Welchen Flash für welche Anwendung?

Vor rund sechs Jahren schickten sich Flash-Speicher an, sich in Computern und Storage-Systemen zu etablieren. Damals galten die Lösungen aber noch als proprietär. Wo steht die Technik heute und welcher Flash eignet sich für welchen Einsatzzweck?

Leserfrage: Wenn wir von Flash-Speichern sprechen, können dies All-Flash-Arrays sein, SSDs oder PCIe-Karten mit diversen Schnittstellen. Bereits 2013 ging Doc Storage der Frage nach, welcher Flash sich am besten für welche Anwendung eignet. Damals handelte es sich bei den verschiedenen Ansätzen noch um proprietäre Lösungen. Wie ist der Stand heute, rund sechs Jahre später? Für welchen Einsatzzweck macht ein Flash-Array Sinn, wo helfen Flash-Karten?

Antwort Doc Storage:

Um es wieder einmal (ich weiß, es wird inzwischen langweilig) mit der immer passenden Phrase zu beantworten: Es kommt drauf an. Die vor sechs Jahren noch als »proprietär« angesehenen PCIe-Flash-Karten gehören heute ebenso in Servern zur Standard-Ausrüstung wie die PCIe-Flash-Laufwerke in tragbaren Rechnern. Hinzu kommen die inzwischen schon mehr als etablierten SSDs mit SATA- oder SAS-Schnittstellen.

Für die Auswahl der jeweiligen Anschlusstechnik ist deren effektive Übertragungsleistung zu berücksichtigen. Hier gilt als Faustregel: Je weiter die eigentlichen Datenträger von der CPU entfernt sind, also wie viele Schnittstellen mit entsprechend sich ändernden Protokollen zwischen dem Medium und der CPU liegen, desto mehr Leistung wird dem Flash-Speicher genommen.

Flash mit PCIe, SAS oder SATA

Betrachtet man zunächst den Einbau und Betrieb direkt im Rechner, bieten sich drei Möglichkeiten. Die PCIe-Schnittstelle ist hier die mit Abstand schnellste, arbeitet diese doch in beiden Formaten als Steckkarte für Desktop oder als Einschub für tragbare Rechner mit vier PCIe-Datenleitungen. Damit erreichen diese Medien maximal 4 GByte und zwischen 120.000 und 130.000 I/Os pro Sekunde. Hiermit sind auch schon die Werte genannt, die die jeweilige Anwendung erzeugen sollte, ansonsten lohnt sich der Einsatz dieser SSDs, der auch heute noch mit erheblichen Mehrkosten verbunden ist, kaum.

Möchte man auch kostenseitig etwas niedriger einsteigen, jedoch auch noch gute Leistungen abgreifen, lohnt sich der Einsatz von SSDs mit serialisierter SCSI-Schnittstelle, kurz SAS. Diese erzielen immerhin in der heute schnellsten Version (SAS-4) rund 2,8 GByte/s und im Vollduplex-Betrieb und 50.000 bis 60.000 IOPS. Die ältere, allerdings immer noch weit verbreitete SAS-3-Schnittstelle mit 12 Gbit erzielt nicht ganz die Hälfte dieser Leistung. Zu erwarten sind hier rund 1,5 GByte pro Sekunde und 20.000 bis 22.000 IOPS. Diese Werte können natürlich je nach Laufwerks- und Controller-Typ etwas abweichen.

Die kostengünstigste Möglichkeit, eine SSD zu betreiben, ist die SATA-Schnittstelle. Diese leistet in ihrer aktuellen Version SATA-III ungefähr 600 MByte/s und rund 17.000 bis 20.000 IOPS. Um die Leistungsfähigkeit von SSDs noch weiter ausschöpfen zu können, wurde SATA-Express eingeführt, das in seiner schnellsten Version PCIe 4.0 knapp 2 GByte/s transportiert und damit nah an SAS heranreicht.

