Technisch bedingt können traditionelle Speichermedien nicht beliebig viele Informationseinheiten fassen. Wann wird es so weit sein, dass die Kapazitäten nicht mehr ausreichen - und wie geht es dann weiter?
Vor kurzem beleuchtete ein hier erschienener Artikel "Wege aus dem Datenchaos: Storage als Dienstleistung"[1], in welcher Weise immer umfangreichere Datenmengen die Speicherverwaltung zunehmend erschweren. Es wurden die verschiedenen Komponenten vorgestellt, mit denen Speicherplatz auf lange Sicht als eigenständige Dienstleistung angeboten werden könnte. Der steigende Bedarf in diesem Bereich hat jedoch viel direktere und unmittelbarere Auswirkungen auf der Hardware-Ebene als im Bereich der Datenverwaltung.
Eine kurzfristige Möglichkeit, die Speicherkapazität zu erhöhen, besteht darin, mehr Speichermedien zu integrieren. Da sich die Speichervolumen jedoch alle ein bis zwei Jahre verdoppeln, ist diese Lösung in ohnehin beengten Server-Räumen oder für Kunden von Hosting Providern, die nach Rack-Einheit abrechnen, eher ungeeignet. Zudem wären die Controlling-Abteilungen nicht sehr glücklich, wenn sich die Speicherkosten von Jahr zu Jahr verdoppelten. Daher haben die Anbieter von Disk-, Band- und optischen Speichermedien auf die neuen Gegebenheiten reagiert, indem sie die Speicherdichte erhöhten. So können auf demselben Speicherplatz immer größere Informationsmengen abgelegt werden, bei annähernd gleichbleibenden Geschwindigkeiten. Auch der Preis pro Megabyte hat sich dieser Entwicklung angepasst und ist in derselben Zeit, in der sich Speicherbedarf und -kapazitäten verdoppelt haben, um die Hälfte gesunken. Doch es bleibt die Frage, wie lange dieser exponentielle Anstieg der Speicherdichte noch weiter betrieben werden kann, bevor sich grundsätzliche Grenzen auftun. Worin bestehen also diese Grenzen und welche Technologien haben die größten Chancen, Band-, Disk- und optische Speicherverfahren abzulösen, wenn diesen eines Tages die Puste ausgeht?
Mangel an Speicherplatz
"Es gibt bereits einige interessante Technologien für die Zukunft, doch handelt es sich bei diesen vorwiegend um Abwandlungen bereits vorhandener Technologien", so Ian Selway, Produktmanager für Network Storage Solutions bei HP.
 |
| » Eines Tages werden wir uns mit des Phänomen des superparamagnetischen Effekts auseinandersetzen müssen, der dadurch entsteht, dass die Bits so nahe beieinander liegen, dass nicht länger zwischen ihnen unterschieden werden kann. « |
| Rob Nieboer, Storage Strategist bei Storagetek |
|
"Ich bin immer wieder erstaunt, wie viele Daten auf einen herkömmlichen Magnetspeicher passen. Seit Jahren wird über andere Möglichkeiten gesprochen, aber es ist anscheinend noch kein Durchbruch in Sicht. Außerdem scheint es für die nächsten fünf oder sechs Jahre auch noch kein wesentliches Problem mit der Erhöhung der Speicherdichte [von Magnetmedien] zu geben", meint Kevin McIsaac, Research Director beim Marktforschungsunternehmen Meta Group. "Und wer weiß, was in der Magnetspeicherung noch alles möglich ist. Selbst Bandspeicher bieten immer noch einen nicht unbeträchtlichen Nutzen, da sie sehr wenig kosten."
Doch obwohl die Speicherbranche bisher immer wieder Wege gefunden hat, um die Speicherdichte auf Magnetplatten- und Bändern zu erhöhen, wird auch diese Möglichkeit irgendwann an eine Grenze stoßen. "Eines Tages werden wir uns mit des Phänomen des superparamagnetischen Effekts auseinandersetzen müssen, der dadurch entsteht, dass die Bits so nahe beieinander liegen, dass nicht länger zwischen ihnen unterschieden werden kann", erklärt Rob Nieboer, Storage Strategist bei Storagetek.
