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Speichertechnologie

Software Defined Storage

Traditionell sind die Ressourcen Server, Storage & Netzwerk einzelne, in sich eng verwobene Funktionsblöcke aus Hardware & Software. Dezentral administriert arbeiten sie überwiegend eigenständig in Silos. Die Bereitstellung von benötigten Diensten aus diesen Ressourcen ist fest an die verwendete Hardware gekoppelt. Die damit einhergehende Einschränkung bei der Flexibilität der Nutzung wird offensichtlich. Server, Storage und Netzwerke in Rechenzentren müssen häufig neu konfiguriert werden, um veränderten Kundenanforderungen zu entsprechen, Anwendungen anzupassen oder auf veränderte Arbeitslast-Anforderungen reagieren zu können. Um flexibler und agiler zu werden bedarf es der Entkopplung der Ressourcen von den physischen Geräten. Eine Virtualisierungsschicht ermöglicht den Zugriff auf die Ressourcen. In der Folge ist es möglich, mehrere netzwerkbezogene virtualisierte Ressourcen zu bündeln, zu verknüpfen und zu höherwertigen Diensten zu veredeln. Je hochwertiger und spezieller die bereitgestellten Dienste, desto komplexer sind in der Regel die dafür benötigten Architekturen.

»Software Defined Storage« umfasst das Konzept der Speichervirtualisierung. Die Software zur Verwaltung des Speichers wird von der darunterliegenden Hardware getrennt. Die Software bietet dabei zusätzliche Dienste, wie beispielsweise Speicher unterschiedlicher Güte- und Schnelligkeitsklassen, zu unterschiedlichen Kosten und für unterschiedliche Aufgaben (Speicher für Transaktionssysteme, Speicher für Backups, …) mit Intelligenten Mechanismen (De-Duplizierung, Replikation, …) bereitzustellen.

SSD

Ein Flash-Speicher (oder SSD bzw. Solid State Disk) ist ein nichtflüchtiges Speichermedium auf der Basis von NAND (heute) und zukünftig auch anderen Technologien (wie u.a. Intel 3D XPoint).

In den nächsten Jahren wird Flash-Speicher die Festplatte als Standard-Medium im Tier 1 ablösen, vermutlich bis 2020 die Festplatte beim Verkauf überholen und spätestens ab 2025 auch in allen anderen Bereichen fast komplett verdrängt haben.

Damit gehen einher massive Geschwindigkeitszuwächse, niedrigere Latenz, deutlich höhere Kapazitäten, niedrigerer Energieverbrauch und auch niedrigere Ausfallraten. Diese Verschiebung ist bereits im Gange und wird nur durch die momentan noch höheren Kosten bei Flash-Medien gedämpft. Analysen zufolge ist heute bereits eine Gleichheit der Kosten eines Flash-Speichers mit 15k SAS HDDs erreicht und im Jahr 2018 mit 10k SAS HDDs. Daher ist danach ein nochmals stärkerer Anstieg der Nutzung zu erwarten. Betrachtet man die TCO über 4 Jahre sind SSDs heute bereits günstiger als HDDs und der Preis fällt schneller als bei Festplatten. Die noch für dieses Jahr angekündigten SSDs mit Kapazitäten bis 60 TB werden diesen Trend weiter beschleunigen und den Vorteil bei Kapazität, Platzbedarf und Stromverbrauch weiter ausbauen.

NVMe

NVM Express (kurz NVMe) ist ein erstmals im Jahr 2011 veröffentlichtes Protokoll, um nichtflüchtige Massenspeicher (engl. non-volatile memory, kurz NVM) über z. B. PCI Express mit dem Prozessor zu verbinden, ohne dass dafür herstellerspezifische Treiber nötig wären. NVM Express wurde von Grund auf für Speicher mit geringer Latenz und parallelen Zugriffen entwickelt und löst damit etablierte Technologien wie SCSI und SAS/SATA ab.

Aktuell wird am Standard für NVMe über Fabrics gearbeitet. Damit können auch Fibre Channel, Infiniband, Omni-Path, CAPI oder Ethernet statt PCI Express genutzt werden, um so die mögliche Entfernung zwischen Server und Storage zu erhöhen.

Persistent Memory

Persistent Memory ist eine neue Technologie, welche die Lücke zwischen SSDs und dem Arbeitsspeicher schließt. Die sogenannten NVDIMM Module sind kompatibel zu normalem DDR4 Arbeitsspeicher und können alternativ in einen Teil der vorhandenen Steckplätze eingebaut werden (daher »Memory«). Der Inhalt bleibt auch bei dem Herunterfahren des Systems erhalten (daher »Persistent«). Die leistungsfähigere Anbindung an den Prozessor erlaubt eine deutliche Verringerung der Latenz und erhöht somit die Verarbeitungsgeschwindigkeit datenintensiver Arbeitslasten.

Ideale Anwendungsbereiche sind Datenbanken, Big Data, Software Defined Storage, RAID Cache, In-Memory Datenbanken oder Speicher für Metadaten in Servern.

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