Die ersten All-Flash-Arrays wurden zunächst nicht als ernsthafte Konkurrenz angesehen und die etablierten Speicheranbieter fühlten sich nicht bedroht. Es herrschte die Meinung, dass Flash für geschäftskritische Anwendungen geeignet sei, nicht aber für Kapazitätsanforderungen. Das ändert sich nun. Technische Innovationen und gemeinsam entwickelte Hard- und Software sowie sinkende NAND-Preise haben technische Sprünge ermöglicht und dazu geführt, dass All-Flash für alle Workloads verfügbar ist. Treiber für die Kunden sind Big-Data-Analytik und KI, technologische Umbrüche, steigende Energiekosten und die wachsende Bedeutung von Nachhaltigkeit in der IT. All-Flash stößt dadurch auf ein wachsendes Interesse auf dem Speichermarkt und hat das Potenzial, in einigen Jahren HDDs im Rechenzentrum zu ersetzen.

Der lange Weg in die Unternehmen
Lange Zeit war der B2B-Speichermarkt in Bänder, Speicher und Festplatten (HDD) unterteilt. Flash, 1980 von Toshiba als kompaktes Speichermedium erfunden, verbreitete sich zunächst vor allem in Consumer-Produkten. Der Einsatz von schnellen Solid State Drives (SSD) in Unternehmensumgebungen folgte erst Anfang des Jahrtausends und beschränkte sich viele Jahre lang auf besonders speicherintensive Anwendungen. In der Anfangszeit war der Einsatz von Flash für jegliche Anforderung wirtschaftlich nicht vertretbar.

Seit Anfang der 2010er Jahre ist All-Flash-Storage jedoch auch für Unternehmen zunehmend interessant geworden. Der deutliche Effizienz- und Leistungsvorteil gegenüber HDDs und der noch älteren Bandspeichertechnologie rechtfertigte auch den bisher höheren Anschaffungspreis. Gemessen an den Gesamtkosten pro Speichervolumen sind All-Flash-Arrays gleichauf, also äußerst wettbewerbsfähig, und der Wendepunkt, an dem sie die Festplatte im Rechenzentrum ersetzen können, ist jetzt erreicht.

Der Energieverbrauch pro TByte, der Platzbedarf, die Abwärme, die Zuverlässigkeit und der Elektronikschrott werden in Zeiten der Nachhaltigkeitsbemühungen immer wichtiger. Selbst die neueste Festplattentechnologie ist nicht in der Lage, die aktuellen und kommenden Nachhaltigkeitsziele zu erfüllen. Hinzu kommt die Tatsache, dass es einfach nicht genug Strom gibt, um das anhaltende explosive Datenwachstum zu bewältigen.

Die Festplattenhersteller sehen das verständlicherweise anders und kündigen für die nächsten Jahre neue Produkte mit Kapazitäten von 30 TByte bis 50 TByte an. Der Kapazitätszuwachs ist im Vergleich zu den Anfängen der Festplatte beeindruckend. Die jüngsten Diskussionen etwa von Pure Storage über ein DirectFlash-Modul (DFM) mit 300 TByte bis 2026 lassen die Festplatte jedoch plötzlich antiquiert und außerstande erscheinen, mit modernen Innovationen Schritt zu halten.

Innovationen wie DirectFlash sorgen für Durchbruch
Die jüngsten Innovationen auf dem All-Flash-Markt werden einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, Flash als einzige Alternative im Rechenzentrum zu etablieren und die Festplatte ein für alle Mal zu ersetzen. Der DirectFlash-Ansatz von Pure Storage, der für den Durchbruch entscheidend war, sieht die Verwendung von Raw Flash anstelle von Standard-SSDs vor. In All-Flash- oder Hybrid-Arrays, die auf handelsüblichen SSDs basieren, ist die Kommunikation zwischen dem Speichersystem und den Flash-Laufwerken dagegen im Wesentlichen ähnlich wie bei einer herkömmlichen Festplatte, wie eine Gruppe kohärenter identischer Blöcke. Dies erfordert einen Flash-Controller und einen komplexen FTL (Flash Translation Layer), was die Leistung verlangsamt. DirectFlash, das von Grund auf für Flash entwickelt wurde, verwendet NVMe (Non-volatile Memory Express), um direkt mit dem Flash-Speicher zu kommunizieren. Dadurch lässt sich das Leistungs- und Effizienzpotenzial von Flash besser ausschöpfen.

