Große Datenvolumen fordern moderne Storage-Systeme heraus

Aktueller Speichermarkt und die Anforderungen

In einer Studie aus dem Jahr 2018 prognostizierte IDC, dass die Welt bis 2025 175 Zettabyte (ZB) an Daten speichern werde, was einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 27 Prozent entspricht. Wir scheinen auf dem besten Weg zu sein, diese Menge nicht nur zu erreichen, sondern eventuell auch zu überschreiten. Statista schätzt die Gesamtmenge sogar auf über 180 ZB, eine Schätzung, die noch höher ausfallen könnte, sobald wir die vollen Auswirkungen der COVID-19-Pandemie verstehen.

Mehrere Faktoren haben zu dem schwindelerregenden Datenwachstum beigetragen, darunter Big-Data-Initiativen, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, die Zunahme von Heimarbeitern, die zunehmende Einführung von 5G-Netzwerken und die Verbreitung von IoT.

Während dieses Wachstums konnten die Speicherhersteller im Allgemeinen mithalten, selbst wenn sie mit Pandemie- und Lieferkettenproblemen konfrontiert waren. Obwohl der Festplattenanteil nach wie vor schneller wächst als der von SSDs, schrumpft der Abstand zwischen den beiden immer weiter. Bandlaufwerke und -medien sind wieder auf dem Vormarsch. Storage Class Memory hat langsam, aber stetig Einzug in die Rechenzentren gehalten. Jedes Jahr liefern die Hersteller mehr Speicherkapazität aus als im Vorjahr, und das wird wahrscheinlich so bleiben.

Es ist jedoch fraglich, ob die Hersteller in der Lage sein werden, die zukünftigen Anforderungen an die Datenspeicherung zu erfüllen. Es gibt zwar einige vielversprechende Technologien, aber es könnte noch viele Jahre dauern, bis sie kommerziell nutzbar sind. Dennoch sind viele in der Branche der Meinung, dass die Hersteller angesichts der Tatsache, dass sie in der Vergangenheit in der Lage waren, die Nachfrage zu befriedigen, auch in Zukunft genügend Speicher produzieren werden, um den künftigen Anforderungen gerecht zu werden, entweder durch die Verbesserung der aktuellen Technologien oder durch die Einführung neuer Technologien.

Dennoch liegen Herausforderungen vor uns. Die Lieferkette ist nach wie vor anfällig für Kostensteigerungen, globale Lieferprobleme sowie Material- und Arbeitskräftemangel. Unerwartete Ereignisse können leicht zu einer Unterbrechung an jedem Punkt der Lieferkette führen. Die natürlichen Ressourcen, aus denen die Speicher und die sie unterstützenden Systeme hergestellt werden, könnten zur Neige gehen oder unerschwinglich werden, was den Markt extrem negativ beeinflussen würde.

Darüber hinaus könnten neue Datenanwendungen entstehen, die noch größere Datenmengen erzeugen, wodurch die Wachstumsprognosen verzerrt werden und die Welt mit unzureichendem Speicherplatz zurückbleibt. Einige Speichergeräte könnten an ihre physischen Skalierungsgrenzen stoßen, so dass neue Technologien für die Bewältigung künftiger Arbeitslasten erforderlich sind. Und das Risiko einer weiteren Pandemie bleibt eine reale Bedrohung.

Wie gut können aktuelle Technologien funktionieren?

Speicheranbieter investieren weiterhin in bestehende Technologien, um größere Kapazitäten und eine schnellere Leistung zu erzielen, sowohl vor Ort als auch in der Cloud. Diese Investitionen könnten einen großen Beitrag zur Deckung des aktuellen und zukünftigen Bedarfs an Storage leisten.

Es überrascht nicht, dass das große Thema hier die Cloud ist. Unternehmen migrieren weiterhin einen Großteil ihrer Daten in die Cloud, eine Entwicklung, die durch die Pandemie noch verstärkt wurde. Aber nicht alle Daten eines Unternehmens landen bei einem Anbieter, und sie verlassen auch nicht alle das Rechenzentrum. Viele Unternehmen nutzen Cloud-Computing-Modelle vor Ort. Zusammengenommen führen diese Faktoren dazu, dass man sich zunehmend darauf konzentriert, wie man Multi-Cloud- und Hybrid-Cloud-Umgebungen verwalten und die Investitionen in die Kapazität reduzieren kann.

