Langzeitspeicher – Tape vs. HD/SSD Viele Argumente fürs Speicherband

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Die Datenmassen wachsen. Doch wo sollen sie langfristig gespeichert werden, ohne Kosten- und Energiebudget überzustrapazieren? Ein altbekanntes Speichermedium erweist sich als sehr geeignet: Tape.

„Energieeffizienz und Sicherheit sind die beiden Kernthemen, mit denen sich in Zukunft jeder IT-Verantwortliche wird befassen müssen“, zeigte sich Dr.-Ing. Tilo Steiger, Leiter zentraler Speicher an der ETH Zürich, während eines Vortrags auf der Kongressmesse dtm netforum 2023 der dtm Group überzeugt. Dazu gehöre auch die Frage, wo die entstehenden Datenmengen hinsollen.

Weltweit reichen die Schätzungen des Gesamtdatenvolumens 2030 je nach Quelle von 17 bis 250 ZB (Zettabyte), eine unvorstellbare Menge. Für das Speichern von einem Zettabyte braucht man 83 Millionen 960 Meter lange LTO-Bänder. Wird das modernere 16-Terabyte-Band verwendet, reichen „nur“ 62,5 Millionen Bänder.

Storage: neben Servern größter IT-Verbraucher

Die gewaltige Menge an Bits und Bytes muss langfristig möglichst günstig und energieeffizient gespeichert werden – jedenfalls das, was man nicht löschen kann. Welches Medium ist dafür das richtige?

Welchen Einfluss hat eine effiziente Storage überhaupt auf den Energieverbrauch der IT? Bezogen auf Daten aus den USA, macht Storage etwa 19 Prozent des gesamten Energieverbrauchs der IT aus. Also lässt sich etwa ein Fünftel des Stromverbrauchs der IT durch optimierte Speichertechnik positiv beeinflussen.

Vier-Petabyte-SAN-Core

Wie geht die ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule) mit ihren Daten um? Die Einrichtung gehört zu den besonders renommierten naturwissenschaftlich-technischen Universitäten weltweit. Dort studieren mehr als 25.000 Studierende, ein Drittel davon Frauen.

Steiger ist dafür verantwortlich, den damit assoziierten Datenberg zu verwalten. Tape spielt dabei eine wichtige Rolle. Natürlich stehen daneben andere Speichermedien.

Der SAN-Core fasst vier Petabyte Blockspeicher für virtuelle Maschinen unter VMware. Dazu kommen 100 PB Backups, pro Tag sind das 260 Terabyte. Insgesamt hat die ETH Zürich 35 Billionen Files gespeichert. Das Speichervolumen des NAS-Speichers liegt bei 16 PB. Bis zu 5 PB werden täglich geschrieben oder gelesen.

Für die interne Zusammenarbeit (Sync/share) nutzt die ETH weiter den On-Prem-Cloud-Service Polybox. Hier sind 260 PB gespeichert. 30.000-mal täglich laufen Abfragen ein und werden beantwortet.

Tape für Langzeitspeicherung spart täglich Strom

Schließlich gibt es noch die langfristige Datenspeicherung. Ihr Gesamtvolumen liegt bei 20 Petabyte, abgefragt werden zwischen drei und 10 TB pro Tag. Seit 2014 wird diese Long-Term-Storage auf Tape als Medium aufbewahrt. „Damit haben wir, verglichen mit einer potentiellen Speicherung auf Festplatten, seit 2014 5 GWh eingespart“, erklärt Steiger. Pro Tag seien das 4,5 MWh Einsparung.

Dazu trägt bei, dass Bänder im Lagerzustand keinerlei Energie verbrauchen und mit bis zu 30 Jahren erheblich länger haltbar sind als Festplatten oder SSDs. Deren Lebensdauer wird normalerweise mit fünf Jahren angegeben.

Der Strombedarf für Festplatten ist beträchtlich. Laut Steiger verbraucht eine Bryce-Canyon-Festplatte von Facebook mit 10 TB Fassungsvermögen innerhalb eines Jahres knapp 38.000 kWh. Eine IBM-TS-4500-Bandbibliothek kommt für dieselbe Arbeit auf gerade einmal 4.700 kWh. Dieser Strom muss natürlich gekauft und bezahlt werden. Das bedeutet erheblich höhere Kosten für eine HDD-Umgebung.

Heiß begehrter Medienbruch

Ein weiterer Grund für Tape: Da Bandkassetten aus den Bibliotheken entnommen werden können, sorgt das Medium für den vielerorts dringend gewünschten Medienbruch. Er verhindert, dass auch gesicherte Daten mit eventuell eingedrungenen Ransomware-Schädlingen verseucht werden.

