SSD-Karten mit PCIe

Einsatzszenarien von Flash-Speicher im Server

16.02.2015
Von Christian Groll
Flash-Speicher im Server beschleunigt die Applikationen deutlich. Doch wie sieht die Integration in Hochverfügbarkeitsszenarien und das Zusammenspiel mit dem SAN aus? Lesen Sie, was es beim Einsatz von PCIe-Flash-Karten im Server zu beachten gilt.

Den mit Abstand größten Markt für PCIe-basierte Flash-Technologie stellten in den letzten Jahren große Web2.0 Unternehmen beziehungsweise Hyperscale-Rechenzentren wie Facebook, Google oder Amazon dar. Diesen Unternehmen geht es in erster Linie um Latenzzeit außerhalb klassischer Hochverfügbarkeitsszenarien - beispielsweise im Bereich Caching von Web-Content.

Mit Ausnahme dieser Special-Purpose-Designs fand "Server-Side-Flash" (Flash-Speicher im Server integriert) bei Unternehmen bislang nur sporadisch Anwendung, etwa als Read-Cache-Device. Als entscheidende Inhibitoren wurden insbesondere die schwierige Integration in Hochverfügbarkeitsszenarien genannt, sowie der Nachteil des "Local- vs. Shared-Storage". Eine neue Generation von Software- und Virtualisierungslösungen, angeboten von einigen Flash-Herstellern oder als funktionale Erweiterung der Server-Virtualisierung, adressiert nun genau diese Situation. Damit soll das Zusammenspiel von Flash-Speicher im Server und konventionellem HDD-basiertem Shared Storage optimiert werden.

Warum findet Flash zunehmend Verwendung im Rechenzentrum?

In den vergangenen zehn Jahren wurde die Leistungsfähigkeit der meisten Komponenten im Rechenzentrum drastisch verbessert. Die Prozessorleistung hat sich um den Faktor 10 bis 100 erhöht, die Geschwindigkeit der Systembusse wurde um den Faktor 20 gesteigert; der Netzwerkdurchsatz verhundertfacht. Zudem verdoppelt sich die Menge der Daten alle zwei Jahre - die Anforderung ist, immer größere Datenmengen in kurzer Zeit zu verarbeiten.

Die Performance-Steigerung der Festplatte sieht mit 20 Prozent innerhalb der letzten zehn Jahre allerdings äußerst bescheiden aus und entwickelt sich immer mehr zum Flaschenhals. Mit Antwortzeiten im Millisekundenbereich ist die Festplatte um den Faktor 100.000 langsamer als DRAM, dessen Antwortzeit im zweistelligen Nanosekundenbereich liegt.

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Die immer größer werdende Performance-Lücke zwischen Festplatten und Server kann nur durch halbleiterbasierte Speichertechnologie überbrückt werden. Die Antwortzeit von NAND-Flash liegt im zweistelligen Mikrosekundenbereich, also genau zwischen DRAM und Festplatte, daher ist Flash derzeit die einzige in diesem Kontext relevante Technologie. Die beschriebene Entwicklung hat die Nachfrage nach Flash angekurbelt. Durch die höhere Produktionsmenge sind die Preise gesunken. Dadurch ist die Nachfrage weiter angestiegen. Inzwischen findet sich NAND-Flash in unterschiedlichen Technologieansätzen im Rechenzentrum und ergänzt konventionelle HDD-basierte Technologie in performance-kritischen Bereichen.

Drei Flash-basierende Technologieansätze

Die drei meist verbreiteten Technologieansätze für Flash-Storage sind SSDs, All-Flash-Arrays und PCIe-Flashkarten. Es gibt noch weitere Ansätze wie Flash auf dem DIMM-Socket oder auf dem HBA, diese trifft man im Markt aber derzeit kaum an.

SSDs (SATA) sind ein vergleichsweise preigünstiger Ansatz, leicht zu integrieren und werfen auch hinsichtlich des Themas Support üblicherweise keine Fragen auf, nutzen aber das Performance-Potential der Flash-Technologie nicht effektiv. All-Flash-Arrays haben zweifellos Ihre Daseinsberechtigung, stellen aber noch immer eine erhebliche Investition dar und sind vor diesem Hintergrund nicht für jede performance-kritische Kundenumgebung eine ernstzunehmende Option.

PCIe-Karten zeichnen sich im Vergleich zu SSDs durch eine extrem geringe Latenz und eine hohe Performance im Hinblick auf Datendurchsatz und IOPS aus. PCIe-Karten sind SSDs im Hinblick auf den I/O-Preis überlegen. Wir werden nachfolgend einen genaueren Blick auf die PCIe-basierte Flash-Karte werfen.