Das bedeutet nun aber nicht, dass dieser ominöse superparamagnetische Effekt wie ein Damoklesschwert über der gesamten Speicherbranche hängt. Die Halbleiterindustrie hat beispielsweise einige dieser "grundsätzlichen" Grenzen in den letzten Jahren erfolgreich überwunden und Moore’s Law - eine Verdoppelung der Speicherdichte circa alle 18 Monate - hat sich weiter bestätigt. Nieboer ist nach wie vor zuversichtlich, dass die Speicherbranche Wege finden wird, den superparamagnetischen Effekt zu umgehen, wenn dieser zu einem Problem wird.
"In nicht allzu ferner Zukunft werden wir die Möglichkeit der vertikalen Aufzeichnung nutzen können. Die Bits werden dann senkrecht auf der Diskoberfläche untergebracht, so dass eine höhere Dichte und ziemlich gute Rohdatenraten erreicht werden können. Das dürfte aber vermutlich noch mindestens zwei bis vier Jahre dauern", so Nieboer. "Damit könnte dann übrigens auch die 3D-Aufzeichnung möglich werden, bei der vertikale Bits auf mehreren Ebenen abgelegt werden, wobei die Disk vielleicht nicht einmal mehr gedreht werden muss."
Etwas skeptischer betrachtet Nieboer den praktischen Nutzen der holographischen Speicherung, bei der die Bits in einem dreidimensionalen Raum abgelegt werden. "Die holographische Speicherung steht soweit ich mich erinnern kann seit mindestens 10 Jahren kurz vor dem Durchbruch. Tatsächlich wird wohl schon seit über 20 Jahren daran gearbeitet - bislang ohne brauchbares Ergebnis." Eine etwas kontroversere Idee befasst sich mit der Möglichkeit der Halbleiterspeicher als Disk-Ersatz. Ohne bewegliche Komponenten arbeitet diese Technik viel schneller und verlässlicher als herkömmliche Plattenspeicher, ist allerdings auch erheblich teurer.
"Nach dem, was ich über Halbleiterspeicher gelesen habe, werden sie die Speicherkapazitäten für die erwarteten immer größeren Datenmengen nie zu einem annehmbaren Preis bieten können", vermutet Mark Heers, Marketing Manager des Speicheranbieters EMC. "Ich denke, es wird sich hierbei immer nur um eine Nischenlösung handeln."
Was die Senkung der Speicherkosten angeht, können wir uns auf Moore’s Law verlassen, aber gleichzeitig nimmt der Speicherbedarf ebenso rasant zu. Das bedeutet, dass die Möglichkeiten der Halbleitertechnik im Verhältnis zur erforderlichen Speichermenge auch in Zukunft nicht wirklich günstiger werden. "Der Preis pro Gigabyte wird vermutlich sinken, aber der Speicherbedarf steigt kontinuierlich an", betont Heers.
Dilip Kandlur, Leiter des Geschäftsbereichs Storage Systems Research von IBM, sieht dagegen ein Anwendungsgebiet, auf dem sich die Halbleitertechnik gut etablieren könnte: als Zwischenstufe zwischen Disk-Systemen und Hauptspeicher. "Aufgrund der steigenden Verarbeitungsgeschwindigkeiten wird irgendwann der Punkt erreicht sein, an dem die Speicherzugriffszeiten im Verhältnis zur CPU-Geschwindigkeit zunehmen.
|
| » Die neuen optischen Medien wie CDs und DVDs sind für den Einsatz in Datenzentren noch nicht ausgereift. Meiner Meinung nach sind diese Medien eher zum Datentransport als zur Speicherung geeignet. « |
| Rob Nieboer, Storage Strategist bei Storagetek |
|
Abschied vom Bandspeicher?
Genau so lange wie manche Experten die holographische Speicherung bereits kurz vor dem Durchbruch sehen, wird auch schon die schwindende Bedeutung des Bandspeichers im alltäglichen Betrieb von Datenzentren gepredigt. Greg Bowden, National Business Manager beim Systemintegrator Dimension Data, ist der Ansicht, dass derzeit eine Annäherung zwischen Disk und Band stattfindet, die letztendlich dazu führen könnte, dass immer weniger Bänder benutzt werden. "Es gibt zahlreiche Lösungen, die mit den Möglichkeiten von vor 10 Jahren nahezu identisch sind. Die Software hat sich verändert, die Bandlaufwerke bieten mehr Leistung und Kapazität, aber die Voraussetzungen bleiben die gleichen", fügt er hinzu. Aber neu aufkommende Technologien werden "den Kunden neue Möglichkeiten eröffnen, ihre Daten zu sichern, angefangen von der Snapshot-Technologie über Mischformen zwischen Disk und Band bis hin zu ausgereiften Archivierungslösungen", erklärt Bowden weiter.
