Das richtige Solid-State-Laufwerk (SSD) ist wichtig

Bei einigen IT-Fachleuten herrscht etwas Verwirrung über Solid-State-Laufwerke (SSDs). Einige haben den Eindruck, dass sie alle gleich aufgebaut sind, ohne sich wirklich voneinander zu unterscheiden, weil sie nur Flashspeicher sind. Das ist nicht der Fall.

Die Art und Weise, wie eine SSD für Client-Rechner, z. B. Notebooks oder Desktop-Computer (ein Gerät für die tägliche Arbeit) im Gegensatz zu einer SSD für Rechenzentrumsanwendungen gebaut wird, unterscheidet sich erheblich. Die Workloads sind sehr unterschiedlich. Ein Server-Workload hält in der Regel einen Arbeitszyklus von 100 Prozent aufrecht, 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche, das ganze Jahr über. Aber wenn wir den ganzen Tag an unseren Computern arbeiten, selbst an einer virtuellen Maschine, verbrauchen wir nur minimale Ressourcen mit viel Leerlauf.

Die Laufwerke, die in einen Server eingebaut werden, müssen der ständigen Beanspruchung und den Leistungsanforderungen bei starker Beanspruchung standhalten. Man kann nicht einfach eine SSD aus einem Laptop herausnehmen und erwarten, dass sie in einem Rechenzentrum betrieben werden kann. Das ist vergleichbar damit, als würde man erwarten, dass ein normaler Automotor einen Sattelschlepper antreibt. Rechenzentren benötigen Laufwerke in Enterprise-Qualität, die speziell entwickelt wurden, um vorhersehbare Leistung in großem Maßstab zu liefern.

Bereitstellung von konsistenter SSD-Leistung

SSDs werden in mehr Anwendungen im Rechenzentrum eingesetzt als je zuvor. In der Anfangszeit waren SSDs eher unbekannt. Die IT-Abteilungen waren am Anfang etwas vorsichtig, aber mit zunehmendem Vertrauen in die Technologie werden SSDs in immer leistungsfähigeren Anwendungen eingesetzt, und da wird diese Art der Leistungskonsistenz wichtig.

Bei der Entwicklung von SSDs, die auf die Anforderungen eines Rechenzentrums abgestimmt sind, liegt der Schwerpunkt auf der Leistungskonsistenz, weil diese mit IOPs und Latenzzeiten zusammenhängt. Um dies zu testen, werden Leistungsskripte erstellt, die jede IO über ein sehr langes Testmuster beobachten.

Worauf sich die Hersteller einstellen und was IT-Architekten sehen wollen, sind gerade Linien der Konsistenz im Vergleich zu ihrer Workload. Es gibt nie eine 100-prozentig perfekte Konsistenz, aber was vermieden wird, ist ein Sägezahnmuster oder ein so genanntes „Weihnachtsbaum“-Muster bei der IO-Bereitstellung, wenn die Ergebnisse der Leistungsdaten grafisch dargestellt werden.

Ein Laufwerk, das nicht richtig abgestimmt ist, kann große Leistungsschwankungen aufweisen. Irgendwann kann das Laufwerk 50.000 IOPs ausführen, dann fällt es auf 20.000 IOPs ab, bevor es wieder auf 60.000 IOPs zurückspringt. Während die hohen Zahlen für ein Spezifikationsblatt und die Verkaufsliteratur hervorragend aussehen, erzählen die Leistungsspitzen nicht die ganze Leistungsgeschichte. Stattdessen sind Kingston SSDs der Enterprise-Klasse für Rechenzentren so konzipiert, dass sie ein gleichbleibend hohes Leistungsniveau bieten, auch wenn dies bedeuten kann, dass Spitzenleistungen womöglich geopfert werden müssen.

Diese Konsistenz stellt sicher, dass Kunden nicht von der mangelnden Leistung enttäuscht werden, sondern einen vorhersehbaren Vorteil bei der Verwaltung ihrer Speichercluster haben. Vieles von dem, was zu dieser geraden Linie und der Konsistenz führt, geht in das Design der SSD-Firmware, die Größe des Over-Provisioning und die Größe des Schreib-Caches ein.

Durch die bessere Vorhersehbarkeit erhalten unsere Kunden die Möglichkeit, Anwendungen um die konsistente Leistung herum zu entwickeln und gleichzeitig Dienstleistungsvereinbarungen einzuhalten.

