Die Geschichte des Flash-Speichers – Teil 2

Allen Unkenrufen zum Trotz: Flash hat sich durchgesetzt

| Autor / Redakteur: Dr. Dietmar Müller / Dr. Jürgen Ehneß

Fächendeckend auf dem Vormarsch: Flash-Storage.
Fächendeckend auf dem Vormarsch: Flash-Storage. (Bild: ©vladimircaribb - stock.adobe.com)

Im ersten Teil unserer Flash-Historie hat unser Autor Dr. Dietmar Müller auf die Anfänge der Speichertechnologie zurückgeblickt, die den ehemals allenthalben rotierenden HDDs seit Jahren ernstzunehmende Konkurrenz macht. Dieser zweite Teil beschäftigt sich nun mit dem gegenwärtigen Stand.

Aktuell erhältliche Unternehmenslösungen lassen sich zwei Kategorien zuordnen: auf der einen Seite auf Festplatten ausgelegte und später für Flash modifizierte Speicher und auf der anderen Seite Geräte, deren Architektur von Grund auf für die schnellen Medien konzipiert wurde und bei denen häufig eigenentwickelte Flash-Module zum Einsatz kommen. Dabei werden die Begriffe Solid State Array (SSA) und All-Flash-Array (AFA) immer öfter miteinander vermischt; grundsätzlich meinen sie aber etwas Verschiedenes: Solid State Arrays setzen sich aus mehreren SSDs zusammen und verwenden Controller- und Schnittstellentechnologien herkömmlicher Speicherlaufwerke.

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Der Flash-Speicher arbeitet, von außen betrachtet, wie einzelne Festplatten und nutzt deren Standard-Interfaces wie SATA (Serial ATA) oder SAS (Serial Attached SCSI). AFAs sind dagegen aus Speichermodulen aufgebaut, die sich nicht wie einzelne Festplatten verhalten. Sie verwenden andere, teils proprietäre Schnittstellen und Cache- oder Controller-Technologien.

Aktuell scheint der NAND-Speicherchip für Unternehmen (wieder) besonders interessant zu sein. Nach der Triple-Level-Cell (TLC) mit acht Ladungszuständen kam dieses Jahr die Quad-Level-Cell-Technik mit 16 Ladungszuständen auf den Markt, die 33 Prozent mehr Daten speichern können soll. Das Problem scheinen aber externe Gehäuseeinschübe zu sein.

Unabhängig davon scheinen konkurrierende Chiptechnologien abgeschlagen zurückzuliegen, Flash-Bausteine haben sich flächendeckend durchgesetzt, SSDs sind aus kaum einem Storage-Konzept mehr wegzudenken. Das lässt sich nicht zuletzt auf die sich verändernde Wirtschaftlichkeit von Speichersystemen zurückzuführen – zum einen sind sie deutlich günstiger geworden, zum anderen hat das extreme Wachstum der Daten viele Unternehmen in der Vergangenheit dazu veranlasst, immer größere Festplattensysteme zu implementieren. Diese benötigen im Vergleich zu SSDs deutlich mehr Regalfläche und stetig steigende Mengen an Strom, sowohl direkt als auch indirekt durch einen umfangreichen Kühlbedarf. Kurz: Flash mit seinem geringen Energieverbrauch und Platzbedarf erlaubt höhere Infrastrukturdichten.

Auch muss der IT-Betrieb nicht unterbrochen werden, wenn Komponenten ausgetauscht werden müssen, bei RAID-Systemen muss das komplette System herunterfahren. Die Verwendung von Flash für unstrukturierte Daten erweitert zudem das Spektrum an möglichen Workloads; aufgrund technischer Bedingtheiten waren diese bei Festplatten traditionell auf blockbasierte Workloads limitiert.

Die Zukunft von Flash-Storage

Flash befindet sich derzeit flächendeckend auf dem Vormarsch, dennoch wird laut einschlägiger Analysten die Mehrheit der Unternehmen in den kommenden Jahren sehr vielfältige Storage-Landschaften betreiben – teils aufgrund von Legacy, teils aus ROI-Gründen. So gilt es in den kommenden Jahren, den Storage-Mix aus All-Flash, Disk-Storage, Hyperscale-Storage, Tape- und Hyperconverged-Systems intelligent und möglichst automatisiert zu managen.

Analysten raten darüber hinaus zur Nutzung des NVMe-Protokolls (Non-Volatile Memory Express). Die 2011 veröffentlichte Schnittstelle verbindet SSDs über PCI Express und wird gerade enorm populär. Dafür sorgt nicht zuletzt das NVMe-Host-Controller-Interface und -Speicherprotokoll, das bis zu 64.000 parallele Datenströme verarbeiten kann. Die SATA- oder SAS-Protokolle schaffen dagegen nur eine armselige Warteschlange auf einmal.

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Für noch mehr Performance bei Systemen mit vielen SSDs sorgt NVMe over Fabrics (NVMe oF). Mittels eines zu lokalem NVMe ähnlichen Protokolls wird eine sauschnelle Verbindung zwischen NVMe-Host und NVMe-Target über ein Netzwerk wie Ethernet, Fibre Channel oder Infiniband aufgebaut. Das Ergebnis ist eine niedrigere Latenz und ein geringerer Overhead, als er beispielsweise mit iSCSI möglich ist.

Besonders zusammen mit SCM könne eine großflächige Implementierung von NVMe und NVMe oF eine neue Generation von Applikationen enorm beschleunigen und eine zehnmal niedrigere Latenz und maximale IOPS bieten, so Netapp. „NVMe gehört in den kommenden Jahren zu einem der wesentlichen Bausteine für eine flexible, effiziente und skalierungsfähige Storage-Architektur“, urteilt deshalb der Analyst Jan Mentel von Crisp Research.

Fazit

Wenn ein Speichersystem eines Unternehmens in erster Linie auf schnell drehenden Festplatten basiert, sollte es auf jeden Fall ein All-Flash-Array für die nächste Speicherplattform in Betracht ziehen. Das liegt nicht zuletzt daran, dass All-Flash aus betrieblicher Kostensicht mittlerweile einfach unschlagbar ist – und schnell wie der Blitz.

Zudem wird Flash für die künstlich intelligente (KI) Zukunft von Firmen benötigt. Florian Bettges, Specialist Datamanagement bei HPE, erläutert das: „Wie bei der Automatisierung werden ebenso im Bereich des Datenmanagements in Zukunft immer mehr Lösungen unter Einbeziehung von KI arbeiten. Das normale Tiering zwischen zwei oder drei Storage-Bereichen beherrschen heute schon alle SDS-Lösungen. Es gibt auch Lösungen, die zum Teil systemübergreifend arbeiten können. In Zukunft wird es jedoch darum gehen, von der In-memory-Datenbank, beispielsweise SAP HANA, bis zum Archiv die Datenverlagerung zu automatisieren. Dazu wird zukünftig der Einsatz von KI-Lösungen unumgänglich.“

Damit ist klar: Wenn Unternehmen ihre Zukunft in der KI sehen, dann müssen sie auch Flash in seinen verschiedenen Ausprägungen nutzen. Dan Warmenhoven hat es vor über zehn Jahren klar vorausgesehen: Flash und Algorithmen bestimmen in Zukunft das Wohl und Wehe von Unternehmen.

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