Andererseits glaubt Nieboer, dass der Bandspeicher im Hinblick auf den ständig steigenden Speicherbedarf wesentlich geringeren Herausforderungen ausgesetzt sein wird als die Festplatte. "Disks haben eine relativ kleine Oberfläche, auf der eine immer größere Datenmenge abgelegt werden muss. Beim Bandspeicher haben wir ein Halbzollmedium, das aufgrund seiner Länge wesentlich mehr Möglichkeiten bietet." Nieboer ist der Ansicht, dass es bis zum Jahr 2005 Bänder mit einer unkomprimierten Speicherkapazität von einem halben Terabyte auf dem Markt geben wird, das heißt in komprimierter Form könnten Daten von mehr als einem Terabyte gespeichert werden. "Einige Jahre später werden wir Bänder haben, die unkomprimiert ein Terabyte, das heißt komprimiert bis zu zwei Terabyte speichern. Ich denke, der Bandspeicher wird uns noch eine ganze Weile erhalten bleiben."
Skeptischer ist Nieboer da schon im Hinblick auf die Zukunft der optischen Speicherung in Datenzentren, obwohl Technologien wie Blu-Ray und Ultra Dense Optical die Speicherkapazitäten in diesem Bereich erheblich steigern. "Optische Disks spielen in den Datenzentren wirklich keine Rolle mehr. Die alten optischen Medien wie WORM-Disks und Ähnliches haben in den Datenzentren nichts mehr verloren und die neuen optischen Medien wie CDs und DVDs sind für den Einsatz in Datenzentren noch nicht ausgereift", erklärt er weiter. "Meiner Meinung nach sind diese Medien eher zum Datentransport als zur Speicherung geeignet." Es zeichnet sich allmählich ein Trend weg von den teuren SCSI-Disks hin zu günstigeren Alternativen ab. "Ich denke, die größte Veränderung in den nächsten Jahren wird darin bestehen, dass man von SCSI-basierten SANs oder Fibre-Channel-Disks auf ATA, Serial ATA und Serial SCSI umsteigt", meint McIsaac. Das sind sicherlich gute Neuigkeiten für die Unternehmensbudgets, denn Serial ATA bietet rund 75 Prozent der Leistung von SCSI-Disks und kostet nur etwa die Hälfte. "Durch den Trend in Richtung ATA und Serial ATA werden die Speicherkosten innerhalb der nächsten 12 bis 18 Monate sehr viel schneller fallen", so die Prognose von McIsaac.
Ein Unternehmen, dem diese Entwicklung sehr entgegenkommt ist 3ware, Hersteller von RAID-Controllern für ATA- und Serial ATA-Laufwerke, der kürzlich vom Halbleiterhersteller AMCC übernommen wurde. "Wir haben eine Switched-Architektur für Speicheranwendungen geschaffen, wobei jedes ATA-Laufwerk in unserer Switched Fabric-Struktur seinen eigenen Port besitzt", erklärt Peter Herz, CEO von 3ware. "Dies löst das Problem der Zuverlässigkeit. Jedes Laufwerk kann abstürzen und dabei schlimmstenfalls sogar die Schnittstelle in Mitleidenschaft ziehen, aber in unserem Fall ist nur dieser eine Port betroffen und nicht das gesamte Array. Im Hinblick auf die Leistung erhält jedes Laufwerk die volle Bandbreite."
3ware zielte mit seinen Produkten zunächst auf den Server-Markt ab und hoffte, das die Branche diese Gelegenheit nutzen würde, um die überteuerten SCSI-Disks abzustoßen. "Aber da haben wir uns leider getäuscht. Die Profitmargen für SCSI sind so gewaltig, dass die Anbieter gar kein Interesse daran haben, dieses Problem in den Griff zu bekommen", sagt Herz.
