Hybrides Flash Array
Ein Hybrid-Flash-Array ist ein Solid-State-Speichersystem, das eine Mischung aus Flash-Memory und Festplatten (HDD) enthält.
Hybrid-Flash-Arrays verwenden Formfaktoren und elektrische Schnittstellen, die mit gängigen HDD-Schächten kompatibel sind. Dies ermöglicht einen schrittweisen Ersatz von rotierenden Festplatten durch Solid-State-Laufwerke (SSDs), falls gewünscht.
Flash-Speicher, der keine beweglichen Teile hat, ist eine Art nichtflüchtiger Speicher, der in Speichereinheiten, sogenannten Blöcken, gelöscht und neu programmiert werden kann. Es handelt sich um eine Variante des Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), der seinen Namen erhielt, weil seine Speicherblöcke in einem einzigen Vorgang gelöscht werden können. Ein Flash-Array kann Daten viel schneller zu und von SSDs übertragen als elektromechanische Festplattenlaufwerke.
Flash ist teurer als HDDs, aber die Entwicklung von Architekturen wie Multi-Level-Cell (MLC), Triple-Level-Cell (TLC) und Quad-Level-Cell (QLC) haben die Preise gesenkt und die Kapazitäten verbessert. Diese Verbesserungen gehen jedoch zu Lasten der Leistung und Haltbarkeit. Single-Level-Cell (SLC) ist der schnellste und haltbarste SSD-Typ, aber SLCs sind teuer und haben eine sehr begrenzte Kapazität und werden heute nur selten verwendet. QLC-SSDs sind in der Regel die preisgünstigste Option, aber sie zeichnen sich durch langsame Leistung und schlechte Haltbarkeit aus. Es wurden verschiedene Technologien entwickelt, um die allgemeine Haltbarkeit von SSDs so weit zu verbessern, dass sie für den Einsatz in Unternehmen geeignet sind.
Die Vor- und Nachteile eines Hybrid-Flash-Arrays
Der Unterschied zwischen einem Hybrid-Flash-Array und einem All-Flash-Array (AFA) besteht darin, dass Hybrid-Storage-Arrays eine Mischung aus HDDs und SSDs enthalten, während ein All-Flash-Array nur mit SSDs ausgestattet ist. Ein Hybrid-Storage-Array kann viel oder wenig Flash enthalten. Das Hinzufügen einer kleinen Anzahl von SSDs zu einem herkömmlichen Array kann dessen Gesamtleistung immens verbessern und ist mit geringeren Vorabkosten verbunden als ein AFA.
HDDs sind berechenbar und bieten niedrige Kosten pro Gigabyte. Allerdings verbrauchen sie viel Strom und sind vergleichsweise langsam. SSDs bieten eine schnelle Leistung und verbrauchen viel weniger Strom als HDDs. Allerdings sind SSDs pro Gigabyte teurer, und ein All-Flash-Array kann zu kostspielig sein. Auch beim Kühlungsaufwand schneiden SSDs beziehungsweise Flash-Arrays in der Regel besser ab.
Früher waren AFAs auch für ihre sehr begrenzten Speicherkapazitäten bekannt. Die SSD-Kapazitäten haben sich in den letzten Jahren erheblich verbessert, und Laufwerke mit mehreren Terabyte sind inzwischen die Norm. Dennoch sind die Kosten pro Gigabyte bei SSDs für Unternehmen immer noch deutlich höher als bei HDDs.
Hybride Speicher-Arrays vereinen das Beste aus beiden Welten: Sie bieten relativ niedrige Kosten pro IOPS (Ein- und Ausgabeoperationen pro Sekunde) und pro Gigabyte sowie ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung. Hybrid-Arrays erfüllen die Anforderungen der meisten Workloads, da sie mehr IOPS zur Verfügung stellen und die Speicherlatenz verringern.
