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Cómo tres generaciones de discos duros de Toshiba han ayudado al laboratorio de física más grande del mundo


Nota de Toshiba, el 12 Noviembre 2019 | Leído 352 veces

Cómo tres generaciones de discos duros de Toshiba han ayudado al laboratorio de física más grande del mundo a realizar un seguimiento de los cientos de terabytes de datos generados cada segundo en los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).



Foto CERN
Foto CERN
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del laboratorio de física de partículas CERN está a la vanguardia de la investigación en física. Los datos resultantes de las fases “Run 1" y “Run 2" ya se han utilizado para demostrar la existencia de una partícula subatómica no detectada previamente y han ampliado nuestra comprensión del universo y de su formación. Cabe destacar la confirmación en 2012 de la existencia del bosón de Higgs.

La magnitud del CERN es asombrosa. Desde el tamaño del gran colisionador de hadrones -un acelerador de partículas circular con un radio de 4,3 km-, hasta la tasa de colisiones de partículas -más de 1.000 millones pueden producirse cada segundo dentro de los detectores del experimento LHC.

Pero son los volúmenes de datos los más impresionantes, ya que las colisiones generan 1 petabyte (PB) de datos por segundo. Incluso después de filtrar únicamente los eventos interesantes, la instalación requiere que se almacenen cada mes aproximadamente 10 PB de datos nuevos para su análisis.

Estos datos se almacenan en el Centro de Datos del CERN y se comparten para su análisis con una red de 170 centros de datos, gracias a la red mundial de computación LHC (WLCG). La configuración actual de almacenamiento actual del CERN consiste en memorias intermedias HDD con 3.200 JBOD (Just a Bunch of Disk) que suman 100.000 unidades de discos duros (HDD) que proporcionan un total de 350 PB.

Las ejecuciones de LHC están configuradas para continuar, y con cada nueva "ejecución" o “Run”, el almacenamiento de datos aumenta significativamente. Después de las actualizaciones, el Run 3 del CERN está programado para 2021.

El CERN utiliza unidades de discos duros de Toshiba Electronics Europe GmbH para gestionar grandes volúmenes de datos desde 2014, con tres generaciones de tecnología de discos duros de Toshiba proporcionándole los incrementos de capacidad requeridos. La progresión continuará cuando “las actualizaciones planificadas del LHC requieran escalar los recursos de computación y almacenamiento más allá de lo que la tecnología actual puede ofrecer”, como explica el director de la sección de Planificación y Adquisición de Instalaciones en el departamento de TI, Eric Bonfillou.

Cronograma de cómo el CERN ha escalado su almacenamiento con Toshiba - Fuente de la imagen: ©2019 Toshiba Electronics Europe GmbH
Cronograma de cómo el CERN ha escalado su almacenamiento con Toshiba - Fuente de la imagen: ©2019 Toshiba Electronics Europe GmbH
2014 – El CERN adquiere discos duros de Toshiba

Desde 2014, el CERN utiliza discos duros de Toshiba. El núcleo de las necesidades del CERN son discos duros de servidor de alto rendimiento, alta fiabilidad y optimizados para las capacidades más altas. Durante 2013-14, el CERN realizó una fase programada de apagado para prepararse para el Run 2. Durante este período, actualizó sus sistemas de almacenamiento, agregando arrays JBODs de 24 bahías con discos duros MG03SCA400 de Toshiba.

Con 4TB de capacidad por HDD, cada uno girando a 7200 rpm y recibiendo datos a través de una interfaz de 6 GB/s, CERN ganó 96TB por cada unidad JBOD de expansión. El tiempo medio hasta el fallo (MTTF) de los HDD era 1.2 millones de horas, lo que se traduce en un pronóstico de ratio de fallo anualizada (AFR) de 0.72%.

2015/2016 – El CERN inicia el Run 2: Las necesidades de almacenamiento de datos aumentan enormemente
Con el arranque del “Run 2” en 2015, las necesidades de almacenamiento de datos aumentan enormemente.
El CERN añade nueva capacidad de almacenamiento utilizando el nuevo modelo STA de 6TB de Toshiba. Nuevamente, en una instalación JBOD de carga frontal de 24 bahías 4U, la capacidad bruta total se incrementó hasta 144TB por unidad.

