Un desafío creciente en el almacenamiento de datos de IA
La inteligencia artificial está impulsando avances en todas las industrias y revolucionando todo, desde el diagnóstico de la salud y el modelado financiero hasta los vehículos autónomos y la automatización a gran escala. Sin embargo, a medida que los sistemas de IA se vuelven más sofisticados, las demandas de almacenamiento de datos han crecido exponencialmente, creando desafíos en escalabilidad, eficiencia y costos.
Los conjuntos de datos de aprendizaje automático ahora requieren petabytes de almacenamiento, y algunas empresas gestionan conjuntos de datos a escala de exabytes para mantenerse al día con la evolución de los modelos de IA. Estos conjuntos de datos masivos deben almacenarse, recuperarse y procesarse de manera eficiente para respaldar el entrenamiento y la inferencia del modelo. La infraestructura de almacenamiento detrás de la IA ya no es solo una preocupación de TI: se ha convertido en un facilitador central de la innovación de la IA en sí.
A pesar de los avances en la computación con IA, las arquitecturas de almacenamiento tradicionales se han vuelto complejas y costosas a la escala requerida para alimentar las GPU hambrientas de datos, lo que introduce limitaciones que ralentizan la adopción de IA. Esto se debe a tres motivos:
En primer lugar, si bien las arquitecturas basadas en unidades SSD ofrecen un rendimiento de alta velocidad, sus elevados costos de adquisición las hacen poco prácticas para las necesidades de almacenamiento a gran escala de las cargas de trabajo de entrenamiento de IA. Mantener grandes conjuntos de datos únicamente en unidades SSD es financieramente insostenible para la mayoría de las empresas.
En segundo lugar, si bien los sistemas de disco duro SAS/SATA continúan brindando almacenamiento confiable y rentable para muchas aplicaciones empresariales, las cargas de trabajo de IA imponen demandas únicas a la infraestructura de almacenamiento. Las interfaces SAS/SATA se basan en silicio patentado, adaptadores de bus host (HBA) y arquitecturas de controlador que no fueron diseñados originalmente para las necesidades de alto rendimiento y baja latencia de las cargas de trabajo de IA. A medida que aumenta la adopción de IA, estos factores pueden introducir complejidad y latencia adicional, lo que dificulta que los modelos de IA accedan rápidamente a conjuntos de datos masivos.
Por último, las cargas de trabajo de IA que dependen del almacenamiento basado en la nube a menudo experimentan altos costos de transferencia de datos de WAN, picos de latencia y tiempos de recuperación impredecibles. Estas ineficiencias limitan la capacidad de respuesta de los modelos de IA y aumentan los gastos operativos mientras el hardware de procesamiento espera datos remotos.
En consecuencia, a medida que la IA continúa escalando, se necesita un nuevo enfoque: uno que complemente las arquitecturas de almacenamiento existentes y al mismo tiempo equilibre la capacidad, el costo y la velocidad para respaldar el entrenamiento y la inferencia de la IA sin concesiones.
Un nuevo enfoque: Unidades de disco duro NVMe para cargas de trabajo de IA
Seagate es pionero en una solución transformadora al incorporar la tecnología NVMe a las unidades de disco duro de alta capacidad. Al desarrollar NVMe como un futuro protocolo estándar para la conectividad de las unidades de disco duro, Seagate ofrece una alternativa diseñada para optimizar las cadenas de datos de IA, reduciendo los cuellos de botella de almacenamiento y manteniendo las ventajas de asequibilidad y densidad de las unidades de disco duro.
A diferencia de las unidades de disco duro basadas en SAS/SATA, las unidades de disco duro NVMe eliminan la necesidad de HBA, puentes de protocolo e infraestructura SAS adicional, lo que hace que el almacenamiento de IA sea más optimizado. Estas unidades permiten que las cargas de trabajo de IA escalen sin problemas al integrar almacenamiento en una unidad disco duro de alta densidad con almacenamiento en caché SSD de alta velocidad en una arquitectura NVMe unificada.
