All-Flash Arrays:
Blitzschnelle neue Storage-Systeme

Große Schwachstellen darf sich eine moderne Unternehmens-IT heute nicht mehr leisten. Als Flaschenhälse werden oft Storage-Systeme ausgemacht, die gegenüber anderen Komponenten hinterher hinken. Dabei scheint es nur eine Frage der Zeit zu sein, bis Flash-Speicher klassische Festplatten ablösen. Doch sind All-Flash Arrays schon heute die Lösung für alle Storage-Anforderungen?

Viele technische Innovationen werden anfangs für den Business-Einsatz entwickelt und sickern nach einiger Zeit in den Consumer-Markt durch. Bei Flash-Speichern ist es genau umgekehrt. In Digitalkameras und Smartphones waren Flash-Speicher schon wegen des geringen Platzes von Anfang an Standard, aber auch Windows-Computer und vor allem Notebooks kommen seit Jahren mit Solid State Drives (SSDs), die die klassischen Festplatten Stück für Stück ablösen. Erst vor rund zehn Jahren haben Flash-Speicher dagegen den Weg in die Rechenzentren gefunden und auch heute noch sind Storage-Systeme ein großer Markt für Festplatten. Doch Flash-Speicher sind auf dem Vormarsch, denn sie haben ein paar interessante Argumente auf ihrer Seite.

 

Flash gehört die Zukunft

Die Idee, auch bei Storage-Systemen weitgehend auf Flash-Speicher zu setzen, macht technisch gesehen sofort Sinn, denn ein wichtiges Merkmal komplexer IT-Systeme ist heute die Konsolidierung. Wie weit auch immer die Hybrid-Cloud schon realisiert ist, der Trend ist klar: Virtualisierung oder Container-Technik bringen immer mehr Dienste auf wenige physische Server. Die arbeiten nicht nur intern rasend schnell, sondern sind auch mit breiten Netzwerkanschlüssen ausgestattet. Zu diesen Highspeed-Konfigurationen passen die klassischen Speichersysteme mit Festplatten nicht mehr, die in den letzten Jahrzehnten Standard waren.

Was sind All-Flash Arrays (AFAs)?

Storage-Systeme, die ohne klassische Festplatten auskommen und stattdessen komplett auf Flash-Speicher setzen, werden All-Flash Arrays (AFAs) genannt. Der Name ist Programm, statt rotierender Magnetplatten kommen in AFAs ausschließlich Flash-Speicher zum Einsatz. Das können proprietäre Flash-Module im Datenspeichersystem ebenso sein wie gebündelte SSD-Laufwerke. Der Trend zu AFAs oder auch Flash bzw. SSD Arrays, wie sie auch genannt werden, ist nicht gänzlich neu, deshalb gibt es auch hier schon unterschiedliche Generationen. Getrieben werden die aktuellen Entwicklungen aber vom NVMe-Protokoll (Non-Volatile-Memory-Express). Das ist schon im Hinblick auf Parallelisierung für Flash-Speicher entwickelt worden und hilft dabei, die Vorteile voll auszuschöpfen.

Vorteile von Flash Arrays

Festplatten sind immer noch die dominierenden Speicher in Rechenzentren, doch die aktuelle Nachfrage verschiebt die Machtverhältnisse immer mehr zu SSD-Speichern. Neben den All-Flash-Arrays, die komplett auf Flash-Speicher setzen, läuten viele Unternehmen auch eine Übergangsphase mit Hybrid-Arrays ein. Die kombinieren Flash-Speicher und Festplatten unter einer Haube. Doch was ist der Grund für das Umdenken? Flash-Speicher bieten allgemein einige handfeste Vorteile bei Geschwindigkeit, Energieverbrauch oder Flexibilität.

Geschwindigkeit: SSDs sind schneller als Festplatten, sowohl was die Schreib- als auch was die Leseraten betrifft. Gleichzeitig sind ihre Latenzen geringer. Datenzugriffe klappen also deutlich schneller, Wartezeiten zwischen CPUs, Caches und RAM auf der einen und den Storage-Sytemen auf der anderen Seite werden also reduziert. Die Leistung der Flash-Arrays wird über IOPS (Input/Output Operations Per Second) vergleichbar. Diese Größe gibt an, wie viele Ein- und Ausgabebefehle der Flash-Speicher pro Sekunde abarbeiten kann. Das FlashSystem 5200 von IBM schafft zum Beispiel satte 1,5 Millionen IOPS, schnelle Hybrid-Arrays bringen es auf mehrere Hunderttausend IOPS. Natürlich kann man argumentieren, dass nicht jedes Unternehmen überall die schnellste Technik braucht, aber eine beschleunigte Bereitstellung von Daten bzw. schnellere Migration von Daten ist speziell bei leistungsorientierten Workloads ein zentraler Faktor.

