Definition

Cubic RAID

Mitarbeiter: Ulrike Rieß

Mit der Einführung seines NVMe-All-Flash-Arrays DSSD D5 2016 stellte EMC auch das neue und selbst entwickelte RAID-Verfahren Cubic RAID (cRAID) vor. Diese multidimensionale RAID-Technologie wurde speziell für hoch-kapazitiven Flash-Speicher konzipiert und zieht Vorteil aus der Architektur des Storage-Systems. Das Verfahren ist an das etablierte RAID 6 mit doppelter Parity angelehnt, soll aber mehr Datensicherheit bringen, da es auf Zellenebene arbeitet.

Die Architektur des DSSD D5 verbindet mittels NVMe die insgesamt 18.000 DIEs der internen Flash-Module zu einem Speicherpool. Dadurch kann jeder Port jede einzelne Zelle adressieren. Dadurch erhält Cubic RAID einen systemweiten Überblick über die Daten und schützt diese in vielen Grids.

Jedes Grid besteht aus 18 Reihen und 32 Spalten. Jedes Grid-Quadrat repräsentiert eine Flash-DIE-Zelle. Ähnlich wie bei RAID 6 sind zwei Zellen am Ende jeder Zeile und Spalte für die Paritätsinformationen vorbehalten. Es gibt zwei Innovationen, warum Cubic RAID eine höhere Zuverlässigkeit für die Flash-Memory-Zellen gewährleisten kann.

Zum einen nutzt Cubic RAID die vier sich überschneidenden Zellen – wo sie Zeilen und Spalten für die Parität sich kreuzen – dafür, Paritätsinformationen zu speichern und Ausfälle zu beheben; und zwar für die Paritätszellen selbst. Dadurch kommt hier eine weitere Schutzebene hinzu. Es werden also Paritätsinformationen der Paritätsinformationen vorgehalten.

Die ersten vier Schritte für ein Recovery innerhalb Cubic RAID. Quelle: EMC

Zum anderen verbindet Cubic RAID die verschiedenen RAID-Dimensionen. Das heißt, das dieses Verfahren Daten wiederherstellen kann, die bei anderen RAID-Methoden verloren gingen. Bestehen zum Beispiel drei sich überschneidende Failures in einer Zeile und einer Spalte, so kann Cubic RAID hier ein Recovery umsetzen. Das geschieht dadurch, dass Cubic RAID die Zeilen und Spalten repariert, die nur zwei oder weniger Fehler aufweisen.

Cubic RAID kann komplexere Fehler im Flash-Speicher beheben als RAID 6. Quelle: EMC

Das erfolgt in einer wechselnden Reihenfolge, um die Anzahl aller beschädigten Zellen zu reduzieren. Letztlich ermöglicht diese Vorgehensweise die Wiederherstellung von mehr als zwei sich überschneidender Failures einer Zeile und einer Spalte. Cubic RAID kann selbst komplexere und größere Fehlermuster reparieren und wiederherstellen.

Der Unterschied zu traditionellem multidimensionalen RAID 6

Cubic RAID nutzt zwar das Konzept des herkömmlichen RAID-6-Verfahrens mit doppelter Parität, unterscheidet sich doch aber signifikant bei der Zuverlässigkeit und Fehlerbehebung. Bei einem multidimensionalen RAID 6 wird die Kapazität eines Systems erhöht, indem Zeilen von RAID-6-Stripes aufeinander gestapelt werden, mit Paritätsplätzen am Ende jeder Zeile und Spalte.

Herkömmliches RAID 6 kann Fehler auf Schnittpunkten nicht beheben. Quelle: EMC

Allerdings bleiben die Technologien, Fehler in Zeilen und Spalten zu beheben, separiert. Das wiederum führt zu Datenverlust, wenn es zu einer Überschneidung von fehlerhaften Sektionen von Zeilen und Spalten kommt. Dabei reicht es wenn sich eine von drei Failures überschneidet und der Datenverlust entsteht.

Damit eignet sich dieses RAID-Verfahren nicht für datenintensive und I/O-intensive Workloads. Cubic RAID überwindet diese Einschränkung und kann in I/O-starken Flash-Umgebungen eine höhere Zuverlässigkeit gewährleisten. Die Bezeichnung RAID ist nicht ganz korrekt für Cubic RAID, da es sich hier nicht um einen Verbund von Festplatten handelt, sondern um einen Zusammenschluss von Flash-Modulen beziehungsweise von Flash-DIE-Zellen.

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Diese Definition wurde zuletzt im März 2016 aktualisiert

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