Doch von allen Verschwörungstheorien einmal abgesehen erfüllen SCSI-Disks durchaus eine wichtige Funktion in den Datenzentren: Sie sorgen für hohe Datenzugriffsgeschwindigkeiten. "In der Transaktionsverarbeitung kommt es darauf an sehr viele kleine Transaktionen sehr schnell abwickeln zu können, daher werden die extrem schnelle Disk-Laufwerke benötigt, um so rasch wie möglich auf Daten zugreifen zu können", so Herz.
Die ATA-basierten Systeme von 3ware waren im neu aufkommenden Bereich der Streaming-Daten sehr viel erfolgreicher, beispielsweise für Video-Überwachungssysteme, Video-On-Demand-Systeme für Hotels oder wissenschaftliche Forschungsanwendungen mit extrem großen Datensätzen. "In Streaming-Anwendungen spielt die Laufwerksgeschwindigkeit keine Rolle. Es werden große Datenmengen übertragen, die eine möglichst große Bandbreite umfassen sollten", erklärt Herz. Aufgrund des erhöhten Speicherbedarfs bei Streaming-Anwendungen wären "Systeme, die auf der Basis von SCSI oder Fibre-Channel arbeiten, nicht mehr erschwinglich."
Komplexere Verbindungsstrukturen
Genauso wichtig wie die Laufwerke selbst ist die Art und Weise, wie sie untereinander verbunden werden. Unlängst hat die Forschungsabteilung von IBM ein Konzept namens Ice Cube vorgestellt, das mit Bausteinen aus Laufwerken, Controllern und entsprechender Software arbeitet, die dreidimensional wie Lego-Steine verbunden werden können.
|
| » In der Transaktionsverarbeitung kommt es darauf an sehr viele kleine Transaktionen sehr schnell abwickeln zu können, daher werden die extrem schnelle Disk-Laufwerke benötigt. « |
| Peter Herz, CEO von 3ware |
|
"Wir haben an einer Reihe von Technologien gearbeitet, die sich mit der Idee des Scale-Out befassen: wie man große Speichersysteme aus kleineren Komponenten aufbaut und dennoch im Hinblick auf Verwaltung und Zuverlässigkeit mit den großen Systemen mithalten, ja sie sogar übertreffen kann“, führt Kandlur aus. „So kann man ein System auf elegante Weise erweitern und den Anforderungen verschiedener Anwendungen in skalierbarer Form gerecht werden." Doch wie bereits zuvor am Beispiel von SCSI und ATA-Disks erläutert, betrachtet Kandlur auch diesen Ansatz für hochleistungsorientierte Transaktionssysteme nicht als optimal geeignet. "Wir sehen Möglichkeiten in verschiedenen Anwendungsgebieten, vielleicht aber nicht für Transaktionssysteme, die wahrscheinlich weiterhin eher auf- als abrüsten werden."
Momentan können Speichersysteme entweder direkt über SCSI oder ATA, über ein Ethernet-basiertes Netzwerk (Network Attached Storage oder NAS) oder in einem Storage Area Network (SAN) mit Fibre-Channel mit dem entsprechenden Datensystem verbunden werden. Diese Unterscheidungen verlieren sich allerdings zunehmend, wobei die Direct Attached-Systeme als Erstes verschwinden werden. "Innerhalb der nächsten paar Jahre wird es in den meisten Datenzentren eine komplette Migration hin zu den Speichernetzwerken und weg vom Direct Attached Storage geben", vermutet Kandlur. Der Unterschied zwischen NAS und SAN wird ebenfalls immer weniger ein Thema sein. "Die Diskussion um NAS im Vergleich zu SAN stellt nicht länger eine Grundentscheidung dar, sondern vielmehr eine reine Beschaffungsfrage", so McIsaac.
Das aufkommende IP-basierte Speicherprotokoll iSCSI, mit dem Speicherdaten über IP-Netzwerke und sogar über das Internet ausgetauscht werden können, wird von Fachleuten nicht als wirkliche Bedrohung für Fibre-Channel gesehen. Es dürfte sich jedoch in Nischenbereichen wie dem Datenaustausch zwischen Universitäten, die über ein WAN verbunden sind, etablieren können. "In der Zwischenzeit wird sich Fibre-Channel zum Hauptpfeiler in diesem Bereich entwickeln", erklärt McIsaac.
