Lesen gut, Schreiben befriedigend

Wenn die Anwendung das Flash-Equipment alt aussehen lässt

| Autor / Redakteur: Peter Bilicki, / Rainer Graefen

Die Antwortzeiten unterschiedlicher Speichertechnologien.
Die Antwortzeiten unterschiedlicher Speichertechnologien. (Bild: MTI)

Disk oder Flash? Diese Frage stellen sich heute viele IT-Verantwortliche. Zahlreiche Leistungswerte sprechen für Flash und es scheint, dass die klassische Festplatte hauptsächlich nur noch aus Kostengründen Existenzberechtigung hat. Doch ganz so einfach ist es nicht.

Unter Betrachtung der Anwendungsszenarien kann die Disk nicht nur aus wirtschaftlicher, sondern auch aus technischer Sicht die bessere Wahl sein. Für die Entscheidung, ob für eine bestimmte Anwendung Flash- oder Disk-Speichertechnologie angeschafft werden soll, werden im ersten Schritt oftmals technische Parameter herangezogen, die sich theoretisch auf optimale IT-Umgebungen beziehen.

Einer dieser Parameter ist die Input/Output-Operations-per-Second-Effizienz (IOPS-Effizienz). Hier liegt Flash in den Leistungsangaben ganz eindeutig vorne, die Random IOPS bei Flash bieten mehr IOPS pro Euro.

Überbewertete Latenz?

Ein weiterer Parameter ist die Übertragungsgeschwindigkeit pro Euro und Watt. Auch hier ist das Flash-Laufwerk der Gewinner. Es liefert bei sequentiellem Zugriff das Zwei- bis Fünffache der Übertragungsgeschwindigkeit gegenüber einer konventionellen Platte.

Ein Flash Laufwerk erreicht mehr als 500 MByte/s. Im Vergleich dazu kann ein modernes Nearline-Laufwerk bei sequentiellem Zugriff laut Angaben mehr als 150 MByte/s erreichen. Nachteilig für die Festplatte allerdings ist, dass der Zugriff nahezu nie ausschließlich sequenziell erfolgt.

Sobald der Leseschreibkopf der Platte hin und wieder Random-Zugriffe ausführen muss, liefert die konventionelle Platte nur noch 20 bis 30 MByte/s statt der theoretischen, ausgewiesenen 150 MByte/s. Das Flash Drive hingegen stören zusätzliche Random-Zugriffe nicht. Folglich kann ein Flash-Laufwerk in der Praxis bei sequentiellen Zugriffen um das 10- bis 15-fache schneller als konventionelle Platten sein.

Auch die Antwortzeiten der beiden Konkurrenten scheinen auf den ersten Blick eindeutig. Betrachtet man die beiden Speichertechnologien auf ihrer heutigen Entwicklungsstufe, antwortet Flash-Speicher, je nach eingesetzter Chip- und Controller-Technologie (SAS, SATA, PCIe, NVMe), im zehn bis 100 Mikrosekundenbereich (µs).

Die klassische Festplatte (HDD) hingegen arbeitet in der Skala von Millisekunden (ms). In der Informationstechnologie macht dies einen wesentlichen Unterschied. Antwortet der Speicher innerhalb von 10 µs (Flash mit NVMe-Schnittstelle) anstatt in 1 Millisekunde (HDD), lassen sich so 100-mal mehr IO-Operationen bearbeiten. Soweit zur Theorie.

Disk schlägt Flash

Die gute alte Festplatte hat nicht nur eine Existenzberechtigung aufgrund der Wirtschaftlichkeitsberechnung. Je nach Anwendung hat die Disk technische Vorteile gegenüber Flash-Speicher. In Anwendungsszenarien, bei denen konstant sehr viel geschrieben wird, ist die Disk nach wie vor die bessere und schnellere Alternative.

Im reinen Schreibzugriff ist und bleibt die Festplatte klar im Vorteil. Sie ist schneller. Auch bei Single-Stream-Operationen ist die Festplatte die bessere Wahl. Wenn anstatt vieler schneller und kleiner Lese- und Schreibzugriffe nahezu durchgängig viele große Blöcke gelesen werden müssen, ist die Festplatte nach wie die schnellere Technologie.

Bedenken gibt es auch aufgrund der begrenzten Zahl von Schreibvorgängen, die Flash-Bausteine vertragen. Weil sich gespeicherte Informationen in Zeiten von Big Data häufig in kurzen Abständen ändern, müssen die Speicherzellen entsprechend oft überschrieben werden. Anders als bei magnetischen Speichern ist dies aber nicht sofort möglich, denn zunächst müssen in einem separaten Arbeitsgang die bisher gespeicherten Daten blockweise gelöscht werden.

