All-Flash läutet das HDD-Ende im Rechenzentrum ein

Festplattenlaufwerke (HDDs) haben die IT-Infrastruktur jahrzehntelang dominiert. Solid-State-Laufwerke (SSDs) sind seit den 1990er Jahren auf dem Markt, zunächst hauptsächlich in Consumer-Produkten. Der Einsatz von SSDs in Unternehmen begann erst vor etwa 20 Jahren, allerdings nur im Bereich spezialisierter Hochleistungsanwendungen wie Datenbanken und Virtualisierung. Da Flash für den Masseneinsatz zu teuer war, waren die Rollen lange Zeit klar verteilt. SSDs waren zwar von Anfang an schneller, aber auch teurer. HDDs boten eine große Speicherkapazität und waren – und sind es immer noch – viel langsamer als Flash, während SSDs aufgeholt haben und nun bei den Kosten pro GB gleichziehen. 

Unterschiede zwischen SSD und HDD

Die Grundlage für den Geschwindigkeitsunterschied liegt in den physikalischen Eigenschaften der beiden Speichermedien und den allgemeinen Gesetzen der Physik. Bei HDDs liest und schreibt der Kopf Daten auf den Platten, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit der Platte die Geschwindigkeit des Lesens und Schreibens von Daten bestimmt. Die Daten werden magnetisch gespeichert, so dass ein starkes Magnetfeld sie beschädigen kann. Der Abstand zwischen dem Kopf und der Platte entspricht der Größe eines Staubkorns. Um Schäden durch Staubpartikel oder andere kleine Gegenstände zu vermeiden, werden Festplatten in einem staubfreien Reinraum hergestellt und sollten während des Betriebs so staubfrei wie möglich bleiben. Eine HDD ist daher viel empfindlicher als eine SSD. Da sich der Kopf ständig über die Platten bewegt, besteht bei HDDs ein größeres Risiko eines mechanischen Ausfalls.

SSDs, die auf Flash-Speicherchips basieren, sind kleiner, was sich schon seit den Anfängen auf dem Consumer-Markt in USB-Sticks im Schlüsselanhängerformat gezeigt hat. HDDs verwenden rotierende Platten, die aufgrund der damit verbundenen Mechanik schwerer und größer als SSDs sind. Da SSDs aus Schaltkreisen bestehen, sind sie auch widerstandsfähiger gegen Beschädigungen, wenn die Hardware bewegt oder angestoßen wird. Bei SSDs besteht auch nicht die Gefahr, dass Daten durch Magnetfelder beschädigt werden, so dass ihre Verwendung in der Nähe von Geräten mit starken Magnetfeldern, wie zum Beispiel Telefonsystemen, keine spürbaren Auswirkungen hat. 

Anwendungen, die schnelle Datenübertragungen erfordern, profitieren am meisten von SSDs. Unternehmen haben zum Beispiel einen stark ausgelasteten Datenbankserver, der Daten schnell lesen und übertragen muss, um die Leistung auf einem optimalen Niveau zu halten. Eine SSD kann Daten im Allgemeinen schneller lesen, speichern und vom Laufwerk zum Rechenprozess und zur Speicherung übertragen. Aber auch bei Flash ist die Innovation noch nicht ausgereizt. Das zeigt das von Pure Storage entwickelte DirectFlash-Modul (DFM), das Raw Flash über NVMe direkt mit dem Betriebssystem der Speichersysteme verbindet. Im Gegensatz zu herkömmlichen SSDs wird im DFM kein Flash-Controller und kein FTL (Flash Translation Layer) verwendet, sondern nur Raw Flash. Dieses Konzept beseitigt viele Leistungshindernisse herkömmlicher SSDs.

