue a gran escala, la industria está prestando mucha atención a su consumo energético y su uso sostenible
Reducción del consumo energético de los HDD vía innovación
Dada la escala del almacenamiento cloud, el consumo de energía de los HDD es una consideración capital. La industria piensa en términos de “vatios por terabyte (W/TB)”, ya que es una buena medida de cuánta energía se necesita a nivel mundial para almacenar todos los datos en la nube.
Esta medida también refleja el hecho de que para hacer girar los platos siempre se necesitará una cantidad determinada de energía, una característica inevitable de los discos duros. Por lo tanto, mientras la industria continúa buscando eficiencias en el consumo energético, también aumenta la capacidad de los discos duros y se garantiza que, sin embargo, no aumente la energía consumida.
En 2011 una unidad de disco duro de 4TB (serie MG03) consumía alrededor de 10,5W, lo que se consideraba en ese momento ‘última generación’, y consumía 2,6 W/TB. A medida que continuaba la innovación, en 2017 la capacidad aumentó 2,5 veces hasta 10TB, mientras que el consumo de energía se mantuvo prácticamente constante (10,6 W), por lo que el W/TB se redujo a más de la mitad.
De hecho, 2017 fue un año crucial para los discos duros de Toshiba. Ante la necesidad de usar platos más delgados para aumentar la capacidad, el aire que llenaba las unidades provocaba problemas como el “aleteo” durante la rotación. Para solucionarlo el aire se reemplazó con helio que, al ser un gas menos denso, causa menor fricción en los platos. El avance se reflejó en una reducción de 2,8 W en el consumo total de energía del HDD, ya que el motor tiene que trabajar con menos fuerza.
Así, y al mismo tiempo que aumentaba la capacidad, la incorporación de helio y otras innovaciones, la ratio W/TB de un HDD empresarial típico se ha reducido cinco veces desde 2,6 a 0,5 W/TB, lo que tiene un impacto significativo en la energía necesaria para soportar el almacenamiento cloud. Con el lanzamiento en 2022 del MG10ACA de 20TB continuó la progresión con 2TB adicionales de capacidad, mientras la potencia activa solo aumentó en 1W.
¿Cómo los casos de uso afectan el consumo de energía?
Existen más oportunidades de ahorro de energía que son inherentes a los HDD a través de la incorporación de los modos inactivo y en espera (standby). En el caso del HDD MG09 de 18 TB, la potencia operativa es de alrededor de 8,3 W cuando los platos giran y los cabezales se mueven para leer y escribir datos de forma aleatoria. Sin embargo, hay tres modos ‘inactivos’ y un modo en espera.
En modo de espera, la potencia consumida se reduce a 0,43 W, pero implica detener la rotación de los platos. Esto es atractivo desde la perspectiva de consumo energético, pero puede implicar hasta 20 segundos para que los platos giren y puedan leer/escribir datos. Por tanto, claramente no es viable cuando se trata de almacenamiento online.
Los modos inactivos apagan diversas partes del magnetismo y / o la electrónica mientras el eje continúa girando. En estos modos, el tiempo de ‘despertar’ se sitúa entre 1,2 y 0,3 segundos. Sin embargo, con esquemas de almacenamiento como RAID y SDS, hay accesos frecuentes incluso cuando la unidad parece estar inactiva. Por el momento, esto excluye por tanto el uso de estos modos inactivos para ahorrar energía.
Los discos duros modernos duran más y consumen niveles de energía similares a los de generaciones anteriores. Esto les permite, junto con las fuentes de alimentación asociadas, usarse durante más tiempo, a menudo más de cinco años
Actualizar para mejorar
Dado que la fiabilidad de los HDD es excelente, la tasa de fallos se ha reducido significativamente. Así, existe una gran base instalada de HDD con interface SATA 6GB/s que ha sido instalada desde 2010, pero al tratarse de una tecnología más antigua, sus cifras de W/TB son significativamente más elevadas que las de las unidades de disco duro modernas de mayor capacidad.
La actualización es un ejercicio relativamente sencillo. Puesto que la interfaz y el factor de forma son idénticos simplemente hay que cambiar las unidades más antiguas por versiones más nuevas. Al hacerlo, los operadores de centros de datos se beneficiarán de mayor capacidad de almacenamiento en el mismo espacio y el consumo de energía, en el peor de los casos, seguirá siendo el mismo. Y si se actualiza con discos duros llenos de helio, entonces el beneficio será mayor y puede anticiparse un ahorro de energía de hasta un 30%.
Ciclo de vida de los HDD
Una de las formas más sostenibles de utilizar discos duros es hacerlo por más tiempo, cinco años o incluso más. Esto es más factible en la actualidad ya que la tasa anual de fallo (AFR) se ha reducido un 50% (0,73% a 0,35%) en la última década.
Al considerar la sostenibilidad, debemos recordar que cada disco duro tiene hasta 1 kg de metal y otros componentes/materiales. Son recursos valiosos de aluminio y cobre que pueden triturarse y reciclarse cuando el HDD llega al fin de su vida útil. Así mismo, en el futuro, y a medida que los recursos se vuelvan más escasos y que el número de discos duros que se reciclarán alcance una escala significativa, la retirada y reutilización de los imanes de tierras raras es otra ganancia potencial en sostenibilidad.
Tecnología puntera
El último HDD empresarial de Toshiba es el MG10ACA de 20TB, disponible con interfaces SAS 12 Gbit/s y SATA 6 Gbit/s. Se trata de una unidad de 3,5” que incorpora múltiples sensores de impacto y vibración rotacional (RV) para uso en sistemas de varías bahías. La tecnología de grabación magnética asistida por microondas (MAMR) y el uso de 10 platos permiten aumentar la densidad de almacenamiento hasta 20TB.
Además, los HDD de la serie MG10 ofrecen una fiabilidad de 2,5 millones de horas de MTTF, equivalente a un AFPR de 0,35% con un tiempo de garantía de cinco años para una carga de trabajo nominal de 550 TB al año.
