Der Speicher macht den Unterschied: Status Quo und Ausblick

Die Speicherwelt steht vor einem Umbruch

| Autor / Redakteur: Hans Schramm / Tina Billo

Hans Schramm ist Field Product Manager Enterprise bei Dell.
Hans Schramm ist Field Product Manager Enterprise bei Dell. (Bild: Dell)

Die Entwicklung immer schnellerer und leistungsstärkerer nichtflüchtiger Speicher schreitet unaufhaltsam voran. Doch die Ansätze sind unterschiedlich und dies macht es den Herstellern von Speicher- und Server-Systemen sowie Netzwerkkomponenten nicht leicht einzuschätzen, auf welches Pferd sie künftig bei ihren Lösungen setzen sollen. Ein Kommentar von Hans Schramm.

Mal ganz ehrlich, bei all den kleinen Zahlen den Überblick zu behalten, ist keine einfache Angelegenheit. Sicherlich können die meisten mit den in Millisekunden angegebenen Zugriffszeiten auf klassische Festplatten noch etwas anfangen. Aber wie war das eigentlich mit der Latenzzeit? Noch schwieriger gerät das Ganze, wenn neben drehenden HDDs weitere Speichermedien wie Solid State Drives (SSDs) und Bandlaufwerke ins Spiel kommen und miteinander verglichen werden. Dass SSDs schneller als Festplatten und Tapes langsamer sind, falls sie nicht gerade "streamen", ist hinlänglich bekannt. Aber um wie viele Milli-, Mikro- oder gar Nanosekunden handelt es sich eigentlich? Und ist das überhaupt so wichtig?

Millisekunden und Kommastellen zählen durchaus

Vielleicht macht eine Analogie deutlich, um was es geht. Angenommen die Daten wären vom Prozessor in ein dynamisches Random Access Memory (DRAM) eine ganze Sekunde unterwegs (tatsächlich bewegen wir uns hier im Nanosekundenbereich), dann würde der Prozess bei gleichem Umfang bei einer SSD schon gut eine Stunde dauern. Eine herkömmliche Festplatte bräuchte bereits rund eine Woche. Und bei einem Bandlaufwerk müsste man für dieselbe Operation schätzungsweise mit mehreren Jahrzehnten rechnen. Das sind gewaltige Unterschiede. Es lohnt sich also durchaus, die Millisekunden und die Kommastellen sehr genau nachzuzählen.

Das zeigt auch, warum moderne Storage-Architekturen an Bedeutung gewinnen, die verschiedene Speichertypen basierend auf Zugriffsgeschwindigkeit, Kapazität und Kosten hierarchisch anordnen. Ihr Einsatz ermöglicht Daten dort abzulegen, wo sich am effizientesten auf sie zugreifen lässt. Was schnell und oft gebraucht wird, landet im flüchtigen DRAM. Worauf man nur im Katastrophenfall zurückgreifen muss, kann auch getrost auf einem Tape überwintern.

Aber selbst hier haben sich die Zeiten geändert. Ein Großteil der heute eingesetzten Server ist virtualisiert. Deren Wiederherstellung von Band - sei es von nur einer oder mehreren virtuellen Maschinen - ist aufgrund der langen Dauer nicht unbedingt der Königsweg. Das muss schneller gehen.

Die Speicherhierarchie verschiebt sich

Die sich in den letzten Jahren herausgebildete Speicherhierarchie wird sich daher in Kürze erheblich verändern. Bis 2016, spätestens 2017, werden bei den nichtflüchtigen Speichertechniken SSDs die klassischen 15K-Festplatten als leistungsstarke Tier-1-Speicher vollständig verdrängen. Langsam drehende, kostengünstige HDDs stellen hingegen immer größere Kapazität bereit und können damit zum Teil Aufgaben übernehmen, die bei der Archivierung heute noch Bandlaufwerken zufällt.

Flash entwickelt sich somit zum neuen Hochleistungsspeicher und Platten fangen künftig einen Großteil der „kalten“ Daten auf oder werden sogar die neuen Bandlaufwerke. Wenn es nicht so einige Vorschriften gäbe, die das gute alte Tape vermutlich doch noch einige Zeit am Leben erhalten.

Superschnelle Speicher fordern ein Umdenken

Bis 2017 halten aber auch neue Arten von nichtflüchtigem Speicher (NVM) Einzug am Markt, die bis zu fünfzigmal schneller sind als derzeit verfügbare Flash-Lösungen. Obwohl noch immer deutlich langsamer als DRAM, lassen sie sich jedoch schon jetzt als adressierbarer Systemspeicher verwenden.

Dies führt wiederum zu einem Paradigmenwechsel bezüglich der Art und Weise, wie Hersteller ihre auf diese Speicher zugreifenden Server, mobilen Geräte, Betriebssysteme und ihre Software konzipieren. Der Code einer Datenbank sieht einfach anders aus, wenn Daten nicht in Input-Output-Operationen auf eine Festplatte geschrieben, sondern direkt an Speicheradressen abgelegt werden können.

Solche superschnellen Speicher sind deutlich billiger als DRAMs und stellen Server-adressierbaren Speicher mit mehreren Terabytes zur Verfügung. Dies wiederum ermöglicht die Entwicklung vollkommen neuer Anwendungen. Echtzeit-Analyse-Lösungen oder Applikationen mit sofortigem Shutdown und Reboot sind hierfür Beispiele. Darauf werden sich dann auch die Betriebssysteme einstellen müssen.

Das Rennen läuft, Ausgang ungewiss

Welche der im Entstehen begriffenen Technologien im Einzelnen das Rennen machen wird, bleibt abzuwarten. Doch es gibt zwei vielversprechende Kandidaten: Phase Change Memory (PCM) und Resistive Random Access Memory (RRAM).

Für Dell Research geht es im Moment darum abzuschätzen, von welchen Technologien sowie Ansätzen die Server-, Netzwerk- und Storage-Lösungen am meisten profitieren können und wie sich dies auf die Systeme und Rechenzentren der Zukunft auswirkt. Dass sich dabei einiges ändern wird steht außer Frage. Ohne Zweifel steht die Speicherwelt vor einem Umbruch.

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