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Storage-Ideen für das Datenzeitalter Wie sich Storage durch NVMe, QLC, Cloud und PCIe verändert

| Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Dr. Jürgen Ehneß

Technologien wie NVMe, höher integrierte Speicherzellen, PCIe und natürlich Cloud ermöglichen völlig neue Ansätze, Storage für Unternehmen zu realisieren. Vier aktuelle Beispiele zeigen, was möglich ist.

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Ein Blick in die Storage-Zukunft: Neue technologische Entwicklungen machen vieles möglich, was noch vor kurzer Zeit utopisch schien.
Ein Blick in die Storage-Zukunft: Neue technologische Entwicklungen machen vieles möglich, was noch vor kurzer Zeit utopisch schien.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Ältere CIOs haben sich, als sie in die IT einstiegen, wohl kaum vorstellen können, welche Datenmassen sie heute handhaben müssen. Die bisherigen Technologien, beispielsweise die klassischen Storage-SANs, stoßen an ihre Grenzen. Neue technologische Entwicklungen machen gleichzeitig vieles möglich, was noch vor kurzer Zeit utopisch schien.

Beispiele sind Speicherzellen, die vier und mehr logische Werte lagern können und trotzdem lange zuverlässig arbeiten, die Cloud sowie die Kombination aus NVMe und üblichen Transportprotokollen, aktuell vor allem für Glasfaseranbindung über Ethernet-Protokolle. Schließlich ist PCIe für die schnelle, leistungsfähige Direktanbindung von Komponenten an den Prozessor zu nennen. Vier Beispiele zeigen, wie mit Hilfe dieser Komponenten neue Produkte und Dienste entstehen.

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Vast Data

Erst 2016 wurde der Storage-Spezialist Vast Data von CEO Renen Hallak, ehemals XtremIO, gegründet. Vast Data kombiniert Intels auf 3DXPoint-Technologie basierende Optane-Module, Datentransport über NVMe oF und kostengünstigen QLC-Flash-Speicher zu einer disagreggierten Shared-Everything-Architektur (DASE).

Der Speicher steckt in NVMe-Gehäusen, wo jeweils Optane-Module und QLC-Flash als Speichermedium arbeiten. Die Daten aller NVMe-Enclosures werden unter einem globalen Namensraum zusammengefasst. Verbunden werden sie über eine NVMe-fähige Fabric, die entweder Ethernet oder Infiniband nutzt. Kunden können das System auch mittels eigener SSDs als reine Software-Lösung implementieren, verlieren so aber Geschwindigkeit.

Auf der anderen Seite der Fabric befinden sich containerisierte oder physische Vast-Storage-Server, über welche die Clients mittels vielfältiger Protokolle auf die Server und damit auf die Storage zugreifen können. Die Verzögerung zwischen Servern und Storage beträgt dabei nur zehn Mikrosekunden. Die Stateless-Architektur erzeugt keinen Ost-West-Verkehr zwischen den Servern, da alle Server auf alle Enclosures zugreifen können. Die Vast-Server lassen sich applikations- oder mandantenbezogen bündeln.

Vast Data bietet eine komplett ausgerüstete Hardware-Appliance mit vier Servern in 2U-Chassis, einer 100-GByte-Ethernet- oder Infiniband-NVMe-Fabric und NVMe-Enclosures mit 400 oder 675 Terabyte Speicher und je viermal 100 GB NVMe-oF-Connectivity an. Sie speichert kapazitätsoptimiert maximal 23 Petabyte und leistungsoptimiert 11 PB. Sicherheit wird durch globales Erasure-Coding hergestellt, Effizienz durch globale Datenreduktion über den gesamten Datenraum.

Das wichtigste Anwendungsgebiet sind Storage-Lösungen für KI-Implementierungen. Damit zielt Vast Data auf die Märkte von HPC-Filesystemen und Scale-Out NAS. Weitere Zielgruppen sind Branchen wie Genomforschung, Finanzen, Content-intensive Bereiche wie Medien; Vast Data erwähnt auch Sekundär-Storage und virtualisierte Infrastruktur bis hin zu containerisierten Variaten.

Pavilion

Auch Pavilion, gegründet 2014, setzt auf NVMe oF. Die Pavilion-Box, ein NVMe-Array nebst Betriebssystem Pavilion OS, zielt auf große (Dienstleistungs-)Rechenzentren. Pavilion plante seine Architektur rund um das NVMe-oF-basierende Ethernet- oder Infiniband-basierende interne Netz. Sie ist Cache-frei, schnell, klein, dicht und standardbasierend und umfasst mehrere Controller, die alle Laufwerke über PCIe-Verbindungen sehen können.

Das Gerät verbraucht vier Rack-Höheneinheiten und maximal 3,2 kW. Es fasst 2 bis 20 Controller und bietet 4 bis 40 10-Gbit/s-Ethernet- oder HDR-Ports. Integriert sind ein redundanter 6,4-Tbit/s-Switch und zwei Management-Controller. 12 bis 72 NVMe-Laufwerke lassen sich unterbringen. Die auf x86-Hardware aufbauende Box erreicht bis zu 20 Millionen IOPS beim zufälligen Schreiben, 10 GB/s Leseleistung und hat nur 25 Mikrosekunden Schreiblatenz. Die Kapazität erreicht bis 1 PB.