Geringe Größe: Flash-Speicher braucht weniger Platz, sprich Unternehmen können die gleiche Speicherkapazität bei geringerem Platzbedarf umsetzen oder den gewonnenen Platz nutzen, um das Speichervolumen auszubauen.

Robustheit: Festplatten sind die letzten Dinos im Computer und wahre Ingenieurskunst mit vielen beweglichen Teilen. Stürze, Erschütterungen oder einfach Verschleiß im Betrieb machen sich trotzdem bemerkbar, das ist technisch bedingt und lässt sich auch nicht wegdiskutieren. SSDs verzichten dagegen auf komplexe Mechanik und sind damit wesentlich robuster.

Energieverbrauch: Keine rotierenden Platten, keine Platzierung von Schreib-Lese-Köpfen, der Strombedarf für die elementaren Speicheraktionen ist bei SSDs geringer. Natürlich sind bei Storage-System noch zahlreiche andere Komponenten am Energieverbrauch beteiligt, Flash-Speicher schlagen aber Festplatten und entwickeln weniger Wärme.

Wartungskosten: Die Kosten für die Anschaffung sind der große Nachteil bei den Flash-Speichern, vor allem, wenn es sich um die qualitativ hochwertigen Lösungen für Unternehmen handelt. Doch es fallen noch weitere Kosten an und bei denen können Flash-Speicher punkten. Geringere Fehleranfälligkeit, weniger Wartungsaufwand, weniger Platzbedarf, geringerer Aufwand für Kühlung und höhere Sparsamkeit beim Energieverbrauch senken die Kosten für Wartung und Betrieb.

All-Flash Arrays vs. Hybrid-Arrays

Es gibt verschiedene Alternativen zum AFA-Storage, eine davon sind die sogenannten Hybrid-Arrays. Neben Flash-Speicher lassen sie sich auch mit klassischen Festplatten bestücken. Nutzer können praktisch ein Mix aus älterer und neuer Technik fahren. Der hybride Ansatz ist günstiger, weil Festplatten günstiger sind als SSDs, die AFAs sind aber leistungsfähiger. Trotzdem sind Hybrid-Arrays attraktiv, weil Unternehmen die Vorteile von Festplatten weiterhin nutzen und Stück für Stück die Vorteile von SSDs erschließen können. Der hybride Ansatz passt auch gut zur Wirklichkeit vieler Unternehmen, in der nur ein Teil der Anwendungen die hohe Performance der Flash-Speicher braucht. Die Leistung von Flash-Arrays erreichen die Hybrid-Alternativen zwar nicht, aber im Bereich IOPS/Euro gibt es Vorteile.

 

All-Flash Array vs. HDD- / Festplatten-Arrays

Doch obwohl AFA-Speicher viele Vorteile haben, haben auch andere Storage-Systeme ihre Berechtigung. Vergleicht man zum Beispiel AFAs und klassische Festplatten-Arrays, ist schnell klar, dass Flash-Speicher für anspruchsvolle Anwendungen die bessere, wenn auch teurere Wahl ist. Sie bieten viel mehr Performance, sind robuster und brauchen weniger Platz. Geht es also um extrem hohe Transaktionsraten, sind die All-Flash-Arrays die passende Lösung. Wenn es aber in erster Linie um Speicherkapazität zum günstigen Preis geht, sind die Festplatten-Arrays derzeit nicht zu toppen. Auch die begrenzte Lebensdauer von Flash-Speicherzellen ist ein Thema, das man kennen sollte. Rein technisch sind Flash-Speicher nicht ewig haltbar, sie altern mit Schreib- und Löschvorgängen: Werden Daten in der Hauptsache gelesen, etwa beim Abrufen von Mediastreams, sind SSDs die perfekte Lösung, für Daten, die sich häufig ändern oder die aus Compliance-Gründen besonders lange archiviert werden müssen, sind Festplatten-Speicher die bessere Wahl.

Haltbarkeit von Flash Storage

Doch auch bei Flash-Speichern gibt es natürlich eine gewisse Sicherheit. Hersteller arbeiten mit einer Art Mindesthaltbarkeitsdatum, das in sehr vielen Fällen großzügig übertroffen wird. Zur ungefähren Einordnung, viele Flash-Speicher sind auch nach einer Million und mehr Löschzyklen noch funktionstüchtig. Auch ein geschicktes Datenmanagement sorgt für diese lange Haltbarkeit. Defekte Blöcke werden zum Beispiel automatisch gemieden und die dort gespeicherten Daten auf freigehaltenen Reservespeicher umgezogen.

