von Wolfgang Stief, Boston Server & Storage Solutions
und Henrique Atzkern, Seagate Technology

Seagates Enterprise-SSDs der »Nytro 5000«-Serie unterstützen NVMe und sind mit 2,5-Zoll- und M.2-Formfaktor erhältlich. Die neue »Nytro 5020« folgt im Q1/2019 (Bilder: Seagate).Das Beratungsunternehmen IDC errechnet ein weltweites Datenwachstum von 16 ZByte in 2016 auf 163 ZByte im Jahr 2025. Ein ZByte (Zettabyte) sind eine Million PBytes. Etwas mehr als die Hälfte (57%) entfallen gemäß der Abschätzung auf Unternehmensdaten. Der Rest verteilt sich auf mobile Geräte, Multimedia und Daten von Endanwendern. Unternehmen müssen mit dieser Datenmenge Schritt halten können. Ein guter Teil der Daten liegt zwischenzeitlich auf Flash-Speicher.

Sicher entfällt nur ein kleiner Teil der Unternehmensdaten auf Datenbanken zu und geschäftskritische Systeme. Aber gerade dort sind die Ansprüche an Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit besonders hoch. Die Leistungsfähigkeit von Serversystemen steigt und steigt. Mit der Leistungsfähigkeit ist es aber nicht weit her, wenn die zu verarbeitenden Daten nicht schnell genug von Platte gelesen oder dorthin zurückgeschrieben werden können. Wurde früher mit allerlei Know-how und ausgeklügelten Algorithmen an Festplatten, Festplatten-Controllern und RAID-Systemen getüftelt, versprechen mittlerweile SSDs Abhilfe.

Häufig zu sehen sind SSDs, die dann aber doch »nur« per SAS/SATA-Schnittstelle angebunden sind. Betrachtet man sich Leistungswerte moderner Flash-Komponenten, wird schnell klar, dass Flash deutlich mehr kann als SAS/SATA. Eine wesentliche Verbesserung bietet hier NVMe. Flash-Bausteine werden damit direkt an den PCI-Bus eines Servers angebunden. Die Kommunikation darüber ist um ein Vielfaches schneller, als SAS/SATA das leisten könnte. Zudem arbeitete man die jahrelange Erfahrung aus dem Betrieb von SAS/SATA beim Design des NVMe-Protokolls mit ein, so dass verschiedene, bekannte Einschränkungen des SAS/SATA-Protokolls bei NVMe nicht existieren. Viele dieser Einschränkungen kommen aus einer Zeit, in der Protokolle auf sich drehenden Festplatten mit beweglichen Schreib-Lese-Köpfen abgestimmt waren. In einem Flashdrive bewegt sich, bis auf ein paar Elektronen, nichts mehr.

Automatisierte und zentralisierte Infrastruktur

Moderne IT-Infrastruktur basiert immer auf einer Landschaft aus vielen virtuellen Maschinen. Die früher dazu erforderliche Handarbeit ist auf dem Rückzug, Automatisierung der Infrastruktur hält Einzug in die Rechenzentren und ehe man sich’s versieht, hat man eine respektable Private-Cloud im Rechenzentrum stehen. Üblich in Cloud-Umgebungen: Jeder Compute-Node hat auch sein eigenes, lokales NVMe-Storage. Man spricht hier gerne von einer Hyperconverged-Infrastructure.

Der Nachteil liegt auf der Hand: Die wenigsten lokal angeschlossenen Flash-Module sind vollständig ausgelastet. Bezogen auf die gesamte Cloud geht Kapazität und Performance verloren. Wie wäre es, wenn mehrere Server auf gemeinsames, schnelles Storage zugreifen könnten? Man kann jedes Flash-Modul bis in den hintersten Kapazitätswinkel zuweisen und hat damit kaum noch Verschnitt.

Im IT-Betrieb spricht man davon als Storage-Disaggregation. Durch eine Erweiterung des NVMe-Protokolls um Netzwerkfähigkeit wird genau das möglich, wir sprechen hierbei von »NVMe over Fabric«, oder kurz NVMe-oF. Man kann sich das ähnlich zu Fiber-Channel vorstellen, nur dass als Transportprotokoll schnelles Ethernet (40G, 100G) oder Infiniband zum Einsatz kommt.

Für Infiniband gibt es zudem Protokollerweiterungen, die es ermöglichen, Daten direkt über eine entfernte Netzwerkkarte in den Hauptspeicher des zugehörigen Servers zu schreiben. Das Verfahren nennt sich RDMA bzw. ausgeschrieben Remote-Direct-Memory-Access (RDMA). Davon profitieren beispielsweise Datenbanken, sofern sie dieses Feature unterstützen.

Software-defined Storage ohne Hardware-Abhängigkeit

Mittlerweile gibt es eine Reihe unterschiedlicher Hersteller von Storage-Systemen, die NVMe unterstützen. Noch häufiger sieht man zwischenzeitlich in diesem Bereich Software-defined Storage. Die Software ist weitestgehend agnostisch zur darunter laufenden Hardware. Moderne CPUs und Systemdesigns sind ausreichend schnell, um die Storage-Verwaltung in Software auszulagern. Speziell entwickelte Mikrochips sind dazu heutzutage nicht mehr erforderlich. Die Vorteile liegen auf der Hand: schnellere Produktzyklen, einfacheres Update und Upgrade, flexible Anpassung an den Markt, und eine einfachere Implementierung neuer Funktionen.

Seagate Nytro: SSDs mit verbesserter Lebensdauer

Supermicro »BigTwin« lässt sich mit bis zu 24 hotswap-fähigen NVMe-SSDs bestücken (Bild: Supermicro).Allen Storage-Systemen ist aber gemein, dass sie Flash-Kapazität benötigen, um die ihnen anvertrauten Daten schnell und sicher abzulegen. Die Seagate Nytro-Familien bieten hier ein breites Spektrum an SAS-, Enterprise-SATA- und NVMe-SSDs in verschiedenen Formfaktoren und mit speziell angepassten Spezifikationen für verschiedenste Anwendungen im Rechenzentrum zwischen 400.000 IOPS (Random Read, 4k Blocksize) und 15 TByte je Drive. Die Seagate DuraWrite-Technologie, verfügbar in der Nytro-1000-Familie, sorgt für eine weiter verbesserte Lebensdauer und erhöht zudem die Geschwindigkeit.

Seagate SHIELD bringt erweiterte Error-Correction-Technologie in den Flash-Controller und mit RAISE haben Seagate-Flash-Module eine Art eingebautes RAID, das mehrere Silizium-Elemente verknüpft und den Ausfall einzelner Elemente toleriert.

Das Boston »SuperSUSE« steht für schnellen Datenzugriff bei nahezu grenzenloser Skalierbarkeit (Bild: Boston).Als externes Storage-System eignet sich beispielsweise das Supermicro BigTwin von Boston Server & Storage: In das Gehäuse passen 24 NVMe-Module. Bestückt mit Seagate NYTRO 5000-SSDs bekommt man darin eine Bruttokapazität von bis 38,4 TByte auf kompakten zwei Höheneinheiten. Auf dem Storage-Node läuft zum Beispiel Linux und stellt die NVMe-Treiber in Richtung Netzwerk und

NVMe-Module bereit. Das darauf installierte SUSE Enterprise Storage übernimmt die Verwaltung und Zuweisung von Storage-Kapazität an virtuelle Maschinen, gesteuert und automatisiert per API vom Cloud-Management.

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