Hybride Flash-Speichersysteme sind für jedes Unternehmen geeignet, das einen schnelleren Zugriff auf gespeicherte Daten benötigt, als dies mit Festplatten möglich ist. Wenn nicht alle Daten einer Anwendung zu jedem Zeitpunkt für die Benutzer verfügbar sein müssen, ist die Speicherung „heißer“ Daten auf SSDs eine gute Idee. Aus diesem Grund profitieren viele Anwendungen – von Collaboration- und E-Mail-Anwendungen bis hin zu virtuellen Desktop-Infrastrukturen (VDIs) – von zusätzlichen Flash-Speichern.
Welche Auswirkungen haben hybride Flash-Arrays auf die Unternehmens-Storage?
Es gibt hybride Speicher-Arrays, die mit HDDs und SSDs in einem Gehäuse geliefert werden. Alternativ können Hybrid-Flash-Speicher-Kunden Flash-Laufwerke direkt an die PCIe-Steckplätze des Servers anschließen. Die zweite Option ist in der Regel teurer, bietet aber eine schnellere Speicherleistung, da der PCI-Bus direkt mit der CPU kommuniziert und der Speicher-Controller umgangen wird. Die Verwendung von PCIe-Flash kann die Leistung erheblich verbessern.
Das Hinzufügen von Flash zu einem herkömmlichen HDD-Array ist eine einfache Möglichkeit, die Leistung zu verbessern, da es sehr kostspielig wäre, das gesamte Array mit SSDs in zu bestücken. In einer Shared-Storage-Umgebung gibt es nur eine kleine Teilmenge von Daten, die diese Art von Leistung benötigen. Dynamisches Tiering auf Blockebene ermöglicht es IT-Abteilungen, Flash-Speicher auf die Workloads auszurichten, die eine verbesserte Leistung benötigen.
Wenn Ihre Workloads Spitzenleistung benötigen – wie es bei Big Data Analytics und ähnlichen Anwendungen der Fall ist – dann sind All-Flash-Arrays die richtige Wahl. Die Rohkapazität von All-Flash-Arrays kann im Verhältnis zu ihrem Preis gering erscheinen, aber die meisten AFA-Anbieter bieten Deduplizierung an, wodurch die Arrays hocheffektive Kapazitätsraten erreichen.
Dennoch können All-Flash-Arrays nicht mit der Kapazität von Hybrid- und HDD-Optionen mithalten. Mit Festplatten können Kunden viel Speicherplatz für wenig Geld erhalten, was ideal für die Speicherung von Dateien sowie für die Sicherung und Wiederherstellung ist. Wenn Ihr Unternehmen nur genug Geld für ein neues Array hat, aber die Kapazität beibehalten und die Leistung verbessern möchte, ist ein hybrides Speicher-Array die beste Option.
Wie funktioniert der hybride Flash-Speicher?
Hybride Flash-Speicher-Arrays können im Allgemeinen auf zwei Arten konfiguriert werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, Workloads einer Speicherarchitektur zuzuordnen, die auf den Anforderungen der Workloads an die Speicherleistung basiert. So könnte beispielsweise eine Hochleistungsdatenbank dem Flash-Speicher des Arrays zugeordnet werden, während eine weniger anspruchsvolle Arbeitslast ausschließlich HDD-Speicher verwenden könnte.
Der zweite Ansatz ist die Verwendung von Tiered Storage. Dieser Ansatz ist besonders dann üblich, wenn ein hybrides Flash-Storage-Array zur Speicherung von Dateidaten verwendet wird.
Bei einer Tiered-Storage-Architektur wird der Flash-Speicher als High-Speed-Tier und der HDD-Speicher als Low-Speed-Tier definiert. Der High-Speed-Tier dient als Cache, während der Low-Speed-Tier den größten Teil der Kapazität des Volumes bereitstellt.
