Hochdichte HDDs oder Flash?

„Klassische Speichermedien wie Tapes oder Disketten überzeugen dadurch, dass sie im passiven Zustand kaum bis gar keine Energie benötigen. Flash-Storage gilt jedoch ebenfalls als sehr attraktiv im Hinblick auf Energieeffizienz und Nachhaltigkeit“, erläutert Kowalewski von NetApp. „Im Vergleich zu klassischen Festplatten ist der Energiebedarf während Lese- und Schreibvorgängen deutlich geringer, im Ruhezustand nahezu vernachlässigbar. Auch wenn Flash und HDDs derzeit die dominanten Speichermedien sind, ist ihr Potenzial zur Effizienzsteigerung noch nicht ausgeschöpft. So erhöhen neue Schreibverfahren und verbesserte Aufzeichnungsdichten die Effizienz klassischer Festplatten, während Weiterentwicklungen wie Multi-Level-Cell- und QLC-Technologie im Flash-Umfeld zusätzliche Kapazität bei gleichzeitig sinkendem Energiebedarf ermöglichen.“

„Neue Flash-Technologien wie QLC tragen dazu bei, Speicherlösungen stromeffizienter zu machen“, befindet auch Martin Schreiber, Head of Product Management & Technical Marketing bei Swissbit. „Aber auch neue Formfaktoren wie EDSFF E1.S erhöhen durch standardisierte Kühlkonzepte die Energieeffizienz. Für industrielle und ruggedized Anwendungen gilt jedoch oft: Weniger Performance bedeutet auch geringeren Stromverbrauch. Legacy-Produkte wie SD, e.MMC oder SATA- beziehungsweise PCIe-Gen3-SSDs sind daher nach wie vor ideal, wenn es auf minimale Leistungsaufnahme ankommt. Zusätzlich senken DRAM-less-Designs sowie Controller in modernen Fertigungsprozessen bis hinunter zu 4 nm den Energiebedarf spürbar.“

Der Einsatz von SSDs leuchtet vielen ein, ist aber nicht unumstritten: „Reiner Flash-Einsatz klingt oft nach stromsparender Zukunft, ist es aber nicht automatisch – pro Terabyte verbraucht Flash in vielen Szenarien sogar mehr Energie als moderne, hochdichte HDDs“, behauptet Sascha Uhl, Senior Solutions Architect bei Cloudian, gegenüber Storage-Insider. „Für Warm Data bieten HDDs weiterhin das beste TB-pro-Watt-Verhältnis, während Tape im Archivbereich unschlagbar bleibt, weil es im Idle praktisch keinen Strom benötigt.“

Grau von Pure hält es mit den Analysten: „Was die Datenspeicherung angeht, so gehen Schätzungen von IDC davon aus, dass mehr als 80 Prozent der jährlich verkauften Datenspeicher immer noch aus HDDs bestehen.“ Für ihn sind und bleiben jedoch Flash-Speicher die weitaus effektivere Lösung. „Noch einen Schritt weiter geht die Nutzung von ‚rohem‘ Flash zur Herstellung von Direct-Flash-Modulen (DFMs), anstatt auf den Kauf von handelsüblichen SSDs zu setzen. Dieser Ansatz maximiert die Fähigkeiten von Flash und bietet eine bessere Leistung, Stromausnutzung und Effizienz.“

Mit dieser Art von Flash könnten Unternehmen ihren Speicherbedarf sowie ihren Energie-, Platz- und Verwaltungsaufwand im Vergleich zu HDD-Lösungen um bis zu 95 Prozent reduzieren. DFMs ermöglichten es All-Flash-Arrays, direkt mit dem Raw-Flash-Speicher zu kommunizieren. „Anstatt jede SSD mit der Durchführung ihres eigenen Wear-Leveling, ihrer Garbage-Collection und ihres Overprovisioning zu beauftragen, übernimmt ein Speicherbetriebssystem diese Funktionen in der Software auf Array-Ebene“, erklärt Grau. „Das bedeutet, dass jedes Direct-Flash-Modul einfacher ist als eine herkömmliche Solid-State-Disk, da es nur den Zugriff auf das Medium selbst ermöglichen und Low-Level-Daten- und Signalaufgaben übernehmen muss.“

Erasure-Coding

Neben einer verbesserten Hardware spielt aber selbstverständlich die Software für das Ablegen von Daten eine wichtige Rolle bei der Suche nach Stromsparpotentialen. So gilt Erasure-Coding, eine Methode zur Fehlerkorrektur und Datenredundanz, die in verteilten Speichersystemen eingesetzt wird, als eine brauchbare Alternative zur herkömmlichen Datenreplikation mit dreifacher Speicherung von Daten. Anstatt eine Datei vollständig zu kopieren, teilt das Verfahren die Daten in mehrere Fragmente (Data-Chunks) auf und berechnet aus diesen Fragmenten zusätzliche, redundante Prüfdaten (Parity-Chunks). Wenn nun eines oder mehrere Fragmente (egal ob Daten- oder Prüffragmente) verloren gehen, können die ursprünglichen Daten mithilfe der verbleibenden Fragmente und den Prüfdaten mathematisch wiederhergestellt werden.

Erasure-Coding benötigt, und das ist hier entscheidend, wesentlich weniger Speicherplatz als die dreifache Replikation. Es wird häufig in großen Cloud-Speicherdiensten, bei Big Data-Plattformen und in verteilten Dateisystemen wie Hadoop HDFS eingesetzt.

Shingled Magnetic Recording

Shingled Magnetic Recording (SMR), gelegentlich auch Perpendicular Magnetic Recording (PMR) genannt, ist eine Technologie für Festplatten (HDDs), die die Speicherkapazität erhöht, indem die Datenspuren auf den Magnetscheiben überlappend angeordnet werden. Hier wird beständig das Bild von Schindeln auf einem Dach bemüht. Dafür ist der Schreibkopf breiter als der Lesekopf, sodass beim Schreiben einer neuen Spur die benachbarte Spur teilweise überschrieben wird.

Problem: Wenn eine neue Spur geschrieben wird, muss die darauffolgende Spur neu geschrieben werden, selbst wenn ihre Daten unverändert bleiben sollen. Dies macht das Schreiben, insbesondere bei zufälligen Schreibvorgängen, deutlich langsamer. Das Lesen der Daten ist dagegen unproblematisch und genauso schnell wie bei CMR-Laufwerken.

SMR-Festplatten werden vor allem dort eingesetzt, wo große Datenmengen archiviert werden müssen, die nur selten geändert werden. Zu den Anbietern zählen nicht zuletzt Seagate, Western Digital und Toshiba.

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