FlashCore – der Superheld unter den SSDs.

Im Vergleich zu herkömmlichem Speichermethoden bietet Flash-Speicher einen hohen Grad an Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit. Durch die seit Jahren sinkende Preise pro Gigabyte ist der Siegeszug der flash-basierten Systeme also nur folgerichtig. Doch wo führt die weitere Reise hin? Bei welchen Punkten kann man als Enterprise-Kunde in den kommenden Jahren noch Verbesserungspotenzial erwarten?

Das Beste beider Welten.

Anbieter von Speicherlösungen verwenden heute meist gängige SSDs in Verbindung mit NVMe. Bei Non-Volatile Memory Express (oder eben kurz: NVMe) handelt es sich um ein Protokoll, das es erlaubt, nichtflüchtige Massenspeicher über PCI Express anzubinden. Damit wurden ältere Massenspeicherschnittstellen wie SCSI, SATA oder AHCI überflüssig, die nicht für Flash-Speicher konzipiert wurden und insbesondere beim Multithreading Schwächen zeigen. NVMe ist heute der Standard, zunächst bei Servern, später auch bei Workstations.

Andere Hersteller sind einen anderen Weg gegangen und haben sich auf komplett lösungsspezifische Ansätze spezialisiert. Diese setzen auf eigene Techniken und Formfaktoren.

Ein interessanter dritter Ansatz hat sich aus der Akquisition von Texas Memory Systems durch IBM ergeben: Mit dem FlashCore-Modul bietet IBM eine schnelle, maßgeschneiderte Lösung, die trotzdem in eine standardmäßige FlashSystem-Appliance mit dem 2,5-Zoll-Formfaktor und NVMe-Schnittstelle verbaut werden kann.

Auf dem Weg zum Standard.

Im September 2017 hat Texas Memory Systems (TMS) mit dem RamSan-500 die erste flash-basierte Lösung für den Unternehmensmarkt herausgebracht. Durch ihre spezielle Bauweise waren diese SSDs in Sachen Latenz allen Konkurrenzprodukten weit überlegen. Nachdem IBM das Unternehmen aus Houston vor knapp 10 Jahren übernommen hatte, entwickelte man diese Lösung erst zu „IBM MicroLatency“ und später zu „IBM FlashCore“ weiter. Mit der Präsentation des FlashSystem 9100 konnte man dann erstmals ein FlashCore-Modul (FCM) vorstellen, das in einen standardmäßigen 2,5- Zoll-Schacht passte und auf NVMe setzte. Damit waren die FlashCore-Module mit ihren geringen Latenzzeiten kompatibel zum Industriestandard.

FlashCore-Modul (FCM) basieren auf dem bekannten NAND-Speicher und ergänzen und verbessern die gegebenen Möglichkeiten von Flash um sinnvolle Funktionen:

• Datenreduktion
• Langlebigkeit
• Optimierte und berechenbare Performance
• NVMe End to End

Mehr Leistung durch SLC.

FlashCore-Module bieten IBM einen signifikanten Unterschied zu vielen Wettbewerbern, die herkömmliche NVMe-SSDs verwenden, einschließlich einer verbesserten Leistung bei gleichzeitiger Verwendung von günstigerem NAND mit höherer Kapazität. FCM 2 liefert 2 DWPD (Device Writes per Day), etwa das Doppelte eines entsprechenden TLC-basierten Laufwerks. Funktionen wie Wärmesegregation (Platzierung aktiver Daten auf gesunden Flash-Zellen) sind eine Voraussetzung, um die DPWD-Fähigkeit zu erreichen.

Um auch bei der Leistung einen Vorteil gegenüber gewöhnlichen NVMe-Speichermedien zu bieten, adressiert IBM mit den FCMs die einzelnen Zellen, je nach Füllgrad des Laufwerks, auch als SLC-Zellen.

SLC-Zellen speichern je ein Bit, QLC bis zu vier Bits auf einmal. SLC-basierte Zellen bieten dadurch einige Vorteile in Performance und Zuverlässigkeit, QLC punktet dafür mit einer höheren Kapazität und einem daraus resultierenden niedrigeren Preis ⁷.

Durch die flexible Belegung der Zellen erhöht sich allgemein die Performance, während die durchschnittliche Antwortzeit von FCMs gegenüber gewöhnlichen NVMes noch einmal reduziert wird.

Schneller Zugriffszeiten durch NVMe over Fabrics

Darüber hinaus unterstützen NVMe-basierte Speichersysteme mit der FCM-Technologie und „NVMe over Fabrics“ (NVMe-oF) einen End-to-End-Ansatz. Durch den eingesparten Protokollwechsel zwischen beispielsweise FC und SAS werden Zugriffszeiten von Systemen und Applikationen auf den provisionierten Speicher noch weiter reduziert und Zugriffe parallelisiert. Damit kann deutlich leistungsoptimierter auf den Speicher zugegriffen, CPUs der Server entlastet und gleichzeitig eine höhere produktive Workload bedient werden.