Die wachsende Datenflut auffangen

ITD: Die Erfolgsgeschichte der Festplatten setzt sich nach wie vor fort, obwohl bereits mehrfach das Ende der HDDs prognostiziert wurde. Welche Gründe hat dieser fortschreitende Erfolg Ihrer Ansicht nach?
Rainer Kaese: Das Aus der Festplatten wird immer wieder vorhergesagt, aber gerade aus dem Enterprise-Bereich sind sie nicht wegzudenken. 2020 wurden erstmals HDDs mit einer Gesamtkapazität von mehr als einem Zettabyte ausgeliefert – das sind eine Milliarde Terabyte. Zum Vergleich: SSDs kamen im gleichen Zeitraum lediglich auf ein Fünftel davon und werden aufgrund hoher Preise und beschränkter Produktionskapazitäten noch lange nicht gleichziehen. Das Erfolgsgeheimnis von Festplattenlaufwerken ist ihre hohe Speicherkapazität zum niedrigen Preis. Damit sind sie ideal dafür geeignet, die wachsende Datenflut in Rechenzentren, Datacentern und der Cloud aufzufangen.

ITD: Inwiefern benötigen Unternehmen spezielle Festplatten für verschiedene Bereiche, etwa bei der Videoüberwachung?
Kaese: Vorab: Alle Festplatten speichern Daten und alle SATA-Festplatten benutzen das standardisierte SATA-Protokoll. Von der Grundfunktionalität gibt es keinen Unterschied zwischen Client-, NAS, Videoüberwachungs- und Rechenzentrumsfestplatten.

Allerdings sind z.B. Client-Festplatten für die Verwendung als Systemfestplatten in PCs durch einen Nutzer optimiert und auch die Zuverlässigkeit wird bei der Arbeitslast und typischen Betriebsdauer in diesem Szenario sichergestellt. Bei NAS-Systemen, die meist rund um die Uhr laufen, können mehrere Benutzer auf die Festplatten zugreifen. Oft werden diese Platten im RAID-Verbund betrieben, was zu weiterer Arbeitslast durch interne Datenüberprüfungen führt. Im Fehlerfall muss eine Festplatte möglichst schnell komplett neu beschrieben werden. Spezielle NAS-Festplatten sind für all diese Anforderungen optimiert, Client-Platten sind durch die andere Optimierung dagegen zu langsam.

Ähnliches gilt für das Speichern von Videoaufzeichnungen und Videoüberwachung. Überwachungsserver werden oft an schlecht oder gar nicht klimatisierten Orten betrieben, sodass die Komponenten höheren Temperaturen ausgesetzt sind. Für diese Bedingungen sind Videofestplatten entsprechend angepasst und optimiert. Rechenzentrumsfestplatten zeichnen sich durch maximale Zuverlässigkeit bei höchster Datenrate über den längsten Einsatzzeitraum aus. Dazu sollten sie allerdings im Temperaturbereich, wie er in Rechenzentren üblich ist, betrieben werden.

ITD: Welche Entwicklungen haben dafür gesorgt, dass sich die Performance von Festplatten kontinuierlich dem Zeitgeist angepasst und verbessert hat?

Kaese: Die Geschwindigkeit, mit der die Daten auf einer Festplatte geschrieben oder gelesen werden können, ist in erster Linie durch drei Faktoren begrenzt: Die Drehgeschwindigkeit der Platten, die Größe der magnetischen Bits und die Bandbreite der Schnittstelle. Mit der Einführung von SATA 6GB/s und SAS 12GB/s vor etwa zehn Jahren sind die Schnittstellen heute kein „Flaschenhals-Problem“ für Festplatten mehr.

