Als IBM vor rund 70 Jahren das erste Festplattenlaufwerk (HDD) entwickelte, wog es über eine Tonne und bot gerade einmal 3,75 MB Speicherkapazität. Trotz gewaltiger Zuwächse bei Speicherdichte und Leistung in den darauffolgenden Jahren hat Flash-Speicher HDDs im Consumer-Bereich inzwischen bis auf die günstigsten Laptops und Tablets ersetzt. In der Enterprise-Speicherbranche machen Festplattenlaufwerke dagegen weiterhin einen großen Teil des Marktes aus.
Zunehmend gehen Branchenexperten jedoch davon aus, dass sich auch das bald ändern wird. Auf der Pure//Accelerate Conference 2023 sagten mehrere Redner den unmittelbar bevorstehenden Tod mechanischer Festplatten voraus. Hier sind fünf Gründe dafür, warum das Ende der HDD in Sicht sein könnte.
HDD-Kapazität vs. Flash-Kapazität
Als Flash vor zehn Jahren erstmals in Solid-State-Laufwerken (SSDs) zum Einsatz kam, boten diese Laufwerke Speicherkapazitäten von rund 512 GB – deutlich weniger als die größten HDDs mit 4 TB. Ein Jahrzehnt später erreichen HDDs maximal rund 20 TB, während SSDs mit Kapazitäten von über 100 TB erhältlich sind, wobei kleinere und erschwinglichere SSDs mit 30 TB häufiger vorkommen.
John Cosgrove, Gründer und Chief Visionary Officer von Pure Storage, sagte, sein Unternehmen habe den SSD-Formfaktor bereits vor Jahren aufgegeben und sich Direct Flash Modules (DFMs) zugewandt. Das Unternehmen hat kürzlich ein 48-TB-DFM vorgestellt und für später in diesem Jahr ein 75-TB-DFM angekündigt. Damit lassen sich 1,5 Petabyte (PB) in einem Array mit drei Rackeinheiten (RU) oder 30 PB in einem einzigen System bereitstellen.
Mit einem für 2024 erwarteten 150-TB-DFM und einer 300-TB-Einheit bis 2026 prognostiziert Cosgrove schließlich ein Flash-Modul mit PB-Kapazität. Der Entwicklungspfad für HDD-Kapazitäten endet dagegen bis zum Ende des Jahrzehnts bei etwa 40 TB.
„Der Unterschied bei der Speicherdichte zwischen Flash und Festplatten wird von Jahr zu Jahr größer“, sagte er.
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Ausfallraten von HDDs
Ein weiteres Problem mechanischer Festplattenlaufwerke ist, dass sie ausfallen. Sie bestehen aus beweglichen Teilen, und Reibung sowie Hitze verursachen Probleme. Einige sehr große Rechenzentren beschäftigen eigens Mitarbeiter, um Server oder Festplatten auszutauschen, die nicht mehr funktionieren.
Eine aktuelle Studie ergab für HDDs eine annualisierte Ausfallrate (AFR) von 1,37 Prozent. Zum Vergleich: Bei SSDs liegt die Ausfallrate über die gesamte Lebensdauer bei 0,89 Prozent, bei einer geschätzten Lebensdauer von etwa fünf bis zehn Jahren.
SSDs wurden ursprünglich so konzipiert, dass sie sich an der bestehenden HDD-Architektur orientieren, in HDD-Steckplätze passen, von Festplatten-Array-Controllern gesteuert werden und HDD-Protokolle verwenden. Das bedeutete, dass Flash-Array-Anbieter bei Expansionsrate, Kapazität, Dichte und Preis von den SSD-Herstellern abhängig waren. Durch die Abkehr von dieser Designbeschränkung beträgt die Ausfallrate der DFMs von Pure dank besserem Wear-Leveling sowie dem Einsatz eigener Controller, einer eigenen Flash-Architektur und des Betriebssystems Purity nur ein Sechstel der Ausfallrate von SSDs.
Festplattenlaufwerke können nicht mithalten.
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Nachhaltigkeit: HDDs vs. Flash
Ursprünglich ein unbedeutender Faktor bei der IT-Beschaffung, ist Nachhaltigkeit inzwischen ein ausschlaggebender. Virgin Media O2, das größte Telekommunikationsunternehmen des Vereinigten Königreichs, berücksichtigt Nachhaltigkeit bei 25 bis 30 Prozent der Beschaffungsentscheidungen – vor wenigen Jahren waren es noch 1 Prozent. Beim Energieverbrauch gibt es keinen Vergleich zwischen HDDs und Flash-Laufwerken.
Ajit Sharma, Business Optimization Manager bei Virgin Media O2, sagte, sein Unternehmen habe den Stromverbrauch seiner Rechenzentren um 96 Prozent gesenkt, als es von Festplatten auf Flash umstieg.
