Stromverbrauch bei der Archivierung
Die Energiebilanz von Band und Platte
Zirka ein Viertel des Energieverbrauchs in Rechenzentren fällt für Betrieb und Kühlung von Datenspeicherung und -archivierung an. Die zu verwaltenden Datenberge wachsen täglich, gesetzliche Regelungen und Richtlinien verstärken diesen Trend. Hier gilt es, mit einer durchdachten Speicherinfrastruktur Backup-, Recovery- und Archivierungsprozesse möglichst energieeffizient zu steuern.
Sowohl Plattenspeicher als auch Bandlaufwerke bieten spezifische Vorteile, die man gezielt auf
die jeweiligen Bedürfnisse ausrichten kann. Es kommt auf den intelligenten Mix an, um nicht nur
Compliance zu gewährleisten, sondern auch bei vernünftigen Kosten eine optimale Leistung für Backup
und Archivierung zu erreichen.
Bandspeicher
Der Einsatz eines Speichermediums, das relativ wenig Strom zum Betrieb und geringe Kühlleistung
benötigt, ist gerade in Bezug auf die Umwelt eine effiziente Lösung. Bei der Archivierung kommen
die Vorteile von Bandlaufwerken am deutlichsten zum Tragen, laufen sie doch im Gegensatz zu Platten
nur dann, wenn sie tatsächlich benötigt werden. Sie geben damit wenig Wärme ab – mit entsprechenden
Spareffekten bei Kühlungsbedarf oder Stromverbrauch. Laut einem Report der Clipper Group sind bei
gleichbleibenden Stromtarifen die Kosten von Anschaffung, Strom und Kühlung für Festplattensysteme
innerhalb von fünf Jahren achtmal so hoch wie die für automatisierte Bandsysteme – und die
Stromkosten steigen weiter. Dank geringer Wärmeerzeugung lassen sich mehrere Bandlaufwerke zudem
eng zusammenpacken.
All diese Kosten haben bisher nur selten in eine Gesamtrechnung Einzug gehalten. Versucht man
dennoch eine generische Energiekostenbilanz beider Speichermedien, zeigt sich ein Vorteil bei
Bandlaufwerken: Eine LTO-3 Library mit zirka 350 TByte Kapazität verbraucht laut Berechnung des
Storage-Consultants Norbert Deuschle für rund 3100 Euro Energie pro Jahr. Wollte man die gleiche
Kapazität mithilfe eines Standard-SATA-Arrays mit einer Kapazität von zirka 330 TByte
(500-GByte-Laufwerke) abbilden, errechnen sich für die Festplattenlösung Strom- und Kühlungskosten
von insgesamt rund 39.400 Euro pro Jahr (Annahme: Gewerbestromkosten von 15 Cent/kWh, Normaltarif).
Nimmt man einen jährlichen Strompreisanstieg von zehn Prozent an, summiert sich dies für drei Jahre
auf über 10.000 Euro für Bänder und 130.000 Euro für Platten. Damit ist ein SATA-Festplatten-Array
mit 330 TByte Kapazität innerhalb von drei Jahren zirka zwölfmal teurer im Bezug auf die
Energiekosten als ein LTO-3-FC-Tape-Library-System mit rund 350 TByte (Annahme: LTO-3-Cartridge,
800 GByte, 2:1-Kompression). In dieser Betrachtung sind keine technischen Weiterentwicklungen bei
Bändern und Platten berücksichtigt, die bei einem längeren Betrachtungszeitraum mit einfließen
müssen.
Manchmal muss es Plattenspeicher sein
Platten hingegen sind als Backup-Medium ideal für geschäftskritische Daten, die bei Bedarf
schnell wiederhergestellt werden müssen, und für Umgebungen, die nicht in Bändergeschwindigkeit
anliefern können. Festplattensysteme können mit ausgefeilten Techniken zur Reduzierung der
Stellfläche aufwarten. Das Problem bei zukünftigen High-Density-Architekturen mit extremer
Packungsdichte: Sie brauchen fünf- bis zehnmal mehr Energie als konventi-onelle Systeme.
