Das bringt 2020 für Flash-Speicher
In diesem Jahr wird Flash für noch mehr Workloads eingesetzt, die bisher auf HDD- oder Hybridsystemen betrieben wurden. Dazu gehören Tier-2-Anwendungsfälle, Big-Data-Analytik und die schnelle Wiederherstellung von immer größer werdenden geschäftskritischen Systemen und Datenbanken. Flash gewinnt außerdem in Hybrid-Cloud-Szenarien und als Scale-Out-Speicherlösung mit Datei- und Objektspeicherung an Bedeutung. Wir geben einen Ausblick darauf, mit welchen Neuerungen im Bereich Flash 2020 zu rechnen ist.
Laut dem "All-Flash-Array Market 2020 Report" von 360 Market Updates wird der globale All-Flash-Array-Markt im Jahr 2020 mit 13.350 Millionen US-Dollar bewertet und soll bis Ende 2026 62.150 Millionen US-Dollar erreichen, was einer kontinuierlichen jährlichen Wachstumsrate von 24,3 Prozent in den Jahren 2021 bis 2026 entspricht.
QLC erhöht Speicherkapazität
Einer der wichtigsten Geschäftsfaktoren für die Umstellung auf All-Flash-Systeme ist der Preisverfall von NAND-Flash, aber auch die Verfügbarkeit von billigeren NAND-Medien mit hoher Speicherdichte, die mit Quadruple-Level-Cell (QLC) erreichbar ist. Mit QLC erhöht sich die Speicherkapazität von NAND-Chips erheblich. QLC verspricht somit geringere Kosten pro GByte.
Insbesondere im Tier-2-Workload-Markt lässt sich mit enormen Speicherdichten zu einem geringeren Preis im Vergleich zu Tier-1-Flash-Systemen eine konstante Leistung erzielen. QLC wird das heute im Tier-1-Bereich eingesetzte Triple-Level-Cell-NAND (TLC) aber zunächst nicht vollständig ersetzen können, da der Kostenvorteil von QLC gegenüber TLC zu gering ist.
SCM zieht in Storage-Systeme ein
Eine weitere Innovation ist Storage Class Memory (SCM), das als Cache-Schicht für Hochleistungs-Workloads in Speichersystemen oder sogar als persistentes Speichermedium für Hochleistungsanforderungen Verwendung finden kann. SCM fungiert als neue Speicherschicht zwischen DRAM (Dynamic Random Access Memory) und NAND-Flash. Im Vergleich zu NAND-Flash ist SCM sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben wesentlich schneller, aber auch wesentlich widerstandsfähiger gegen Überschreiben und hat im Allgemeinen eine höhere Belastbarkeit. Im Vergleich zum herkömmlichen DRAM-Speichertyp behält SCM die geschriebenen Daten auch dann bei, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.
Zu den interessantesten Workloads gehören OLTP (Online Transaction Processing), OLAP (Online Analytical Processing) und In-Memory-Datenbanken, die von der deutlich geringeren Latenzzeit, dem zusätzlichen Durchsatz und der CPU-Last profitieren. Mit SCM lässt sich die Cache-Leistung erhöhen, um eine maximale Beschleunigung für SAP HANA, Oracle, SQL Server und andere latenzempfindliche Anwendungen wie Finanzsoftware und Analysen zu erreichen. Aufgrund der höheren Kosten im Vergleich zu NAND-Flash dürfte der Gesamtanteil von SCM am Flash-Markt jedoch vorerst stabil bleiben.
Neuer Standard bei Speichersystemen: NVMe-oF
Das volle Potenzial von SCM in Speichersystemen wird durch den Einsatz von NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF) ermöglicht. Als Protokoll für Flash-Medien ist NVMe dabei, sich als Standard in Speichersystemen zu etablieren. Nicht nur in High-End-Speichersystemen kommt NVMe zum Einsatz, sondern auch in Systemen in den zugrundeliegenden Speicherklassen. SAS und SATA werden somit als Protokolle für den Anschluss von Flash-Speichern in Speichersystemen ersetzt.
Dadurch kann eine breite Zielgruppe von den Vorteilen von NVMe, das heißt hohe Parallelität, mehr Warteschlangen und damit höhere Packungsdichte und Leistung, profitieren. Mit der Anbindung von Hosts über NVMe und NVMe-oF werden auch die Anforderungen an End-to-End NVMe erfüllt. Neue Arten von dichten Medien, einschließlich QLC, lassen sich mit Modulen für die direkte Kommunikation zwischen dem Speicherbetriebssystem und Raw-NAND besser nutzen.
