Dies ist ein exklusiv für Enterprise Storage Forum verfasster Meinungsbeitrag von John Collins, VP of Product Marketing bei Western Digital.
Wir leben in einer datengetriebenen Welt, und die schiere Datenmenge, die von Verbrauchern, Unternehmen und Maschinen erzeugt wird, explodiert. Es ist schwierig, Schritt zu halten.
Globale Untersuchungen zeigen, dass die Fülle der erzeugten, kopierten und gespeicherten Daten in absehbarer Zeit nicht abnehmen wird. Tatsächlich prognostiziert IDC, dass das Datenvolumen bis 2025 auf mehr als 166 Zettabyte anwachsen wird – das ist weniger als zwei Jahre entfernt. Offensichtlich hat dies enorme Auswirkungen auf die Datenspeicherung.
Die Speicherung der wachsenden Datenmenge stellt uns vor zwei große Herausforderungen.
Die erste betrifft die Frage, wo und wie die Daten gespeichert werden sollen. Beispielsweise vor Ort oder in der Cloud, in welcher Speicherebene – der Ebene für Hot-, Warm- oder Cold-Daten – und mit welcher Infrastruktur-Topologie. Dies sind komplexe Fragen mit vielen unterschiedlichen Aspekten. Eine einfache Antwort gibt es nicht. Eines ist jedoch klar: In der Cloud oder in großen Unternehmensrechenzentren müssen Storage-Architekten Lösungen finden, die auf Petabytes an Daten skalieren können und gleichzeitig die richtige Leistung sowie das Service-Level-Agreement bieten, das den geschäftlichen Anforderungen entspricht.
Die andere große Herausforderung sind die Budgets. Storage-Architekten stehen ständig unter Druck, kosteneffiziente Lösungen für schrumpfende oder stagnierende IT-Budgets zu finden. Je mehr Daten eine Organisation hat, desto mehr Speicher benötigt sie offensichtlich. Und mit dem Bedarf an höherer Speicherkapazität steigen auch die Speicherkosten. Die Storage-Architekten von heute müssen einen Balanceakt vollziehen: Sie benötigen leistungsstarken Speicher trotz schrumpfender Budgets, um die bestmögliche Rendite ihrer Investition zu erzielen.
Asset-Geschwindigkeit und warum sie wichtig ist
Um leistungsstarken Speicher mit niedriger Latenz bereitzustellen, setzen Rechenzentrumsarchitekten zunehmend Flash ein, um ihre Workloads zu beschleunigen. Viele Rechenzentren führen die Technologie Non-Volatile Memory Express (NVMe) für Teile ihrer Architektur ein, um die Vorteile bei Leistung und Latenz noch weiter auszubauen.
Mit dem klaren Fokus auf die Optimierung und Kontrolle der Speicherausgaben müssen sie diese Flash-Assets effizient verwalten, skalieren und nutzen, um den größtmöglichen Gegenwert für ihr Geld zu erhalten. Dies treibt den zunehmenden Trend voran, NVMe-Flash über ein Ethernet-Fabric zu entflechten und zu teilen, um die Asset-Geschwindigkeit zu erhöhen.
Im Rahmen von Managementkonzepten für die Datenspeicherung bedeutet Asset-Geschwindigkeit, die höchstmögliche Leistung zu erzielen, eine maximale Verfügbarkeit gemessen an der Betriebszeit sicherzustellen und gleichzeitig den Wert des Speichers so auszuschöpfen, dass die bestmögliche Auslastung und Effizienz erreicht wird. Eine hohe Auslastung wiederum trägt dazu bei, Kosten zu senken und die Gesamtrendite der Investition (ROI) zu verbessern. Im Grunde geht es um die Fähigkeit, ein Speichergerät bis zu seinem vollen Potenzial zu nutzen, um Wert und Umsatz zu generieren und gleichzeitig die Kosten unter Kontrolle zu halten. Die meisten Organisationen nutzen ihre Flash-Assets nicht vollständig und erreichen daher nicht die höchstmögliche Auslastung. Anders ausgedrückt: Ineffizienzen in der Architektur bremsen die Asset-Geschwindigkeit.
Betrachten wir beispielsweise hyperkonvergente Infrastrukturen (HCI), also eine Scale-out-Umgebung. Eines der wichtigsten Verkaufsargumente für Kunden ist, dass sich HCI relativ einfach skalieren lässt, indem vollständige Knoten hinzugefügt werden. Diese umfassen neben Server-Hardware und -Software weitere Komponenten wie Compute, Speicher und Netzwerk, die in der Plattform enthalten sind. Diese Knoten verbrauchen Strom, Kühl- und Netzwerkressourcen, um den Anwendungen Dienste bereitzustellen. Wenn der Auslastungsgrad der Anwendung oder die Workloads vorhersehbar und stabil sind, kann die HCI-Architektur eine effektive Skalierungsmethode sein. Konstrukteure analysieren diese Workloads und stellen im Knoten ausreichende Ressourcen (Compute, Speicher und Netzwerk) bereit, um sicherzustellen, dass die Anforderungen der Anwendung über die übliche Lebensdauer des Knotens von 5 bis 7 Jahren erfüllt werden. Wenn ein Workload oder eine Anwendung zusätzliche Ressourcen benötigt, fügt man einfach weitere Knoten hinzu – unabhängig davon, welche zusätzlichen Ressourcen erforderlich sind.
