Worauf es bei einer Speicherlösung auf Enterprise-Level ankommt SSDs – der Turbolader fürs Rechenzentrum

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Um Rechenzentren hinsichtlich Leistung und Zuverlässigkeit zu optimieren, sind Solid State Drives ein entscheidendes Element. Für den Einsatz im Enterprise-Umfeld müssen die Laufwerke jedoch wichtige Voraussetzungen erfüllen.

Ob Streamingdienst, IoT, Edge-Computing oder Online-Shops: Im Rahmen der Digitalisierung fallen immer größere Datenmengen und mehr Datenverkehr an, die in immer kürzerer Zeit verarbeitet werden müssen. Entsprechend verändern sich die Anforderungen an moderne Rechenzentren und deren Speichersysteme, denn ohne sofort abrufbare Leistung lassen sich die gewünschten Ergebnisse oft nicht mehr erzielen. Klar ist, dass klassische Hard Disk Drives (HDD) mit Blick auf hohen Datendurchsatz und niedrige Latenzzeit bei umfangreichen Transaktionen den Anforderungen nicht länger gewachsen sind. Solid State Drives (SSDs) dagegen werden diesem Bedarf gerecht, die Unterschiede zwischen den verschiedenen SSD-Klassen sind jedoch erheblich.

Bedürfnisse identifizieren und bewusste Entscheidungen treffen

Um die eigene Storage-Architektur mit Blick auf Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu optimieren und auf die unternehmenseigenen Bedürfnisse abzustimmen, müssen Rechenzentrumsbetreiber die Gegebenheiten vor Ort analysieren, die richtigen Fragen formulieren und die Merkmale der verschiedenen Speicherlösungen in die Entscheidung einbeziehen. Am Ende entscheidet diese Kombination darüber, wie effizient Fehler reduziert und die Laufwerke den anspruchsvolleren Workloads gerecht werden.

Konkret sind Antworten auf folgende Fragen wichtig: Wie sieht der Speicherplatzbedarf für die nächsten drei bis fünf Jahre aus? Welchen Leistungs- und Schreiblastanforderungen in Form von IOPS-Werten und Gigabyte pro Tag muss die SSD gerecht werden? Wird eine Power Loss Protection (PLP) benötigt? Ist die Anwendungsschicht für SATA- oder NVMe-Standards optimiert? Ist die Netzwerkkonnektivität bei Zugriff über das Unternehmensnetzwerk in der Lage, die geringe Latenz und die hohen IOPS der SSD-Technologie voll auszuschöpfen, oder gibt es an dieser Stelle einen Engpass?

Die Auseinandersetzung mit diesen Fragen hilft Entscheidern, die auf ihre Bedürfnisse zugeschnittene Lösung zu identifizieren. Klar ist: SSD ist nicht gleich SSD, und für die meisten Datacenter-Betreiber empfehlen sich Enterprise-Varianten, die sich in verschiedener Hinsicht von ihren Consumer-Pendants unterscheiden. Server-fähige SSDs sind auf den Einsatz in einer Multi-Channel-Architektur und den Parallelzugriff vom SSD-Controller auf die NAND-Chips optimiert und erreichen sowohl bei sequentiellen als auch bei den für den professionellen Einsatz entscheidenden zufälligen Abfragen entsprechend höhere Lese- und Schreibgeschwindigkeiten.

Zuverlässig langer Atem

Wichtigstes Merkmal bei der Wahl einer Speicherlösung für Rechenzentren ist ganz klar die Zuverlässigkeit. NAND-Flash-Zellen, die von SSDs als Speicher genutzt werden, verschleißen durch wiederholte Schreibvorgänge und produzieren dadurch Fehler. Die SSDs können diese sogenannten Bitfehler zwar durch entsprechende Fehlerkorrekturen ausgleichen, aber nicht jede Lösung bewerkstelligt das auf gleich gutem Niveau. Die entscheidende Maßeinheit, auf die es in diesem Zusammenhang zu achten gilt, ist die „Uncorrectable Bit Error Ratio“ (UBER), die eng mit der JEDEC-Testmethode für SSDs verknüpft ist. Während Consumer-SSDs sich einen Bitfehler pro einer Billiarde Bits erlauben dürfen, darf bei Enterprise-SSDs ein nicht behebbarer Bitfehler nur alle zehn Billiarden Bits auftreten.

