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Explicação técnica Enormes capacidades de armazenamento ajudam a avançar a tecnologia de vigilância

Enormes capacidades de armazenamento ajudam a avançar a tecnologia de vigilância

O futuro da videovigilância? 

Agente Doug Carlin: “Podemos voltar?” 
Agente Paul Pryzwarra: “Não, há dados demais para um sistema de armazenamento atual.”

Se você já assistiu ao filme Déjà Vu, pode se lembrar dessa situação. O agente Doug Carlin, representado por Denzel Washington, pede aos técnicos de vídeo para reproduzir um momento importante nas imagens de vigilância, mas o retrocesso não é uma opção. Como os especialistas em tecnologia encontraram uma forma de criar imagens de vídeo do passado manipulando o continuum de tempo-espaço, nenhum dispositivo é capaz de armazenar as gigantescas cargas de dados.

Toda a premissa do filme expande os limites da realidade. No entanto, talvez igualmente fascinante para os profissionais de tecnologia de armazenamento é a ideia de haver dados demais para qualquer dispositivo de armazenamento existente conter. Atualmente, os discos rígidos são projetados para armazenar vastas quantidades de dados, mas esses sistemas serão o suficiente para as crescentes demandas de armazenamento do setor de videovigilância?

Os fatos acerca da videovigilância e armazenamento
Quanto armazenamento o mercado de videovigilância exige? Com base nas vendas de câmera históricas e na vida útil prevista desses dispositivos, estima-se que aproximadamente 210.000.000 câmeras de videovigilância estão instaladas atualmente em sistemas digitais em todo o mundo.2 Vamos supor que cada uma dessas câmeras opere com as configurações de resolução, qualidade e taxa de quadros padrão do setor, gravando 14 dias de dados. Mesmo com essas configurações típicas, mais de 18,4 bilhões de gigabytes (GB) de armazenamento são necessários para

suportar as câmeras de vigilância do mundo por um período de gravação ínfimo de duas semanas. Além disso, o número de discos rígidos necessários para fornecer essa capacidade de armazenamento cruzaria a China duas vezes, se fossem enfileirados um após o outro.

Essas estatísticas realçam o crescimento impressionante das tecnologias de vigilância e armazenamento no decorrer dos últimos 15 anos. A quantidade de armazenamento exigida pelos sistemas de vigilância hoje para um período de apenas duas semanas é 880 vezes maior do que toda a capacidade fabricada no ano de 1995.3 Um capacitor fundamental desse rápido crescimento tem sido a maior disponibilidade de armazenamento mais barato. Embora as capacidades de armazenamento tenham aumentado, os custos caíram drasticamente. Em 1995, um GB de armazenamento custava aproximadamente US$ 995. Hoje, é possível comprar um GB por apenas US$ 0,08.4

“Faça maior, faça mais rápido, faça mais barato.” As palavras históricas de Al Shugart, fundador da Seagate Technology, ainda refletem os objetivos do setor de armazenamento de dados hoje. As capacidades mais altas, desempenho aprimorado e custos mais baixos na tecnologia de armazenamento estão impulsionando o crescimento das vendas globais de câmeras. Uma pesquisa da In-Stat prevê a venda de mais de 41 milhões de câmeras em 2011 e mais de 51 milhões até 2014.5

Além disso, a demanda por resoluções de megapixel mais altas está aumentando e as câmeras IP estão previstas para apresentar uma taxa de crescimento anual composta de 13,7% nos próximos 3 anos. O que isso significa para o setor de armazenamento? Mais câmeras + resoluções mais altas = necessidades de armazenamento maiores.

A par das demandas de armazenamento
Para atender às demandas de armazenamento em constante crescimento do mercado de videovigilância, os fabricantes de disco rígido enfrentaram o desafio de manter a integridade de dados com tecnologia de revestimento magnético que utiliza partículas extremamente pequenas. Recentemente, a tecnologia de disco rígido tem se concentrado em aumentar a densidade de área da mídia de armazenamento. Densidade de área é uma medida de proximidade dos bits individuais de dados digitais (gravados em partículas magnéticas) em um disco rígido. Quanto mais estreito for o grupamento desses bits, maior será a densidade de área. Uma medida de densidade de área é o Gbpsi (gigabits por polegada quadrada). Aumentar os Gbpsi em um dispositivo de armazenamento aumenta também os níveis de capacidade.

O desenvolvimento da gravação perpendicular possibilitou que os especialistas maximizassem o Gbpsi dispondo os bits verticalmente um ao lado do outro, em vez de horizontalmente, aumentando o Gbpsi. Essa tecnologia foi a principal viabilizadora das capacidades de armazenamento mais altas dos últimos cinco anos, mas a gravação perpendicular já quase atingiu as densidades máximas e está prevista para alcançar seu pico a cerca de 1 a 1.5 terabits (Tb) por polegada quadrada.6 Está ficando cada vez mais difícil reduzir o tamanho da tecnologia sem deixar de distinguir um bit do outro. O alcance de um equilíbrio entre criar partículas magnéticas menores e manter a integridade de dados tem apresentado novos problemas para o setor de disco rígido.