Auch Flash-Speicher benötigen RAID-Schutz

Der Einsatz von SSDs, je nach Bedarf an einer der oben genannten Schnittstellen, ist immer dann sinnvoll, wenn eine Anwendung tatsächlich kompromisslos die beste Leistung aus dem SSD-Speicher herausholen soll. Zu beachten ist allerdings, dass in den meisten Fällen kein Schutz der Daten über RAID-Technologien stattfindet. Wenn das Medium, der Controller oder eine andere Komponente zwischen CPU und SSD ausfällt, sind die Daten dann unwiederbringlich verloren. Viele Desktop-Systeme bieten die Möglichkeit, einen RAID-Schutz (meist RAID 1 mit zwei Laufwerken) herzustellen und damit die Daten zu schützen.

Wesentlich flexibler in der Einteilung und Verwaltung des vorhandenen Speicherplatzes sind natürlich Systeme, in denen sich viele Medien einsetzen lassen, meist auch mit der Möglichkeit, je nach Leistungsbedarf SSDs und langsamere Platten nebeneinander zu betreiben. In diesen Systemen werden meist SAS- oder SATA-Schnittstellen angeboten, die Laufwerke selbst bieten also die oben angeführten Leistungswerte.

Die eigentliche Performance hängt hier allerdings nicht (nur) von den genutzten Laufwerkstypen, sondern auch von anderen Faktoren ab. RAID 1 ist zum Beispiel die deutlich schnellste Schutzklasse, kann hier doch beispielsweise von beiden beteiligten Laufwerken gelesen und damit die doppelte Geschwindigkeit der Schnittstelle erzielt werden. RAID 1 »kostet« allerdings die Hälfte des physikalischen Speicherplatzes, ist also mit Abstand die teuerste Variante. RAID 5 ist nicht so schnell wie RAID 1, allerdings kostet es wesentlich weniger physikalischen Plattenplatz. Es schützt vor dem Ausfall eines Laufwerkes in der Gruppe, während RAID 6 vor dem Ausfall zweier Laufwerke schützt und etwas mehr Plattenplatz kostet.

Flash: RAID-Level nicht entscheidend für Gesamtleistung

Allerdings ist die reine Geschwindigkeit der RAID-Arten nicht mehr ganz so ausschlaggebend, wenn man SSDs einsetzt. Hier schlägt eher der Preis der Laufwerke zu Buche. In der Anbindung kommen mindestens zwei Faktoren zusammen, einmal die Schnittstelle der Laufwerke, zum anderen die genutzte Anbindung des Arrays an den nutzenden Rechner. Wurden früher meist teure SANs mit dem dort üblichen Fibre-Protokoll eingesetzt, ist das LAN heute mit 10 oder gar 100 Gbit sogar meist schneller als die SAN-Schnittstellen.

In jedem Netz, setzt es nun FC- oder TCP/IP-Protokolle ein, muss allerdings im Einzelfall sehr genau geprüft werden, welche genaue Leistung zwischen Array und dem oder den nutzenden Rechner(n) erzielt werden kann. Im Standard-10-Gbit-Ethernet ist im Normalfall eine Übertragungsrate von 1,2 bis 1,3 GByte zu erwarten, allerdings nimmt diese Leistung immer mehr ab, desto mehr Systeme dasselbe Netz benutzen. 10 Gbit heißt hier nicht, tatsächlich die Leistung von beispielsweise SAS-3 auch nur annähernd zu erreichen.

Flash und SSDs immer wenn Leistung gefordert ist

SSDs im Array lohnen sich immer dann, wenn mehrere Systeme auf ein möglichst gleichbleibend schnelles Medium zugreifen sollen. Einsatzgebiete sind also verteilte Video- und Tonbearbeitung oder ähnlich gelagerte Anwendungen. Für die »normalen« Bürodaten lohnt sich auch heute kaum der Einsatz von SSDs, denn mal ehrlich, ob jemand nun drei oder fünf Sekunden auf seinen Text warten muss, ist im Ende das Geld nicht wert.

Die Faustregel war und ist »Platte für die Masse, SSD für die Leistung«. Am besten ist immer noch der Einsatz von Tiering-Möglichkeiten im Array, möglichst mit entsprechenden Automatismen, die die Daten ohne weiteres Zutun auf die jeweils passende Technologie verschieben, also »heiße« Daten auf die SSDs, »kalte« auf die Platten. Diese Technik bieten heute auch schon Einsteigersysteme. So kann man also den Preis dieser Arrays dem vorhandenen Budget und der erwarteten Leistung anpassen.

Gruß
Doc Storage