Was ist mit den Host-Kommandos, die an das Laufwerk gesendet werden?

Bei so vielen Hintergrundoperationen, z. B. dem TRIM-Befehl, der Garbage Collection und den Host-Befehlen, müssen alle bei einer Firmware-Abstimmung berücksichtigt werden. Auf der Hardwareseite verwenden wir große DRAM-Caches in den SSDs, um die gesamte oder einen großen Teil der FTL-Zuordnungstabelle aufzunehmen, und sie werden als Schreibpuffer für eingehende Schreibvorgänge auf der SSD verwendet.

Latenz verhält sich wie IO. Wenn die Latenz z. B. unter 5 ms liegt und dann auf 500 ms ansteigt, bevor sie wieder auf 5 ms sinkt, gibt es ein Problem, da diese Leistungsinkonsistenz irgendwo in der Anwendung auftauchen könnte.

Die Kunden von Rechenzentren sind im Laufe der Jahre sehr viel anspruchsvoller geworden. Früher konnte ihnen ein SSD-Lieferant ein gutes Laufwerk auf Client-Ebene zur Verfügung stellen. Dieses wurde eingesetzt, es lief und wurde dann einfach herausgezogen und durch ein anderes billiges Client-Laufwerk ersetzt, wenn etwas schief ging. Aber heute testen Rechenzentrumskunden SSDs bis aufs Mark, da sie wissen, dass diese Inkonsistenzen vorkommen.

Die besten Enterprise SSDs verwenden heute große DRAM-Caches und sind innerhalb der Firmware abgestimmt, um Konsistenz zu gewährleisten. Tatsächlich werden etwa 90 Prozent dessen, was diese Leistungslinien glättet, in Code der Firmware umgesetzt– ein großes Unterscheidungsmerkmal für Kingston Produkte.

SATA vs. NVMe – Es ist nicht ganz Plug & Play

Auf dem heutigen Markt gehören etwa 80 Prozent der SSDs, die in Betrieb genommen werden, immer noch zum Serial ATA (SATA)-Typ. Der SATA-Standard sorgt für relativ schnelle Übertragungsraten und verwendet eine relativ kleine Grundfläche auf der Hauptplatine, was mehr Laufwerke mit ausgezeichneten RAID-Profilen bedeutet.

Es gibt eine große Anstrengung innerhalb der Speicherindustrie, sich von der SATA-Schnittstelle wegzubewegen und NVMe (Non-Volatile Memory Express) zu verwenden, da NVMe von Grund auf für Flash-basierte SSDs entwickelt wurde. In der Tat deuten viele der jüngsten Analystenprognosen darauf hin, dass es in den nächsten Jahren zu einer großen Verschiebung bei den Mainstream-Servern kommen wird, da NVMe verspricht, die IO- und Latenzbeschränkungen zu durchbrechen, die mit älteren Festplattenschnittstellen verbunden sind.

In den letzten zehn Jahren wurden SSDs unter Verwendung von Festplattenschnittstellen gebaut. Anfangs war das sinnvoll, aber Speicherexperten wussten schon seit vielen Jahren, dass es eine bessere Schnittstelle für SSDs gab. PCIe ist eine großartige Schnittstelle für SSDs, aber viele Server sind heute in ihrer Kapazität und in der blosen Anzahl der verfügbaren Lanes begrenzt.

Die einfache Tatsache ist, dass man nicht von heute auf morgen den Schalter umlegen kann, um zu NVMe zu migrieren.

Im Rückblick

Die Kriterien von Kingston für die Bereitstellung von Leistungskonsistenz sind die gleichen, unabhängig davon, ob das Laufwerk für eine SATA- oder NVMe-Schnittstelle gebaut wird. NVMe bietet von Natur aus eine geringere Latenzzeit und eine höhere IO-Bereitstellung, sodass Kunden von einem NVMe-Laufwerk offensichtlich mehr Leistung erwarten können.

Bei der Auswahl der richtigen Enterprise-SSD sollten Rechenzentren nach SSDs suchen, die die Latenzzeit reduzieren und die Möglichkeit von IO-Schwankungen einschränken.

Schließlich muss der Kunde überlegen, ob seine Infrastruktur dafür geeignet ist, die neueren schnelleren Speicherschnittstellen einzusetzen. SSDs sind wichtig, und die Auswahl, die Kunden für ihre Rechenzentren treffen, wird immer wichtiger.

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