Interoperabilität in der Cloud ist heute unerlässlich
Die Anforderungen an moderne Workloads verändern sich ständig. In der Vergangenheit galten Flash-Systeme als nur für Hochleistungsumgebungen geeignet. Heute ist angesichts des inzwischen breiteren Anwendungsspektrums eine Anbindung an die Public Cloud ein Muss. Gefragt sind auch Automatisierungsfunktionen, die APIs und eine Infrastruktur nutzen, die eine Hybrid-Cloud unterstützen kann. Uneingeschränkte Hybrid-Cloud-Mobilität erfordert konsistente Speicherdienste, Belastbarkeit und APIs in der gesamten hybriden Umgebung. Dies bedeutet, dass Anwendungen einmal erstellt werden und dann nahtlos auf lokalen Instanzen und in der Public Cloud ausführbar sind.
Aufgrund unterschiedlicher Modelle in Bezug auf Ausfallsicherheit und Datendienste und völlig unterschiedlicher APIs waren die On-Premises- und die Cloud-Datenspeicherung bisher zwei getrennte Umgebungen. Neue Cloud-Datendienste aus der Speicherbranche überbrücken diese Lücke und ermöglichen eine bidirektionale Datenmigration und flexible Anwendungsmobilität. Cloud-Blockspeicher, der nativ in der Cloud bereitgestellt wird, ermöglicht es, bestehende Geschäftsanwendungen in der Cloud auszuführen, ohne eine eigene Architektur entwickeln zu müssen.
Datenbackup und Datenschutz unabhängig von der Umgebung
In Zukunft wollen Unternehmen die Datenportabilität und den Datenschutz für ihre gesamte Geschäftsumgebung gewährleisten, sei es vor Ort im eigenen Rechenzentrum in einer gehosteten Umgebung oder in der öffentlichen Cloud. Moderne Anwendungsfälle sind Disaster Recovery und Backup in der Cloud beziehungsweise Hybrid-Cloud. Konsistente APIs stellen eine nahtlose Verbindung mit der lokalen Speicherumgebung und den Speicherressourcen in der Cloud her.
Vollständige Stack-Orchestrierung ermöglicht eine ebenso nahtlose Verwaltung und umfassende Überwachung zur Analyse von Performance-Problemen bei virtuellen Workloads. Zukunftsorientierte Ansätze sind KI-basierter Predictive Support und unterbrechungsfreie Upgrades bestehender Arrays. Dies ermöglicht die Implementierung einer kosteneffizienten, autonomen Speicherumgebung.
Flash für flexible Backups und schnelle Restores
Bei der Datensicherung ging es lange Zeit darum, Daten zu möglichst geringen Kosten zu speichern. Die typische Backuparchitektur, die von den meisten Unternehmen verwendet wurde, basierte auf Festplatten und Bandspeicher. Heute, und noch mehr in Zukunft, sind flexible Backups und schnelle Restores gefragt. Flash-to-Flash-to-Cloud (F2F2C) als neues Backupmodell bedeutet, dass Festplatten und Band durch kostengünstige Cloud-Objektspeicher ersetzt werden.
Flash wird jedoch zunehmend zu einem attraktiven Sicherungsmedium, insbesondere durch die Möglichkeit sehr schneller Restores. Beim Wiederherstellungsprozess werden Daten aus entsprechenden Backupdateien an einen bestimmten Ort kopiert, zum Beispiel für Disaster Recovery.
Eine Scale-Out-Datei- und Objektspeicherlösung wie FlashBlade von Pure Storage mit einer Datenwiederherstellungsleistung von bis zu 270 TByte/h beschleunigt diesen Prozess enorm. Eine Rapid-Restore-Funktion erhöht hier die Geschwindigkeit der Datenwiederherstellung erheblich, ohne dass die Backupsoftware ersetzt werden muss. All-Flash als Backupziel bedeutet lineare Skalierung mit hoher Leistung und unterbrechungsfreie Upgrades. Die Wiederverwendung von Daten ist in großem Maßstab möglich, um Dev-Tests, schnellere Analysen und IT-Sandboxing zu beschleunigen. Schnellere Datenbank-Backups von Oracle/RMAN, Microsoft SQL Server und MySQL sind ebenfalls möglich.
Backupdaten kommen zunehmend für Analysen zum Einsatz und sind daher auf ein leistungsfähigeres Medium als Bandspeicher oder HDD angewiesen, wie beispielsweise die Public Cloud oder On-Premises-Flash. Netzwerkspeicher und insbesondere Objektspeicher werden im Jahr 2020 stark wachsen, da es in der vernetzten Welt von Edge, Core und Cloud immer mehr unstrukturierte Daten aus IoT-Anwendungen, 4K-Video et cetera geben wird.
Fazit
Die Zeiten, in denen Flash nur in Hochleistungssystemen zum Einsatz kam, sind schon länger vorbei. Neue Technologien wie QLC, SCM und NVMe-oF tragen zu mehr Effizienz und Performance bei. Auch die Anforderungen an ein gelungenes Zusammenspiel mit Hybrid-Cloud-Umgebungen und ein leistungsfähigeres Backup und Restore werden die Verbreitung von All-Flash-Speichern weiter beschleunigen.
Autor: Markus Grau, Principal Systems Engineering bei Pure Storage