Energieeffizienz vs. hohe Kosten

Mit Flash-Speicher zum Datenturbo

Flash-Speicher haben sich als Alternative zu ­mechanischen Festplatten bewährt. Doch Vorteilen wie besserer Performance und Energieeffizienz stehen noch hohe Kosten gegenüber. Wo lohnt sich der Einsatz?

Datenturbo

Die Vorteile von Flash: geringe Größe und Gewicht sowie eine hohe Geschwindigkeit bei der Datensicherung.

Hinter der Flash-Technologie verbirgt sich keine neue Errungenschaft, vielmehr fand diese ihre Anfänge bereits vor einigen Jahrzenten dort, wo Daten permanent auf kleinem Raum – etwa in Digitalkameras, Mobilgeräten, MP3-Playern oder USB-Sticks – und ohne Stromversorgung gespeichert werden sollten. Weil Flash-Speicher schneller als herkömmliche Magnetspeicher-festplatten arbeiten und dabei weniger Strom verbrauchen, eignen sie sich gut für den Einsatz in modernen und mobilen Geräten und haben damit im Endverbraucherbereich durchaus ihre Berechtigung.

Doch auch Großunternehmen müssen, um wettbewerbsfähig zu bleiben, immer größere Datenmengen in kurzer Zeit verarbeiten. Diese Herausforderung kurbelte in den letzten Jahren den Einsatz von Flash-Speichermedien auch im geschäftlichen Umfeld – etwa in Rechenzentren – an. „Tatsächlich verfrachten einige der größten Unternehmen der Welt zunehmend gesamte Speichersysteme von einem Ort zum anderen, nur um in der Lage zu sein, gleichzeitig auf dieselben Daten zuzugreifen. Traditionelle Technologien und Architekturen für Rechenzentren sind häufig nicht auf das Ausmaß und die Geschwindigkeit im Bereich Big Data ausgerichtet“, berichtet Roland Rosenau, Senior Director of Sales Engineering bei Sandisk. Durch diese Entwicklung ist eine Konkurrenz zu bislang verwendeten Magnetspeicherfestplatten entstanden und die Nachfrage steigt, denn Flash „ermöglicht Leistungszuwächse um Faktor zehn und mehr bei deutlich niedrigeren Betriebskosten in Bezug auf Stellfläche, Strom und Klima“, betont Dieter Schmitt, Regional Director DACH bei Tegile. Nahezu alle großen Storage-Anbieter haben Flash-Speicher als Wachstumsmarkt erkannt und investieren in die Entwicklung von neuen Systemen. Im Unterschied zu Festplatten sind in Flash-Laufwerken keine beweglichen Teile verbaut.

Damit sind sie vergleichsweise unempfindlich etwa gegen Erschütterungen, was sie insgesamt robuster und weniger störungsanfällig macht. Gleichzeitig erreichen sie dadurch „bessere Schreib- und Lesezeiten als andere Speicher, bei denen beispielsweise Magnetmedien erst in Bewegung versetzt und aufwendig durchsucht werden müssen“, berichtet Thomas Meinel, Sales Lead All-Flash bei EMC. In die Liste der Vorteile reihen sich zudem der Mangel an festplattentypischen Geräuschen aufgrund des Verzichts mechanischer Bauteile, geringe Größe und Gewicht sowie die Geschwindigkeit der Datensicherung – sprich Performance – ein. Zudem sind die benötigte niedrige Betriebsspannung sowie eine geringe Abwärme, die zu „Energieeffizienz und damit einhergehenden Kosteneinsparungen“ führen, wie Roland Rosenau berichtet, wichtige Argumente. Dies bestätigt auch die von Techconsult durchgeführte Studie „Flash-Arrays in deutschen Unternehmen“, die besagt, dass 35 Prozent der Unternehmen in Flash-Speichersystemen eine Möglichkeit sehen, ihre Betriebskosten zu senken. Und Dieter Schmitt bekräftigt, dass „selbst solche Anwender, die aktuell keine Leistungsengpässe sehen, in diese Technologie investieren, um für die Zukunft gerüstet zu sein“.

Primäres Speichermedium?


Weil herkömmliche Festplatten allein mitunter den Anforderungen anspruchsvoller Geschäftsanwendungen nicht genügen, ergänzen Unternehmen ihre bestehenden Speicherinfrastrukturen aus Festplatten und Bandlaufwerken zunehmend mit Flash-Arrays, die inzwischen zumeist in Form von Solid State Drives (SSD) angeboten werden. Die Studienergebnisse von Techconsult besagen, dass bereits heute etwa die Hälfte der befragten Unternehmen neben herkömmlichen Speichermedien auch Flash-Speicher im Einsatz hat.

Diese Entwicklung ist aber erst seit kurzem zu beobachten, denn während sich im Bereich der Endverbrauchergeräte die Preise pro Gigabyte von SSDs stetig denen von Festplattenlaufwerken nähern, sind Enterprise-SSDs nach wie vor teurer als mechanische Business-Laufwerke. Das liegt an der hohe Ausdauer und Zuverlässigkeit, die diese erfüllen müssen. Kommen Flash-Speicher etwa in Laptops nur einige Stunden am Tag zum Einsatz, müssen sie in Servern und Rechenzentren täglich rund um die Uhr zur Verfügung stehen. „Mag der Preis pro Gigabyte auch nie so günstig werden wie für HDDs, so werden eine höhere Geschwindigkeit und geringere Ausfallrate dafür sorgen, dass zukünftig überwiegend Flash die Basis für Speichersysteme sein wird“, ist sich Roland Rosenau sicher.

