HDD/SSD vs. Interface: Wer ist der Flaschenhals im NAS?

Ein NAS-System mit SSDs aufzurüsten bringt zusätzliche Performance. Sollte es zumindest. Wie verhält es sich mit einer SATA-3-Schnittstelle, avanciert diese nicht zum Flaschenhals und bremst die schnellen Flash-Speicher aus?

Leserfrage: Mit großem Interesse habe ich Eure Antwort auf »Wie sinnvoll sind SSDs in Einsteiger-NAS-Systemen?«.

Ich habe ganz ähnliche Probleme. Ich nutze ein TVS-672XT mit einer Erweiterungskarte um mittels NVMe (2x Evo 980) die PCIe-Gen-3×8-Schnittstelle zu nutzen um auf den SSD mein Betriebssystem abzubilden und die Virtual-Machines drauf laufen zu lassen. Denke dafür ist eine SSD schon sinnvoll, oder?

Das System ist zudem mit zwei M.2-SSDs Typ A2000 bestückt. Diese wollte ich ebenfalls als Qtier nutzen, bin nun aber davon ab, weil ihr sagt, dass es selbst in einem 10GbE-Netzwerk nicht sonderlich den Unterschied macht. Die anderen Teile der Familie greifen nicht viel darauf zu, daher macht es, zumindest aus heutiger Sicht, kein Sinn diese zu nutzen.

Was mich jedoch viel mehr interessiert, ist die Frage nach den SATA-3-Schnittstellen, die theoretisch 6 Gbit/s erreichen sollen. Wenn ich ein USB 3.2 die theoretisch 20 Gbit/s machen sollte, wäre das Nadelöhr doch die Festplatte die über SATA-3 nur 6 Gbit/s machen würde. Warum aber erreiche ich bei zwei WD Red Plus auf jeder Seite nur um die 80 bis 120 Mbit/s? Und warum macht bei solchen Zahlen ein Qtier, welches auch als Puffer funktioniert, kein Sinn?

Antwort Doc Storage:

1. Ja, für das Laden von Betriebssystemen ist auf jeden Fall der Einsatz von Festspeichern sinnvoll, egal, ob man nun gleich in NVMe, M.2 oder erst einmal in herkömmliche SSDs investieren möchte. Außer dem initialen Starten der jeweiligen Betriebsumgebung lässt sich der leistungsmäßige Unterschied zwischen diesen drei Techniken zwar im Betrieb messen, ist aber subjektiv kaum spürbar.

2. Wenn Sie bemerken, dass die Tiering-Anwendung des jeweiligen Speichersystems die Festspeicher (in diesem Falle M2) kaum bis überhaupt nicht nutzt, dann wird es daran liegen, dass sich in diesem System eben kaum bis gar keine »heißen« Daten befinden, also solche, bei denen die Software es für notwendig erachtet, sie auf diese schnelleren Medien zu befördern. In diesem Fall ist die Entscheidung goldrichtig, die doch noch allzu teuren M.2-Medien nicht oder anderweitig zu nutzen. Oder, wenn man die Nutzung erzwingen will, müssen eben die Parameter der Tiering-Anwendung so geändert (in diesem Falle herabgesetzt) werden, dass die Daten, auf die »wärmsten« Daten zwangsweise auf M.2 landen.

3. Bei dieser Rechnung muss man etwas aufpassen, es handelt sich hier um Umgebungen, deren Leistung sich aus einer multidimensionalen Matrix von übertragungs- und verarbeitungstechnischen Grundlagen ergeben. SATA-3-Schnittstellen leisten theoretisch 6 Gbit mit einer maximalen Übertragungsrate von brutto 768 MByte/s. Selbst die Hersteller dieser Geräte trauen SATA-3 allerdings nicht mehr als 600 MByte/s zu. Das 2017 eingeführte USB 3.2 soll brutto bis zu 20 Gbit/s erreichen, was sich aus der Kombination zweier Adernpaare zu je 10 Gbit/s ergibt. 20 Gbit/s sind auch nicht mehr als brutto 2,56 GByte/s, was damit allerdings – theoretisch – in der Übertragung das Vierfache von SATA-3 »schaufelt«.

Mechanische Platten leisten aufgrund ihres grundsätzlichen Aufbaus (rotierende Platten, zu positionierende Schreib-Lese-Köpfe) nach Herstellerangaben zwischen 125 und 150 MByte/s, nicht mehr. Das ist in diesem Falle der Flaschenhals der Verbindung. Erst der Einsatz von zusätzlichen Hilfsmitteln würde hier zu mehr Leistung verhelfen. Ein RAID-Controller könnte beispielsweise bei der Nutzung von RAID 1 wenigstens die Leseleistung annähernd verdoppeln, da derselbe Datenbestand parallel aus zwei Laufwerken ausgelesen werden kann. Bei der Nutzung anderer RAID-Arten könnte die Verteilung der Daten mithilfe von Striping die Leistung erhöhen, da – wiederum zumindest lesend – auf so viele Kanäle zugegriffen werden kann, wie sich Laufwerke in der RAID-Gruppe befinden. Darüber hinaus kann der Einsatz eines intelligenten präemptiven Zwischenspeichers (Cache) helfen, die – wahrscheinlich – als nächstes gebrauchten Daten im Hintergrund in einen Festspeicher zu lesen und von dort den Zugriff wesentlich zu beschleunigen.

Natürlich »hilft« der Einsatz all dieser Techniken natürlich nur nachhaltig, wenn als Cache oder als Zielspeicher Medien genutzt werden, die eben nicht mehr über die SATA-3-Schnittstelle verfügen. Aber auch hier gibt es ein »allerdings«: Beim Vergleich der Leistung von rotierenden HDDs und SSDs kommt es nicht nur auf den reinen Durchsatz pro Port pro Sekunde an, sondern auch darauf, wie viele I/Os ein Medium in einer bestimmten Zeit zu verarbeiten in der Lage ist. Und hier sind Festspeicher, egal welche, den mechanischen Medien hundert- bis tausendfach überlegen.

Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass SSDs wesentlich weniger Energie verbrauchen und erheblich weniger Wärme abgeben als ihre rotierenden Verwandten. In Bezug auf die Infrastrukturkosten, sind sie daher deutlich preiswerter, vor allem im Masseneinsatz.

Gruß
Doc Storage