Dateien, auf die häufig zugegriffen wird, werden vom Low-Speed-Tier auf das High-Speed-Tier verschoben. Auf diese Weise kann der Zugriff auf die Dateien mit einer minimalen Latenzzeit erfolgen. In ähnlicher Weise können neue Dateien zunächst auf die Hochgeschwindigkeitsschicht geschrieben und dann auf die Niedriggeschwindigkeitsschicht verschoben werden. Mit diesem Ansatz kann die Hochgeschwindigkeitsschicht als Schreibpuffer - ein Flash-Cache - fungieren und so zur Verbesserung der Gesamtspeicherleistung beitragen.
Speicherleistung von hybriden Storage-Systemen
Hybride Arrays können die Latenzzeit auf 3 bis 5 Millisekunden senken; bei All-Flash-Arrays kann diese Zahl auf Mikrosekunden gesenkt werden. SSDs haben keine Prefetch-Probleme, und alle I/Os (Eingaben/Ausgaben) sind Cache-Lesevorgänge, sodass es keine Schwankungen zwischen einem Lese- und einem Suchvorgang gibt. Dennoch können es sich die meisten Unternehmen nicht leisten, ihr gesamtes Rechenzentrum mit SSDs auszustatten, und hier kommen Hybrid-Flash-Arrays ins Spiel.
Während der Preis des Arrays steigt, sinken die Betriebskosten: je mehr Flash ein Array hat, desto weniger Strom verbraucht es. SSDs benötigen auch weniger Platz, so dass Unternehmen sowohl bei der Stellfläche und der Kühlung als auch beim Stromverbrauch sparen.
Betrachtet man die Kosten pro Transaktion - und nicht die Kosten pro IOPS oder pro Gigabyte - ist All-Flash die günstigste Option. Workloads, die hohe Anforderungen an den Speicher stellen, haben auf All-Flash-Arrays geringere Kosten pro Transaktion, während Workloads mit geringen Transaktionen auf Hybrid-Storage-Arrays weniger kosten.
Benutzer werden einen Unterschied bei All-Flash-Arrays bemerken, insbesondere in Umgebungen mit grundsätzlich hoher Latenz, wie bei VDI-Bereitstellungen. Bei einer Technologie, die bereits mit Ausfällen konfrontiert ist, wenn die Benutzer sie nicht mögen, könnte das Hinzufügen einiger SSDs den Unterschied zwischen einer erfolgreichen VDI-Bereitstellung und einer, die scheitert, ausmachen. Davon abgesehen können alle Anwendungen von Hybrid-Flash-Speichern profitieren.
Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (2020) sind die wichtigsten Anbieter auf dem Markt für Hybrid-Flash-Arrays Dell EMC, Hewlett Packard Enterprise (HPE), Hitachi Vantara, IBM, Infinidat, NetApp, Tegile - jetzt Teil von Western Digital - und Tintri. Es gibt noch weitere, kleinere Anbieter auf dem Markt, aber oft wählen Unternehmen eine Lösung von den größeren Anbietern.
Einsatzgebiete
Hybride Flash-Arrays bieten ein gutes Gleichgewicht zwischen Kosten, Kapazität und Leistung. Daher eignen sie sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen. In der Regel sind Hybrid-Flash-Arrays über eine Fibre Channel (FC)-Verbindung zugänglich, aber auch iSCSI und ähnliche Technologien wie NVMe können verwendet werden. Windows Server kann dank der Windows Storage Spaces-Funktion auch nativen, direkt angeschlossenen Speicher (DAS) als Hybrid-Flash-Array behandeln.
Hybride Flash-Arrays werden häufig für Datenbanken und Dateiserver verwendet. Hybrid-Flash-Arrays sind auch eine gute Wahl für die Verwendung durch Container-Hosts, da Container in der Regel ein gemeinsames Basis-Betriebssystem-Image verwenden. Basis-Images können auf Flash-Speicher abgelegt werden, wodurch die Leistung aller Container, die von den Images abhängen, verbessert wird.