El MTTF para este modelo mejoró hasta 1.4 millones de horas, resultando en un AFR de 0.62%.

2018 - Toshiba lanza el modelo MG07 relleno de helio para ampliar la capacidad hasta 14 TB por HDD
A partir de 2016 Toshiba aceleró el desarrollo y la introducción de nuevos modelos de HDD empresariales de alta capacidad para satisfacer las necesidades globales de almacenamiento de datos en la nube, lanzando dos nuevas generaciones, el MG05 y el MG06. La serie MG06 llegó a estar disponible con capacidades de hasta 10TB por unidad. Y aunque la construcción todavía estaba llena de aire, Toshiba fue capaz de aumentar el MTTF a 2.5 millones de horas, lo que se traduce en un AFR de 0.35%, el más bajo del mercado actualmente para HDD llenos de aire.

Para la tecnológica de Grabación Magnética Convencional (CRM) en un factor de forma de 3,5’’, la tecnología de HDD llenos de aire alcanza un límite de 7 platos y, por tanto, 10 TB de capacidad.

Y si bien es teóricamente posible aumentar esta capacidad utilizando platos más delgados, el aire sería un gas demasiado pesado, lo que provocaría una ondulación severa. Como alternativa, se puede utilizar la tecnología de Grabación Magnética Escalonada (SMR), pero ello requiere un tratamiento especial para evitar problemas graves de rendimiento, y está limitada por la necesidad de sistemas de archivo especiales adaptados a las complejidades de esta tecnología.

La actualización del almacenamiento del CERN en 2018 coincidió con el lanzamiento de la gama MG07 de Toshiba, el primer HDD de servidor del mundo con hasta 14TB de capacidad. Con la adquisición de la variante de 12 TB, el CERN dobló su capacidad por JBOD, hasta 288 TB.

El MG07 incrementa la capacidad sin cambiar el factor de forma al utilizar helio en lugar de aire. Esto permite usar platos más delgados sin la ondulación asociada, con hasta nueve platos por unidad.

Al utilizar la tecnología CMR, el MG07 es adecuado para cualquier carga de trabajo sin implicar la pérdida de rendimiento asociada con la tecnología SMR. Además, el helio crea menos fricción que el aire, reduciendo significativamente la energía requerida para hacer rotar la pila de platos. Con una optimización precisa del motor del eje, la energía necesaria en operación se ha reducido en un tercio (de c.11W a menos de 7W) en el modelo basado en el helio de la serie MG07.

El MTTF del MG07 se amplió significativamente hasta 2.5 millones de horas.

Más demanda de capacidad de almacenamiento de datos para el Run 3
En 2019, el LHC se apagó de nuevo para instalar nuevas actualizaciones antes de su reinicio para el Run 3 en 2021. Está previsto un aumento significativo de las demandas de almacenamiento por la aceleración de los datos generados.

Como señala Eric Bonfillou, “los productos y el soporte han cumplido los estrictos requerimientos del CERN. Nuestra infraestructura TI, en términos de potencia de computación y capacidad de almacenamiento, han escalado bien con el aumento de las necesidades informáticas científicas, aprovechando al máximo las unidades de disco duro de alta capacidad y fiabilidad de Toshiba”.

Los lanzamientos previstos de Toshiba de unidades basadas en tecnología CRM y SMR que utilizan el mismo factor de forma de 3.5” proporciona al CERN acceso a unidades de 16TB y 18TB, añadiendo 432 TB de nueva capacidad por JBOD.

"Los productos Toshiba son adecuados para el almacenamiento a gran escala en centros de datos y el despliegue y la operación de tres generaciones de discos duros empresariales de Toshiba en el exigente entorno TI del CERN es una referencia perfecta de caso de éxito”, afirma Larry Martinez-Palomo, director general de la unidad de negocio de HDD en Toshiba Electronics Europe.

En cuanto a la actividad de I+D a más largo plazo, Toshiba está desarrollando una nueva generación de tecnología de grabación magnética que aumentará aún más las capacidades para superar los 20TB por HDD, manteniendo el factor de forma de 3.5”.

Martinez-Palomo añade “confiamos en que nuestra próxima generación de tecnologías HDD contribuirá a resolver los desafiantes retos futuros del CERN en materia de capacidad de almacenamiento, presupuesto de inversión, consumo de energía y fiabilidad”.




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