Einsatz von Flash-Speicher im Storage-Bereich
Kosteneffiziente Techniken
Die Flash-Technik hat sich im Storage-Umfeld schnell verbreitet - schneller als von manchem Experten erwartet. Neben sinkenden Kosten überzeugt vor allem die hohe Leistungsfähigkeit immer mehr Anwender. Die Haltbarkeit des Mediums hat sich zwischenzeitlich deutlich erhöht, sodass nun vor allem die Faktoren Sicherheit, Performance und Wirtschaftlichkeit ausschlaggebend sind. Verwendungszweck und Ziel müssen dabei wohl überlegt sein, immerhin gibt es eine ganze Reihe möglicher Flash-Ansätze.Um den Reiz der Flash-Technik richtig einzuordnen lohnt ein Blick zurück in die Historie: Setzt man für das Jahr 1987 einen künstlich definierten Gleichstand zwischen der CPU-Leistung der Server und der Disk Performance eines Speichersystems, so ist die Leistung im Server-Bereich seither wesentlich stärker gestiegen als bei Speichersystemen. Legten festplattenbasierte Systeme bis etwa zum Jahr 2004 lediglich um den Faktor 10 zu, erreichten die Ingenieure bei der Entwicklung von Servern eine Verbesserung in der Größenordnung von über einer Million. Diese ungleiche Entwicklung erwies sich angesichts der damaligen Anforderungen an Speichersysteme jedoch nicht als tragisch, eine wesentlich höhere Festplattenleistung war nicht erforderlich. Die Situation hat sich nun, fast zehn Jahre später, mit zahlreichen virtualisierten und rechenintensiven IT-Umgebungen grundlegend geändert. Immer mehre Anwender greifen unternehmensweit - über Files oder Applikationen - auf dieselben Daten zu. Ist der zentralisierte Unternehmensspeicher in einer virtualisierten IT-Landschaft langsam, stehen weder Anwendungen noch Daten in einer angemessenen Zeit zur Verfügung. Zahlreiche Mechanismen haben daher in der letzten Dekade die Speicher-Performance überdurchschnittlich angehoben. Auch Flash-Speicher können dabei ihren Beitrag leisten. Unterschiedliche Techniken Flash-Speicher, der wie ein Festplattenlaufwerk zum Einsatz kommt, rangiert üblicherweise unter der Bezeichnung Solid State Drive (SSD). Genau genommen müsste in diesem Einsatzumfeld eigentlich von NAND-Flash ("not and") die Rede sein - als Abgrenzung zum NOR-Flash ("not or"). NAND bezieht sich auf die serielle Anordnung der Speicherzellen. Grundsätzlich lassen sich sowohl NAND- als auch NOR-Speichermodule als Flash bezeichnen. Unter anderem wegen der höheren Speicherdichte kommt aber bei Systemen im Storage-Bereich ausschließlich NAND-Flash zum Einsatz, wobei es dort drei Ausprägungen gibt: Single-Level Cell (SLC), Multi-Level Cell (MLC) und Triple-Level Cell (TLC). SLC-NAND-Flash speichert jeweils nur ein Bit pro Zelle, bei MLC sind es mehrere, und bei TLC steigern unterschiedliche Spannungszustände die Kapazität noch weiter. Die MLC-Technik ist zwar kostengünstiger als SLC, dafür aber langsamer und weniger zuverlässig. SLC-Technik in 50-nm-Fertigung eignet sich gut für etwa 100.000 Schreibvorgänge, bei MLC sinkt der Wert auf etwa 10.000. Zellenabsicherung durch eine Control Unit und die Eingrenzung auf nur zwei Bit pro Zelle machen jedoch aus einer MLC eine "EMLC" (Enterprise MLC), die immerhin bis zu 30.000 Schreibzyklen hält. TLC-Technik scheidet wegen der derzeit nur etwa 1.000 möglichen Schreibvorgänge für Unternehmensanwendungen momentan noch aus. Einsatzbereiche Um der geringeren Zahl an Schreibzyklen entgegenzuwirken, hat beispielsweise Hitachi den so genannten Accelerated Flash Controller entwickelt. Dieser ermöglicht eine Lebenszeit von fünf Jahren im professionelle