Apa itu all-flash array (AFA)?

All-flash array (AFA) adalah jenis sistem penyimpanan data eksternal yang hanya menggunakan media perangkat keras memori flash (yaitu, solid-state drive (SSD)) untuk penyimpanan data yang persisten. AFA juga disebut sistem disk penyimpanan solid-state atau solid-state array (SSA).

Tidak seperti disk putar hard-disk drive (HDD), SSD tidak mengandung bagian yang bergerak dan menawarkan peningkatan kecepatan dan daya tahan. Dibandingkan dengan HDD saja, sistem penyimpanan all-flash—yang terdiri dari SSD atau sistem hybrid yang terdiri dari SSD dan HDD—memungkinkan akses data yang lebih cepat sekaligus meningkatkan kecepatan pemrosesan dan mengurangi beban CPU. 

Penyimpanan flash memiliki berbagai rentang dalam hal kapasitas penyimpanan maupun faktor bentuk. Beberapa SSD, seperti jenis yang ditemukan di USB flash drive, berukuran lebih kecil dari uang koin. Meskipun SSD pertama hanya dapat menampung sejumlah kecil data, seiring kemajuan teknologi sesuai dengan Hukum Moore, kapasitas penyimpanan berlipat ganda.

Saat ini, berkat teknologi SSD, Anda dapat menyeimbangkan satu terabyte data (atau lebih) di ujung jari Anda. Karena ukurannya yang ringkas dan konstruksi solid-state yang kuat, SSD terdapat di mana pun dalam alat elektronik, seperti laptop, tablet, ponsel, dan konsol game. 

Selain aplikasi tingkat konsumen, SSD dan AFA juga memiliki dampak revolusioner pada penyimpanan perusahaan. Dahulu pusat data organisasi mengandalkan HDD yang dikonfigurasi sebagai penyimpanan terhubung ke jaringan (NAS) atau jaringan area penyimpanan (SAN), atau keduanya, untuk penyimpanan dan pengambilan data. Hal ini berlangsung hingga kemajuan dalam penyimpanan solid-state membuat all-flash array menjadi alternatif hemat biaya dan mengantarkan beberapa peningkatan kinerja yang cocok untuk aplikasi berkinerja tinggi.

Solid-state drive biasanya lebih disukai daripada hard disk drive. Namun, rangkaian hybrid yang mengonfigurasikan SSD dan HDD dalam sasis yang sama memungkinkan vendor untuk memperbaiki sistem yang ada dengan hanya mengganti sebagian media tetap dengan flash. Saat ini, AFA atau rangkaian hybrid, adalah pilihan utama untuk solusi NAS dan SAN dalam skala besar.

Memori flash adalah jenis penyimpanan memori non-volatile yang menggunakan transistor semikonduktor untuk menyimpan dan mengambil data. Data yang disimpan dalam memori flash bersifat persisten dan tidak non-volatile, yang berarti bahwa setelah data ditulis ke unit memori flash, unit tersebut dapat dan akan mempertahankan data bahkan saat unit dimatikan.

Teknologi memori flash hadir dalam dua varietas yang dibedakan oleh jenis arsitektur logika yang digunakan untuk mengelola operasi chip memori:

• Flash NOR: Jenis memori flash ini menggunakan gerbang logika Boolean "NOT OR" untuk membaca dan menulis data. Flash NOR bekerja cepat dalam mengakses bit data acak dalam kumpulan data yang disimpan, tetapi memiliki waktu penulisan yang lebih lambat dan bisa jadi relatif lebih mahal. NOR flash paling cocok untuk menyimpan data seperti firmware dan kode boot.

• Flash NAND: Flash NAND menggunakan gerbang logika Boolean "NOT AND" yang lebih hemat biaya untuk menyimpan file yang lebih besar. NAND flash unggul dalam hal akses data berurutan tetapi lebih lambat dari flash NOR untuk pembacaan acak. Karena alasan inilah flash NAND tidak cocok untuk eksekusi kode langsung, tetapi flash NAND merupakan pilihan yang sangat baik untuk penyimpanan data jangka panjang dan berskala besar.