Dennoch kann er sich lohnen, darauf zu setzen. So ermöglicht es Deduplikation, zehn- bis 50-mal
mehr Backup-Daten zur schnellen Wiederherstellung auf Festplatte zu sichern, als es mit
herkömmlichen Arrays möglich ist. Da Deduplikationstechnik Dubletten unterhalb der Dateiebene in
Blöcken mit variabler Länge herausfiltert, eliminiert sie redundante Daten. So lassen sich enorme
Ressourceneinsparungen erzielen. Die Effekte werden umso besser sichtbar, je mehr Redundanzen im
Backup existieren und je länger im Backup dedupliziert wird. Mit Deduplikation kann ein
Administrator sogar erwägen, nur noch Full Backups zu fahren und sich das Zusammensetzen des
Restore aus Incrementals und Full Backup zu sparen.
Von Nachteil ist, dass Festplatten sich rund um die Uhr drehen, auch wenn niemand auf sie
zugreift. Dies verbraucht viel Energie und erfordert gerade bei hohen Packungsdichten einen enormen
Kühlungsbedarf. Ein klassisches vollausgebautes Rack im Rechenzentrum benötigt bislang zirka 2 bis
3 kW Strom. High-Density-Architekturen werden bis 2010 zu einem Stromverbrauch von über 20 kW pro
Rack und damit zu geforderten Kühlleistungen von 5 bis 10 kW und sogar darüber führen (Quelle: "
Energieeffiziente Infrastrukturen für das Rechenzentrum – Ein gemeinsames Whitepaper von Fujitsu
Siemens Computers und Knürr", Juli 2007). Dabei ist durchaus eine weitere Steigerung möglich, falls
die Hersteller nicht nachhaltige technische Verbesserungen wie beispielsweise Strom sparende
Platten oder Power-Management einführen (siehe www.thegreengrid.org).
Für Bänder sprechen abgesehen vom Ressourcen schonenden Betrieb ihre lange Lebensdauer, gute
Portabilität und der günstige Preis. Zudem erlauben es neue Laufwerkstechniken, Daten auf
WORM-Bänder (Write Once, Read Many) zu speichern und Verschlüsselung zu nutzen. Das Band ist für
Daten mit weniger strengen Recovery-Zeitvorgaben, für Disaster Recovery und Langzeitarchivierung
ideal. Wenn große Datenblöcke geschrieben werden, sind Bänder bei der passenden Infrastruktur
extrem schnell. Hinzu kommt die einfache Verwaltung.
Während Bänder bei Disaster Recovery oder Backup mit kontinuierlichen Datenströmen sehr
effizient sind (da die Einlegezeiten und das Hin- und Herspulen, um eine Datei zu finden,
vernachlässigbar wird), eignen sich Plattensysteme besser für Recovery-Prozesse einzelner Daten mit
Random Access und hoher RAID-Zuverlässigkeit. Bandlaufwerke bieten oft mehr Performanz, als die
Infrastruktur nutzen kann. Die Unternehmen stehen damit vor dem Problem, dass ein Backup mit
Stop-and-Go auf das Band geschrieben wird, was sich auf die Lebensdauer der Bänder negativ
auswirkt, oder dass sie Disk-Cache vorhalten müssen, um den Datenstrom kontinuierlich auf Bänder
schreiben zu können. Zwar eignen sich Bänder weniger für Daten, auf die häufig zugegriffen wird,
doch bei Backup und Datenarchivierung ist die Leistung von Bandlaufwerken besser als die von
Platten. Für Disaster Recovery zum Beispiel sind daher Bandlaufwerke das Medium der Wahl.
Um die Vorteile der jeweiligen Technik effizient nutzen zu können, müssen Unternehmen
strategisch vorgehen. Vor allen technischen Überlegungen steht hier die Analyse der
Geschäftsprozesse, Unternehmungsanforderungen und gesetzlichen Vorschriften. Aus dieser Analyse
lassen sich sehr schnell einige Notwendigkeiten ableiten. Unternehmen sollten Daten mit extrem
kurzen Lebenszyklen oder kurzer Verweildauer primär mit Plattensystemen sichern, während Daten mit
durchschnittlicher Verweildauer und häufigeren Restore-Anforderungen für B2D2T-Lösungen (Backup to
Disk to Tape) prädestiniert sind. Im Bereich der Langzeitdatenhaltung, der großen Dateien oder der
sehr seltenen Restores können ausschließlich Bänder als Backup- oder Archivmedium Verwendung
finden.
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