Optimierung bestehender Speichertechnologien

Am naheliegendsten ist es, wie gesehen, die Energieeffizienz von HDDs zu verbessern. Dafür konzentrieren sich die Hersteller auf Designs, die den Stromverbrauch pro Terabyte senken, zum Beispiel durch Helium-gefüllte Laufwerke, die inneren Widerstand reduzieren und mehr Platten in gleichem Gehäuse ermöglichen. Dadurch sinkt der Energieverbrauch bei der Rotation der Platten. Zusätzlich wird am Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR) gebastelt, das mit Lasern höhere Datendichten erlaubt und langfristig den Verbrauch pro Kapazität verringern soll.

Ähnlich einleuchtend ist es, SSDs mit niedrigerem Verbrauch zu entwickeln, verbrauchen sie doch grundsätzlich weniger Strom als HDDs, da sie keine mechanischen Teile haben. Entwicklungen wie 3D-NAND-Stacking erhöhen zudem die Datendichte und reduzieren den Energiebedarf pro Bit, indem sie Speicherzellen vertikal übereinanderstapelt. So wird es möglich, die im Zuge des technischen Fortschrittes immer kleinere Fläche der einzelnen Zellen zu vergrößern, wodurch die Probleme der Interferenz reduziert und die Zuverlässigkeit verbessert werden. 3D-NAND ist daher heute der Standard für die meisten SSDs, USB-Sticks und Speicherkarten.

Von einer Vielzahl von Anbietern werden derzeit QLC-SSDs (Quad-Level-Cell) als die naheliegendste Möglichkeit gehandelt, den Stromverbrauch beim Storage zu senken. Es bieten eine gute Kapazitäts-zu-Strom-Ratio und können den Total Cost of Ownership (TCO) um bis zu 47 Prozent senken. NVMe-SSDs optimieren zudem die Latenz, was den aktiven Betriebszeitraum verkürzt und Energie spart. „Stand heute können Flash-Technologien wie QLC-SSDs eingesetzt werden, um den Stromverbrauch von Storage-Systemen zu senken, weil sie eine höhere Speicherdichte habe“, kommentierte Hasan Sheikh, Leiter Storage-Presales bei HPE Deutschland, im Gespräch mit Storage-Insider. Wichtig sei aber auch die Storage-Architektur: „Unsere Produktlinie HPE Alletra MP zum Beispiel hat eine disaggregierte Architektur, mit der man Kapazität und Leistung unabhängig voneinander skalieren kann. Das spart Strom im Vergleich zu monolithischen Systemen, weil man bei Bedarf entweder zusätzliche Controller oder zusätzliche Speichermedien hinzufügen kann.“

Ganz ähnlich geht Huawei vor: „Auf der Ebene der Speichermedien setzen wir auf intelligente SLC-QLC-Mix-Drives. Diese sind semantisch bewusst und optimieren aktiv, welche Daten dauerhaft in QLC- und welche in schnellen SLC-Bereichen abgelegt werden“, berichtet Georgi von Huawei. „Damit gehen sie weit über klassisches Caching hinaus. Sie kombinieren die hohe Dichte und den geringen Energieverbrauch von QLC mit nahezu TLC-ähnlicher Latenz und liefern dies dauerhaft stabil und effizient. Ergänzend dazu steigern High-Density-Shelfs die Kapazität pro Rack-Unit massiv, was sowohl den Energiebedarf pro Terabyte als auch die benötigte Stellfläche im Rechenzentrum reduziert.“

Die logische Weiterentwicklung von Technologien wie SLC (1 Bit/Zelle), MLC (2 Bit/Zelle), TLC (3 Bit/Zelle) und QLC (4 Bit/Zelle) ist Penta-Level-Cell-NAND (PLC-NAND) mit fünf Bits an Daten pro Speicherzelle. Der Vorteil ist natürlich die höchste Bitdichte bei niedrigsten Kosten pro Gigabyte. Der Nachteil ist, dass die 32 Spannungszustände sehr eng beieinander liegen. Dies führt typischerweise zu weniger Schreib-/Löschzyklen und langsameren Lese- und Schreibgeschwindigkeiten im Vergleich zu den genannten Vorgängern, da die Speicherkontroller komplexere Fehlerkorrektur und genauere Spannungsabfragen benötigen. Entsprechende kommerzielle Produkte sind noch nicht am Markt zu finden.

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