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Flash-Storage setzt sich durch Geschwindigkeit ist Trumpf

Von Anna Kobylinska und Filipe Pereira Martins*

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Anspruchsvolle Anwendungen nutzen ihre Storage an den Anschlag aus. Moderne datenzentrische Arbeitslasten fordern kompromisslose Spitzenleistung: rekordverdächtige Zugriffslatenzen, gewichtigen Datendurchsatz und eine nie dagewesene Gleichzeitigkeit. Flash-Storage läuft wie geschnitten Brot.

Dank fallender Flash-Kosten zu blitzschnellem Primär- und Sekundärspeicher: Mit jeder neuen Generation an Flash-NAND nehmen die Speicherdichte und mit ihr die Kapazität zu, während sich die Kosten pro GB nach und nach jenen der HDDs nähern.
Dank fallender Flash-Kosten zu blitzschnellem Primär- und Sekundärspeicher: Mit jeder neuen Generation an Flash-NAND nehmen die Speicherdichte und mit ihr die Kapazität zu, während sich die Kosten pro GB nach und nach jenen der HDDs nähern.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Für anspruchsvolle Arbeitslasten – ob Echtzeit-Analytics und Big Data, KI/ML oder andere – hat sich Flash-Storage als die Technologie der Wahl für Primärspeicher in der Unternehmens-IT auf breiter Front durchgesetzt. Unternehmen wollen jetzt bei ihrer Storage – vom Kern-RZ über jeden On-Premises-Standort bis hin an die Edge – kräftig auf das Tempo drücken. Der Bedarf für Flash-Arrays scheint gerade rapide zu explodieren.

Hohe Akzeptanz

Laut einer aktuellen Prognose des Marktforschungsunternehmens Mordor Intelligence soll der globale Markt für All-Flash-Arrays im Prognosezeitraum von 2021 bis 2026 ein robustes zweistelliges Wachstum mit einer CAGR von erstaunlichen 26,3 Prozent aufweisen. Zum Vergleich: Der Gesamtmarkt für alle Varianten von Flash-basierten Storage-Systemen der Unternehmensklasse soll im Prognosezeitraum zwischen 2021 bis 2026 voraussichtlich eine CAGR von 13,67 Prozent verzeichnen.

Die hohe Akzeptanz von Flash schreiben die Analysten „in hohem Maße den vorteilhaften Leistungseigenschaften“ der Technologie zu. Dazu zählen der geringere Stromverbrauch, die höhere Performance und die einfache Wartung. Flash-Technologie kann zudem ihre Stärken eben bei vielen datenintensiven geschäftskritischen Anwendungen ausspielen, darunter Echtzeit-Analysen und anspruchsvollen datenbankzentrischen Arbeitslasten. Einen wichtigen Beitrag zu der Popularität von Flash haben technologische Entwicklungen wie Non-Volatile Memory Express (NVMe) beigetragen; eine höhere Leistung geht so mit einer höheren Speicherdichte einher, beobachten die Analysten.

Der globale NVMe-Markt soll im Prognosezeitraum zwischen 2021 bis 2028 mit einer CAGR von 29,5 Prozent auf voraussichtlich 353,78 Milliarden US-Dollar heranwachsen, schätzt das Forschungsinstitut Evergreen Research. Die zunehmende Verwendung von NVMe-Flash-Speichern mit geringer Latenz für datenintensive Arbeitslasten der nächsten Generation sei ein Schlüsselfaktor, der diese Dynamik vorantreibe. Geringe Latenz, hohe Bandbreite und niedriger Stromverbrauch von NVMe dürften den Analysten zufolge die Akzeptanz dieser Technologie in Rechenzentren fördern und das Umsatzwachstum des Marktes in erheblichem Maße unterstützen.

Der NVMe-Markt umfasst Solid-State-Laufwerke (SSDs), Server, All-Flash-Arrays, Adapter und andere Produktkategorien. Der größte Umsatzanteil entfiel im Jahre 2020 auf das SSD-Segment.

SCM in All-Flash-Arrays

Mit dem verstärkten Aufkommen anspruchsvoller KI-Arbeitslasten klafft die Performance-Schere zwischen Prozessoren und dem Datenspeicher immer weiter auf. Aus dem Von-Neumann-Flaschenhals wurde längst ein Von-Neumann-Bremsklotz.

Denn die massive Zunahme der Größe von KI-Modellen wie neuronalen Netzen und die Parallelisierung der Datenverarbeitung fordern von der Storage ein Mehrfaches an Leistung. NVMe und NVMe oF in All-Flash-Arrays leistet einen wichtigen Beitrag zu einem höheren Datendurchsatz und niedrigeren Latenzen. In-Memory-Computing bringt es noch einen Schritt weiter.