Este cambio proporcionaría ventajas significativas. En primer lugar, al eliminar los adaptadores de hardware para interactuar con el procesador, las unidades de disco duro NVMe simplifican la implementación del almacenamiento de IA, lo que permite a las organizaciones construir entornos de almacenamiento de IA a gran escala sin controladores especializados. En segundo lugar, con un único controlador NVMe y una pila del sistema operativo, estas unidades garantizan que los discos duros y las unidades SSD trabajen juntos de manera eficiente, eliminando la necesidad de capas de software separadas.
Uno de los beneficios más importantes es el acceso directo a los datos de almacenamiento de la GPU a través de las DPU, evitando los cuellos de botella de la CPU. Las arquitecturas de almacenamiento tradicionales enrutan datos a través de canales controlados por CPU, lo que genera problemas de latencia. Las unidades de disco duro NVMe pueden eliminar esta ineficiencia, lo que permite que los modelos de IA ingieran y procesen conjuntos de datos masivos con demoras significativamente reducidas.
Además, NVMe sobre estructuras (NVMe-oF) permite que las unidades de disco duro NVMe se integren en arquitecturas de almacenamiento de IA distribuidas, lo que garantiza un escalamiento perfecto dentro de redes de centros de datos de alto rendimiento. Esta característica es particularmente beneficiosa para las empresas que necesitan soluciones de almacenamiento flexibles y componibles para flujos de trabajo de IA.
Al usar unidades de disco duro NVMe junto con unidades SSD, las organizaciones podrán optimizar el costo mientras mantienen el rendimiento, reservando las unidades SSD para conjuntos de datos activos y usando unidades de disco duro para la retención de datos de capacitación de IA a largo plazo.
Probar el futuro: Prueba de concepto de la unidad de disco duro NVMe de Seagate
Para demostrar el impacto potencial de las unidades de disco duro NVMe en el mundo real, Seagate realizó una prueba de concepto (POC) integrando unidades de disco duro NVMe, unidades SSD NVMe, DPU NVIDIA BlueField y software AIStore, mostrando un ecosistema de almacenamiento de IA de alta eficiencia.
Esta POC destacó las ventajas clave de las unidades de disco duro NVMe en los flujos de trabajo de IA, proporcionando evidencia de que pueden tener un impacto significativo en los entornos de almacenamiento de IA a gran escala:
- Los ingenieros demostraron que la comunicación directa de la GPU al almacenamiento a través de discos duros NVMe y DPU ayudó a reducir la latencia relacionada con el almacenamiento en los flujos de trabajo de datos de IA.
- Se eliminó la sobrecarga del sistema SAS/SATA heredada, lo que simplificó la arquitectura del sistema y mejoró la eficiencia del almacenamiento.
- AIStore optimizó dinámicamente el almacenamiento en caché y los niveles, mejorando el rendimiento del entrenamiento del modelo y al mismo tiempo simplificando la agregación del almacenamiento y la escalabilidad a niveles de exabytes.
- La integración de NVMe-oF permitió un escalamiento perfecto, lo que demuestra la capacidad de composición de los clústeres de almacenamiento de IA de múltiples estantes.
A través de esta POC, Seagate demuestra cómo las unidades de disco duro NVMe podrán soportar las cargas de trabajo de IA más exigentes del mundo sin necesidad de arquitecturas totalmente flash.
Impacto en el mundo real: Almacenamiento de IA en acción
Seagate está aprovechando su década de experiencia en la implementación de modelos de IA en sus fábricas inteligentes para validar las unidades de disco duro NVMe en cargas de trabajo de IA del mundo real.
En las instalaciones de producción de antenas cuánticas de Seagate, la detección de defectos impulsada por IA se basa en la ingesta de imágenes de alta velocidad y la recuperación rápida para el entrenamiento del modelo y la mejora continua. Al aplicar los conocimientos de sus propios entornos de producción habilitados para IA, Seagate está explorando cómo las unidades de disco duro NVMe podrían facilitar este proceso al proporcionar almacenamiento escalable y rentable que admita tanto el procesamiento en tiempo real como la retención a largo plazo:
- Capacidad masiva para almacenar imágenes de alta definición sin pérdida de compresión de datos.