Umfeld, indem er Vorteile des MLC- und des SLC-Konzepts vereint. Korrektur- und Pflegemechanismen wie "Wear Leveling" - die intelligente Verteilung von Schreibvorgängen - helfen dabei, die Lebensdauer von Flash-Speichern zu erhöhen. Unabhängig vom "dummen" Speichermedium selbst sind es also intelligente Controller, Logiken und die dahinterliegenden Mechanismen, die für hohe Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit zu einem bezahlbaren Preis sorgen. Ein Blick auf die grundlegenden Anforderungen leistungsfähiger IT-Umgebungen - Datendurchsatz, Rechenleistung, Verfügbarkeit, Speicherkapazität und Effizienz - zeigt, dass schneller Speicher allein kein Allheilmittel ist, zumal auch klassische Festplatten in Relation zur Kapazität immer noch günstiger werden. Zwar bieten alle namhaften Storage-Hersteller inzwischen so genannte All-Flash-Systeme mit durchgängiger Flash-Laufwerksbestückung. Jedoch sind solche Speicher-Arrays vor allem für rechenintensive Umgebungen geeignet, etwa im OLTP-Umfeld (Online Transaction Processing). OLTP als direkte und unmittelbare Verarbeitung von Online-Transaktionen im Datenbankbereich stellt im Hinblick auf den Datendurchsatz naturgemäß hohe Anforderungen an die zugrunde liegenden IT-Systeme. Nutzungsaspekte Die große Masse an Daten muss jedoch weder besonders schnell bearbeitet noch bereitgestellt werden. Im Durchschnitt sind es etwa lediglich zirka fünf bis zehn Prozent der Unternehmensinformationen wert, sie auf den nach wie vor teureren Flash-Speichern vorzuhalten. Unter Berücksichtigung des Kostenaspekts kommt es also vor allem darauf an, leistungskritische Informationen zu definieren und dann gezielt auf dem leistungsfähigsten Storage abzulegen - und dies bei möglichst hohem Automatisierungsgrad. Entscheidend für ein leistungsfähiges und vor Kostenaspekten überzeugendes Konstrukt ist demnach die Wahl der richtigen Speicherklasse im Sinn eines Tiered-Storage-Ansatzes mit mehreren abgestuften Speichebenen. Rechenzentren profitieren vor allem, wenn das Speichersystem automatisch erkennt, welche Daten wie oft genutzt werden und diese Daten rechtzeitig und selbstständig in die am besten geeignete Speicherebene verschiebt. Dabei sollte das System nur die direkt betroffenen Daten im MByte-Bereich migrieren und nicht etwa ganze LUNs. Dieser technische Ansatz trifft nicht nur für Enterprise- sondern auch für eine große Zahl von Midrange-Lösungen zu, denn auch so genannte Midrange-Speichersysteme verfügen inzwischen oft über Enterprise-Funktionalitäten. Leistungsfähiger Flash-Speicher stellt daher gemeinsam mit Tiered Storage für die meisten Anwendungsfälle den bestmöglichen Kompromiss aus Leistungsfähigkeit und Kosten dar. Vor diesem Hintergrund sind Flash-Accelerator-Speicher zu bewerten, die als extrem performantes Tier Speicherumgebungen "nach oben" ergänzen - vergleichbar zu Beschleunigungsansätzen aus dem Server-Umfeld. Fazit Es kommt nicht nur auf das Speichermedium an. Neben einer leistungsfähigen Systemlogik zählt vor jeder Systemumstellung, -aufrüstung oder -neubeschaffung im Storage-Bereich die Frage: Was will ich mit meinen Daten und Informationen anfangen? Für die meisten Nutzungsszenarien sind vor allem Flash-Beschleunigerlösungen sinnvoll. Geht es jedoch zum Beispiel um leistungshungrige IT-Szenarien, kann ein All-Flash-System sinnvoll sein. Denn die IT-Infrastruktur dient letztlich dazu, die Geschäftsprozesse zu unterstützen, und soll kein Selbstzweck sein.
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