Gibt es weitere Nachteile?

AFAs sind sicher die zukunftsträchtigere Technologie, doch Festplatten sind noch in der Anschaffung günstiger. Unternehmen müssen natürlich auch auf die Budgets achten und hier liegt der größte Nachteil von Flash-Arrays. Hinzu kommt, dass AFAs noch eine vergleichsweise neue Sache für viele Unternehmen sind. Es fehlen Erfahrungen mit der Flash-Technik. Auch die unterschiedlichen Arten von Flash-Speicher sind unübersichtlich; besonders günstiger Flash-Speicher aus dem Consumer-Bereich kommt für den Einsatz im AFA-Storage nicht wirklich in Frage. Mit Festplatten weiß man hingegen schon lange, was man im Storage-System erwarten kann und was nicht. Vergleichbar ist die Situation ein wenig mit E-Autos, Benzin- und Dieselfahrzeugen und dem Kompromiss bei Hybrid-Fahrzeugen. Die technischen Merkmale sprechen für E-Autos, bei den Verbrennern weiß man aber, was man hat und ein möglicher Kompromiss sind die Hybriden, die Vorteile aus beiden Welten vereinen.

Spielwiesen für All-Flash Arrays

In vielen Unternehmen steht aktuell die Transformation der IT-Infrastruktur an. Die große Herausforderung ist es, die IT so zu optimieren, dass höheres Wachstum ohne negative Auswirkungen auf Leistung, Qualität oder Sicherheit erzielt werden kann. Leistung muss dabei aber auch immer mit Kosteneffizienz abgewogen werden. Die Frage, ob AFAs, Hybrid-Flash-Arrays oder HDD-Arrays die optimale Wahl ist, ist zentral. AFAs sind erste Wahl für leistungsorientierte Workloads, etwa rund um Datenanalyse. Alles was leseintensiv und mit kleinen Working-Sets arbeitet, etwa ERP- oder CRM-Systeme, sind Kandidaten für AFAs. Wenn AFA, dann aber am besten mit NVMe-Protokoll.

Neben Datenbanken sind auch virtuelle Server oder virtuelle Desktop-Umgebungen Szenarien, bei denen AFA-Speicher ihre Vorteile ausspielen können. Auch wenn Firmen KI-Anwendungen wie Machine Learning einsetzen, sind für die Datenaufbereitung hohe Schreib-Lese-Durchsätze unerlässlich. Und auch beim Backup ist Flash ein Thema, aber nicht als Zielmedium, sondern vielmehr als Ablösung für installierte Festplattenpuffer vor Bandlaufwerken.

Das passende Array in der Praxis finden

Eine komplette Umstellung von klassischen Festplatten-Arrays auf ein All-Flash-Rechenzentrum klingt zwar technisch äußerst interessant, dürfte für viele Unternehmen aber kein Szenario für die Praxis sein. Für die Planung der Storage-Systeme ist natürlich Leistung ein Faktor, der für All-Flash-Arrays spricht, aber auch Hybrid-Arrays bieten starke Performance. Bei den Kosten ist es umgekehrt, die klassischen HDD-Lösungen bringen am meisten Speicherplatz fürs Geld, wenn die Performance also ausreicht, sind sie die wirtschaftlichste Wahl, wenn auch nicht die zukunftsträchtigste. Genau hier können Hybrid-Arrays punkten, auch weil sie einen sanfteren Übergang schaffen von Legacy-Systemen in die All-Flash-Welt.

Wichtig ist also für Unternehmen, dass sie die Anforderungen für ihre Anwendungen genau kennen. Das bedingt, dass einerseits die vorhandene Storage-Infrastruktur genau dokumentiert sein sollte. Dann sind eine Nutzenanalyse sowie eine TCO-Kalkulation nötig. Ist High-Performance gefragt, sind All-Flash-Systeme die beste Wahl. Aber es gibt natürlich noch andere Kriterien, die passen müssen, etwa die garantierte Verfügbarkeit. IBM gewährt bei seinen All-Flash-Arrays zum Beispiel 99,9999%, was sich per HyperSwap noch steigern lässt. Auch Verschlüsselung ist ein Thema, das nicht alle Arrays bieten, hinzukommen weitere Features wie Replikation, automatisches Tiering oder Scale-Out-Clustering. Wenn das zu kompliziert klingt, muss eine Liste mit Prioritäten erstellt werden, um eine fundierte Entscheidung treffen zu können.