Auch die Kohlendioxid-Bilanz von Tape ist sehr günstig. Und dies dürfte wichtiger werden, denn in Zukunft wird der Kohlendioxid-Ausstoß ein Kosten- und Renommeefaktor für IT-Profis. Dazu präsentierte der Storage-Spezialist der ETH Vergleichsdaten.

Tape spart Kohlendioxid

Steiger: „Hard Disks erzeugen nach Daten von Seagate 2,32 Kilo Kohlendioxid pro Terabyte und Jahr. Bei Band sind es 114 Gramm.“ Den negativen Spitzenreiter gibt die SSD: Bei ihr sind es 5,7 Kilo Kohlendioxid-Äquivalente pro TB und Jahr. Was die Daten bedeuten, wenn man sie auf größere Speichermengen hochrechnet, zeigt ein Beispiel.

Ausgangsbasis ist die zehnjährige Speicherung von 100 Petabyte. Verglichen wurde die Speicherung ausschließlich auf HDD, die Speicherung von 60 Prozent der Daten auf Tape oder die Speicherung aller Daten auf Tape (siehe Bild).

Ergebnis: Die Speicherung auf HDD belastet die Atmosphäre mit rund 2.500 Tonnen Kohlendioxid-Äquivalenten. Bei der partiellen Speicherung auf Tape reduziert sich der Ausstoß bereits um 57 Prozent auf knapp 1.100 Tonnen. Und wird alles auf Tape verlegt, beträgt die Einsparung gar 95 Prozent. Steiger: „Und darin ist die Entsorgung noch nicht eingeschlossen, es handelt sich lediglich um den Betrieb.“

Nicht echtzeitfähig – aber für vieles ausreichend schnell

Einwendungen, dass Tape bei vielen dringenden Anfragen zu langsam sei, lässt Steiger nicht gelten. Ohnehin würden schon bei 180 Tagen gespeicherten Daten 85 Prozent gar nicht mehr angefasst. Und wenn Anfragen nach langzeitig gespeichertem Material hereinkämen, dann handele es sich meistens um Themen, bei denen es zumindest nicht auf jede Minute ankommt.

Außerdem hätten Prefetch-Mechanismen und neue Methoden der Metadaten-Speicherung den Zugriff schon beträchtlich beschleunigt. Echtzeitleistungen könne Tape allerdings tatsächlich nicht erbringen.

300-TB-Bänder kommen in den 2030er-Jahren

Derzeit ist die neunte Generation der derzeit wichtigsten unternehmensrelevanten Tape-Technologie LTO das Neueste. Praktisch im Einsatz sind aber auch ältere Generationen, insbesondere 7 und 8.

Die Speicherdichte sei, so Steiger, weniger problematisch, als man denken könne. Aus physikalischen Gründen seien Kapazitätssteigerungen bei Festplatten auf etwa 30 TB pro Platte begrenzt. Das entspricht einer Speicherdichte von etwa 1.970 GB pro Quadratzoll.

Bei Tape erreiche man voraussichtlich 2029 eine Dichte von 300 GB pro Quadratzoll. Das sei zwar weniger, doch würden 2032, spätestens 2034, Medien mit 300 TB Fassungsvermögen herauskommen.

„Speicherhungrig“ – der Storage-Insider-Podcast, Folge 2

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Höhere Speicherdichten durch neue Materialien

Die höheren Speicherdichten werden durch andere Beschichtungsmaterialien und immer dünnere Bänder möglich. Bis einschließlich LTO-9 diente Bariumferrit (BaFe) IBM und Fujitsu als Beschichtung. Das Material hat eine Partikelgröße zwischen 40 und 100 nm. Verbesserte Zerstäubungstechnologie verkleinert sie auf 20 nm. Der geplante Nachfolger Strontiumferrit (SrFe) soll noch höhere Dichten erlauben.

IBM und Quantum entwickeln seit 2021 gemeinsam LTO-10. 2025 soll die neue Generation fertig sein. Bis die dafür nötigen Geräte auf dem Markt sind, kann es durchaus ein weiteres Jahr dauern. Die LTO-Organisation hat beschlossen, LTO bis mindestens Generation 14 weiterzuentwickeln.

Tape-Markt wächst

Dass Tape als Langfristspeicher noch längst nicht ausgedient hat, belegen auch Marktdaten. Laut jüngster Zahlen der LTO-Organisation vom Mai 2023 wurden 2022 0,5 Prozent mehr Speicherbänder als im Vorjahr abgesetzt. Mit dem Auftauchen von Ransomware ergab sich ein erheblicher Sprung im Marktvolumen: 2009 legte Tape um 400 Prozent auf 111 Exabyte zu.

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