Então, o que mais pode ser feito para aumentar os recursos de armazenamento? Os fabricantes de discos rígidos estão explorando uma variedade de opções para desenvolver a próxima geração de tecnologias de armazenamento. Recentemente, a IDEMA (International Disk Drive Equipment and Materials Association) estabeleceu um aumento no tamanho de setor básico usado na mídia de discos rígidos.7 Com a nova tecnologia de Formato avançado de setor de 4K, o tamanho do setor de um disco rígido passa de 512 bytes para 4.096 (4K) bytes. A Seagate Technology e outros membros da IDEMA apoiam a adoção da tecnologia de setor de 4K e a veem como um viabilizador-chave das capacidades mais altas e correção de erros mais robusta no futuro.

Um segundo fator importante com potencial de aumentar as capacidades de armazenamento é chamado de densidade de trilhas, medida por trilhas por polegada (TPI). Os discos rígidos armazenam dados em círculos concêntricos nos pratos do disco rígido. Quando as trilhas são dispostas próximas umas das outras, a TPI e a capacidade são maximizadas.

No Seagate® Surveillance HDD, os níveis de TPI passaram de 250.000 na geração anterior para 340.000 hoje.8 Esses números representam um aumento extraordinário de 36% em TPI e, consequentemente, um enorme aprimoramento em capacidade de armazenamento. Com uma quantidade tão alta de trilhas em um único disco de 3,5 polegadas, cada trilha tem somente 75 nanômetros de comprimento, cerca de 100 vezes menos do que um esporo de pólen. Essas trilhas giram por um cabeçote de leitura-gravação a 7.200 RPM, enquanto os dados são precisamente gravados a uma escala incrivelmente pequena.

O que virá em seguida?
À medida que a tecnologia de gravação perpendicular começa a atingir seus limites, as densidades de trilha também estão atingindo os seus limites. A tecnologia atual não pode fabricar um cabeçote de leitura-gravação capaz de gravar trilhas menores do que isso. É aí que entra a SMR, ou Shingled Magnetic Recording (gravação magnética em setores magnéticos sobrepostos).

SMR é uma tecnologia que está prevista para surgir nos próximos anos e otimizará ainda mais a TPI. Essa tecnologia possibilita a gravação de trilhas parcialmente sobrepostas, como telhas em um telhado, a fim de aumentar a densidade de trilhas. Com a SMR, toda vez que uma nova trilha é gravada, a trilha anterior é aparada e a trilha subsequente é sobrescrita. Isso gera um aumento em potencial de 40% na capacidade e estende o uso das tecnologias de gravação perpendicular.9 Embora não seja ideal para todos os tipos de armazenamento de dados, a SMR é bem aplicável à videovigilância, visto que os dados de vigilância costumam ser sobrescritos após um período determinado de arquivamento.

Nos próximos anos, tecnologias adicionais surgirão para aumentar as capacidades de armazenamento e atender às crescentes demandas de armazenamento. Essas tecnologias continuarão aplicando novos métodos de Gbpsi e

TPI aprimorados e densidade de área maximizada em dispositivos de armazenamento. O efeito cumulativo dessas tecnologias ajudará a tornar os sistemas de vigilância mais acessíveis, mesmo com crescente prevalência de recursos de gravação em alta definição.

Uso da tecnologia de disco rígido na videovigilância
Com a demanda constantemente crescente por armazenamento no setor de videovigilância, as tecnologias que aumentam a capacidade de dados continuarão a ser desenvolvidas. Hoje e no futuro, os profissionais de vigilância devem escolher um disco rígido que atenda às necessidades de seu sistema de vigilância específico. Embora a capacidade seja um fator fundamental, há outros elementos a considerar durante a busca de uma solução de armazenamento.

Primeiro, escolher um produto que foi projetado para a sua carga de trabalho e categoria de dados específicas é crucial para aprimorar o desempenho, garantir confiabilidade e economizar dinheiro.

Como mostra a Figura 1, os requisitos de armazenamento são extremamente diferentes entre segmentos de mercado. Os dados relacionados à computação PC requerem armazenamento voltado para a capacidade de leitura e ajustado para transferências de dados aleatórias em blocos pequenos. Dentro do segmento de mercado de produtos eletrônicos de consumo, os designs de disco rígido devem ter uma capacidade de leitura suave focada em transferências de dados sequenciais em blocos grandes.

Por outro lado, a carga de trabalho do armazenamento de videovigilância é projetada em peso para a gravação, uma função que representa até 95% da operação do disco rígido. Essa carga de trabalho de gravação alta é combinada com blocos de dados sequenciais grandes de vários fluxos de dados (câmeras), que costumam operar em um ambiente 24 horas.

