Halbleiterspeicher richtig verstehen

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Der entscheidende Parameter für die Architekturentscheidung ist die benötigte Performanz, die sich aus Latenz und Kapazität ergibt. Eine Flash-Karte direkt im Server ist aufgrund der PCIe-Schnittstelle unschlagbar bei der Verzögerungszeit, sodass eine I/O-Antwort in weniger als 58 Mikrosekunden erfolgt und Datenänderungen direkt ohne Zwischenspeicherung innerhalb von 20 Mikrosekunden gespeichert sind (andere Medien im Vergleich: bei der HD sind es 10 Millisekunden, bei DRAM etwa 2 Nanosekunden).

Während die maximale I/O-Zahl zur Zeit fast uninteressant ist, weil sie mit sechs bis siebenstelligen Werten alle Bedürfnisse nach kurzen Zugriffszeiten bedient, ist das größtes „Manko“ der PCIe-Flash-Karten die Speicherkapazität. Solange die in „Unordnung“ geratene Speicherhierarchie noch in Bewegung ist, möchte jeder Flash-Anwender auf alles sofort und so schnell wie möglich zugreifen. Mehr Speicher pro PCIe-Karte lautet deshalb fast immer der Wunsch der Benutzer. Für die nächste Flash-Generation, die mit 20-Nanometer-Strukturen arbeitet, startet gerade die Produktionsphase. Die Kapazitäten werden sich dadurch verdoppeln.

Letztlich entscheidet die Anwendung die Speicherarchitektur

Beim sequenziellen Datentransport ist das PCIe-Interface ebenfalls konkurrenzlos. Bislang werden nur vier bis acht von maximal 32 Transportbahnen ausgenutzt. Das zeigt, nichtflüchtige Halbleiterspeicher können noch viel Potenzial im Server ausschöpfen.

Für manche Anwendungen nützen solche Perspektiven gar nichts. Anwender von Oracle Database 11g, die den Real Application Cluster (RAC) einsetzen, wissen, wovon die Rede ist. Oracle RAC braucht shared Storage, also eine gemeinsam genutzte Datenablage. Bei Microsoft SQL Server Anywhere und Microsoft Exchange Server ist es genau anders. Da verteilt die Anwendung selbst die Daten zwischen den „Speicherknoten“. Dann hat jeder Knoten seinen eigenen Speicherbereich.

Und auch bei Hadoop, also der Big-Data-Analyse in verteilten Rechnerumgebungen, organisiert eine Software, auf welchem Knoten mit lokalem Speicher die Daten verteilt, berechnet und anschließend als Ergebnis zusammengefasst werden.

Preis-Proportionen

Noch warten angeblich Viele darauf, dass die Preise auf und bestenfalls unter das Niveau des Preises pro Gigabyte bei Festplatten sinken. Das wird wohl beim aktuellen Halbleiterspeichertyp NAND-Flash nicht passieren. Allerdings sinken die Preise seit mehreren Jahren und haben mittlerweile ein Niveau von einigen US-Dollar pro Gigabyte erreicht. Ein weiterer Preisverfall ist in Sicht.

Wer Flash-Technik einsetzen will, der schaut nicht auf den Kapazitätspreis. Es gibt Gesichtspunkte, bei denen der Vergleich Flash versus Harddisk schon heute zugunsten von Flash ausfällt. Zum Beispiel beim Preis pro I/O. Der liegt derzeit bei nur wenigen US-Cent pro I/O und damit deutlich unterhalb des Niveaus einer Festplatte.

Weitere technische Preisgesichtspunkte könnten Kompression, Deduplizierung und die Langlebigkeit (Endurance) der Speicherzellen werden. Sobald die Industrie langlebigere Flash-Zellen herstellen kann, erhält der Halbleiterspeicher einen weiteren Vorteil. Die Lebensdauer von Festplatten liegt bei drei bis fünf Jahren, das könnte bei Flash durch kleine Kunstgriffe – mehr Reservespeicher – auf die doppelte Zeitspanne erhöht werden.

Der praktische Return on Invest (ROI) ergibt sich jedoch aus einer andere Quelle: Lizenzen. Mit Flash können eine bestimmte Anzahl von Cores mehr Daten verarbeiten, weshalb weniger Cores nötig sind. Durch die Reduktion der benötigten Anzahl der Cores ergeben sich dramatische Einsparungen, da viele Anwendungen wie Datenbanken pro Core lizenziert werden. Die Behauptung „Flash ist zu teuer“ stimmt nur dann, wenn man die Kosten pro Kapazität bei Festplatte und Flash vergleicht.

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