QoS beim Antwortzeitverhalten gibt es nur in der Enterprise-Klasse

5 wichtige Dinge die Business-Entscheider über Flash wissen sollten

| Autor / Redakteur: Roland Rosenau, Senior Director of Sales Engineering EMEA bei Sandisk / Rainer Graefen

(Bild: SanDisk)

Über Flash-Speicher kursieren viele Missverständnisse und Mythen. Jeder hat irgendwann schon einmal ein Gerät mit Flash in der Hand gehalten - und ist begeistert. Aber nur wenige dieser Geräte haben etwas mit Flash-Technology auf Enterprise-Ebene zu tun.

Flash hat viele Berührungspunkte mit unserem Alltag – zum Beispiel bei Wearables, Smartphones und Tablets. Doch kein Unternehmen würde seine sensiblen Daten einem Consumer-Produkt wie einem USB-Stick anvertrauen. Enterprise Flash-Geräte unterscheiden sich wesentlich von Flash für den Endkunden.

Jedes Enterprise-Produkt wurde entwickelt, um bestimmten Bedürfnissen und Anwendungsfällen von Unternehmen bezüglich Kapazität, Performance, Zuverlässigkeit und Kosten gerecht zu werden.

1. End-to-End Datenschutz

Ein Gerät, das für Unternehmensanwendungen entwickelt wurde, muss die Verbraucherdaten schützen.

Der End-to-End Datenschutz sichert ein Gerät, zu dem und durch das Daten fließen, vor dem Verlust oder unbekannten Veränderungen durch das sogenannte „Bit-Flipping“.

Dieses Phänomen kann bei allen elektronischen Geräten auftreten. Alles vom Alpha-Partikel, elektrischen und atmosphärischen Rauschen, Hintergrundstrahlung bis hin zum Signal von Geräten kann einzelne Bits zu einem ungültigen Zustand verändern.

Daten werden im Flash-Laufwerk von Chip zu Chip weitergereicht. Dies verursacht ein elektronisches Signal sobald die Daten außerhalb des Silizium-Chips gelangen. Ein Enterprise Flash-Gerät kann dabei einen sogenannten Error Correcting Code (ECC) oder einen Low Density Parity Check (LDPC) zum Prüfen der Daten durchführen.

Dabei werden separate Paritätsdaten parallel zum Original-Datenpaket durch das Gerät geleitet. So kann sichergestellt werden, dass Daten, die einen Chip verlassen haben, nicht einem “Flipped Bit” ausgesetzt und ungültig werden. Dadurch würden fehlerhafte Daten vom nächsten Chip empfangen, auf das Laufwerk geschrieben oder zur anfordernden Anwendung gesendet werden.

Allgemein werden diese Sicherheitsvorkehrungen nicht nur getroffen, wenn sich Daten auf dem Weg zum Medium befinden, sondern auch auf dem Weg zum und vom DRAM/SRAM auf dem Gerät, daher spricht man hierbei vom „End-to-End Datenschutz“.

2. Schutz vor Stromausfall

Beim Power Fail Schutz wird auch kurz von "P-fail" gesprochen. Der P-fail schützt die Daten bei einem unerwarteten Stromausfall während der Übertragung. Wenn ein Schreibvorgang zu einem Datenträger gesendet wird, kommt die Rückmeldung über einen erfolgreichen Schreibvorgang an das System, sobald die Daten den Buffer erreicht haben. Sie sind noch nicht physisch auf dem Flash.

In manchen Fällen werden Halbleiterspeicher wie SRAM oder DRAM als Zwischenspeicher im Front-End genutzt, um zusätzliche Schreibperformance für das Laufwerk zu gewinnen. Ohne P-fail auf dem Gerät gehen die Daten bei einem Stromausfall auf dem SRAM oder DRAM verloren und können nach Beseitigung des technischen Fehlers nicht mehr auf den finalen Datenträger geschrieben werden.

Beispielsweise möchte keiner, dass nach der Einzahlung eines Geldbetrags ein Stromausfall verhindert, dass dieses Guthaben dem Kontostand auf Grund einer falschen Transaktion nicht gutgeschrieben wird.

Enterprise-Geräte besitzen eine eigene Stromversorgung in Form eines Kondensators, um sicherzustellen, dass zum Transfer aller noch ungesicherten Daten genügend Energie vorhanden ist, um einen angefangenen Schreibprozess zu beenden. Ist dies nicht möglich, werden die Daten so lange zwischengespeichert, bis garantiert werden kann, dass zum endgültigen Speicherort eine stabile Verbindung existiert. Nur eine erfolgreiche Transaktion wird vom Host (Empfänger) mit einem Quittungssignal "belohnt".

