All-Flash-Speicher in Rechenzentren: Ist die Zeit gekommen?

Wenn es um hohe Geschwindigkeit und niedrige Latenzzeiten bei Datenspeicherung geht, ist eines klar: Flash-Speicher sind als Permanentspeicher der naheliegende Ersatz für Festplatten. Aber wird dies in der Welt der Rechenzentren bereits umgesetzt?

Für die Experten von Pure Storage gibt es viele Gründe, Flash-Speicher vollständig in Rechenzentrumsinstallationen zu übernehmen – insbesondere angesichts des immensen Wachstums von unstrukturierten Daten weltweit und aufgrund von Nachhaltigkeitsfragen. Darüber hinaus sinkt der Preis pro Bit für NAND-Flash-Speicher viel schneller als für Festplattenlaufwerke: 2023 dürfte daher die Kostenschwelle für Flash-Speicher fallen, um mehr Platz in Rechenzentren zu gewinnen.

Neben dem Preis des Flash-Speichers selbst werden auch die Energiekosten Festplatten bald zur unwirtschaftlichsten Option als Speicherressource in Rechenzentren. Mit Blick auf die weltweit steigenden Strompreise ist es nur folgerichtig zu überlegen, wie viel Energie jede Art der Datenspeicherung in Rechenzentren verbraucht.

Bei Festplattenlaufwerken sind die beweglichen Teile von Motoren abhängig, die viel Strom verbrauchen und Wärme erzeugen. Das erfordert wiederum mehr Energie, die zur Kühlung benötigt wird. Flash-Speicher hingegen besitzen keine beweglichen Teile und verbrauchen daher weniger Strom für Betrieb und Kühlung. Da zudem die Dichte von Flash-Speichern immer weiter zunimmt, wird ihre Energieeffizienz bald die von Festplatten übertreffen. Das trägt dazu bei, die mit dem Stromverbrauch verbundenen Kosten zu senken – noch ein Punkt, der für Flash-Speicher spricht.

Ein weiterer wirtschaftlicher Aspekt in diesem Puzzle hat mit den Lizenzkosten zu tun. Der Kaufprozess von alten Speichersystemen für Rechenzentren war komplex und beinhaltete versteckte Kosten: Neben dem Preis für die Festplatten-Arrays entstand im Laufe der Zeit ein Bedarf an zusätzlichen Ressourcen und Tools, die nicht in der Grundkonfiguration enthalten waren – ganz zu schweigen von zusätzlichen Ausgaben für Support- und Wartungsverträge. Bei Flash-Speichern hingegen arbeiten die wichtigsten Anbieter mit Hardware- und Softwarepaketen, zum Beispiel für Deduplizierung und Komprimierung. Laut Pure Storage genügt es, die Stückliste (Bill of Materials = Liste der Elemente, aus denen ein Produkt besteht) eines All-Flash-Speichersystems mit der eines herkömmlichen Speichersystems zu vergleichen, um zu beweisen, dass Ersteres nur aus zwei oder drei Elementen besteht. Dies führt automatisch zu niedrigeren Anschaffungs- und Wartungskosten.

Ein weiterer unbestreitbarer Vorteil von Flash-Speichern ist die Leistung. Es ist bekannt, dass die Geschwindigkeit von Festplatten selbst in anspruchslosen Szenarien sehr niedrig ist. Bei Flash-Speichern gibt es keine Leistungsprobleme, außerdem bleibt die Lesegeschwindigkeit der Daten vorhersehbar – selbst, wenn die Laufwerke mit Daten beladen sind. Im Gegensatz dazu hängt bei Festplatten die Zugriffsgeschwindigkeit von der Position der Daten in der Speichereinheit ab.

Der dritte Vorteil von Flash-Speichern gegenüber Festplatten ist ihre Zuverlässigkeit. So ist die Ausfallhäufigkeit von Flash-Speichern deutlich geringer. Die unmittelbare wirtschaftliche Folge ist, dass zuverlässigere Geräte weniger Wartung benötigen und seltener ausgetauscht werden müssen – mit anderen Worten also weniger Kosten verursachen.

Verschiedene Arten von Flash-Speichern

Es gibt vier Arten von Flash-Speichern, die unter den Akronymen SLC, MLC, TLC und QLC bekannt sind. Der Buchstabe „C“ für Zelle bezeichnet einen Transistor mit beweglichem Gate, der zwei Zustände (oder Spannungspegel) annehmen kann, denen 0 oder 1 zugeordnet sind. Je mehr Zellen ein Speicher besitzt, desto höher die Dichte der gespeicherten Daten sowie natürlich auch die Kosten.

SLC oder Single Level Cell bedeutet, dass jede Zelle ein einzelnes Bit enthält. Dies ist die schnellste, zuverlässigste, genaueste und somit auch teuerste Art der Flash-Speichertechnologie. MLC oder Multi Level Cell steht normalerweise für zwei Bits pro Zelle. Sie ist die am weitesten verbreitete Art der Flash-Speichertechnologie. TLC oder Triple Level Cell bedeutet, dass drei Bits pro Zelle enthalten sind – diese Technologie hat die All-Flash-Speicherung wirtschaftlich rentabler gemacht. QLC oder Quad Level Cell meint vier Bits pro Zelle und weist die niedrigsten Kosten pro Gigabit auf. Die Experten von Pure Storage warnen: Wenn ein Anbieter von der Verwendung von QLC abrät, weil es unzuverlässig, zu langsam oder der Kostenunterschied zwischen QLC und TLC nicht signifikant sei, ist Vorsicht geboten. Hier ist wahrscheinlich, dass die von ihm angebotene Legacy-Architektur nicht mit der neueren QLC-Technologie kompatibel ist.

Fasst man all diese Argumente zusammen, so lässt eine ziemlich sichere Vorhersage treffen: Die überlegenen Eigenschaften von Flash-Speichern werden sich durchsetzen, sobald die Kostenbarriere fällt. Es dürfte nicht mehr lang dauern, bis sich Rechenzentren den Vorteilen von Leistung, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit beugen. Und wenn man die Kosten für Anschaffung, Lizenzierung, Wartung, Support, Skalierbarkeit und eventuelle Ausfallzeiten in die Waagschale wirft, wird man feststellen: All-Flash-Lösungen ermöglichen erhebliche Einsparungen.

Fairerweise ist zu berücksichtigen: Ältere Hybrid-Flash-Arrays verwendeten eine Kombination aus SAS- und Serial Advanced Technology Attachment (SATA)-Controllern, um sowohl Festplatten als auch SSDs anzuschließen. Moderne All-Flash-Speicher verwenden Non-Volatile Memory Express (NVMe)-Controller, die bessere Möglichkeiten bieten. Nicht alle Lösungen auf dem Markt sind indes All-Flash-Lösungen – es ist also wichtig, sich zu informieren und am Ball zu bleiben.