Wenn zumindest ein Teil der Verarbeitung im Speicher stattfinden könnte, ließen sich bei KI-Algorithmen ein beachtlicher Leistungssprung realisieren und gleichzeitig der Energiebedarf senken. SCM (Storage-Class Memory), persistenter Datenspeicher der Arbeitsspeicherklasse, hält bereits in All-Flash-Arrays des oberen Preissegments Einzug.

Marktführer wie auch wagemutige Herausforderer kooperieren mit Anbietern wie Intel rund um den Einsatz von SCM wie Intels Optane 3D XPoint, ob für das Caching von Daten (Pure Storage) oder zum Speichern von Metadaten (Vast Data).

Die PowerMax-Systeme von Dell Technologies lassen sich sogar zu 100 Prozent mit SCM (pro Brick) bestücken – dann aber ohne NAND.

Laut Analysten von Mordor Intelligence ließen sich mit SCM sowohl die Workload-Leistung weiter optimieren als auch die Kosten hochperformanter Storage senken.

Nachbeben der Pandemie

Die Auswirkungen der COVID-Pandemie hätten der Industrie schwer zugesetzt, glauben die Analysten von Mordor Intelligence. Die Fertigungslinien im Fernen Osten liefen im besten Falle mit angezogener Handbremse, bedingt durch die langsame Rückkehr der Arbeiter auf Grund virusbedingter Einschränkungen. Im schlechtesten Falle war die Produktion durch wiederholte Aussetzer gekennzeichnet, als sich nach dem Ausschöpfen der Lagerbestände immer wieder Materialengpässe einstellten.

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Gleichzeitig mussten die Unternehmen in Sachen Digitalisierung auf Grund pandemiebedingter regulatorischer Maßnahmen unter enormen Hochdruck einen Gang höher schalten. Branchen wie die Finanzindustrie bekamen dies besonders zu spüren. Die Explosion von E-Commerce und digitaler Zahlungen habe die Nachfrage nach hochperformanter Storage der Enterprise-Klasse weiter nach oben getrieben – insbesondere im Segment der All-Flash-Arrays. Die Finanzbranche braucht Storage-Systeme mit niedrigen Zugriffslatenzen, einem hohen IOPS-Durchsatz und Hochverfügbarkeit.

Die All-Flash-Arrays FlashArray//X und //XL von Pure Storage, PowerMax 8000 von Dell EMC, Alletra 9000 von HPE und die AFF-A-Reihe von NetApp adressieren speziell eben diese Anforderungen. NVMe-/NVME-oF-native All-Flash-Arrays erzielen überragende IOPs-Geschwindigkeiten und niedrigste Latenzwerte.

Die Storage-Krise

Für Unternehmen bahne sich „eine Storage-Krise“ an, warnen die Analysten von Mordor Intelligence. Jeden Tag entstünden „riesige Mengen an Rohdaten“ kreuz und quer durch die Landschaft der Unternehmens-IT. Die Verantwortlichen suchten händeringend nach Wegen, ihre Investitionsrendite in Storage strategisch zu maximieren.

In den vergangenen Jahren sei der Umsatz mit Flash rasant gestiegen. Der Markt für Storage-Arrays der Enterprise-Klasse konnte zum Teil ein jährliches Wachstum von 50 Prozent verbuchen. Gleichzeitig hätten technologische Fortschritte einen deutlichen Rückgang der Flash-Preise zur Folge gehabt. Ein weiterhin gesundes Innovationstempo dürfte den Unternehmen bald nutzen, schlussfolgern die Analysten von Mordor Intelligence in ihrem Bericht.

Der rasante Entwicklungsfortschritt bei Flash-Technologien stellt Unternehmen steigende Leistung und fallende Kosten in Relation zur Kapazität in Aussicht. QLC-NAND (4 Bits/Zelle) bietet eine um 25 Prozent höhere Kapazität als TLC (3 Bits/Zelle). PLC-Flash (Penta Level Cell, 5 Bits/Zelle) soll noch weitere 25 Prozent an Kapazität gegenüber QLC zulegen. Während die Storage-Kapazität einer NAND-Zelle dank wachsender Speicherdichte um diesen Betrag steigt, nehmen die Fertigungskosten nur geringfügig zu. Mit wachsender Kapazität schrumpfen die Kosten von Flash-Storage pro GB.

Den Einsatz von PLC-Flash avisiert unter anderem das israelisch-nordamerikanische Start-up VAST Data für seine Hochleistungs-Storage-Systeme für KI-Arbeitslasten.

Laut den Storage-Experten von Western Digital dürfte die Kommerzialisierung von PLC-Flash mindestens bis zum Jahre 2025 auf sich warten lassen. Die Technologie benötigt nämlich eine leistungsstärkere Fehlerkorrektur, und diese ließe sich nur mit wesentlich performanteren Controllern umsetzen. Sollte dieses Vorhaben schneller gelingen, dürften es Flash-Drives im Hinblick auf die gebotenen Kapazitäten mit HDDs aufnehmen können.