- Almacenamiento eficiente a largo plazo de conjuntos de datos de entrenamiento de IA.
- Acceso sin inconvenientes para el reentrenamiento de modelos de IA y mejoras continuas.
Al explorar la integración de unidades de disco duro NVMe en una arquitectura de almacenamiento, Seagate muestra cómo la nueva tecnología reduciría los costos de almacenamiento de IA y al mismo tiempo garantizaría una capacidad de respuesta en tiempo real para la detección de defectos de IA. Las ganancias de eficiencia incluyen análisis más rápidos impulsados por IA, precisión mejorada y menores costos de infraestructura.
Más allá de la fabricación, las unidades de disco duro NVMe tienen aplicaciones en vehículos autónomos, imágenes sanitarias, análisis financieros y plataformas de inteligencia artificial en la nube a gran escala.
Sostenibilidad y ahorro de costos: Ventajas de la unidad de disco duro NVMe
La infraestructura de IA consume enormes cantidades de energía, lo que hace que la sostenibilidad sea una preocupación creciente. El trabajo de Seagate con las unidades de disco duro NVMe explora una alternativa rentable y energéticamente eficiente a las arquitecturas con gran cantidad de unidades SSD.
En comparación con las unidades SSD, las unidades de disco duro NVMe ofrecerían:
- Diez veces más eficiencia de carbono incorporado por terabyte, lo que reduce significativamente el impacto ambiental.
- Consumo de energía operativa 4 veces más eficiente por terabyte, lo que reduce los costos de energía del centro de datos de IA.
- Costo por terabyte significativamente menor, lo que reduce el TCO de almacenamiento de IA a escala.
A medida que se expande la infraestructura de IA, el almacenamiento sustentable se convertirá en un factor crítico para reducir tanto los costos como el impacto ambiental. La hoja de ruta de desarrollo de Seagate incluye avances continuos en la eficiencia de los discos duros NVMe, con el objetivo de ayudar a las organizaciones a escalar el almacenamiento de IA y, al mismo tiempo, cumplir con los objetivos de sostenibilidad a largo plazo.
Una hoja de ruta para el futuro del almacenamiento de IA
Seagate desarrolla innovaciones que permitirán la próxima generación de infraestructura de almacenamiento preparada para IA, alineándose con las tendencias de la industria y las necesidades de los entornos de hiperescala y de nube.
La hoja de ruta incluye:
- Ampliación de la plataforma Mozaic (que ahora comercializa unidades de 36 TB) para desarrollar unidades de disco duro NVMe de mayor capacidad.
- Mejora de la compatibilidad con NVMe-oF, lo que permite que las cargas de trabajo de IA se escalen sin problemas en entornos híbridos.
- Creación de arquitecturas de referencia que garantizan que los desarrolladores de IA puedan implementar soluciones de almacenamiento optimizadas con facilidad.
Seagate está trabajando con clientes y socios para explorar cómo las unidades de disco duro NVMe pueden adaptarse a las soluciones de almacenamiento de IA de próxima generación, garantizando que las empresas puedan satisfacer las demandas de almacenamiento de IA de manera asequible y eficiente.
El compromiso de Seagate con el futuro del almacenamiento de IA
La IA está transformando las industrias, pero muchas organizaciones luchan con la complejidad de la gestión de datos y los crecientes costos de almacenamiento. El almacenamiento escalable y eficiente es esencial para que la innovación en IA siga avanzando.
El trabajo de Seagate en las unidades de disco duro NVMe está demostrando cómo la conectividad NVMe podría reducir la complejidad de la implementación del almacenamiento a la vez que mantiene las ventajas de costo y densidad de las unidades de disco duro.
Al permitir la integración de AIStore, la escalabilidad NVMe-oF y las rutas de almacenamiento optimizadas para GPU en su POC, Seagate lidera la próxima ola de innovación en infraestructura de IA.
A medida que la IA transforma las industrias, Seagate redefine cómo la infraestructura de almacenamiento de IA escala para satisfacer la creciente demanda de almacenamiento de datos.
