Leil Facelift für SMR-Festplatten

Anbieter zum Thema

DataCore Software GmbH

FAST LTA GmbH

Festplatten wird notorisch die Ablösung durch SSDs vorhergesagt. Doch technologische Finesse und ingenieurtechnisches Know-how können sie sehr wohl konkurrenzfähig zu SSDs und Tape halten. Dafür sprechen die Entwicklungen des estländischen Anbieters Leil.

Leil, vorher bekannt als Leil Storage, wurde erst 2022 in Estland gegründet. Bis 2025 baute die 14-Personen-Firma Produkte, die 2025 und 2026 auf den Markt kamen. Der Break-even steht bereits bevor. So jedenfalls CEO und Gründer Aleksandr Ragel vor einer Journalistenrunde anlässlich einer „IT Press Tour“ in Sofia.

Leil hat sich zum Ziel gesetzt, HM-SMR-Medien (Host-managed Shingled Magnetic Recording) zu optimieren. Seine Software funktioniert aber auch auf CMR-Drives.

Bildergalerie

Wenige Produkte, viel Know-how

Leil hat bislang zwei Produkte im Angebot: Da wäre zuerst das Open-Source-Filesystem Leil FS, mit dem sich viele der Funktionen bereits abrufen lassen. Außerdem gibt es die kommerzielle Version HD-OS mit Managementfunktionen, insbesondere der SMRT-Engine als entscheidendem geistigen Eigentum. SMRT steht für Smart, Managed, Regenerative und Telemetrie-getriebene vorzeitige Alarmierungen.

HD-OS ist für Kunden hilfreich, die große Mengen von HM-SMR- oder anderen Drives betreiben. Das betrifft vor allem Hyperscaler und andere Provider, aber auch Unternehmen mit entsprechenden Datenmengen und Qualitätsanforderungen.

Weitere Anwendungen profitieren, insbesondere solche mit meist seriellen Schreibvorgängen. Beispiele sind CCTV, AI/HPC-Warm-Tier, Active Archive, On-Prem-Kubernetes, Media-Post-Production, Enterprise-Backup. Und demnächst auch die Telemetriedaten, die beim autonomen Fahren ausgelesen werden. Die Kooperation mit einem entsprechenden Kunden steht vor dem Start. Auch bei zwei der in Europa geplanten AI-Gigafactorys ist Leil laut Ragel als Softwarelieferant mit von der Partie.

Adressiert werden 85 Prozent der Speicherkapazität

„Wir machen uns die Tatsache zunutze, dass Software heute meist auf SSD zugeschnitten ist. Dabei liegen immer noch 85 Prozent der Daten auf Harddisks, und das wird sich so schnell nicht ändern“, ist der Manager überzeugt. Seine Lösung werde im Gegenteil immer konkurrenzfähiger gegenüber anderen Speichermedien.

Mittlerweile sei man so schnell, dass HDD mit HD-OS durchaus als Nearline-Storage oder sogar Warm Storage durchgingen. Nur der Bereich der Hot Storage, also der ultraschnell zugänglichen Daten, bleibe bislang jedenfalls Flash vorbehalten.

Fokus Europa

Leil hat seinen Sitz in Europa. Zudem kommen mehr als drei Viertel der Umsätze aus Nicht-USA-Ökonomien, was angesichts der Weltlagesicher ein gutes Argument für das Unternehmen ist.

Der Vertrieb, anfangs noch direkt, soll in Zukunft konsequent indirekt mit Hilfe potenter Partner erfolgen. Für Deutschland hat man eine Distributionsvereinbarung mit TD Synnex abgeschlossen. Kundenfreundlich auch das Preissystem mit einer Flatrate von 99 Euro-Cent pro Gigabyte und Monat. Setze man dies in Relation zu den durch die gewonnene Kapazität gesenkten Hardware-, Energie- und Umgebungskosten, lohne sich das Ganze auf jeden Fall, meint Ragel.

Kunden-Unabhängigkeit bleibt erhalten

Auch ein Vendor-Lock-in bei der Nutzung von Leil OS ist faktisch ausgeschlossen, da das Produkt auf dem quelloffenen Leil FS aufsetzt (siehe Abbildung links) und somit jederzeit ausgetauscht werden kann, wenn etwas Besseres daherkommt. Hinsichtlich der Protokolle ist man offen: Unterstützt werden Posix, NFS/CIFS, S3 und SMB.

Wie bringt es Leil nun fertig, diese Reserven aus den Platten herauszukitzeln? Mit tiefem technologischen Wissen, engen Kontakten zu den Plattenherstellern und Ideenreichtum.

Intelligente Management-Mechanismen: gezieltes Herunterfahren

Stromersparnisse von rund einem Viertel bringt ein Mechanismus mit der Bezeichnung Infinite Cold Engine (ICE). Genutzt wird dafür Pin 3 der Festplatten, mittels dessen die Energiestatus der Platte gemanagt werden. Davon gibt es sechs bis hin zu einem Energieverbrauch von nahezu null.

Jeder Status wird durch seinen Stromverbrauch definiert und kann durch die Leil-Software aktiviert werden. Der Unterschied zu der relativ erfolglosen MAID (Massiv Array of Redundant Disks) von früher: Die Steuerung der Funktion erfolgt durch einen externen Server, auf denen HD-OS läuft, nicht durch lokale und damit begrenzte Platten- oder JBoD-Ressourcen.