Figura 1. Requisitos de armazenamento por segmento de mercado

Segundo, é necessário haver variedade de opções para as aplicações de vigilância atuais. Por isso, é importante entender do que uma configuração de vigilância precisa e qual disco rígido melhor atende às suas necessidades. Cada um dos seguintes fatores é crucial ao peneirar a multidão de

opções de armazenamento de vigilância:

  • Número de câmeras, resolução e duração de armazenamento: capacidade
  • Tipo de configuração: JBOD ou RAID?
  • Contagem de discos: alta ou baixa?
  • Perfil de carga de trabalho

Design de gabinete
O disco rígido certo pode influenciar significativamente a capacidade de um provedor de oferecer sistemas de vigilância excepcionais com confiabilidade, desempenho e acessibilidade superiores, todos elementos-chave para diferenciar as ofertas dos concorrentes. Como mostra a Figura 2, agora é possível encontrar

discos rígidos para satisfazer os requisitos de uma grande variedade de instalações de vigilância. Talvez eficiência energética e operação refrigerada sejam prioridades ou pode ser que você precise de gravação e transmissão de vídeo em alta velocidade para DVRs de vigilância (SDVR) de várias câmeras. O seu sistema pode exigir armazenamento centralizado adaptado para operações em um ambiente IP ou LAN típico. Independentemente da situação, há um disco rígido especializado para o trabalho.

Aplicações de DVR de consumo
Muitas vezes, os discos rígidos projetados para DVRs (Digital Video Recorders, gravadores de vídeo digital) são comercializados como soluções de videovigilância. Embora esses produtos possam ser soluções aceitáveis para algumas configurações, como DVRs de vigilância integrados com contagem baixa de câmeras, os sistemas de vigilância mais sofisticados costumam exigir desempenho mais apurado. Um sistema integrado pequeno pode se beneficiar de alguns dos recursos de baixo consumo de energia e operação refrigerada desses tipos de disco rígido, mas também sacrificará o desempenho.

Figura 2. Soluções de disco rígido guiadas por aplicação de vigilância específica

Armazenamento para DVR de vigilância de uso geral
As configurações de SVDR de uso geral mais convencionais normalmente aceitarão diversas entradas de câmera de vigilância, exigindo um disco rígido de desempenho mais alto desenvolvido especificamente para esse fim. Produtos como o Surveillance HDD, com perfis de operação 24×7 e ajuste sequencial em blocos grandes de alto desempenho, são preparados para lidar com sistemas de HD DVR, SDVR, NVR e DVR/NVR híbrido. Procure discos rígidos com alta capacidade de gravação, a principal característica das operações de vigilância em relação ao armazenamento de dados.

Armazenamento centralizado
Nas arquiteturas de armazenamento centralizado, o armazenamento de montagem em rack e os gabinetes de armazenamento com contagens altas de discos são comuns e ficarão ainda mais com a crescente popularidade das topologias focadas em rede. Discos rígidos de classe nearline, que combinam recursos de operação de gravação alta 24×7 com os benefícios extras da funcionalidade RAID aprimorada e alta tolerância à vibração, são uma ótima opção para essas arquiteturas. Os discos nearline também possibilitam a incorporação de mais tecnologias avançadas de armazenamento que utilizam interface SAS para fornecer desempenho mais alto e confiabilidade de dados aprimorada.

Não tem volta
Os sistemas de vigilância podem estar longe de usar o dobra do continuum de tempo-espaço para olhar o passado, mas o setor está, sem dúvida, crescendo a um ritmo extraordinário e o mesmo está acontecendo com suas demandas de armazenamento. A tecnologia atual tem um limite de quanto pode avançar para satisfazer essas demandas por capacidade de armazenamento superior. Embora os fabricante de discos rígidos continuem a explorar as oportunidades que surgem para maximizar a capacidade de dados, os designers de sistemas de vigilância devem discernir a melhor forma de atender às suas necessidades de armazenamento presentes.

Compreender a carga de trabalho do seu sistema é o primeiro passo, seguido de escolher um disco rígido desenvolvido especificamente para a sua configuração de vigilância. Com inúmeros produtos de qualidade no mercado, os profissionais de vigilância podem encontrar o disco rígido que otimizará o desempenho e economizará dinheiro.

Como no filme Déjà Vu, não tem volta. As necessidades de armazenamento do passado ficaram para trás e agora nossa única opção é avançar. No entanto, de olho nas novas tendências tecnológicas e um longo histórico de sucesso, os sistemas de vigilância continuarão protegendo e garantindo a segurança das economias emergentes de todo o mundo. Podemos ter certeza de que o armazenamento será um elemento-chave dessas soluções.

—Por David Burks, marketing to segmento de armazenamento de vigilância

*Nota:1 Bruckheimer, J. (produtor) e Scott, T. (diretor). (2006). Déjà vu [filme]. Estados Unidos: Buena Vista.
2 Seagate Technology, maio de 2011
3 Seagate Technology, maio de 2011.
4 “A History of Storage Cost”, mkomo.com, 2010.
5 In-Depth Analysis Video Surveillance: Analog and IP Cameras, DVRs, NVRs, Analytics, Semiconductor and Technology, In-Stat, janeiro de 2011
6 Future Storage Technology: How to Store the Entire U.S. Library of Congress on a Coin, Seagate Technology, dezembro de 2010
7 Boletim de marketing da Seagate: “Transição para o formato avançado de setores de 4K”, Seagate Technology, maio de 2010
8 Secutech 2011 International Exhibition, Seagate Technology, abril de 2011
9 Seagate Technology, maio de 2011.

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