Die Verwaltung von Speicherkapazitäten über mehrere Umgebungen hinweg ist wichtig, da die Bedenken hinsichtlich Sicherheit und Compliance, Speicherkosten und der Notwendigkeit, den größtmöglichen Nutzen aus den Daten zu ziehen, zunehmen. Speicherhersteller, Softwareunternehmen und Cloud Service Provider bieten Produkte an, mit denen sich Speicherressourcen über mehrere Umgebungen hinweg besser steuern lassen.

HPE ist beispielsweise eine Partnerschaft mit Morpheus Data eingegangen, um das Multi-Cloud-Management zu vereinfachen. Dell Technologies Cloud hat VMware Cloud Foundation in seine Infrastruktur integriert, um hybride Cloud-Szenarien zu unterstützen, und Lyve Cloud von Seagate bietet zusammen mit Cohesity Multi-Cloud-Datenmanagement und Disaster Recovery.

Der Cloud-Trend hat dazu geführt, dass Objektspeicher für komplexere Arbeitslasten wie Datenbanken, künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und fortschrittliche Analysen immer häufiger eingesetzt werden. Objektspeicher sind hoch skalierbar und eignen sich gut für die wachsenden Datenmengen. Er hat sich sogar als so effektiv erwiesen, dass er in Unternehmen Einzug hält, wo er von Systemen mit NVMe-SSDs unterstützt wird. Das Elastic-Cloud-Storage-System von Dell verfügt beispielsweise über reine Flash-SSDs und verwendet NVMe-oF für sein Backend-Netzwerk.

Speicherprotokolle können zusammen mit den Speicherschnittstellen eine wichtige Rolle bei der Erfüllung der wachsenden Datenanforderungen spielen. Sie bieten eine größere Bandbreite, so dass mehr Daten zwischen den Systemen übertragen werden können, was zu einer höheren Speichereffizienz führen könnte.

Viele Speichergeräte unterstützen jetzt PCIe 4.0, wodurch sich die Bandbreite gegenüber der Version 3.0 verdoppelt. Einige Systeme haben begonnen, PCIe 5.0 zu integrieren, wodurch sich die Bandbreite noch einmal verdoppelt. Die PCIe 6.0-Spezifikation wurde Anfang 2022 fertiggestellt und verdoppelt die Bandbreite erneut. Gleichzeitig werden NVMe und NVMe-oF auf breiter Front von den Anwendern übernommen, so dass die ständigen Verbesserungen von PCIe in vollem Umfang genutzt werden können.

Die Speicherbranche macht große Fortschritte bei der Bereitstellung von Geräten, die größere Kapazitäten unterstützen. Festplattenkapazitäten für Unternehmen übersteigen inzwischen häufig 20 TB und SSDs übersteigen 30 TB. Bänder spielen nach wie vor eine wichtige Rolle bei der Bewältigung der wachsenden Menge an Archivierungsdaten.

Gleichzeitig wird die Storage intelligenter und automatisierter, und softwaredefinierter Speicher ist mittlerweile häufiger verbreitet. Technologien zur Datenreduzierung, wie Komprimierung und Deduplizierung, werden weiter verbessert. Zusammengenommen werden diese Fortschritte zu einem intelligenteren Tiering, einer effizienteren Speicherverwaltung und einer insgesamt besseren Ressourcennutzung führen.

Wie gut werden sich die neuen Technologien durchsetzen?

Die Speicherbranche konnte im Allgemeinen mit der Kapazitätsnachfrage Schritt halten, und wenn keine weiteren unerwarteten Ereignisse eintreten, dürfte dies auch in den nächsten Jahren der Fall sein. Darüber hinaus ist die Zukunft der Storage-Systeme jedoch nicht ganz so sicher, und vieles wird von den heutigen neuen Technologien abhängen.