Pada tingkat teknis, memori flash NAND menyimpan data dengan menggunakan susunan transistor gerbang mengambang yang berfungsi serupa dengan gerbang logika NOT AND. Setiap sel memori NAND berisi gerbang logika kontrol dan gerbang logika mengambang yang dipisahkan oleh lapisan oksida tipis.

Melalui proses penerowongan Fowler-Nordheim, data biner dapat disimpan secara terus-menerus di dalam memori flash dengan mengirimkan muatan listrik ke dalam sel pada tegangan yang menjebak elektron di gerbang mengambang. Pada gilirannya, data dapat dihapus dengan menghapus muatan. 

Meskipun memori flash tersedia dalam varietas NOR dan NAND, frasa "penyimpanan flash" hampir selalu berarti flash NAND. Meskipun media penyimpanan flash NAND mengalami penurunan kualitas seiring waktu sehingga memerlukan penggantian perangkat keras secara berkala setelah beberapa tahun, memori NAND memenuhi banyak kriteria untuk penyimpanan operasional yang ideal dalam sebagian besar situasi.

Berikut ini adalah beberapa karakteristik penting:

• Non-volatile: Flash NAND dapat menyimpan data tanpa memerlukan daya terus-menerus. 

• Berbasis blok: Flash NAND menulis dan menghapus data dalam blok informasi yang besar, bukan dengan pendekatan per byte. 

• Efisien dalam skala besar: Akibat strukturnya yang berbasis blok, flash NAND sangat cocok untuk tugas komputasi berurutan yang memerlukan penyimpanan data dalam jumlah besar dan akses dalam skala besar. Flash NAND adalah opsi yang lebih efisien dengan kepadatan lebih tinggi dibandingkan dengan flash NOR.  

• Tahan lama: Unit memori flash NAND dan NOR jauh lebih tahan lama daripada HDD. Unit memori flash tidak mengandung bagian bergerak yang dapat menjadi titik kegagalan untuk HDD. Dengan demikian, flash NAND adalah pilihan yang jauh lebih unggul ketika daya tahan menjadi faktor. Flash NAND telah menjadi pilihan utama untuk penyimpanan data yang mungkin perlu dikirimkan secara fisik dan secara konsisten digunakan untuk berbagai perangkat seperti drive hard disk eksternal portabel atau laptop. Namun demikian, meskipun media memori solid-state jelas lebih tahan lama daripada unit memori dengan komponen yang bergerak, namun terdapat batas pasti terkait berapa kali unit memori flash dapat ditulis ulang. Meskipun memori flash non-volatile umumnya dianggap aman tanpa batas waktu, namun jenis unit ini memang mengalami degradasi seiring waktu, baik melalui penggunaan yang berlebihan atau kerusakan umum. Praktik terbaik menyatakan bahwa data yang disimpan dalam jangka panjang pada unit memori flash harus divalidasi secara teratur dan digandakan secara berkala ke perangkat keras memori baru. 

Berharga karena ukurannya yang ringkas, kecepatan yang cepat, daya tahan yang tangguh, dan kapasitas penyimpanan yang tinggi, memori flash telah menjadi solusi yang lebih disukai untuk banyak perangkat. Perangkat ini termasuk kartu memori, USB flash drive, ponsel cerdas, laptop, kamera digital, dan perangkat portabel serupa. Selain itu memori flash juga disukai untuk komputasi yang lebih besar dan secara fisik lebih permanen. 

Digunakan sebagai komponen penyimpanan utama dari all-flash array (AFA), solid-state drive (SSD) biasanya merupakan perangkat penyimpanan berbasis semikonduktor yang menggunakan memori flash NAND. Setiap chip memori flash NAND terdiri dari rangkaian blok yang dikenal sebagai grid. Setiap blok dalam grid terdiri dari rangkaian sel memori, yang disebut sebagai halaman atau sektor.