SSD-Kosten pro Kapazität sind jetzt wettbewerbsfähig

Die jüngsten Fortschritte bei den SSD-Kosten pro Kapazität bedeuten, dass SSDs nicht mehr nur für unternehmenskritische Backups und Anwendungen mit höherer Leistung geeignet sind, sondern die Grundlage für ein All-Flash-Rechenzentrum bilden. Die Preiskonvergenz von HDDs und SSDs war in den letzten Jahren ein heißes Thema, da Unternehmen nach effizienteren Lösungen für ständig wachsende Datenmengen suchen. Schon heute sind Unternehmen in der Lage, für ihren gesamten Datenspeicherbedarf dauerhaft von HDDs auf SSDs zu migrieren.

In der Vergangenheit haben Unternehmen ihre Rechenzentren mit Festplattenlösungen ausgestattet, weil diese – zumindest in der Anschaffung – billiger waren, ohne die Ausfallrate, den erhöhten Energieverbrauch und die Wartungskosten im Vergleich zu Flash-Speichern zu berücksichtigen. Dies ging jedoch auf Kosten der Effizienz und Leistung. Flash-basierte Lösungen galten von Anfang an als überlegen, wurden aber aufgrund von Preisbedenken hinsichtlich der Skalierung beim Kauf manchmal nicht berücksichtigt. Der neueste Fortschritt bei allen Flash-Speicherlösungen könnte diesen Bedenken endlich ein Ende bereiten. Bei der Kostenkalkulation müssen die Gesamtbetriebskosten einschließlich der laufenden Ressourcen, der Speicherverwaltung etc. berücksichtigt werden. Eine Unified Fast File and Object (UFFO)-Plattform wie Pure Storage FlashBlade//E für große unstrukturierte Daten-Workloads ist beispielsweise für weniger als 0,20 US-Dollar pro GB erhältlich, inklusive drei Jahre Service, beginnend bei vier Petabyte und weiter skalierbar. Dies gilt auch für FlashArray//E, eine neue Lösung, die Pure Storage entwickelt hat, um traditionelle Festplatten zu ersetzen.

Erheblicher Vorteil bei den Gesamtbetriebskosten

Wie bereits erwähnt, war das größte Hindernis für eine breitere Einführung von Flash-Speichern bisher der Preis der Technologie im Vergleich zu HDD. Diese Lücke hat sich jedoch erheblich verkleinert, was auf die kontinuierliche Innovation, die überlegene Nutzungsfähigkeit (mit SSDs kann im Vergleich zu HDDs eine höhere Speichernutzung erreicht werden) und den geringeren Stromverbrauch zurückzuführen ist. Dies ist wichtig im Zusammenhang mit den derzeit hohen Energiekosten und dem Bestreben der Unternehmen, den Energieverbrauch zu senken und ESG-Ziele zu erreichen. Eine Umstellung auf den Einsatz moderner Flash-Technologie in Rechenzentren könnte den Stromverbrauch um bis zu 80 Prozent senken. Dieser Aspekt wird immer wichtiger, da die Betreiber von Rechenzentren nicht nur mit steigenden Stromkosten konfrontiert sind, sondern auch die Verfügbarkeit von Strom in Zukunft ein Thema sein wird. Genau das lässt sich bereits bei der Regulierung des Baus neuer Rechenzentren in Irland beobachten, das bisher ein äußerst attraktiver Standort war.

Um als Hersteller von All-Flash-Lösungen preislich konkurrenzfähig zu sein, ist es entscheidend, von der Verwendung kommerzieller SSDs von der Stange wegzukommen und proprietäre Softwarefunktionen auf proprietärer Hardware, das heißt proprietären Flash-Modulen, einzusetzen. Eine solche All-Flash-basierte Speicherplattform ist 10 bis 20 Mal zuverlässiger als festplattenbasierte Systeme. Das bedeutet auch, dass die Speichermedien 10 bis 20 Mal seltener ausgetauscht werden müssen. Durch die Vermeidung von Rebuilds lassen sich auch Betriebskosten einsparen und Risiken reduzieren.