Da das Betriebssystem des Speichersystems alle laufenden und geplanten Systemaufgaben wie aktuelle I/O, Datenreduzierung, Workloads und den Zustand des Arrays überwacht, sind intelligentere Entscheidungen zur Datenplatzierung möglich. Die Aktivitäten des Systems sind von der Block-, Datei- oder Objektebene bis hinunter zur einzelnen Flash-Zelle sichtbar. Eine für die Medien optimierte Anordnung der Daten führt zu einem weiteren Effizienzvorteil und die Lebensdauer wird verlängert. Durch die Zentralisierung von Funktionen wie Garbage Collection, Sparing und Wear Leveling wird doppelter Aufwand vermieden, was die Gesamtkosten für Speichermedien senkt. Eine einfachere Firmware trägt zu einer deutlich geringeren Ausfallrate im Vergleich zu herkömmlichen SSDs und HDDs bei, die bereits aufgrund ihrer Mechanik anfälliger sind.

Auch im Gegensatz zu herkömmlichen SSDs trägt die 3D-NAND-Technologie dazu bei, dass All-Flash-Speicher-Arrays bei einer Reihe von Anwendungen mit HDD-basierten Lösungen konkurrieren können. 3D-NAND ist auch als vertikaler NAND (V-NAND) bekannt. Es handelt sich dabei um eine Art von nichtflüchtigem Flash-Speicher, bei dem die Speicherzellen in einem Transistorchip vertikal gestapelt sind, um die Speicherdichte zu erhöhen. Je mehr Schichten von Zellen auf einem einzigen Transistorchip gestapelt werden können, ohne die Datenintegrität wesentlich zu beeinträchtigen, desto größer ist die Speicherdichte. Im Vergleich zu 2D-NAND bietet 3D-NAND eine bessere Leistung, eine höhere Geschwindigkeit, einen geringeren Stromverbrauch, eine längere Lebensdauer und eine bessere Kosteneffizienz.

All diese Innovationen in Bezug auf Effizienz, Leistung, Speicherdichte und Zuverlässigkeit machen All-Flash heute zur einzigen Option. Das bedeutet, dass es für große Unternehmen ebenso wie KMU kein rationales Argument mehr gibt, HDDs für ihre Rechenzentren zu wählen, die immer anspruchsvollere und datenintensivere Workloads bewältigen müssen.

Wie Administratoren eine moderne Speicherumgebung effizient verwalten können
Die Verwaltung von Speicherumgebungen ist komplex und erfordert angesichts des Fachkräftemangels inzwischen einen deutlich höheren Automatisierungsgrad, um das Datenwachstum zu bewältigen. Die schlechte Transparenz der Speicherkomponenten in herkömmlichen Umgebungen stellt für Administratoren ein großes Problem dar, wenn sie versuchen, das Datenwachstum zu verwalten. Abgesehen davon wünschen sich die IT-Verantwortlichen von heute die Skalierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit von Public Clouds für ihre eigene Infrastruktur, doch die existierenden Speicher sind in grundlegend komplexen Architekturen verhaftet, die eine Automatisierung im großen Maßstab unmöglich machen. Unternehmens-Storage muss sich weiterentwickeln, um ein Cloudmodell bereitzustellen, das Unternehmen die gewünschte Flexibilität, Agilität und Zugriffsgeschwindigkeit bietet, ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit und Leistung der Public Clouds einzugehen.