Insinyur mengategorikan tiap sel memori berdasarkan jumlah bit yang dapat mereka simpan. Sel Tingkat Tunggal (SLC) menyimpan 1 bit informasi, sedangkan Sel Tingkat Banyak (MLC), Sel Tingkat Tiga (TLC), dan Sel Tingkat Empat (QLC) berisi 2, 3, dan 4 bit.

Setiap jenis sel hadir dengan manfaat dan tantangannya sendiri. Sebagai contoh, SLC dikenal memiliki kecepatan tinggi, tetapi harganya juga mahal, sementara QLC yang lebih terjangkau mungkin kurang dapat diandalkan daripada alternatif yang lebih mahal. Bergantung pada jenis sel, setiap grid dalam SSD dapat menyimpan data antara 256 KB hingga 4 MB.

Dalam sistem komputasi pribadi umum, unit pemrosesan pusat (CPU) utama komputer bertindak sebagai pengontrol yang mengatur pekerjaan membaca dan menulis ke memori. AFA dapat memiliki perangkat keras atau perangkat lunak lain untuk membantu mengelola semua tugas ini di seluruh rangkaian SSD jaringan. 

Awalnya, drive SSD kompatibel dengan antarmuka penyimpanan memori SATA (serial ATA) yang pertama kali dikembangkan untuk HDD lama. Dapat memiliki kecepatan maksimal sekitar 550–600 MB/detik, SSD SATA lebih cepat daripada HDD tradisional.

Namun, SDD yang dirancang untuk protokol non-volatile memory express (NVMe) yang lebih baru dapat manfaatkan antarmuka PCI express (PCIe) berkecepatan tinggi. Desain ini memungkinkannya mencapai kinerja yang lebih baik lagi, dengan kecepatan transfer data dari 3.500 MB/detik hingga 14.000 MB/detik. Dengan kata lain, SSD NVMe sekitar 20 kali lebih cepat daripada teknologi SSD SATA yang lebih lama.

Menawarkan lebih dari sekadar peningkatan throughput, drive NVMe juga mengungguli drive SATA pada pengujian latensi dan memiliki dukungan untuk ribuan antrean perintah serempak. Karena alasan inilah SSD NVMe—dan AF yang menampilkan jenis drive ini—ideal untuk berbagai tugas yang menuntut seperti game berkinerja tinggi, pembuatan konten, dan penyimpanan perusahaan. 

Menurut Gartner, SSD muncul sebagai platform penyimpanan pilihan untuk mendukung beban kerja data terstruktur, yang didorong oleh inovasi seputar flash NAND dan teknologi memori kelas penyimpanan (SCM).

Rangkaian penyimpanan all-flash modern mengintegrasikan perangkat lunak canggih (dan kadang-kadang perangkat keras khusus) dengan drive NVMe berkinerja tinggi untuk mengumpulkan sumber daya secara efisien dari berbagai drive.

Selangkah lebih jauh, all-flash array terbaik memanfaatkan protokol yang lebih baru lagi, NVMe over Fabrics (NVMe-OF), untuk memaksimalkan kecepatan transfer data dan latensi di seluruh SAN. Sistem ini memungkinkan host untuk terhubung dan berkomunikasi secara langsung ke penyimpanan dengan mengintegrasikan modul NVMe-oF khusus sebagai pengganti rangkaian SSD NVMe terpisah. 

Dengan mengumpulkan sumber daya, AFA menciptakan kapasitas penyimpanan yang cukup dengan redundansi yang diperlukan sekaligus menawarkan peningkatan kinerja dan manajemen penyimpanan. AFA juga menggunakan teknik reduksi data tingkat lanjut, termasuk deduplikasi data, kompresi, cuplikan, replikasi, dan penyimpanan tipis, untuk meningkatkan efisiensi penyimpanan secara drastis. 

Sebagian besar vendor all-flash array juga menawarkan pemantauan canggih, manajemen data, dan perangkat lunak perlindungan data untuk memberdayakan administrator sistem yang bertanggung jawab untuk melacak penggunaan sumber daya, kesehatan sistem, dan metrik relevan lainnya. Semua alat ini membantu organisasi menghindari kemacetan dan dengan cepat merespons masalah teknis atau insiden potensial.