Abonnementmodelle zur kontinuierlichen Aktualisierung der bestehenden Systeme sorgen zudem für einen nachhaltigen Betrieb – ohne die üblichen kostenintensiven Forklift-Upgrades und den wenig nachhaltigen Rip-and-Replace-Zyklus der Hardware etwa alle sechs Jahre. Insgesamt niedrigere Betriebskosten bringen also klare wirtschaftliche Vorteile, die über die Anschaffungskosten hinausgehen. Pure Storage ist der Meinung, dass die Kombination aus wartungsarmem Betrieb, kleinerem Platzbedarf und geringerem Stromverbrauch, auch aufgrund des geringeren Kühlungsbedarfs, die Gesamtbetriebskosten (TCO) über einen Zeitraum von sechs Jahren um etwa 40 Prozent senken kann.

Nachhaltigkeit wird zur Priorität, die es auch umzusetzen gilt

Abgesehen von den Kostenfaktoren sind sich die Unternehmen der Nachhaltigkeitsprioritäten für die kommenden Jahre sehr bewusst. Dies geht aus einer kürzlich von Pure Storage durchgeführten Studie hervor, in der 1.000 Verantwortliche für Nachhaltigkeitsprogramme in den USA, Großbritannien, Frankreich und Deutschland befragt wurden. Dabei stellte sich heraus, dass in 78 Prozent der Unternehmen das Management Nachhaltigkeitsinitiativen als Priorität behandelt. Während 56 Prozent der Befragten angaben, dass sie die Nachhaltigkeitsziele innerhalb von drei bis sieben Jahren erreichen wollen, bestätigten nur 51 Prozent, dass sie auf dem richtigen Weg sind, ihre Ziele zu erreichen. 86 Prozent der Manager von Nachhaltigkeitsprogrammen glauben, dass Unternehmen ihre Nachhaltigkeitsziele nicht erreichen können, ohne den Energieverbrauch ihrer technologischen Infrastruktur deutlich zu senken. 81 Prozent sagen voraus, dass der Einfluss der Infrastruktur auf die CO2-Bilanz (CO₂) eines Unternehmens in den nächsten zwölf Monaten zunehmen wird.

Storage-Experten stellen zunehmend fest, dass Unternehmen große Mengen an Inhalten länger speichern wollen. Auch in der Welt der Datenanalyse werden Data Lakes immer größer, da die Kunden Datensätze für immer längere Zeiträume speichern wollen. Der Wert von Daten und der Wunsch, Daten nicht zu löschen, bedeutet, dass diese Data Lakes immer größer werden. Daher ist es absolut notwendig, diese Daten mit einer effizienten Plattform bereitzustellen, die noch aktive Workloads unterstützen kann. Eine UFFO-Plattform kann daher auch als Speicherziel für ein langfristiges Daten-Backup-Repository dienen und parallel dazu dynamische Anwendungen wie die Datenanalyse unterstützen.

Die All-Flash-Technologie im Rechenzentrum kann diesem Wachstum Rechnung tragen, indem sie mehr Daten auf kleinerem Raum bei geringerem Stromverbrauch und geringerer Wärmeentwicklung verarbeitet. Bei der Planung des Rechenzentrums ist auch zu beachten, dass mehr Festplatten im System, zum Beispiel durch dichter gepackte Gehäuse, auch mehr Gewicht bedeuten, was bei Doppelböden möglicherweise nicht machbar ist und unweigerlich zu mehr Bodenfläche führt.