Eine KI-gesteuerte SaaS-Plattform wie Pure1 ist eine zeitgemäße Lösung, um mit einem schlanken Team ein höheres Niveau an Datenverfügbarkeit und Leistung einer modernen Speicherumgebung zu gewährleisten. Damit haben Administratoren die volle Kontrolle über alle ihre Datenplattformen, von Flash-Arrays vor Ort, einer einheitlichen schnellen Datei- und Objektplattform und Blockspeicherdiensten in der Cloud bis hin zu einer Kubernetes-Plattform oder einer virtualisierten Umgebung, vom Desktop oder Smartphone. Ein übersichtliches Dashboard bietet einen schnellen Überblick über den Status der gesamten Speicherlandschaft sowie über spezifische Details auf Systemebene zu Leistung, Kapazität, Replikationsstatus und Komponentenstatus. Diese Funktionen lösen die Herausforderungen der Kunden und den Wunsch nach einer einfacheren cloudähnlichen Verwaltung einer Storage-Umgebung.

Storage-Manager können detaillierte Informationen mit ihren Teams teilen, indem sie Berichte zu Leistung und Kapazität sowie zu Datenausfallsicherheit, Nachhaltigkeit, Auditprotokollen, Abonnements und Assetmanagement verwenden. Dazu gehört auch eine Datenschutzbewertung, die den Status von unveränderlichen Snapshots und Replikationen in der gesamten Speicherflotte anzeigt. Auf diese Weise lässt sich feststellen, wie gut die Daten vor Ransomware und anderen potenziellen Problemen geschützt sind. Ebenso können Admins zukünftige Anwendungen planen und das Verhalten ihrer Umgebung im Laufe der Zeit analysieren. Sie können die Daten nutzen, um ihr Rechenzentrum bis hin zu einer einzelnen virtuellen Maschine oder einem Container zu visualisieren.

Klarer Vorteil in puncto Effizienz und Nachhaltigkeit
Die jüngsten Innovationen auf dem Speichermarkt zeigen, dass All-Flash-Ansätze in mehrfacher Hinsicht einen Effizienzvorteil bieten können. Zunächst einmal bietet Flash eine bessere Energieeffizienz: Da es keine beweglichen Teile gibt, entsteht weniger Abwärme, was den Stromverbrauch für den Betrieb und die Kühlung der Speicherumgebung reduziert.

Ein Abonnementmodell ermöglicht die kontinuierliche Aufrüstung bestehender Systeme. Dadurch entfallen die teuren Forklift-Upgrades und Systeme, die bei herkömmlichen Speicherlösungen komplett ersetzt werden müssen, einschließlich der erforderlichen Datenmigration alle drei bis fünf Jahre. Der Anteil des Elektroschrotts bei diesen Upgrades, ein wesentlicher Aspekt der Nachhaltigkeitsbilanz, ist daher deutlich geringer.

Die höhere Effizienz, der wartungsarme Betrieb und der geringere Platzbedarf einer All-Flash-Lösung reduzieren nach Angaben von Pure die Gesamtbetriebskosten über sechs Jahre um rund 40 Prozent im Vergleich zu einer herkömmlichen HDD-dominierten Speicherumgebung. Auch die Zuverlässigkeit ist laut Pure 10- bis 20-mal höher, so dass Rechenzentrumsbetreiber alte oder defekte Speichermedien seltener austauschen müssen.

Fazit
Nachhaltigkeitsaspekte werden immer wichtiger – und hier ist Flash als jüngere Technologie den Festplatten klar überlegen. Der Kostenunterschied zwischen HDD und Flash relativiert sich bereits beim Rohmedium mehr und mehr. Eine moderne, All-Flash-basierte Speicherplattform sollte jedoch als ganzheitliche Investition betrachtet werden. Der Betrieb ist deutlich kosteneffizienter und nachhaltiger. Für Unternehmen, die moderne Speicherleistung mit eingebauter Flexibilität benötigen, stehen attraktive Modelle für Storage-as-a-Service zur Verfügung. Ob im eigenen Rechenzentrum oder in der Cloud – All-Flash wird bald die Festplatte ersetzen.

ln/Markus Grau, Principal Technologist bei Pure Storage