Fachartikel

Seite 2 - Technologie-Update Flash

Limitierung durch alte Schnittstellen
Die Kapazität von Speichersystemen ist logischerweise ein kritisches Thema. Aber Anwender interessieren sich genauso oder sogar noch mehr für die Leistung eines Speichersystems. Unternehmen arbeiten mit immer größer werdenden Datenmengen: Verbraucherdaten von unterschiedlichen Sensoren und das Internet der Dinge (IoT) generieren riesige Datenmengen, die schnell gespeichert und analysiert werden müssen. Der Ruf nach Datenanalyse und -aufnahme in Echtzeit wird immer lauter, aber selbst mit der grundlegenden Schnelligkeit von Flash-Speichern wird drosseln Technologien, die noch aus den siebziger Jahren stammen, das Tempo. Controller basieren auf Technologien, die auf die Einführung der SCSI-Schnittstelle im Jahr 1979 zurückzuführen sind. Und genau hier kommt Non-Volatile Memory Express (NVMe) ins Spiel. Es handelt sich dabei um mehr als nur eine physische Schnittstelle: NVMe kann selbst von den schnellsten Flash-Systemen die volle Leistung übertragen.

Gehen wir aber noch einmal einen Schritt zurück. Was ist eigentlich ein Speicher und was ist RAM? Speichersysteme speichern Daten dauerhaft und laden sie nach Bedarf in das Random-Access Memory (RAM), wo sie sich direkt neben dem Prozessor auf einem Medium befinden, das um Welten schneller als selbst der schnellste Flash Speicher ist. Kurz gesagt: Die Aufgabe des Speichers ist es, die Daten aufzubewahren, bis sie vom RAM benötigt werden, und sie dann so schnell wie möglich in den RAM-Speicher zu laden. Und Flash-Speicher bewältigen diese Aufgabe viel schneller als HDD-Festplatten. Dennoch wird der Vorgang nach wie vor von veralteten Middleware-Komponenten ausgebremst. Controller wie SAS- und SATA-Controller lassen die Daten aus dem Speicher förmlich nur in das RAM tropfen. Was wäre aber, wenn sich Daten statt mit nur einem einzigen Strohhalm mit 64.000 Strohhalmen bei voller Geschwindigkeit übertragen lassen?
Mehr Performance dank NVMe
Und hier sind wir wieder bei der NVMe-Schnittstelle gelandet. Flash-Speicher lesen Daten auf ganz andere Weise als HDD-Laufwerke. Bei Letzteren ist erst dann Datenzugriff möglich, wenn ein Lesekopf sich genau an der richtigen Stelle befindet. Für diesen Vorgang ist eine einzige Warteschlange natürlich sinnvoll. Flash-Speicher hingegen können Daten aber an zahlreichen Orten gleichzeitig lesen. Stellen Sie sich nur vor, um wie viel schneller Daten aus dem Speicher abgerufen werden könnten, wenn sich gleichzeitig auf 64.000 Speicherorte zugreifen ließe. In einer er einzelnen SAS- oder SATA-Warteschlange werden jeweils 256 oder 32 Befehle unterstützt. Im Gegensatz dazu unterstützt jede NVMe-Warteschlange bis zu 64.000 Befehle. Wenn also theoretisch jede einzelne der 64.000 Warteschlangen 64.000 Befehle enthalten würde, würde das Speichersystem 4.096.000.000 Befehle ausführen. Daher ist es nicht übertrieben, zu sagen, dass NVMe die letzten Überbleibsel von HDD-Speichern verdrängen und modernen Solid-State-Speichersystemen den Weg ebnen dürfte.

Die Industrie trägt ferner dem Umstand Rechnung, dass Speicher sich normalerweise nicht nur auf einem einzigen Host befinden. Die meisten Organisationen verwenden mehrere Speichersysteme, die durch ein Übertragungsprotokoll wie iSCSI oder Fibre Channel miteinander verbunden sind. Diese Protokolle sind aber durch veraltete Befehlssätze und Betriebssysteme begrenzt, die weiterhin intern SCSI für die Adressierung dieser Systeme verwenden. Mit dem neuen NVMe-over-Fabrics Protokoll können Speicher die Grenzen von Racks sprengen und in Zukunft Tausende NVMe-Geräte umfassen. Diese neuen Technologien machen es Unternehmen möglich, sowohl ihre Kapazitäts- als auch ihre Leistungsprobleme einfacher zu lösen.

Aktuell wird eine Reihe an SSD-Speichermedien der nächsten Generation entwickelt, die die Leistungslücke zwischen Speicher und RAM weiter schließen soll. Einige Beispiele dafür sind die Non-Volatile Dual In-line Memory Module (NVDIMM) und die 3D Xpoint- und Optane-Technologien von Intel.

Sinkende Kosten sorgen für Verbreitung
Um sich endgültig auf dem Markt durchzusetzen, müssen die Hersteller die Kosten für ihre Flash-Speichergeräte kontinuierlich senken. Das bedeutet für die Entwickler von Flash-Arrays, dass sie ihren Kunden mehr Speicherkapazität für weniger Geld bieten können. Und das ist eine ganz einfache Wirtschaftsregel: Wenn der Preis sinkt, steigt die Nachfrage. Und durch die immer weiter wachsenden Datensätze von Organisationen wird es eben immer wichtiger, diese Daten preiswert zu speichern.

Neben den Kosten und der Kapazität ist aber auch die Leistung der Datenspeicher ein kritischer Punkt. Der Kostenfaktor hat vor ein paar Jahren zur Entwicklung von Hybridspeichern geführt. Bei der ersten Generation von Hybridspeichern kombinierten die Hersteller von Speicherarrays eine geringe Menge von Flash-Speichern mit einer großen Zahl an HDD-Festplatten und leistungsstarker Software, die festlegte, welche Anwendungen welchen Speicher nutzen. Durch diese Kombination erhielten die Kunden Flash-Leistung für kritische Workloads und für solche, bei denen es auf die Kapazität ankam, ähnliche Preise wie für reine HDD-Speicher. Noch immer geht es dem Markt für Hybridspeicher blendend, aber All-Flash-Speicher sind zum Heiligen Gral für anspruchsvolle Workloads geworden, insbesondere seitdem die Kosten für Flash in den Keller gefallen sind.

Fazit
Die kontinuierliche Entwicklung und die Innovationskraft der Speicherindustrie treibt die Modernisierung ganzer IT-Organisationen voran: Die Workloads nutzen das riesige Leistungspotenzial von modernen Lösungen und die Unternehmen profitieren vom andauernden Preisverfall, den der technische Fortschritt mit sich bringt.

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6.06.2018/ln/Dieter Schmitt, Regional Director DACH bei Tegile

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