Alle drei NVMe-oF-Varianten (TCP, RoCE, RDMA) werden unterstützt, dazu iSCSI, NFS v3/4 und S3. Damit lassen sich Files, strukturierte Daten und Objekte speichern. Das Betriebssystem unterstützt RAID 6, Snapshots und Konsistenzgruppen und bringt diverse Funktionen wie Thin Provisioning oder eine Datenversicherung mit.

Jeder Controller arbeitet unabhängig, das Betriebssystem kann Controller aber für bestimmte Aufgaben zur Zusammenarbeit verpflichten, beispielsweise um die Kapazitäten einer Anwendung zu erweitern. Der Management- und Überwachungsverkehr fließt über die ebenfalls redundant angebundenen Management-Controller, die eine API-zentrierte Infrastruktur und Tools wie Redfish oder RabbitMQ nutzen.

SoftIron

Besonders sicherheitsbedürftige und an Energieeffizienz interessierte Anwender hat SoftIron im Auge. Aus Effizienzgründen setzt der Hersteller auf für einen Zweck optimierte Geräte und offene Storage-Software, sprich: Ceph. Ceph ist eine Open-Source-Storage-Lösung, die Block, File und Objekte unterstützt und innovative Algorithmen wie Crush (Controlled Replication Under Advanced Hashing) verwendet.

SofttIron entwickelt und baut alle seine Geräte selbst in Kalifornien, wählt alle Zulieferer aus und kontrolliert sie. Auf die Geräte kommt nur komplett zertifizierte Software, wobei dazu auch Treiber, Embedded-Software und Ähnliches gehören. Mit diesem Ansatz will der Hersteller Spionage, Inkompatibilitäten und ungeplante Ausfälle, beispielsweise durch Software-Updates von Zulieferern, verhindern.

Bislang hat SoftIron drei anwendungsspezifische Geräte auf den Markt gebracht: Die Storage-Appliance Hyperdrive gibt es in einer leistungs- und einer kapazitätsoptimierten Variante. Ein mit Hyperdrives ausgerüstetes 42-U-Rack kann bis zu 5 PB schaffen. Die mit Leitungsgeschwindigkeit arbeitenden Geräte verbrauchen pro Stück nur 100 Watt und passen damit gut zu Standorten, deren Energiekapazitäten begrenzt sind.

Dazu liefert SoftIron einen intelligenten Storage-Router, der als unternehmensweites Service-Gateway für Ceph fungiert. Zu den Diensten gehören neben der reinen Gateway-Funktion auch Authentisierung, Überwachung, Cloud/S3-Synchronisierung, Management und Virtualisierung mit Kubernetes, VMware und Hyper-V. Als Ergänzung für die Medienindustrie bietet der Hersteller den ebenfalls auf Open-Technologien basierenden Transcodierer HyperCast an, der digitale Medien in unterschiedliche Formate umsetzen kann. Gesteuert wird die Lösung durch die Software HyperDrive Storage Manager.

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Nebulon

Schließlich sei noch Nebulon erwähnt. Seine brandneue Lösung (das Unternehmen hat erst im Juni den Verschwiegenheitsmodus nach US-Aktienrecht verlassen) bezeichnet der Anbieter als „Cloud-definierte Storage“. Sie hat zwei Kernkomponenten. Erstens eine sogenannte SPU (Service Processing Unit), eine spezielle PCIe-Karte, mit der sich alle an Server angebundene Flash-Storage im Unternehmen in einen gemeinsam verwalteten Pool integrieren lässt. Die zweite Kernkomponente ist das aus der Cloud gelieferte „Betriebssystem“ Nebulon On. Es steuert und verwaltet alle SPUs eines Unternehmens und die daran angebundene Storage. Die Leistung wird einfach durch das Hinzufügen weiterer SPUs respektive weiterer Server mit SPUs und Storage gesteuert.

Anwender und Administratoren greifen auf die an Nebulon angeschlossene Storage ausschließlich über Nebulon On und die SPUs zu. Die einzelnen SPUs, auf denen jeweils ein kompletter Storage-Stack liegt, lassen sich applikations- oder mandantenspezifisch zusammenfassen und verwalten.

Anwender verwenden eine Internet-Selbstbedienungsschnittstelle von Nebulon On, um beispielsweise mehr Storage zu beanspruchen. Über Nebulon On wird auch der Storage-Stack auf den SPUs automatisch aktualisiert. Zum Leistungsumfang von Nebulon On gehören gängige Storage-Services.

Als wesentlichen Vorteil reklamiert Nebulon, dass auf dem Server für die Nebulon-Nutzung keine Software installiert werden muss und die Ressourcen des Servers wie CPU, Memory oder Netz nicht beansprucht werden. Nebulon lässt sich mit jedem Betriebssystem und Hypervisor nutzen.

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lic.rer.publ. Ariane Rüdiger

lic.rer.publ. Ariane Rüdiger

Freie Journalistin, Redaktionsbüro Rüdiger