AFA: Die Flash-Revolution, die lange auf sich warten ließ

Huawei setzt auf NVMe für eine intensive I/O-Zukunft

| Redakteur: Margrit Lingner

Huawei bietet ein großes Portfolio an Hochleistungsservern und -komponenten für Rechenzentren und Campusnetzwerke.
Huawei bietet ein großes Portfolio an Hochleistungsservern und -komponenten für Rechenzentren und Campusnetzwerke. (Bild: Huawei)

Nur wenige Technologien haben sich so erfolgreich in unternehmensweiten IT-Strategien durchgesetzt wie die All-Flash-Arrays (AFAs), die dabei zwei Jahrzehnte etablierter SAS- und SATA-Festplattentechnologien verdrängt haben.

In den letzten zwei Jahren hat die Akzeptanz von All-Flash-Arrays in gemischten Workload-Umgebungen an Fahrt aufgenommen. Sie werden nicht länger als teure High-Performance für Nischenmärkte angesehen.

Als die Flash-Technologie zum ersten Mal auf dem Unternehmensmarkt Einzug hielt, entwickelten mehr als 80 verschiedene Start-ups Flash-SSD-Technologien für interne serverbasierte und externe Array-basierte Speicherlösungen.

Nur wenige dieser Firmen kamen bis zur Entwicklung einer Fertigungstechnologie, und sogar noch weniger hatten ihre Technologie in All-Flash-Arrays installiert.

Es ist offensichtlich, dass der AFA-Markt große Kapazitäten, tiefe F&E-Taschen und einen klaren technischen Strategieplan erfordert, wie ihn Huawei vorgelegt hat.

Über vier Generationen bis zum nativen SSD-Produkt

Nachdem sich der Flash-Markt durch Lösungen der ersten, zweiten, dritten und vierten Generation entwickelt hat, sind wir nun bei den nativen SSD-Produkten für Unternehmen angekommen.

Die Systemkonzepte der ersten Generation konzentrierten sich darauf, wie die leistungsfähigen SSDs mit der beträchtlichen Zunahme von IOPS und Bandbreite bei gleichzeitig deutlich geringerer Latenzzeit eingesetzt werden konnten. Die Systeme enthielten keine unternehmensgerechten Features und setzten bei der Gewährleistung der Datensicherheit ausschließlich auf die Host-Seite.

Für einen kurzen Moment vor etwa fünf Jahren sah es so aus, als würden Hybrid-Arrays zur Standardplattform für Unternehmensbereitstellungen werden – bestehend aus terabytegroßen 10.000 oder 15.000 RPM-Festplatten mit 5 oder 10 Prozent Flash-Laufwerkskapazität zur Bereitstellung von Latenzkapazität für leistungshungrige Anwendungen wie den automatisierten Handel.

Doch die Grenzen der Hybrid-Arrays konnten nicht überwunden werden. Sie waren kapitalintensiv und teuer im Betrieb, was bedeutete, dass der Markt auf Geräte beschränkt war, die in großem Maßstab in Umgebungen wie z. B. Hochfrequenz-Handelsräumen in globalen Investmentbanken eingesetzt werden konnten.

Die hybriden Lösungen sahen meist SSDs, die in eine konventionelle HDD-Architektur gezwungen waren, so dass das volle Leistungspotenzial von Flash nicht ausgeschöpft werden konnte.

Die dritte Flash-Generation bestand im Wesentlichen aus optimierter SSD-Technologie in Architekturen, bei denen der Fokus nach wie vor auf Performance lag. Die Zuverlässigkeit blieb jedoch ein Problem und die Unternehmen konnten sich nicht mit der zusätzlichen Komplexität anfreunden.

Der Schritt in den Mainstream gelang mit der vierten Generation, den sogenannten All-Flash-Arrays, die aus nativen SSD-Designs bestehen. Bei ihnen gab es keinen Kompromiss zwischen Performance und Zuverlässigkeit, und das unter Beibehaltung der zuvor nachgewiesenen Effizienzsteigerungen.

Unternehmen vertrauen in All-Flash-Lösungen

Jede Generation erlebte Verbesserungen und Innovationen in den Bereichen Daten- und Ausfallsicherheit, und mittlerweile haben Unternehmen dank der Standards der vierten Generation Vertrauen in die All-Flash-Lösung gefasst.

Die vierte Generation der All-Flash-Arrays beinhaltete native SSD-Designs und -Optimierungen. Diese Generation benötigte eine Latenzzeit von 1 ms als Ausgangsbasis, um ein perfektes Gleichgewicht zwischen Performance und Speichereffizienz zu erreichen und gleichzeitig einen Nullabfall der Prozessmetriken anzustreben, wenn Deduplizierungs- und Komprimierungsfeatures aktiviert sind. EMC XtremIO, M-Serie-PureStorage und die neu freigegebene Huawei OceanStor Dorado V3 gehören zu den aktuellen Spitzenprodukten.

Das All-Flash-Storage-System OceanStor Dorado V3 ist die ideale Wahl für unternehmenskritische Geschäftsanwendungen.
Das All-Flash-Storage-System OceanStor Dorado V3 ist die ideale Wahl für unternehmenskritische Geschäftsanwendungen. (Bild: Huawei)

Zusätzlich haben sowohl Huawei als auch PureStorage NVMe All-Flash-Arrays auf den Markt gebracht. NVMe steht für Non-Volatile Memory Express, eine Übertragungsspezifikation, die von einem Arbeitsteam entwickelt wurde, das aus Mitarbeitern von mehr als 100 Unternehmen bestand. Normale SSDs können nicht mit dem Datendurchsatz für Anwendungen mit besonders hohem I/O-Bedarf (wie z. B. massive Datenbanken) mithalten. Genau hier kommt NVMe zum Einsatz und liefert beispiellos niedrige Latenzzeiten und höhere Spitzenraten. NVMe stellt eine Standardzugriffsmethode für Flash zur Verfügung, mit der die Latenz- und Parallelitätskapazitäten der PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)-Kanäle und die Parallelitätskapazitäten moderner Prozessoren, Plattformen und Anwendungen genutzt werden können.