So sind Drehgeschwindigkeiten von 7200 U/min optimal für die kostengünstige Realisierung großer Kapazitäten. Eine Platte mit höherer Drehzahl von beispielsweise 10.000 oder 15.000 U/min liefert die Daten naturgemäß schneller, verhindert durch die hohe Drehzahl aber die exakte Positionierung des Kopfes. Die magnetischen Bits müssen größer sein und die Kapazität pro magnetische Fläche ist signifikant kleiner. Ist für eine Anwendung hauptsächlich die Geschwindigkeit wichtig, sind heute SSDs aufgrund der besseren Performance das Mittel der Wahl.

Mit den wachsenden Festplattenkapazitäten steigt allerdings der Aufwand, Daten auf den Magnetscheiben zu suchen und die Schreib-Lese-Köpfe zu positionieren. Lange war den großen Online-Storages die Speicherkapazität wichtiger als die Performance. Heute arbeiten Unternehmen vermehrt in Echtzeit an ihren riesigen Datenbeständen, daher ist eine höhere Geschwindigkeit eine neue Anforderung. Firmware-Optimierungen haben IOPS-Leistungen von Laufwerken bereits deutlich erhöht. Auch das Durchführen von Prüfroutinen, Logging-Funktionen und Aufräumarbeiten in Phasen, in denen die Festplatte nicht unter Volllast steht, setzt neue Ressourcen frei. Aktuelle Nearline-Festplatten reichen zwar nicht an die IOPS-Leistung von SSDs heran, in einem Storage-System, in dem mehrere Dutzend HDDs im Verbund arbeiten, können Festplatten aber durchaus einige tausend IOPS liefern.

ITD: Wie ausfallsicher und zuverlässig sind HDDs heutzutage im Vergleich zu früher?

Kaese: Festplatten für Rechenzentren haben heute eine statistische „Mean-Time-To-Failure“ (MTTF) von bis zu 2.5 Mio. Stunden. Umgerechnet auf die zu erwartende Fehlerzahl einer Population von Festplatten pro Jahr („Annualized-Failure-Rate“, AFR), liegt dieser Wert bei 0.35 Prozent innerhalb der fünfjährigen Gewährleistungsfrist. Von 1000 Platten im Rechenzentrum fallen also lediglich drei bis vier Platten pro Jahr aus. Diese theoretischen Werte sehen wir bei Rechenzentren mit stabilen Bedingungen immer wieder bestätigt. Oft ist sogar ein Betrieb weit über die Gewährleistungsfrist hinaus ohne signifikante Erhöhung der Ausfallraten möglich.

ITD: Wie sieht die Zukunft der HDDs aus?
Kaese: HDDs sind die Klassiker unter den Speichermedien. Durch die Weiterentwicklung der Festplattentechnik bleiben sie langfristig zukunftsfähig und können auch steigende Kapazitäts- und Performance-Anforderungen erfüllen. Toshiba spricht von 30 bis 35 TB noch in dieser Dekade. Wichtig ist allerdings, dass die Platten weder mechanisch größer, noch langsamer, empfindlicher oder teurer werden, damit bestehende Systeme sie weiterverwenden können und sie keine höheren Kosten verursachen. Technisch wäre es durchaus möglich, Speicherkapazitäten und Leistung deutlich schneller als bisher zu steigern – aber würde eine neue 30-Terabyte-HDD das Fünffache einer 16-Terabyte-HDD älterer Generation kosten, würden die meisten Unternehmen zu zwei alten Platten greifen.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 3/2022. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Aus ähnlichen Gründen wird sich auf absehbare Zeit auch nichts am 3,5-Zoll-Formfaktor ändern, auch wenn in größeren Gehäusen mehr Magnetscheiben und Aktuatoren Platz finden würden. Der Markt wäre schlicht zu klein, weil die Laufwerke nicht in aktuelle Server und Storage-Arrays passen und Unternehmen auf teure Spezialsysteme angewiesen wären. Hersteller erwägen allerdings PCIe-Schnittstellen und NVMe-Support für Festplatten – nicht wegen der höheren Geschwindigkeiten, die diese unterstützen, sondern um HDDs an denselben Schnittstellen wie SSDs zu betreiben.

Bildquelle: Toshiba Electronics Europe