Die Stromkosten im Vereinigten Königreich sind in den vergangenen zwei Jahren um das Fünf- bis Zehnfache gestiegen, und Virgin Media O2 – das für die meisten seiner Rechenzentren Colocation-Dienste nutzt – verzeichnete einen starken Anstieg der Stromausgaben. Durch die Einführung von Flash-Arrays verringerte das Unternehmen seine Rechenzentrumsfläche drastisch und machte deutliche Fortschritte auf dem Weg zu seinem Ziel, bis 2040 klimaneutral zu sein.
„Wir haben 48.000 Tonnen Elektroschrott vermieden, indem wir Festplatten abgeschafft haben“, sagte Sharma. „Durch die eingesparte Fläche müssen wir keine neuen Rechenzentren mehr eröffnen, da wir so viel in bestehenden Anlagen unterbringen können.“
Das ist nicht nur gut für das Unternehmen – es ist auch gut für die Umwelt. Schätzungen zufolge werden 1 bis 1,5 Prozent der weltweiten Energie in Rechenzentren verbraucht – und auf Speicher entfällt fast ein Viertel davon, fast vollständig aufgrund von HDDs. Der Umstieg von Festplatten auf Flash kann den Energieverbrauch von Rechenzentren erheblich senken und die Treibhausgasemissionen deutlich reduzieren.
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Bestehende Anlagen optimal nutzen
Da Künstliche Intelligenz (KI) für viele Unternehmen an erster Stelle steht, werden Grafikprozessoren (GPUs) in Rekordzahlen eingesetzt. Auch Zentralprozessoren (CPUs) bieten mehr Kerne und Rechenleistung auf weniger Raum als je zuvor.
Anwendungen wie das Metaverse, 3D-Simulationen und Videostreaming sowie die Gehälter von Datenwissenschaftlern und hoch bezahlten IT- und KI-Spezialisten haben einen kolossalen Preis. Die bestehende Infrastruktur muss Schritt halten, um den vollen Wert dieser Investitionen auszuschöpfen – und Festplatten werden dieser Anforderung zunehmend nicht mehr gerecht.
Festplattenlaufwerke sind zu langsam. Sie können Daten nicht schnell genug bereitstellen. Das obere Marktsegment war der wichtigste Einstiegspunkt für die Einführung von Flash-Speicher, der ursprünglich für eine sehr kleine Kategorie besonders wichtiger Daten und Workloads gedacht war. Doch inzwischen wollen Unternehmen immer größere Datenbestände analysieren und setzen Flash für Anwendungsfälle ein, die weit über die Speicherung nur besonders wichtiger Daten hinausgehen.
„Sehr teure GPUs und teure Datenwissenschaftler benötigen die höchste Leistung, um ihren Wert zu maximieren“, sagte Rob Lee, CTO von Pure Storage. „Für KI sind kalte Daten, Silos oder Festplatten fehl am Platz.“
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Kostenparität von HDD und Flash
Auf Grundlage der Beschaffungs-, Wartungs- und Betriebskosten über drei Jahre sagte Eric Burgener, Director of Technical Strategy bei Pure, dass Flash in den neuesten DFMs etwa 20 Cent pro GB kostet. Das sei mit den Kosten für höherwertige Enterprise-Festplatten über drei Jahre vergleichbar, sagte er, wenn man die effektive Kapazität berücksichtigt, da die meisten HDD-Anbieter empfehlen, nicht mehr als 60 bis 80 Prozent der Gesamtkapazität einer Festplatte zu belegen.
Burgener sagte, dass diese Schätzung der Kostenparität auch berücksichtigt, dass HDD-Systeme alle drei bis fünf Jahre ersetzt werden müssen, während Flash-Systeme eine erwartete Lebensdauer von bis zu zehn Jahren haben.
Auch wenn in diesen Berechnungen etwas kreative Mathematik stecken mag, ist das Argument überzeugend, dass die Rohpreise von Festplatten pro GB nicht mit den Rohpreisen von Flash pro GB verglichen werden sollten, da ihre Lebenszykluskosten höher sind.
Da sich beide Technologien einer offensichtlicheren Kostenparität nähern, ist Flash bereit, über die Speicherung besonders wichtiger Daten hinauszugehen und den mittleren Speicherbereich von den HDD-Anbietern zu übernehmen. Burgener prognostiziert, dass Flash bis 2026 erschwinglich genug sein wird, um den Bedarf an Festplatten selbst in den untersten Speicherebenen zu beseitigen.
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Fazit: Das Ende der HDDs ist nah
Flash-NAND-Speicher – der Typ, der in USB-Sticks, Speicherkarten und Solid-State-Laufwerken verwendet wird – macht bereits 80 Prozent des globalen Marktes für Speicherkapazität aus. Die verbleibenden 20 Prozent, die größtenteils aus Enterprise-Speicher bestehen, sind bedroht. So wie CDs Schallplatten und Kassetten und DVDs Videokassetten ersetzten – nur um ihrerseits von Streamingdiensten abgelöst zu werden –, wird Flash wahrscheinlich Festplattenlaufwerke ersetzen. Mit steigenden Kapazitäten und sinkenden Kosten sind Festplattenlaufwerke in allen Technologiebereichen eine gefährdete Spezies.
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