„Unternehmen können sich nicht länger auf Festplatten verlassen, wenn ihre Rechenzentren weiterwachsen, nicht nur aus Kostengründen, sondern auch wegen der Nachhaltigkeit und des Klimaschutzes. Eine All-Flash-basierte Plattform für unstrukturierte Daten bietet hingegen ein neues Maß an Kapazität, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit für das moderne Rechenzentrum.“

Markus Grau, Pure Storage

Darüber hinaus werden die Datenanforderungen für Unternehmen in den kommenden Jahren weiter steigen. Die für moderne Dateninitiativen geeigneten Plattformen müssen daher immer effizienter werden und immer komplexere Umgebungen unterstützen. Pure Storage erwartet, dass die Kapazität seiner DirectFlash Module (DFM) Arrays bis 2026 auf 300 Terabyte pro Modul anwachsen wird. Das Unternehmen unterstützt bereits den AI Research SuperCluster (RSC) von Meta mit FlashArray und FlashBlade, mit denen KI-Forscher neue und bessere KI-Modelle entwickeln. Sie lernen aus Billionen von Samples, arbeiten in Hunderten von verschiedenen Sprachen und analysieren nahtlos Texte, Bilder und Videos. Es ist auch möglich, damit neue Augmented-Reality-Tools zu entwickeln und vieles mehr. Das Thema Kosten ist immer präsent, vor allem bei Datenmengen in dieser Größenordnung, einem Exabyte in der vollen Ausbaustufe. Metriken wie Watt/Terabyte und Footprint wurden in die Berechnung mit einbezogen, was zur Entscheidung für Pure Storage mit DirectFlash-Technologie führte.

Wachstum unstrukturierter Daten macht All-Flash unverzichtbar

IDC schätzt, dass unstrukturierte Daten von 33 Zettabyte im Jahr 2018 auf 175 Zettabyte im Jahr 2025 anwachsen werden, und diese Zahl berücksichtigt noch nicht einmal den jüngsten Datenboom, der durch generative KI entsteht. Es wird immer deutlicher, dass dieses Wachstum für die preissensiblen Workloads mit großer Kapazität, die derzeit auf festplattenbasierten Speicherlösungen laufen, nicht tragbar ist. Die Ineffizienz von Festplatten trägt am meisten zum Platzbedarf, Stromverbrauch und zu den Treibhausgasemissionen von Speicherumgebungen in Rechenzentren bei. Die entscheidende Herausforderung bleibt der übermäßige Energiebedarf. Daher besteht der Wunsch, den Stromverbrauch zu senken, sowohl im Hinblick auf die Kosten als auch auf die Verfügbarkeit von Strom für Rechenzentren. Ein zunehmender Platzbedarf wird zu großen Problemen führen, wie beispielsweise die Frage der Kühlung bei steigenden Temperaturen, wenn sich die Infrastruktur im Rechenzentrum nicht grundlegend ändert. Schließlich werden zu viele Ressourcen verschwendet, sei es durch einen hohen Energiebedarf, zu viel Elektronikmüll oder schlechtes Umweltmanagement.

Unternehmen können sich nicht mehr auf Festplatten verlassen, wenn ihre Rechenzentren weiterwachsen – nicht nur aus Kostengründen, sondern auch um ihre ESG-Ziele zu erreichen. Eine All-Flash-basierte Datenplattform hingegen bietet ein neues Maß an Kapazität, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit für das moderne Rechenzentrum. Diese Technologie, die einst Tier-1-Anwendungsfällen vorbehalten war, kann nun auch für Nearline-Storage-, Cold-Archive- und Hyperscaler-Implementierungen Realität werden, für die bisher Festplatten verwendet wurden. Eines ist klar: Die insgesamt bessere Bilanz von Flash gegenüber Festplatten deutet darauf hin, dass die All-Flash-Zukunft im Rechenzentrum in greifbare Nähe gerückt ist.

Über den Autor: Markus Grau ist Principal Technologist-Global Strategy & Solutions bei Pure Storage und mittlerweile, seit seinem Start in 2014, 9,5 Jahren im Unternehmen. Davor war er fast 9 Jahre in verschiedenen Positionen bei NetApp im Einsatz. Zuletzt 6 Jahre als Solutions Architect.

Die Autoren sind für den Inhalt und die Richtigkeit ihrer Beiträge selbst verantwortlich. Die dargelegten Meinungen geben die Ansichten der Autoren wieder.