Um den Anforderungen gerecht zu werden, müssen vorerst weiterhin SSDs, Festplatten, Bandlaufwerke und vielleicht auch optische Datenträger verwendet werden. Diese Formate stellen nach wie vor die wirtschaftlichsten Speichertechnologien dar, unabhängig davon, ob sie für Systeme am eigenen Standort oder in Hyperscale-Rechenzentren verwendet werden. Die Speicherhersteller müssen diese Technologien jedoch kontinuierlich verbessern und weiterentwickeln, um sie für die Zukunft zu rüsten.

In den letzten Jahren gab es viele Vorhersagen über den Niedergang der Festplatten, aber die Realität sieht anders aus. Der Festplattenmarkt floriert weiterhin, und die Technologie erreicht größere Kapazitäten als je zuvor. Western Digital beispielsweise bietet jetzt eine 26-TB-Festplatte an, und Seagate plant für das Jahr 2023 die Einführung einer Festplatte mit mehr als 30 TB.

Um diese höheren Dichten zu erreichen, wenden sich die Speicherhersteller neueren Technologien zu, wie zum Beispiel mit Helium gefüllten HDDs, SMR (Shingled Magnetic Recording), MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording) und HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording).

Sie forschen auch aktiv an NVMe-HDDs, die es HDDs ermöglichen, einige der Vorteile von NVMe zu nutzen, was zu einer größeren Bandbreite und der Fähigkeit, größere Datenmengen zu transportieren, führen könnte. Dies könnte auch HDDs mit doppelten Aktuatoren, einer weiteren aufkommenden Technologie, zugutekommen.

An der SSD-Front setzen die Hersteller ihr Bestreben fort, mehr Bits pro Zelle zu sichern, um die Dichte zu erhöhen. Der Markt für SSDs mit Quad-Level-Zellen (QLC) wächst stetig, und es werden Anstrengungen unternommen, SSDs mit Penta-Level-Zellen (PLC) zu produzieren.

Gleichzeitig fügen die Hersteller ihren SSD-Chips immer mehr Schichten hinzu, um die Speicherdichte erheblich zu erhöhen. Micron zum Beispiel hat vor kurzem den weltweit ersten 232-Layer-NAND-Chip ausgeliefert, und SK Hynix plant, Anfang 2023 mit der Massenproduktion eines 238-Layer-Chips zu beginnen. Eine wachsende Zahl von Unternehmens-SSDs nutzt auch die Vorteile von PCIe und NVMe, um die Konnektivität zu maximieren.

Darüber hinaus gibt es ein Wiederaufleben der Bandspeichertechnologie, nicht nur, weil sie für das Auslagern enormer Mengen von Archivdaten nützlich sein kann, sondern auch wegen des Schutzes vor Ransomware, den sie bietet. Im Jahr 2021 veröffentlichte das Linear-Tape-Open-Programm die neunte Generation der LTO-Spezifikation und ebnete damit den Weg für Bänder mit bis zu 18 TB nativem Speicher und bis zu 45 TB komprimierten Daten.

IBM, HPE, Quantum und andere Unternehmen bieten jetzt bandbezogene Speicherprodukte an, die der LTO-9-Spezifikation entsprechen. Im Rahmen des LTO-Programms wird auch aktiv an der Entwicklung der LTO-10-Spezifikation gearbeitet, die voraussichtlich bis zu 36 TB nativen Speicher und bis zu 90 TB komprimierte Daten unterstützen wird.

Trotz des Aufkommens all dieser Technologien ist immer noch unklar, wie gut diese in der Lage sein werden, den prognostizierten Datenansturm in den kommenden Jahren zu bewältigen, selbst wenn sie weiterhin in ihrem derzeitigen Tempo verbessert werden. Aus diesem Grund suchen Hersteller und Forscher auch nach langfristigen Lösungen, wie zum Beispiel DNA-Speicher, 5D-Kristallspeicher oder holografische Speicher. Aber solche Technologien - selbst wenn sie sich bewähren - werden möglicherweise erst in vielen Jahren kommerziell nutzbar sein. In der Zwischenzeit müssen die Hersteller und ihre Kunden die Grenzen etablierter und neuer Technologien ausloten und darauf hoffen, dass genügend Speicherplatz vorhanden ist, wenn sie ihn brauchen.