Ein Schreibzyklus besteht also zunächst aus einem Löschvorgang und einer anschließenden Neuprogrammierung. Mit jedem neuen Schreibzugriff verändert sich allerdings die Struktur der Halbleiter ein wenig. Dies kann sich auf lange Sicht auf die Zuverlässigkeit auswirken.

Wo Flash-Speicher vorne ist

In diversen Szenarien ist die klassische Festplatte die bessere Wahl. Ebenso existieren Anwendungsumgebungen, die für Flash prädestiniert sind. Flash bietet eine sehr hohe Performance fast ohne Verzögerungszeiten und sorgt damit für geringere Latenzen.

Die Zugriffszeiten können bei einem durchschnittlichen Mix an Lese- und Schreibzugriffen für Blöcke unterschiedlicher Größe nur etwa ein Hundertstel im Vergleich zu Festplatten betragen. Die Geschwindigkeit ist auch deshalb deutlich höher, da Flash-Speicher nicht mit mechanischen Prozessen wie Plattendrehungen oder Lesekopfbewegungen zu kämpfen hat.

Diese Vorzüge machen sich insbesondere bei Anwendungen bemerkbar, bei denen ein „Random Read“ also viele gleichzeitige Lesezugriffe erfolgen. Gerade bei Applikationen mit sehr hoher I/O-Last spielt der Flash-Speicher seine Vorteile aus.

Einen weiteren Vorteil bietet Flash in Umgebungen mit sehr vielen Knoten, wenn der Speicher also verteilt im Gesamtsystem angeordnet ist, wie man es bei Hyper Converged Storage erwartet. Durch die extrem niedrige Latenzzeit werden Anwendungen wie beispielsweise Big Data entscheidend unterstützt.

Eine Latenz zwischen zehn und 300 Mikrosekunden des Flash-Speichers im Vergleich zu zirka vier Millisekunden bei der Festplatte ergeben entscheidende Performance-Vorteile für komplexe Anwendungen.

Ein weiterer Vorzug von Flash-Speicher ist eindrucksvoll unter Einsatz einer Deduplizierungstechnologie zu sehen. Sehr viele Unternehmen betreiben diese Technologie bereits seit Jahren, um ihre Datenmengen zu verringern. Bei der Deduplizierung entstehen – je nachdem wie intensiv man diese betreibt – große Meta-Datenbanken, welche die Links zu den Datenblöcken enthalten, die durch die Deduplizierung reduziert wurden.

Bei Deduplizierungsraten von bis zu 1:10 sind diese Meta-Datenbanken schnell sehr groß und komplex. Der Zugriff auf diese Datenbank ist entscheidend und bei der falschen Speicherwahl kann dies zum Flaschenhals für die Anwendungen werden. Auch hier spielt der Flash-Speicher seine Vorteile aus.

Da die Lese-/Schreibzugriffe eines Flash-Speichers um ein Vielfaches schneller sind als bei der klassischen Festplatte, ist vor allem bei zeitkritischen Anwendungen in Verbindung mit der Deduplizierung der Flash-Speicher klar im Vorteil.

Disk oder Flash? Die Anwendung ist entscheidend

In den letzten Jahren hat ein Umdenken bei Storage-Anbietern und damit auch bei den Anwendern stattgefunden. Die Hersteller haben ihr Disk-Array-Portfolio um zahlreiche und hochleistungsfähige Flash-Modelle erweitert, welche höchste Anforderungen erfüllen.

Das Systemhaus MTI beispielsweise verkauft heute schon 20 Prozent seiner Disk-Arrays in Flash-Technologie. Dabei steigt der Bedarf nach hochperformanten Speichersystemen nicht nur bei großen Unternehmen, sondern auch im Mittelstand.

Um die optimale Kombination an Speichertechnologien individuell für ein Unternehmen zu finden, müssen die Leistungsansprüche genau definiert und mit der Art der Anwendung in Verbindung gebracht werden. Erst mit den Ergebnissen aus dieser Evaluierung lassen sich die optimalen Speicherkombinationen planen und gleichzeitig mit den Budgetressourcen des Unternehmens in Einklang bringen.

Mit steigender Nachfrage nach Flash-Speicher werden vermutlich auch die Preise sinken und es wird sich ein Leistungs-Kosten-Niveau einpendeln, das eine höhere Verbreitung im Markt ermöglicht. Technologisch spricht vieles für Flash. Dennoch gibt es nach wie vor einige Argumente und Anwendungen, die den Einsatz von Festplatten rechtfertigen.

* Peter Bilicki ist Presales Management bei der MTI Technology

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