3. Temperatur-Drosselung verhindert die Überhitzung des Laufwerks

So wie jedes andere Gerät, produzieren auch Speichergeräte beim Schreiben und Lesen Wärme. Da Flash in üblichen Festplatten-Schächten an der Frontseite des Servers, in PCIe Schächten und in anderen internen Steckplätzen für z.B. M.2-SSDs verwendet werden kann, wird er Temperaturschwankungen im Rechenzentrum oder anderen Server-Orten ausgesetzt.

Die Schwankungen werden nicht nur von der eigenen produzierten Wärme verursacht, die Wärme wird auch von vorgelagerten Geräten ausgestoßen. Um die maximale Betriebszeit des Servers zu gewährleisten, sollte nicht riskiert werden, dass ein Gerät durch die Wärmecharakteristik des Laufwerks überhitzt und ausfällt.

Enterprise-Geräte überwachen die Temperatur stetig und drosseln die eigene Schreibgeschwindigkeit entsprechend, sobald der Schutz der Daten nicht mehr gewährleistet werden kann oder ein Hitzeschaden entstehen könnte. Die Drosselung der Performance des Geräts ist ein intelligenter Weg, um die durch das Gerät produzierte Wärme zu reduzieren.

Dadurch läuft das Gerät generell in einer kühleren Umgebung und die Daten werden gespeichert, auch wenn andere Gerätekomponenten wie die vorgelagerte CPU Wärme produzieren. Wenn allerdings die externe Wärme höher ist als die eingebauten NANDs es aushalten können, kann Drosselung das Gerät auch nicht schützen. Mit anderen Worten: Hält man von außen einen Schweißbrenner an das Gerät, kann keine interne Drosselung verhindern, dass das Gerät schmilzt.

4. Quality of Service für Performance

Quality of Service, oder QoS, ist eine Angabe, mit der Enterprise-Geräte versehen werden, um dem Benutzer ein gewisses Performance-Level zu garantieren.

Sandisk definiert den QoS folgendermaßen:

  • Maximale Lese-Latenz < 50 µsec über 99,99 Prozent der Zeit (QD1)
  • Maximale Schreib-Latenz < 100 µsec über 99,99 Prozent der Zeit (QD1)

Für Client-Geräte dagegen gibt es keine Zusicherung über das Antwortzeitverhalten. Die QoS-Garantie von 99,99 Prozent existiert nur für Flash-Speicher in Enterprise-Qualität.

Ebenso wird bei Sandisk-SSDs eine Performance-Stabilität innerhalb von +/- 5 Prozent abhängig von der Zielangabe für jeden Workload garantiert.

5. Nicht behebbare Bit-Fehler

Der nicht behebbare Bit-Fehler (Uncorrectable Bit error Rates) – oft auch UBER genannt – ist ein Wert, der angibt, inwiefern der Flash-Speicher fähig ist, Bitfehler zu korrigieren. Um diesen Wert zu ermitteln, teilt man die Anzahl der Speicherfehler durch die Anzahl der gelesenen Bits.

Client-basierte Geräte tendieren zu einer UBER-Häufigkeit von 10-15, während Enterprise Speichersysteme meist einen Wert von 10-16 haben. Enterprise-SSDs tendieren zu etwa 10-17. Demnach ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Datenstück bei einer Enterprise SSD verloren geht, 100 Mal geringer als bei einem Client-Gerät und 10 Mal geringer als bei einer Enterprise HDD.

Sandisk produziert Enterprise SSDs, deren Häufigkeit für einen nicht behebbaren Bit-Fehler bei 10-18 liegt (Cloud-Speed-basierte Geräte) und die damit eine 100 Mal geringere Wahrscheinlichkeit haben, Daten zu verlieren als eine Enterprise HDD. Ebenfalls im Portfolio befindet sich ein Fusion ioMemory PCIe-Anwendungsbeschleuniger mit einem UBER-Wert von 10-20.

Ein Fusion ioMemory PCIe Flash Device hat einen UBER, der 100.000 Mal weniger wahrscheinlich einen nicht behebbaren Bit-Fehler aufweist, als eine Client-SSD und 10.000 Mal weniger als eine Enterprise-HDD.

Vor allem Punkt 5 weist dezidiert nach, dass die Unterschiede zwischen SSDs je nach Produktfamilie groß sind. Wird Wert auf eine robuste Datenhaltung gelegt, dann ist es sehr wichtig, zwischen Consumer- und Enterprise-Flash zu unterschieden. Die aufgeführten Punkte veranschaulichen zudem, worauf es ankommt, wenn Unternehmen ihren Rechenzentrums-Speicher beschleunigen wollen.

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