Auf www.nmvexpress.org heißt es: „NVMe adressiert mehrere Leistungsvektoren, darunter Bandbreite, IOPs und Latenzzeiten. So waren beispielsweise für Serial ATA maximal 200.000 IOPs möglich, wohingegen für NVMe-Geräte bereits mehr als 1.000.000 IOPs nachgewiesen wurden. Durch die Unterstützung von PCI Express und Fabrics wie RDMA und Fiber-Channel unterstützt NVM Express wesentlich höhere Bandbreiten als SATA oder SAS (ein PCI Express Gen3 x4 liefert beispielsweise 4 GB/s).“

Mit Prognosen, die auf die Akzeptanz bei Unternehmen für All-Flash-Lösungen der vierten Generation hindeuten, hat die 12-jährige Forschung von Huawei in der Flash-Technologie mit der Entwicklung einer neuen Familie von AFAs den Höhepunkt erreicht.

Huawei OceanStor Dorado V3

Bereits im März 2017 nutzte Huawei seine Partnerkonferenz zur Ankündigung einer neuen Generation von NVMe All-Flash OceanStor Dorado5000 V3 Arrays.

Die Arrays sind mit der NVMe (Non-Volatile Memory Express) ausgestattet. Das OceanStor Dorado5000 V3 Array wurde speziell für den Transport unternehmenskritischer Daten entwickelt und enthält die proprietäre FlashLink-Technologie von Huawei.

Zu den Features gehören u. a. die On-Board-I/O-Prioritätssteuerung, das sequentielle Speichern großer Blöcke, die globale Garbage Collection sowie andere Dienstprogramme, mit deren Hilfe eine vorhersehbare Latenzzeit von 0,5 ms zu erreichen war.

In Verbindung mit der gatewayfreien Aktiv/Aktiv-Array-Lösung HyperMetro von Huawei wird eine Zuverlässigkeit von sechs Neunen (99,9999 %) erreicht und damit sichergestellt, dass geschäftskritische Unternehmensanwendungen rund um die Uhr online sind.

Eines der Haupthindernisse für die unternehmensweite Einführung von All-Flash-Lösungen war natürlich der Preis.

Preisparität für Flash und HDD nähert sich

Frühe Befürworter von All-Flash-Technologien wiesen auf die operativen Effizienzgewinne hin – es gab keine sich drehenden Festplatten mehr mit teurem Kohlendioxid-Fußabdruck und hohem Stromverbrauch. Flash-Arrays sind 80 % sparsamer als konventionelle HDD-Festplattensysteme. Für die Erstanwender waren Strom- und Kühleffizienzargumente durchaus wichtig, um die hohen Investitionskosten pro GB im Vergleich zu HDD-Lösungen zu rechtfertigen. Heute werden dieselben Effizienzgewinne als Vorteile für diejenigen angeführt, die ihre Speicherumgebungen in kommerziellen Rechenzentren von Drittanbietern platzieren. Hinsichtlich des Kapitaleinsatzes glaubt mindestens ein Marktbeobachter, dass sich die Preisparität für Flash und HDD schnell annähert.

Das wachsende Angebot und der technologische Fortschritt dürften die Preise weiter nach unten drücken.

„Anhaltende Kostensenkungen, gepaart mit einer Flash-basierten Datenreduzierung insbesondere in primären Speicherumgebungen, sollten die effektiven Kosten pro Gigabyte (die Kosten bei der Berücksichtigung von Speichereffizienztechnologien wie der Datenreduktion) von Flash-Medien der Unternehmenskategorie bis Ende 2017 für die meisten primären Speicherauslastungen tatsächlich unter die Kosten von HDD-Rohkapazitäten mit 10.000 U/min und 15.000 U/min sinken lassen“, heißt es in der Studie sagt IDC's Worldwide Flash in the Datacenter Taxonomy, 2017.

Interaktive Echtzeitanwendungen erfordern Flash

Die Marktzahlen von IDC's Worldwide Flash the Datacenter Taxonomy, 2017 deuten zudem auf eine steigende Akzeptanz hin. Im vierten Quartal 2016 erwirtschafteten All-Flash-Array-Lieferungen einen Umsatz von fast 1,7 Milliarden US-Dollar, was im Vergleich zum Vorjahr einem Plus von 61,2 Prozent entspricht.

Anwendungen wie Cloud-Computing, Online-Zahlungen, Mobilfunk, Social Networking und andere interaktive Echtzeitanwendungen sind auf Leistungsniveaus angewiesen, die nur durch Flash bereitgestellt werden können.

Diese neuen Anwendungen können anfällig für Datenspitzen sein. Diese wiederum verursachen unvorhersehbare Kapazitätsanforderungen, die von der Speicherausrüstung im Rechenzentrum eine Reaktionsschnelligkeit und Unmittelbarkeit erfordern – ein Verweis auf Flash als einzig zukunftsfähige Lösung.

Mit der Digitalisierung aller Geschäftsbereiche rücken All-Flash-Arrays als bevorzugte Primärspeicherlösung für eine wachsende Zahl von Unternehmen immer mehr in den Mainstream.

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