Darüber hinaus können beschädigte Datenblöcke mit Paritätsdaten, die in anderen NAND-Bereichen gespeichert sind, mit zusätzlichen Technologien wiederhergestellt werden. In SSDs auf Enterprise-Level kommen Verfahren wie die periodische Checkpoint-Erstellung, ein Cyclic Redundancy Check (CRC) und die ECC-Fehlerkorrektur in einem End-to-End-internen Sicherungssystem zum Einsatz. Die Integrität der Daten vom Host über den Flash und zurück zum Host kann damit gewährleistet werden. End-to-End-Datenschutz bedeutet in diesem Fall, dass vom Host empfangene Daten während des Speichervorgangs im internen Cache, und wenn sie auf die NAND-Speicherbereiche geschrieben oder von ihnen gelesen werden, auf deren Integrität überprüft werden.

Mit dem Beschriebenen einher geht ein weiterer wichtiger Bereich, in dem sich Enterprise-SSDs von Standardmodellen unterscheiden: die Ausdauer. Weil sich die Bitfehler im Laufe der Zeit häufen, muss bei Enterprise-SSD-Controllern ein relativ komplexer Satz an Managementtechniken zum Einsatz kommen, um einen verschlechterten oder schwachen Block auf eine neue physische Adresse im NAND-Flash-Speicher-Array zu verschieben. Die SSD darf dabei jedoch nicht zu viel Geschwindigkeit einbüßen, weshalb Enterprise-SSDs für niedrige Latenzzeiten optimiert sind und eine höhere, stabilere Leistung über einen längeren Zeitraum liefern können.

Powerfails bedenken

Insbesondere im Enterprise-Umfeld müssen Unternehmen zudem potenzielle Risiken durch plötzliche Stromausfälle bedenken. Meist kommt in diesem Bereich ohnehin eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) zum Einsatz. Wichtig ist in jedem Fall, dass der eingehende Strom überwacht wird. Enterprise-SSDs können eine zusätzliche Absicherung bieten, indem sie bei Stromverlust auf geladene Tantal-Kondensatoren zurückgreifen. Damit kann das Laufwerk noch ausstehende Schreibvorgänge abschließen, bevor es ausgeschaltet wird. Darüber hinaus können Enterprise-SSD-Controller bei SSDs ohne Tantal-Kondensatoren einen ergänzenden Schutz auf Firmware-Ebene schaffen. Durch ein regelmäßiges Entleeren von Daten in den SSD-Controller-Cache-Bereich werden die Auswirkungen von unsicheren Stromabschaltungen minimiert.

Die Zukunft im Blick

Die Unterschiede zwischen den SSD-Klassen sind teils beachtlich und sollten von Rechenzentrumsbetreibern entsprechend bedacht werden. Darüber hinaus gilt es – in Hinblick auf nachhaltige, langfristige Lösungen –, aktuelle Anforderungen und neue Technologien bei der Planung zu berücksichtigen. Der Standard NVMe (Non-Volatile-Memory-Express) wird zum Beispiel beim Aufbau neuer Plattformen immer relevanter und ermöglicht noch schnellere Speicherzugriffe. Er ist unter anderem noch besser auf Storage-Systeme in virtualisierten Umgebungen zugeschnitten. So können virtuelle Maschinen und Applikationen direkt auf den SSD-Speicher innerhalb des Servers zugreifen.

Diese Entwicklungen und die beschriebenen Unterschiede im Hinterkopf, bieten moderne Enterprise-SSDs ein wirksames Instrument bei der Minimierung von störenden Ausfallzeiten und für das Risikomanagement in erfolgskritischen IT-Umgebungen.

*Der Autor: Christian Marhöfer, Regional Director DACH bei Kingston Technology

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