Um die immer größeren Datenmengen verarbeiten zu können, müssen die Anbindungsmöglichkeiten der Systeme in den nächsten Jahren erheblich verbessert werden. Kandlur hierzu: "Übertragungsgeschwindigkeiten von 10 GBit/s werden durchaus üblich sein, denkbar wären auch schon 40 GBit/s in den nächsten zehn Jahren. Damit können die Anforderungen der verschiedenen Anwendungen erfüllt werden." "In der Regel wurden Informationen bisher auf Festplatten gespeichert, wobei Speichervernetzungen die Daten in immer gleich großen Datenblöcken austauschten. Nun zeichnet sich eine Abkehr vom durch die SCSI-Schnittstelle dominierten Blockspeicher ab, hin zu einer höheren Abstraktionsebene, die man als objekt-basierten Zugriff bezeichnen könnte", erklärt Kandlur. Ein Objekt ist ein Datenstrang variabler Länge, der in einem Informationsblock wie einem Datenbankeintrag oder einer E-Mail-Nachricht gespeichert wird. "Das Speichersystem könnte diese Objekte auf einer höheren Ebene handhaben."
Das Problem der blockbasierten Speichersysteme besteht darin, dass Objekte aus einer großen Anzahl von Blöcken bestehen, weshalb es ohne bestimmte Abstraktionsebenen für ein Host-System beim Datenzugriff sehr aufwendig ist, einen Überblick über die Position der einzelnen Blöcke zu behalten. "Dies kann die Skalierbarkeit sowie eine gezieltere Zugriffskontrolle dieser Objekte beeinträchtigen", so Kandlur. "Mit einem objektbasierten Modell kann das Speichersystem detailliertere Verfahren für Sicherheit und Zugriffskontrolle bieten, und zwar auf der Ebene eines einzelnen Objekts oder für eine Gruppe von Objekten." Dieses objektbasierte Modell ist ein Vorläufer der bereits an dieser Stelle erörterten Konzepte für Virtualisierung und Information Lifecycle Management.
Die Zukunft der Festplatte
Im Artikel "Wege aus dem Datenchaos: Storage als Dienstleistung"[1] wurde erläutert, wie sich die Speicherverwaltung letztendlich von einer eigenen Disziplin, als die sie heute gilt, zu einem integrierten Bestandteil der IT-Verwaltung eines Unternehmens entwickeln wird. "Warum den Speicherbereich als eigene Disziplin betrachten statt sie auf die gleiche Weise wie das Netzwerk und die Server-Infrastruktur zu verwalten?", fragt Selway. McIsaac geht davon aus, dass Verwaltung der Speicherverbindungen (Fibre-Channel, iSCSI etc.) im Zuge dieser Entwicklung mehr und mehr vom Speichermanager auf den Netzwerkadministrator übergehen werden. "Bis ungefähr 2008 oder 2009 werden die Netzwerk-Administratoren vermutlich auch die Speichernetzwerke verwalten", so McIsaac. "Eventuell wird es zwar noch getrennte Netzwerke geben, aber sie werden alle auf derselben Hardware beruhen. Dieselben Switches werden gleichzeitig IP-Traffic und Fibre-Channel kontrollieren."
Die Switches selbst werden vermutlich mit einer erhöhten Funktionalität ausgestattet. "Die großen Anbieter (Brocade, Cisco, McData) haben sich entweder selbst an die Entwicklung intelligenter Switches gemacht oder diese zugekauft", erläutert McIsaac.
|
| » Momentan müssen selbst die einfachsten Operationen wie Replizierungen und Backups über einen verschlungenen Pfad von einem Speichersystem über den Switch zum Server geleitet werden. « |
| Kevin McIsaac, Meta Group |
|
Mehr von allem
Die Entwicklung der Speicherhardware scheint auf den ersten Blick in alle möglichen Richtungen zu gehen, doch steht dahinter stets der grundsätzlich Trend des "größer, besser, schneller, günstiger". Obwohl noch einige grundsätzliche Hindernisse zu überwinden sind, dürften Verbesserungen bereits bestehender Technologien die Lücken in absehbarer Zeit schließen können. Letzten Endes werden sich entweder die holographische oder die atomare Speicherung oder auch eine heute noch ganz unbekannte Technologie durchsetzen. Einstweilen werden Disk-, Band- und optische Speicher ihren Dienst genügen müssen.
URLs in diesem Artikel:
[1] = http:/