Raffiniertes Zonenmanagement

Vorhersehbare Zugriffszeiten schaffen ein intelligentes Zonenmanagement: Per Softwarebefehl wird konsequent auf die maximale Ausführungszeit von 50 Millisekunden pro Schreiborder geachtet. Dazu nutzt Leil die von der SNIA definierte CDL-Funktion (Command Line Duration).

Diese Funktion soll Verzögerungen wegen Freihalten priorisierter Speicherplätze (Priority-Blocking) beim Schreiben auf SMR-Disks beenden: Wird die 50-ms-Zeitspanne beim Schreiben überschritten, erfolgt sofort ein neuer Anlauf mit Zugriff auf einen anderen Speicherplatz. Das erhöht die Schreibeffizienz bei HD-SMRs erheblich.

Mehr Lebensdauer: Leseköpfe einzeln abschalten

Auch die Lebensdauer von Festplatten optimiert Leil OS. Und zwar dadurch, dass man einzelne Leseköpfe abschaltet, wenn sie kaputtgehen, statt die gesamte Platte zu entsorgen.

Leseköpfe gibt es pro Platte zwei – einen für die Vorder- und einen für die Rückseite. Ragel: „Die Hälfte aller Festplattenfehler basieren auf einem kaputten Lesekopf!“ Der Rest der Platte sei intakt. Bei Festplatten, in denen heute zehn bis elf, demnächst vielleicht zwölf einzelne Platten und damit doppelt so viele Leseköpfe steckten, bedeute deren Entsorgung, nur weil ein einzelner Lesekopf seinen Geist aufgegeben habe, eine immense Verschwendung.

Da innerhalb der Drives mit Erasure-Coding gespeichert wird, blieben die Daten auf der unzugänglichen Plattenseite erhalten. Der Wiederaufbau erfolgt im Hintergrund und ohne Betriebsunterbrechung. Den Mechanismus bezeichnet Leil als Active Drive Recovery (ADR).

Basiskonfiguration

Kleine Installationen arbeiten mit einem 2U-Server und bis zu 4 PByte Speicher. Darunter lohnt sich Leil laut Ragel nicht. Große beginnen mit einem Metadaten-Server auf Standard-Hardware, an den über 100-Gbit/s-Ethernet JBoDs angeschlossen sind. Deren Menge richtet sich nach der Zahl der möglichen Verbindungen. Nach oben sind praktisch keine Grenzen gesetzt, entsprechende Connectivity vorausgesetzt.

Das Metadaten-Bottleneck bei großen Installationen hat Leil FS durch Multi-Server-Fähigkeit beseitigt. Bislang gibt es zwar einen Schattenserver, der bei Ausfall des ersten übernimmt; das bedeutet jedoch keine erweiterten Kapazitäten für den Metadaten- und dann den Datenzugriff.

Anders bei mehreren gleichberechtigten Metadaten-Servern, auf denen HD-OS läuft. Jeder von ihnen hat dabei Zugriff auf den gesamten angeschlossenen Speicher und kann für Abfragen adressiert werden. Leil schlägt bei mehreren Servern Konfigurationen mit mindestens acht Serverknoten vor (sechs mit Metadaten, zwei Redundanz), es sei aber auch jede andere Konfiguration möglich. Fällt ein Node aus, erfolgt der Rebuild im Hintergrund, ohne den Betrieb zu beeinträchtigen.

Außerdem sind bei bis zu zehn Kilometer Entfernung und Glasfaserverbindung (Dark Fiber) synchrone Spiegelungen zwischen Metadaten-Servern möglich. Darüber funktionieren immerhin asynchrone.

Mit diesen Technologien passen laut Ragel mehr als 25 PByte in ein Rack. Bei der nächsten HD-SMR-Kapazitätsstufe, 40 TByte, können es bis über 50 PByte sein.

Bildergalerie

Enge Kooperation mit Unix-Anbietern

Leil arbeitet eng mit unabhängigen Betriebssystemanbietern, insbesondere Linux-Distributionen, zusammen. So wird Leil FS fest in die nächsten Versionen von Ubuntu und Debian integriert; auf der Liste stehen weiter Feodora und Rocky Linux. Auch zur SNIA gibt es enge Kontakte.

In Zukunft will man sein vertieftes Hardwarewissen auch für die Optimierung von SSDs verwenden. Ragel: „Wir können deren Lebensdauer ohne Leistungsverlust von fünf auf mehr als sieben Jahre verlängern.“

Verbesserung von SSD-Lebensdauer

Das sei möglich, weil Leil die SSD-Handhabung von intransparenter Firmware in seine auf dem Server laufende Software verlagere. Die bestehende SSD-Firmware nutze vorhandene Kapazitätsreserven nur ungenügend aus. Ragel: „Da werden möglicherweise 100 TByte weggeworfen, wenn nur 500 GByte kaputt sind.“

Ein einziger Befehl, den Leil über die SNIA gerade für entsprechende Standards vorschlägt, würde laut Ragel reichen, um den Abschaltmechanismus, der heute im Flexible-Data-Placement und damit im Ersatzblock-Management steckt, auszuhebeln. Dann könne das Kapazitätsmanagement eine Software wie HD-OS übernehmen, deren Regeln transparent auf dem Server festgelegt würden, nicht unsichtbar im Speicher. Das nennt Leil HM-OP (Host-managed Overprovisioning). Die fehlerbezogenen TCO (Total Cost of Ownership) von SSDs soll dadurch um 83 Prozent sinken.

(ID:50811967)