Zweifel an der Schreibbeständigkeit


Doch nicht nur die vergleichsweise höheren Kosten werden gegen einen Einsatz von Flash in Unternehmen vorgebracht. Auch technische Argumente spielen dabei eine Rolle. Denn obwohl SSDs mit Flash-Speicher aufgrund ihrer Eigenschaften das Potential haben, traditionelle Festplatten auf lange Sicht zu verdrängen, gibt es Bedenken aufgrund der begrenzten Zahl von Schreibzyklen, die die Bausteine vertragen. Weil sich gespeicherte Daten und Informationen häufig in kurzen Abständen ändern, müssen die Speicherzellen entsprechend oft überschrieben werden. Anders als bei magnetischen Speichern ist dies aber nicht sofort möglich, denn zunächst müssen in einem separaten Arbeitsgang die bisher gespeicherten Daten blockweise gelöscht werden. Ein Schreibzyklus besteht also zunächst aus einem Löschvorgang und einer anschließenden Neuprogrammierung.

Mit jedem neuen Schreibzugriff verändert sich allerdings die Struktur der Halbleiter ein wenig. Dies kann sich auf lange Sicht auf die Fähigkeit, Daten zuverlässig vorzuhalten, auswirken. Aus diesem Grund wird für Flash-Speicherzellen eine endliche Lebensdauer berechnet. Die beschränkte Anzahl der Schreibzyklen wird häufig als DWPD-Wert (Drive Writes Per Day) oder auch TBW (Total Bytes Written) angegeben. Dieser besagt, wie oft das Laufwerk während seiner zu erwartenden Einsatzdauer (meist wird von fünf Jahren ausgegangen) täglich komplett be- bzw. überschrieben werden kann.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 05/2016. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Ein sogenannter Verschleißausgleich, der bei einigen Flash-Versionen in der Firmware vorhanden ist, achtet darauf, dass die Speicherzellen möglichst gleichmäßig beschrieben werden. Dabei wird geprüft, welche Zelle bisher am seltensten genutzt wurde, und anhand dessen werden die Schreibvorgänge verteilt. „Wird also ein und derselbe Adressbereich einer SSD immer wieder beschrieben, werden diese Bereiche dauerhaft unbrauchbar – das sogenannte ,Wear Out‘. Um dem entgegen zu wirken, können durch die SSD-Firmware die Bereiche nach bestimmten Kriterien vom Beschreiben ausgeschlossen werden. Die Daten werden dann in andere, reservierte Bereiche als Ersatzkapazität geschrieben“, erklärt Guido Klenner, Category Manager Storage von Hewlett Packard Enterprise.

Ohne Zweifel werden Flash-Speicher künftig vermehrt im geschäftlichen Umfeld und damit auch in Rechenzentren einziehen. Besonderes Augenmerk muss dabei auf die Integration in vorhandene IT-Infrastruktur gelegt werden. Denn für den wirtschaftlichen Einsatz kommt es darauf an, den richtigen Mix aus herkömmlichen Magnetfestplatten und schnellen Flash-Systemen zu finden, der von der jeweiligen Hardware- und Anwendungsarchitektur abhängig ist. Um Daten entsprechend ihrer Zugriffshäufigkeit auf dem am besten geeigneten Speichermedium abzulegen, kommt ein intelligentes Tiering-Konzept zum Einsatz. Dieses sieht vor, dass häufig benötige Informationen auf schnellen, zuverlässigen, aber auch teuren Speichermedien abgelegt werden, während für nur selten abgerufene Daten langsamere, dafür aber kostengünstige Systeme verwendet werden. Thomas Meinel beschreibt das Storage-Tiering wie folgt: „Sämtliche zu speichernden Daten nach der Häufigkeit gruppieren, in der auf sie zugegriffen wird. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von ,hot‘, ,warm‘ und ,cold data‘. Heiße Daten sollten am besten auf Flash-Speicher wandern, da diese die höchsten I-O-Werte und die niedrigsten Kosten per Zugriff erreichen. ,Warm data‘ können auf günstige Flash-Arrays oder sehr schnelle HDD-Speicher verschoben werden und für ,cold data‘ eignen sich günstige HDDs oder Tape-Libraries.“ Auf diese Weise wird eine optimale Performance zu einem möglichst niedrigen Preis erzielt.

Obwohl die Festplatte noch lange nicht ausgestorben ist, wird sie zunehmend die Verantwortung für Daten und Applikationen mit hohem Performance-Anspruch an die Flash-Technologie verlieren. Denn dem aktuell noch höheren Preis stehen – da sind sich die Experten einig – zahlreiche technische Möglichkeiten und Vorteile gegenüber, die mittel- und langfristig Kostenvorteile erreichen werden.

Bildquelle: Thinkstock/amana images

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