Ein Schwachpunkt der HCI-Architektur besteht jedoch darin, dass unvorhersehbare Anwendungen und Workloads mit Bedarfsspitzen die in diesen Knoten enthaltenen Ressourcen belasten können. Noch größere Bedenken entstehen, wenn in diesen Knoten Ressourcen installiert sind, die nicht benötigt oder nur unzureichend ausgelastet werden. Nicht genutzte Assets, die Strom und Kühlung verbrauchen, verursachen Ineffizienzen; diese Ressourcen werden zu ungenutzten oder gebundenen Kapazitäten und stehen anderen Anwendungen oder Workloads nicht zur Verfügung.
Eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung der IT-Infrastruktur besteht darin, eine composable disaggregierte Infrastruktur (CDI) statt HCI einzusetzen, insbesondere für hochwertige Assets wie Flash-basierte SSD-Speicher.
Vorteile der Entflechtung und gemeinsamen Nutzung von Flash
Wie bereits erwähnt, hat die Scale-out-Skalierung mit HCI ihre Berechtigung und kann entscheidend sein, um mit dem wachsenden Datenbedarf Schritt zu halten, wenn die Anforderungen der Anwendungen feststehen und die Workloads vorhersehbar und stabil sind. In HCI- oder anderen Scale-out-Umgebungen kann das Ressourcenmanagement jedoch aus Sicht der Auslastung und Asset-Geschwindigkeit ineffizient werden, wenn diese Anwendungen Bedarfsspitzen aufweisen oder die bereitgestellten Ressourcen den Bedarf der Anwendungen übersteigen.
Alternativ setzen Entwickler auf eine Scale-up-Architektur, indem sie CDI einsetzen, die Flash-Assets aus den Serverknoten herauslösen und mithilfe von NVMe over Fabrics (NVMe-oF) über mehrere Anwendungen und Workloads hinweg gemeinsam nutzbar machen.
NVMe ist ein Protokoll, das vom Peripheral Component Interconnect Express (PCIe(r))-Bus für den Zugriff auf Flash-Speicher verwendet wird. NVMe ermöglicht eine effizientere Nutzung von Flash-Medien, wenn diese an PCIe angeschlossen sind, und dieser Standard setzt sich bei Anwendungen in Rechenzentren zunehmend gegenüber SAS/SATA-Verbindungen durch. Wie bei einer HCI-Architektur werden SSDs direkt am PCI-Bus installiert, und der Speicher steht den Anwendungen und Workloads innerhalb des Servers zur Verfügung. Bei der Scale-up-Skalierung mithilfe der NVMe-oF-Technologie können Entwickler den PCIe-Bus nun über den physischen Hardwareknoten hinaus erweitern und Flash-Assets den Anwendungen und Workloads bei Bedarf über schnelle Ethernet-Verbindungen bereitstellen, auf denen die Protokolle RoCE (RDMA over Converged Ethernet) oder TCP (Transmission Control Protocol) ausgeführt werden.
Der Einsatz von NVMe-oF für die Speicherung bietet mehrere grundlegende Vorteile, die unmittelbar zum Tragen kommen.
- CapEx minimieren: Durch die Entflechtung von Flash und Server kann Speicher unabhängig von anderen Ressourcen hinzugefügt werden, wenn lediglich mehr Speicher benötigt wird. Dadurch lassen sich die CapEx-Ausgaben minimieren, wenn Anwendungen zusätzliche Kapazität erfordern.
- Best-of-Breed einsetzen: Wenn neue Flash-Technologien entwickelt werden und leistungsfähigere SSDs auf den Markt kommen, ermöglicht NVMe-oF deren Einführung unabhängig vom Zeitplan des HCI-Knotens, der CPU, Software und andere nicht benötigte Ressourcen enthält, wenn lediglich zusätzlicher Speicher erforderlich ist.
- Ressourcenauslastung erhöhen: Die Trennung von Flash in unabhängige Pools ermöglicht es Storage-Architekten, Flash-Ressourcen effizienter zuzuweisen und gemeinsam zu nutzen, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt – insbesondere bei Organisationen mit stark variierenden Workloads.
- Größere Flexibilität: Die Möglichkeit, bei Bedarf externen Flash hinzuzufügen, bietet Kunden große Flexibilität. Flash ist entkoppelt, sodass keine Wartezeit bis zum nächsten Erneuerungszyklus entsteht. Organisationen können ihre Assets nach Bedarf skalieren und zukunftssicher machen sowie auf veränderte Geschäftsanforderungen reagieren. Flash kann Anwendungen hinzugefügt werden, ohne den auf dem Server ausgeführten Dienst zu unterbrechen.
- Leistung verbessern: Die gemeinsame Nutzung von Flash-Speicher über NVMe-oF ermöglicht mehreren Anwendungen und Servern den Zugriff auf den Flash-Speicher, als wäre er lokal im Server bereitgestellt. Diese Architektur ermöglicht es Storage-Architekten, ihre Infrastruktur effektiver zu skalieren, um die Anforderungen leistungsintensiver Workloads wie maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz zu erfüllen.
Aufgrund seiner zahlreichen Vorteile wird NVMe-oF bereits heute eingesetzt und dürfte auch künftig ein wachsender Trend bei Speicherarchitekturen bleiben. Es ermöglicht Entwicklern, eine leistungsstarke Speicherumgebung mit Latenzen zu schaffen, die mit Direct-Attached Storage (DAS) vergleichbar sind, und Flash-Geräte gemeinsam zu nutzen, was eine sehr hohe Auslastung ermöglicht. Wir nennen dies treffend Asset-Geschwindigkeit.