Mit fallenden Preisen und steigenden Kapazitäten hält Flash erstmals auch bei Sekundärspeicher Einzug. Pure Storage debütierte beim performanten Sekundärspeicher für unstrukturierte Daten mit der Produktreihe FlashBlade. Inzwischen haben auch andere Anbieter vergleichbare Lösungen im Portfolio: StorONE (S1:Backup), VAST Data, IBM (FlashSystem) und nicht zuletzt Infinidat (InfiniGuard).

Flash-Arrays können Backup-Daten schneller erfassen und wiederherstellen als Systeme der „alten Schule“, einschließlich bewährter „Arbeitspferde“ wie der marktführenden PowerScale/DataDomain-Reihe aus dem Portfolio von Dell EMC. Zum Vergleich: Ein Flash-basierter Sekundärspeicher von VAST Data erreicht einen Datendurchsatz von atemberaubenden 1,15 Petabyte pro Stunde mit gerade einmal acht Knoten. Das kommt Unternehmen in DR-Szenarien kritischer Datenbestände sehr gelegen.

Ein weiterer Vorteil von Flash-Backups neben der deutlich besseren Leistung ist die höhere Kapazitätsauslastung: 90 Prozent für All-Flash (StorONE) gegenüber 55 Prozent für Altlasten-Arrays auf HDD-Basis.

Bis auf wenige Ausnahmen wie das Scale-Out-fähige ExaGrid basieren alle relevanten Altlastensysteme für Sekundärspeicher, einschließlich StoreOnce von HPE, Quantum DXi und der Appliances 5400 und 5300 von Veritas, auf einer Scale-Up-Architektur, die ihnen starre Kapazitätsgrenzen auferlegt. Die modulare Skalierbarkeit von Flash-basiertem Sekundärspeicher ist eine nicht zu unterschätzende Trumpfkarte dieser Lösungen.

Mit KI zu mehr Leistung

Führende Anbieter von Flash-Arrays haben ihren Produkten KI/ML-Fähigkeiten spendiert, die den Systemen helfen sollen, aus der vorhandenen Hardware mehr Leistung, Kapazität und Smarts herauszuholen, Stichwort: „Self-Driving Storage“. So hat zum Beispiel Dell Technologies seine Storage-Systeme der PowerMax-Reihe mit prädiktiven Analyse- und Mustererkennungsfunktionen ausgestattet. Die ML-Engine erlaubt es dem System, auf der Basis bisheriger Erfahrungswerte neue Daten automatisch auf den richtigen Medien zu speichern. Pure Storage will seinerseits mit der KI/ML-Plattform Pure1 META, einer Reihe von Sensoren und AIOPs eine Ära der autarken Storage eingeläutet haben.

In praktischen Implementierungen spielen die KI-Fähigkeiten einer Storage-Plattform immer öfter eine zentrale Rolle. Die KI-getriebene Betriebsengine von HPE-Infrastrukturen, HPE InfoSight, habe „den echten Unterschied“ gemacht, kommentiert Johannes Huber, Manager Information Systems bei Bachmann Electronic, einem Anbieter von Automatisierungslösungen für Windenergie- und Industrieanlagen und ganze Stromnetze. Mit InfoSight habe HPE eine Infrastrukturumgebung geschaffen, die mit KI und maschinellem Lernen „praktisch autonom“ handeln würde, selbstständig Prozesse optimiere und dank Predictive Analytics Probleme vorhersagen und verhindern könne. Bachmann Electronic nutzt HPE Primera All-Flash-Storage als Primärspeicher in Kombination mit den Bandbibliotheken HPE StoreEver MSL.

Auch die Herausforderer setzen auf Software-Intelligenz. So wirbt zum Beispiel das Unicorn VAST Data mit dem Versprechen, seine Scale-Out-fähigen All-Flash-Systeme auf der Basis von QLC-Flash (mit 4 Bits pro Zelle) könnten es im Hinblick auf die TCO-Kosten dank intelligenter Deduplizierung eben mit Festplatten aufnehmen, ohne in Sachen Leistung kürzerzutreten.

*Das Autorenduo Anna Kobylinska und Filipe Pereira Martins arbeitet für McKinley Denali Inc. (USA).

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Flash-Storage – Geschwindigkeit ist Trumpf

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(Bild: Storage-Insider)

Anspruchsvolle Anwendungen nutzen ihre Storage an den Anschlag aus. Moderne datenzentrische Arbeitslasten fordern kompromisslose Spitzenleistung: rekordverdächtige Zugriffslatenzen, gewichtigen Datendurchsatz und eine nie dagewesene Gleichzeitigkeit. Flash-Storage läuft wie geschnitten Brot. Unser neues eBook bietet Ihnen ein Update.

Die Themen im Überblick:

  • Ungebrochen hoher Bedarf an Flash-Storage
  • Marktüberblick All-Flash-Arrays
  • Flash-Speichertechnik
  • Marktüberblick Scale-Out-Systeme

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