Fachartikel

Seite 2 - Energieverbrauch und Verlustleistung von Online-Storage

60 HDDs im parallelen Betriebsmodus
Im nächsten Schritt wurden sämtliche 60 HDDs vom Betriebssystem direkt und parallel adressiert. Der Energieverbrauch blieb konstant unter 500 Watt:

Workload
Energieverbrauch
IOPS
Bandbreite
Sequenzielles Schreiben (64-KByte-Blöcke) 445 Watt n/a 1900 MByte/s
Sequenzielles Lesen (64-KByte-Blöcke)
500 Watt n/a 2100 MByte/s
Zufälliges Schreiben (4-KByte-Blöcke) 445 Watt
23000
n/a
Zufälliges Lesen (4-KByte-Blöcke) 470 Watt 7600
n/a
Gemischter Workload (Lesen/Schreiben) 475 Watt 1800
550 MByte/s
Selbst mit 60 HDDs im parallelen Betriebsmodus bleibt der Energieverbrauch unter 500 Watt.

RAID 10 als virtuelles Laufwerk
In einem weiteren Testszenario schlossen die Testingenieure alle 60 HDDs zu einem virtuellen RAID-10-Laufwerk zusammen. Die daraus resultierende Gesamtspeicherkapazität von 480 TByte wurde in zwei logische Laufwerke von jeweils 240 TByte Größe aufgeteilt und unter Windows Server 2016 formatiert. Auch in diesem Szenario blieb der aktive Energieverbrauch konstant und deutlich unter 500 Watt.

Workload
Energieverbrauch
IOPS
Bandbreite
Sequenzielles Schreiben (64-KByte-Blöcke) 425 Watt n/a 3900 MByte/s
Sequenzielles Lesen (64-KByte-Blöcke)
460 Watt n/a 6200 MByte/s
Zufälliges Schreiben (4-KByte-Blöcke) 445 Watt
9800   
n/a
Zufälliges Lesen (4-KByte-Blöcke) 480 Watt 12000
n/a
Gemischter Workload (Lesen/Schreiben) 465 Watt 2700
790 MByte/s
Windows Copy 430 Watt n/a
320 MByte/s
Alle 60 16-TByte-HDDs bildeten im RAID-10-Cluster ein virtuelles Laufwerk.
Die 500-Watt-Marke wurde auch in diesem Szenario nicht überschritten.
Software-defined Storage
In einer letzten Testphase wurden alle 60 HDDs so konfiguriert, dass sie einen Speicher-Pool in einer softwaredefinierten Storage-Umgebung bilden: ein Zettabyte File System (ZFS), das von JovialDSS von Open-E verwaltet wurde.

Die Geschwindigkeit logischer Laufwerke, die über ZFS via iSCSI bereitgestellt wird, hängt wesentlich von der Bandbreite des Netzwerks und vor allem von der Konfiguration der SSD-Lese-Caches sowie der SSD-Schreib-Puffer ab. Die Messergebnisse, die für rein synthetische Arbeitslasten erzielt wurden, dienen daher lediglich als Referenz. Festzuhalten bleibt: Der Energieverbrauch überschritt auch in diesem Testszenario nie die 500W-Marke.

Ein PByte mit weniger als 500 Watt
Online-HDD-Speicher mit einer Kapazität von 1 PByte lässt sich heute mithilfe moderner 16-TByte-HDDs in einem vier Höheneinheiten großen JBOD mit weniger als 500 Watt Energieverbrauch bereitstellen. Der Energieverbrauch bewegt sich zwischen 420 Watt (Standby, keine Schreib- und Leseoperationen) und 480 Watt (kontinuierliches Schreiben und Lesen unterschiedlich großer Speicherblöcke).

In typischen Speicherkonfigurationen wie RAID-Festplattenclustern oder Software-defined Storage stehen Netto-Speicherkapazitäten zwischen 480 TByte (RAID 10 / Mirror) und 800 TByte (RAID 60 / Double Parity) mithilfe von 60 16-TByte-HDDs zur Verfügung. Insgesamt entsteht damit ein Energieverbrauch von etwa 1 Watt pro TByte Nettospeicher (Spiegelung) beziehungsweise 0,5 Watt pro TByte (Parity).

Fazit
Führende Speicherhersteller schätzen die Gesamtkapazität von Enterprise-Nearline-HDD-Speicher, die 2019 verkauft wurde, auf etwa 500 Exabyte (500.000 PByte). Wenn sämtliche HDDs als 16-TByte-Modelle in 60-Bay-JBODs betrieben würden, entspräche das mit 225 Megawatt der Energieproduktion eines typischen großen Kohlekraftwerkes – allein für den Speicher.

Die Datenvolumina werden in Zukunft weiter steigen. Es fällt in den Verantwortungsbereich der Speicheranbieter, HDDs mit noch größeren und damit ökonomischeren Kapazitäten zu entwickeln, um die Verlustleistung und den Energieverbrauch pro TByte weiter reduzieren.

Die Untersuchung von Toshiba Electronics Europe zeigt aber, dass sich die Kosten, die Verlustleistung und die mechanischen Dimensionen eines HDD-Speichersystems bereits heute optimieren lassen. Durch die Nutzung der richtigen Speicherarchitektur, Festplatten, Festplattengehäuse und Konfiguration ist ein 1 PByte großer Online-Speicher mit weniger als 500 Watt Energieverbrauch realisierbar.


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11.11.2020/ln/Rainer W. Käse, Senior Manager Business Development Storage Products bei Toshiba Electronics Europe

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