Die Storage-Welt im Wandel

Über die Zukunftsaussichten der Hard-Disk-Drives (HDDs) ist schon viel geschrieben worden. Nahezu alle neuen mobilen Geräte nutzen bereits Flash-Memory als Hauptspeichermedium. Daneben werden immer mehr Flash-basierte Solid-State-Drives (SSDs) in Notebooks und Desktop-PCs verwendet und verdrängen traditionelle HDD-Lösungen. Trotz dieser Entwicklung werden auch 2016 HDDs den Großteil des Absatzes ausmachen, da sie große Datenmengen am wirtschaftlichsten speichern. [...]

Generell ist davon auszugehen, dass die Kapazität der Enterprise-Festplatten weiter steigt und bis zum Ende des Jahrzehnts in einer Größenordnung von 20 bis 40 TB liegt, der 3,5-Zoll-Formfaktor wird dabei als Industriestandard bestehen bleiben. Enterprise-HDDs mit einer Kapazität von 8 TB sind bereits heute verfügbar – als Lösung für den Bedarf der Industrie nach hoher Kapazität und Speicherdichte. Neue Technologien wie das Shingled Magnetic Recording (SMR) werden die Kapazität auf derselben physikalischen Hardware weiter erhöhen, bei einem 8-TB-Laufwerk auf zukünftig 10 TB oder mehr. Während bei konventionellen HDDs die Daten auf Magnetspuren geschrieben werden, die sich nicht überlappen, erfolgt die Datenaufzeichnung bei SMR-HDDs auf sich teilweise überlappenden Spuren – ähnlich wie bei Dachschindeln. Das erlaubt eine höhere Dichte der Datenspuren, was zu einer höheren Gesamtspeicherdichte führt. Allerdings wird die höhere Speicherdichte durch einen Nachteil erkauft: Die Random-Schreib-Performance dieser Laufwerke ist begrenzt und bis zu einem gewissen Punkt nicht bestimmbar. Die sequenzielle Lese-/Schreib- und Random-Lese-Performance hingegen ist vergleichbar mit derjenigen bei Nearline-Modellen. Dadurch eignen sich SMR-Laufwerke für Datenstreaming, Datenarchivierung und die Speicherung von Daten, auf die selten zugegriffen werden muss.

KLEINER, SCHNELLER, DICHTER

Während HDDs in der nahen Zukunft bei der Archivierung von Daten weiterhin eine große Rolle spielen werden, wird sich ihr Einsatz in der Server-Architektur ändern – mehr und mehr 15.000-rpm-Laufwerke werden durch Enterprise-SSDs ersetzt. Eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst diesen Wechsel: die verbesserte IOPS-Performance von eSSDs im Vergleich zu den schnellsten HDDs, der reduzierte Energieverbrauch von Flash-basierten Laufwerken und die sinkenden Kosten pro GB. Der Trend der fallenden Kosten pro GB wird sich voraussichtlich weiter fortsetzen, insbesondere da die Einführung von 3D-NAND-Technologien wie 3D BiCS NAND die Chip-Bit-Dichte und die Laufwerkskapazität erhöht. Zwar steht die Veränderung der Storage-Landschaft durch 3D-Technologien noch am Anfang, jedoch bieten SSDs, die mit solch neuen Chips ausgestattet sind, eine höhere Belastbarkeit, schnellere Geschwindigkeiten, größere Energieeffizienz und höhere Kapazitäten. Auf lange Sicht haben SSDs zudem prinzipiell das Potenzial, HDDs im Hinblick auf die Kapazität deutlich zu überholen − 256-TB-SSDs werden voraussichtlich innerhalb der nächsten fünf Jahre verfügbar sein.

SCHNITTSTELLEN-LANDSCHAFT VERÄNDERT SICH

Im Einstiegsbereich des Enterprise-Marktes haben sich eSSDs mit SATA-Schnittstelle sowohl als Boot-Laufwerke als auch für größere Storage-Volumen bewährt. Einer der Gründe dafür: SATA-SSDs bieten in Bezug auf das Kosten-Kapazitäts-Verhältnis den günstigsten Einstieg in die Flash-basierte Storage-Welt. Dieser ökonomische Vorteil resultiert aus der hohen Anzahl von Client-SATA-SSDs, die für den Ersatz von 2,5-Zoll-Notebook-HDDs produziert wurden. Es ist aber zu erwarten, dass sich mit dem voraussehbaren Rückgang der 2,5-Zoll-Client-SATA-SSDs, bedingt durch den Wechsel zu M.2-PCI-Express (PCIe)-Modulen, dieser „Economies-of-Scale“-Faktor verringern wird oder ganz verschwindet. Die Nutzung neuer Schnittstellen hat ebenfalls den Formfaktorwechsel von 2,5-Zoll zu M.2- und noch kleineren Modulen beschleunigt. Die vor Kurzem angekündigte weltweit kleinste NVM Express (NVMe) SSD von Toshiba, die 256 GB in einem BGA-Gehäuse unterbringt, misst lediglich 16 mm x 20 mm.

Ein Faktor, der die Geschwindigkeit der SSDs begrenzt, ist ihre Verbindung mit dem Rechner – die gewöhnlich genutzte 6-Gbit/s-SATA-Schnittstelle bietet eine Bandbreite von bis zu 600 MB/s, während eine SAS-12-Gbit/s-Schnittstelle bis zu 1.200 MB/s erreicht. SSDs, die auf PCIe der dritten Generation basieren, unterstützen typischerweise vier Lanes mit Bandbreiten von annähernd 1 GB/s pro Lane. Das führt zu einer gesamten Bandbreite von 4 GB/s. Langfristig werden sich im SATA-eSSD-Markt wohl PCIe-basierte Lösungen (für das Booten) und SAS-eSSDs (für Speichervolumen) durchsetzen.