Selain perangkat lunak manajemen, produk AFA seperti Pure Storage FlashBlade, Dell Unity XT, atau HPE Alletra juga menawarkan plug-in dan ekstensi agar sistem penyimpanan all-flash dapat beradaptasi dengan cepat terhadap perubahan beban kerja dan berintegrasi dengan lancar dengan lingkungan hybrid cloud atau VMware. 

Berikut ini adalah dua jenis arsitektur utama yang digunakan untuk teknologi penyimpanan all-flash.

Peningkatan AFA mengikuti arsitektur lama yang memungkinkan penyimpanan tambahan ditambahkan ke rangkaian yang ada.

Meskipun arsitektur peningkatan memungkinkan cara yang sederhana dan hemat biaya untuk meningkatkan kapasitas, metode ini dapat menyebabkan kemacetan karena pengontrol pengelolaan penyimpanan pusat dapat menjadi satu titik kegagalan. 

AFA yang menggunakan arsitektur penskalaan horizontal memungkinkan penambahan lebih banyak kapasitas penyimpanan dan kekuatan komputasi secara serempak, dengan menambahkan lebih banyak node ke sistem.

Penskalaan horizontal AFA adalah pilihan yang lebih disukai untuk penyimpanan perusahaan dengan potensi untuk kebutuhan penyimpanan yang berkembang pesat, karena jenis arsitektur ini memastikan kinerja yang konsisten bahkan saat sistem berkembang.  

All-flash array (AFA) menawarkan berbagai manfaat sangat penting, mulai dari skalabilitas hingga keamanan. Manfaat ini adalah beberapa manfaat AFA yang paling signifikan.

Karena kinerja, ketersediaan, dan keterjangkauan teknologi memori flash yang meningkat, popularitas all-flash array (AFA) berkembang di banyak contoh penggunaan dan industri:

• Virtualisasi: AFA telah menjadi bagian integral untuk menyediakan kinerja penting dan dukungan fitur untuk perangkat lunak hypervisor yang menjalankan mesin virtual dan infrastruktur desktop virtual (VDI). Untuk virtualisasi, AFA digunakan untuk mempertahankan throughput data tinggi dengan latensi akses minimal yang diperlukan untuk beban kerja virtual tanpa gangguan. 

• Big data dan kecerdasan buatan (AI): Model AI juga dikenal menuntut kumpulan data besar untuk pelatihan dan operasi. AFA cocok untuk aplikasi big data, seperti menjalankan algoritma AI yang rumit, yang membutuhkan kinerja penyimpanan signifikan. 

• Pemulihan bencana (DR) dan pencadangan: Meskipun pada umumnya menghalangi pembelian, peningkatan harga dan kinerja memori flash telah membuat solusi AFA menjadi pilihan yang layak untuk pencadangan dan pemulihan bencana. Kecepatan baca/tulis AFA yang tinggi cocok untuk pencadangan dengan beberapa tahap. 

• Layanan keuangan: Kemajuan teknologi finansial (fintech) telah mengantarkan era perdagangan frekuensi tinggi yang menuntut kecepatan pemrosesan data yang nyaris instan. AFA adalah aset yang luar biasa bagi penyedia layanan keuangan untuk memfasilitasi transaksi instan dan analitik data. 

• Media dan hiburan: Dari layanan streaming hingga pasar digital media online, AFA sangat berharga bagi perusahaan media dan hiburan yang ingin menyimpan file data yang sangat banyak dan memberikan transfer data berkecepatan tinggi sesuai permintaan. 

• Kesehatan: Dalam industri perawatan kesehatan, akses data benar-benar dapat menyelamatkan nyawa. AFA menawarkan rumah sakit dan penyedia layanan kesehatan akses data cepat yang dapat memfasilitasi perawatan yang tepat waktu dan efektif. 

• Pusat data: Seiring kehidupan modern dan industri semakin bergantung pada sejumlah besar data, pusat data terus berusaha untuk memenuhi permintaan. AFA memfasilitasi akses data yang cepat dan andal sekaligus meminimalkan waktu henti.