Außerdem ist empfehlenswert, sich den Kostenfaktor von All Flash Arrays auch immer konkret anzusehen. Die Flash-Preise sind über Jahre kontinuierlich gefallen und das wird wohl auch so weitergehen. Nur weil man vielleicht bei der letzten Analyse vor drei Jahren nicht auf All-Flash gesetzt hat, muss das nicht immer so bleiben. Außerdem gibt es Kosten über die Anschaffung hinaus, bei Wartung und Betrieb zum Beispiel haben All-Flash-Arrays klare Vorteile. Vor allem der geringere Stromverbrauch sowie niedrigere Managementkosten sind Punkte, die oft bei der Einschätzung übersehen werden.

Auch wenn sich Projekte beschleunigen lassen, spart das Kosten. Flash-Lösungen überzeugen auch mit einfacher Datenmobilität. Hybride Cloud-Vorhaben profitieren von einfacher Datenmigration in die Cloud und von der Cloud auf andere Systeme. Hybrid-Arrays bieten auch oft eingebaute Funktionen zur Kosten- und Leistungsoptimierung, die automatisch nur die aktivsten Daten auf den Flash-Speicher verschieben. Die Katze im Sack muss bei All-Flash-Arrays aber ohnehin niemand kaufen. Ein Proof-of-Concept vom Dienstleister gibt einen guten ersten Eindruck.

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Welche Lösungen bietet IBM?

IBM bietet eine breite Auswahl an Storage-Lösungen für die unterschiedlichsten Speicheranforderungen an, was auch daran liegt, dass man schon vor rund 10 Jahren in den Flash-Storage-Markt eingestiegen ist. Die angebotenen Lösungen werden ständig weiterentwickelt, sodass man jetzt aus einem umfangreichen Produktangebot wählen kann. Im Angebot sind All-Flash- und Hybrid-Flash-Arrays, die Hybrid- Cloud-Storage für Unternehmen jeder Größenordnung vereinfachen. Dabei gibt es viele Punkte, die für alle Produkte in der IBM FlashSystem-Familie gelten, zum Beispiel vollständige Datenintegrität, vereinfachtes Management sowie die erforderlichen Funktionen zur Unterstützung hybrider Cloud-Umgebungen.

So gibt es zum Beispiel eine Gewährleistung der Beständigkeit von Flash-Speicher für sämtliche Workloads während der Garantiezeit sowie bei Wartungen. Einfache Datenmigration von mehr als 500 Storage-Controllern, sowohl von IBM als auch von Drittanbietern, sind innerhalb von 90 Tagen ohne zusätzliche Kosten möglich. Lokale und Cloud-Speicherumgebungen lassen sich außerdem mit IBM Storage Insights optimieren.

Für kleine Unternehmen gibt es das preisbewusste IBM FlashSystem 5015, mit 99,9999% Verfügbarkeit, lokaler und externer Replikation und bis zu 12 PB Speicherplatz. Reicht das nicht, ist das FlashSystem 5035 mit bis zu 32 PB Speicherplatz vielleicht die richtige Option. Zusatzfunktionen wie Verschlüsselung, Komprimierung, Deduplikation und IBM HyperSwap für eine Steigerung der Datenverfügbarkeit sind zusätzliche Vorteile. Beide Systeme eignen sich für den All-Flash-Betrieb und auch als Hybrid-Lösung.

Das FlashSystem 5200 kommt mit NVMe-SSDs, IBM FlashCore- Modulen (FCM) und Storage Class Memory (SCM) für noch kürzere Latenzzeiten – mit bis zu 1,7 PB herausragender Leistung, Skalierbarkeit und Hochverfügbarkeit untergebracht in einer kompakten Rackeinheit.

Das FlashSystem 7200 ist für mittelgroße Workloads gedacht, bietet beeindruckende 2,3 Millionen 4K-Ausgaben pro Sekunde und eine maximale Bandbreite von 35 GB pro Sekunde auf einem einzigen System. Unterstützt werden bis zu 760 Laufwerke mit Erweiterungsgehäusen, unter der Haube stecken vier 8-Kern-CPUs mit bis zu 1,5 TB Cache.

Für geschäftskritische Anwendungen mit höchster Leistung, Funktionalität, Sicherheit und Verfügbarkeit steht das FlashSystem 9200. Beschleunigen Sie Ihre Workloads mit bis zu 4,5 Millionen 4K-Ausgaben pro Sekunde (Read-Hit). Höchste Leistungsfähigkeit gewährleisten vier 16-Kern-Prozessoren und bis zu 1,5 TB Cache pro Gehäuse.

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